Ciencia y Tecnología Alimentaria ISSN: 1135-8122 [email protected] Sociedad Mexicana de Nutrición y Tecnología de Alimentos México Lima, J. L. F. C.; Delerue Matos, C.; Vaz, M. C. V. F. Uso de um detector potenciométrico de sensibilidade aumentada para a determinação de cloretos em leite e produtos lácteos por fia Ciencia y Tecnología Alimentaria, vol. 2, núm. 5, julio, 2000, pp. 234-239 Sociedad Mexicana de Nutrición y Tecnología de Alimentos Reynosa, México Available in: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=72420503 How to cite Complete issue More information about this article Journal's homepage in redalyc.org Scientific Information System Network of Scientific Journals from Latin America, the Caribbean, Spain and Portugal Non-profit academic project, developed under the open access initiative Cienc. Tecnol. Aliment. Vol. 2, No. 5, pp. 234-239, 2000 Copyright 2000 Asociación de Licenciados en Ciencia y Tecnología de los Alimentos de Galicia (ALTAGA). ISSN 1135-8122 USO DE UM DETECTOR POTENCIOMÉTRICO DE SENSIBILIDADE AUMENTADA PARA A DETERMINAÇÃO DE CLORETOS EM LEITE E PRODUTOS LÁCTEOS POR FIA POTENTIOMETRIC FLOW TITRATION WITH INCREASED SENSITIVE DETECTOR FOR DETERMINATION OF CHLORIDES IN MILK AND DAIRY PRODUCTS USO DE UN DETECTOR POTENCIOMÉTRICO DE SENSIBILIDAD AUMENTADA POR FIA PARA LA DETERMINACIÓN DE CLORUROS EN LECHE Y PRODUCTOS LACTEOS Lima, J. L. F. C.1; Delerue-Matos, C.2*; Vaz, M. C. V. F.2 1 CEQUP/Departamento de Química-Física, Faculdade de Farmácia (U.P.) Rua Aníbal Cunha 164, 4050 Porto, Portugal. CEQUP/Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia, Instituto Politécnico do Porto, Rua de S. Tomé, 4200 Porto, Portugal. 2* Recibido: 11 de Diciembre 1999; recibida versión revisada: 27 de Marzo de 2000; aceptado: 29 de Marzo de 2000 Received: 11 December 2000; received in revised form: 27 March 2000; accepted: 29 March 2000 Abstract This paper describes the development of a flow injection analysis (FIA) system for the determination of chlorides in dairy products by potentiometric flow titration with increased sensitive detector. The potentiometric detection system used consisted of a silver ion-selective detector electrode based on a homogeneous crystalline double membrane and its potential difference was measured against a common reference electrode by an external electronic device. Milk samples were straight injected into the automatic system whereas cheese, butter and yoghurt samples were prepared according to reference methods and the solution produced was inserted without further treatment. The results obtained for chloride determinations using FIA titration are in agreement with those provided by the reference methods (R.D. < 4%). The sampling rate accomplished with the automatic system varied from 130 to 250 samples per hour, depending on the samples chloride concentration. 2000 Altaga. All rights reserved. Keywords: Chloride, milk, dairy products, potentiometry, increased sensitive detector Resumen Este artículo describe el desarrollo de un sistema de injección en flujo (FIA) para la determianción de cloruros en productos lacteos por titulación potenciométrica con un detector de sensibilidad aumentada. El sistema de detección potenciométrico usado consiste en un electrodo selectivo a los iones plata constituido por dos membranas cristalinas homogéneas siendo la diferencia de potencial medida por un electrodo de referencia común por un dispositivo electrónico externo. Las muestras de leche fueron inyectadas directamente en el sistema y las muestras de queso, mantequilla y yogurt fueron preparadas siguiendo las indicaciones de los métodos de referencia y la solución resultante inyectada directamente. Los resultados obtenidos con el sistema FIA propuesto son concordantes con los obtenidos usando los métodos de referencia (R.D. < 4%). La velocidad de análisis del sistema automático varia entre 130 a 250 muestras por hora, dependiendo de la concentración de cloruros en las mismas. 2000 Altaga. Todos los derechos reservados. Palabras clave: Cloruros, leche, productos lacteos, potenciometría, detector de sensibilidad aumentada. Resumo Neste trabalho descreve-se o desenvolvimento de um sistema de titulação potenciométrica, com sensibilidade aumentada, baseado na técnica de análise por injecção em fluxo (FIA), para a determinação de cloretos em vários produtos lacteos. O eléctrodo indicador de configuração tubular, sensível ao catião prata é constituido por duas membranas cristalinas homogéneas sendo a soma de potencial de cada membrana efectuada externamente através de um dispositivo construido para o efeito. As amostras de leite foram injectadas directamente no sistema e as amostras de queijo, manteiga e iogurte foram preparadas de acordo com as recomendações dos métodos de referência, sendo a solução resultante intercalada sem tratamento adicional. Os resultados obtidos com o sistema FIA proposto são concordantes com os fornecidos pelos métodos de referência (D.R.