Té - Microorganismi del té e mutazioni della cellula vegetale

La caffeina o 1,3,7-trimetilxantina è un alcaloide naturale e eterociclo

aromatico (simile al benzene), ma oltre a contenere atomi di C e H,

contiene anche atomi di N; è presente nelle piante di caffè, cacao, tè

(dove è parte del complesso chimico teina) e cola. È un composto che

a temperatura ambiente si presenta come un solido bianco inodore. La

grande popolarità delle bevande contenenti caffeina (caffè e tè

soprattutto) rende questa la sostanza psicoattiva più diffusa nel mondo.

La caffeina è uno stimolante del sistema nervoso centrale e viene utilizzata in ambito medico

e ricreazionale in caso di sonnolenza. È importante notare che la caffeina va utilizzata solo occasionalmente e dosi di

caffeina non possono rimpiazzare il sonno. L'utilizzo prolungato di caffeina porta a tolleranza.

2.1.3.2 Procedimento:

La caffeina viene estratta dal tè, a caldo, in soluzione acquosa e basica per CaO. Una seconda estrazione liquido-liquido con n-pentano consente di

ottenere un estratto della caffeina privo di acqua e sostanze colorate. La caffeina così ottenuta è stata verificata in cromatografia TLC (strato sottile)

e la purezza del prodotto finale, verificato in spettrofotometria IR.

2.1.3.3 Prima estrazione

 In un pallone da 250 ml munito di refrigerante a bolle a ricadere, si introducono 150 ml di acqua distillata, 10 g di

tè, preventivamente triturati, e 4g di ossido di calcio. Mediante un mantello riscaldante, si riscalda la miscela a

blanda ebollizione per 20-25 minuti, agitando di tanto in tanto il pallone.

 Successivamente si filtra a caldo, sotto vuoto, utilizzando l’imbuto Buchner ed un filtro di carta bibula; si lava un

paio di volte il pallone con poca acqua calda e si filtrano le acque di lavaggio ; durante la fase della filtrazione si preme con una spatola il

residuo di tè accumulatosi sul filtro;

 si raccoglie dunque il liquido filtrato all’interno di una beuta da 250 ml e si lascia raffreddare.

2.1.3.4 Seconda estrazione

 La caffeina, in soluzione acquosa, si estrae per tre volte, in un imbuto separatore da 250 ml, con

circa 20 mL di n-pentano per volta.

 Si raccolgono gli estratti pentanici e si concentra la caffeina col rotavapor.

Per verificare la presenza della caffeina si procede ad una cromatografia TLC.

2.1.3.5 Condizioni operative

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Lastra cromatagrafica con strato sottile di cellulosa su supporto di alluminio

Eluente: miscela dicloroetano – metanolo (9:1)

 Si effettua la semina,in parallelo con uno standard, si introduce la lastra cromatografia all’interno della camera di eluizione, aspettando che

il fronte del solvente raggiunga 1 cm dal bordo superiore.

 Si lascia a asciugare a temperatura ambiente e si osserva il cromatogramma ai raggi UV.

La presenza della caffeina si rileva dalla formazione di una macchia fosforescente alla stessa altezza della caffeina standard.

4.1.3.6 Cristallizzazione della caffeina

La soluzione viene ulteriormente concentrata su rotavapor, consentendo la cristallizzazione della caffeina che viene pesata.

2.1.3.7 RISULTATI:

CAMPIONE A CAMPIONE B

PESO del becher VUOTO = 49,584 g PESO del becher VUOTO = 50,696 g

PESO del becher DOPO Stufa = 49,643 g PESO del becher DOPO Stufa = 50,747 g

Calcolo: Calcolo:

49,643 g – 49,584 g = 0.059 g di caffeina estratti 50,747 g – 50,696 g = 0,051 g di caffeina estratti

Applicando la proporzione: Applicando la proporzione:

0,059 g : 10 g = x % : 100 0,051 g : 10 g = x % : 100

Ricaviamo la percentuale: Ricaviamo la percentuale:

0,059 g x 100 0,051 g x 100

x % = _____________ = 0.59 % x % = ____________ = 0,51 %

10 g 10 g

2.1.3.8 Controllo della purezza della caffeina estratta:

spettrofotometria IR

spettrofotometria UV in soluzioni diverse

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SPETTRO IR Spettri di assorbimento UV

 Caffeina in acqua (H O):

2

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

Caffeina in Acido Cloridrico (HCl):

 Caffeina in Idrossido di Sodio (NaOH)

Unione dei tre spettri: dalla curva

Unione dei tre spettri: dalla curva 

più alta sono in ordine NaOH, H O, HCl

2

2.1.4 Risultati e Considerazioni finali

Dalle analisi effettuate sui metalli risulta che la presenza di oligo micro e macro elementi risulta compatibile con la letteratura scientifica.

L’unico risultato che potrebbe risultare anomalo è la presenza del cromo totale. Questo comprende sia il cromo trivalente che il cromo esavalente;

non avendo effettuato l’analisi del cromo esavalente per motivi di sicurezza (è proibito l’utilizzo del bicromato di potassio nelle scuole) non posso

dare nessun giudizio sulla composizione di tale metallo.

Dall’indagine di spettrofotometria IR ed UV-Visibile i tracciati ottenuti stanno ad indicare che l’estratto di caffeina è puro.

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La percentuale di caffeina ottenuta risulta circa un terzo rispetto a quella prevista dalla letteratura scientifica. La causa di tale resa può essere

addebitata al fatto che, avendo lavorato con modeste quantità di campione, anche un piccolo errore durante l’estrazione ha comportato la grandezza

di tale errore.

2.2 SPETTROFOTOMETRIA DI ASSORBIMENTO ATOMICO

La spettrofotometria di assorbimento atomico è una delle tecniche più usate oggi per la ricerca

degli elementi in tracce (soprattutto metalli) in matrici di ogni genere: da quelle ambientali,

come acque o terreni, fino alle leghe metalliche e agli alimenti.

Questa tecnica si presta preferibilmente per analisi quantitative.

In pratica, l’elemento in esame viene atomizzato e bersagliato con radiazioni di lunghezza

d’onda opportuna. Per effetto dell’ assorbimento atomico, l’intensità del raggio in uscita dalla

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fiamma diminuisce e l’attenuazione può essere correlata alla concentrazione dell’elemento presente nel campione in analisi mediante una legge

analoga alla legge di Beer.

Infatti, quando un atomo viene investito da radiazioni elettromagnetiche di precisa frequenza appartenenti alla regione dell’UV/Visibile, può

assorbire energia e passare dallo stato energetico fondamentale allo stato energetico eccitato (cioè, un elettrone esterno acquista energia e va ad

occupare un orbitale di maggior energia) tornando poi, ad uno stato fondamentale liberando energia sottoforma principalmente di calore.

Spettrofotometro di assorbimento

Nella maggior parte dei casi, l’atomizzazione si realizza riscaldando il campione in modo energetico per mezzo di una fiamma; il sistema di

riscaldamento serve per formare atomi liberi sul cammino della radiazione eccitante.

In queste condizioni, l’assorbimento atomico, sia pure in un intervallo di linearità molto ristretto, segue una una legge analoga alla legge di Beer.

Per un generico elemento eccitato da una radiazione monocromatica i cui atomi siano dispersi in fase gassosa, vale la legge:

A = x b N x = coefficiente spettrale di assorbimento atomico che caratterizza la riga di risonanza. Questo valore corrisponde a ε che vale per

la spettrofotometria molecolare UV/Visibile, esso si ricava sperimentalmente mediante la costruzione della la retta di taratura.

b = cammino ottico (testata del bruciatore).

N = numero totale di atomi liberi sulla fiamma. Questo valore coincide con la concentrazione quando l’atomizzazione interessa

tutta la popolazione di ioni presenti nello stesso istante sulla fiamma.

2.2.1 Strumentazione

Lo strumento può essere uno spettrofotometro a monoraggio o doppioraggio.

Il monoraggio presenta in successione, sorgente, atomizzatore, monocromatore, rivelatore e sistema di elaborazione dati.

Il doppioraggio, anch’esso costituito da sorgente, atomizzatore, monocromatore, rivelatore sistema elaborazione dati, ma prevede un dispositivo in

due chopper e due specchi, in grado di dividere il raggio oltre a renderlo pulsato.

 Sorgente

 Comparto celle

 Monocromatore

 Rivelatore

 Sistema di elaborazione dati

In entrambi gli strumenti il raggio viene emesso dalla SORGENTE che

è specifica per ogni elemento e può essere una lampada a catodo cavo

(più utilizzata), una lampada a scarica in radiofrequenza (meno

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utilizzata) oppure una lampada a scarica elettrodica di gas. La lampada è costituita da un bulbo di vetro di forma cilindrica con una finestra di

quarzo dalla quale passano le radiazioni prodotte. Il bulbo che contiene un anodo e un catodo costituito dall’elemento in analisi o da una sua lega, è

riempito di gas inerte. Applicando una opportuna differenza di potenziale agli elettrodi, si ottiene l’eccitazione del gas di riempimento, il distacco e

successiva eccitazione degli atomi superficiali del catodo, e come effetto finale l’emissione da parte di quest’ultimi del classico spettro a righe

dell’elemento in esame.

La radiazione prodotta dalla sorgente, successivamente, attraversa il SISTEMA di ATOMIZZAZIONE che contiene il campione allo stato di gas

atomico. Il sistema di atomizzazione può essere: a fiamma, a navicella, a vapori di mercurio o fornetto di graffite. Il sistema di atomizzazione a

fiamma prevede l’aspirazione di un’aliquota di soluzione da analizzare mediante capillare, la relativa nebulizzazione, il passaggio successivo nella

camera di premiscelazione in cui le gocce più grosse sono fermate, e l’arrivo finale sulla testata del bruciatore. La fiamma prodotta può essere di

vario tipo:

 Fiamma aria-idrogenoha una testata di 5cm e ha un range di temperatura che varia da 2000 a 2050°C

 Fiamma aria-acetileneha una testata di 10cm e ha un range di temperatura che varia da 2125 a 2400°C

 Fiamma protossido d’azoto-acetileneha una testata di 5cm e ha un range di temperatura che varia da 2600 a 2800°C

Successivamente la radiazione giunge al MONOCROMATORE, solitamente un reticolo di riflessione, la cui

funzione è quella di ripulire la riga di risonanza. Il dispositivo che contiene il monocromatore prevede: fenditura

d’ingresso della radiazione, una lente collimatrice, l’elemento disperdente (il reticolo), una lente focalizzatrice e la

fenditura d’uscita. La radiazione proveniente dalla fiamma passa attraverso la fenditura in ingresso, incide sulla lente

collimatrice e successivamente sul reticolo di riflessione che la riflette sulla lente focalizzatrice che focalizza i raggi

sgranati in direzione della fenditura in uscita. Ciò consente all’operatore di selezionare la lunghezza d’onda di lavoro.

La radiazione in uscita dal ‘monocromatore’ a questo punto arriva al RIVELATORE che è costituito da un

fotomoltiplicatore, un cilindro di vetro che contiene i dinodi, l’anodo e il fotocatodo, la cui funzione è quella di trasformare il segnale luminoso in

elettrico e se si tratta di un fotomoltiplicatore di amplificarlo.

Il segnale elettrico in uscita dal rivelatore arriva infine al SISTEMA di ELABORAZIONE DATI che ci trasforma in dati utili per l’operatore (che

legge rispettivamente): I



T

-TRASMITTANZA (quantità di luce trasmessa) 

I

dove I = intensità della radiazione incidente; I =intensità della radiazione in uscita dal campione.

0

-ASSORBANZA (è la quantità di luce assorbita) e Trasmittanza sono legate dalla seguente relazione:

A = -log T

-Dal valore di Assorbanza è possibile risalire al valore di CONCENTRAZIONE tramite la legge analoga alla legge di Lambert-Beer e dopo aver

ricavato il coefficiente di assorbimento atomico spettrale con la costruzione della retta di taratura.

A

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

A = x b N N ≡ c = _____

b x

2.2.2 Interferenze

Durante un analisi mediante lo spettrofotometro di assorbimento atomico possono verificarsi numerose interferenze: chimiche, fisiche e spettrali.

Le interferenze chimiche sono spesso dovute a reazioni indesiderate quali la formazione di Sali insolubili nella fiamma che non rendono possibile