< 4%). O ritmo de amostragem fornecido pelo sistema automático variava entre 130 e 250 amostras por hora, dependendo da concentração do anião cloreto nas amostras. 2000 Altaga. Todolos dereitos reservados. ALTAGA ©2000 Lima et al.: Uso de um detector potenciométrico de sensibilidade aumentada ... INTRODUÇÃO Os eléctrodos tubulares sensíveis ao catião prata mais usados como indicadores nas titulações FIA, são de segunda espécie (Lima e Rangel, 1989) ou de membrana cristalina, podendo estes últimos dividir-se em membrana heterogénea (Alegret et al., 1995), ou homogénea (Ferreira et al., 1994b; Ferreira et al., 1996). Relativamente aos eléctrodos tubulares de segunda espécie, além de responderem a fenómenos de oxidação redução, a sua membrana é mais facilmente afectada pela composição da amostra, necessitando em alguns casos de uma operação prévia de diálise antes da medição, para evitar o contacto directo com a amostra (Van Staden, 1986). Os eléctrodos de membrana cristalina homogénea apresentam vantagens relativamente aos de membrana heterogénea porque o potencial é menos afectado pela composição da matriz e a resposta é mais rápida (Alegret et al., 1987; Alegret et al., 1989), o que permite a introdução das amostras no sistema sem tratamento prévio, maiores ritmos de amostragem e um campo de aplicação mais vasto. A determinação do anião cloreto no leite é uma das análises mais frequentemente efectuada, uma vez que o seu doseamento constitui por um lado, um processo simples de detecção de mastites e por outro permite identificar fraudes resultantes de adição de sal ao leite com o objectivo de elevar a sua massa específica. No caso do queijo e manteiga, o doseamento dos cloretos é importante devido à influência que este elemento exerce sobre o paladar destes produtos (Herrero et al., 1992). A concentração de anião cloreto no leite proveniente de vacas saudáveis oscila entre 800 e 1200 mg/L, podendo contudo aumentar para valores muito superiores em leites provenientes de vacas com mastite. O valor de 1400 mg/L é normalmente usada como fronteira entre leite normal e adulterado (Van Staden, 1986). Os métodos de referência para a determinação de cloreto em leites e produtos lácteos (queijo, manteiga e iogurtes) baseiam-se na titulação directa com nitrato de prata e detecção visual do ponto final, usando cromato de potássio como indicador (Método de Mohr) (NP - 1509, 1985) ou detecção potenciométrica, usando um eléctrodo de AgCl/Ag ou um eléctrodo selectivo ao ião cloreto (AOAC, 1990) ou ainda no método de Charpantier Volhard, onde ocorre a precipitação do anião cloreto com excesso de catião prata e posterior titulação desse excesso com anião tiocianato (NP - 471, 1983). Na automatização da determinação de cloretos em produtos alimentares, a análise por injecção em fluxo (FIA) tem sido uma metodologia bastante usada, quando associada a técnicas de detecção como a espectrofotometria de UV/vis e a potenciometria. No caso da detecção por Uv/vis, os trabalhos descritos na literatura submetem as amostras a um tratamento prévio ou incorporam no sistema FIA unidades de diálise para eliminar vários tipos de interferentes (Leon e Centrich, 1991; Herrero et al., 1992; Morais et al., 1997). Dentro dos sistemas com detecção potenciométrica, uns efectuam a medição directa do cloreto, usando eléctrodos de configuração tubular, sem solução de referência interna, sensíveis ao anião cloreto (Ferreira et al., 1994a; Lima et al., 1996; Pérez-Olmos et al., 1997), enquanto outros utilizam as titulações FIA, usando um eléctrodo sensível ao catião prata, como indicador. As titulações FIA baseiam-se no controlo da reprodutibilidade do perfil de dispersão do segmento de amostra (titulado), injectado num fluxo contínuo (titulante) (Ruzicka e Hansen, 1988; Rhee e Dasgupta, 1985; Stewart, 1986). Normalmente usa-se como reactor uma câmara de mistura com agitação magnética onde se gera uma distribuição exponencial da concentração, que relaciona a largura de pico com a concentração das soluções injectadas. Nestas condições há uma relação linear entre a largura de pico e o logaritmo da concentração do analito, a partir da qual se determina, por interpolação gráfica, a concentração Neste trabalho descreve-se o desenvolvimento de um sistema FIA com titulação potenciométrica e sensibilidade aumentada, para a determinação de cloretos em vários tipos de leite, queijos, manteigas e iogurtes. O eléctrodo indicador de configuração tubular, sensível ao catião prata (Couto et al., 1998) é constituido por duas membranas cristalinas homogéneas de Ag2S sendo a soma de potencial efectuada externamente através de um dispositivo construido para o efeito (Lapa et al., 1993). Este detector foi seleccionado, porque permite, no caso das titulações em fluxo, obter resultados mais exactos, ao diferenciar amostras com concentrações muito semelhantes e mais precisos (Hibbert et al., 1990). Na montagem desenvolvida, a amostra é intercalada numa solução transportadora que contem iões prata, sendo a diminuição da concentração de catião prata no tansportador, monitorizada por intermédio de um eléctrodo de dupla membrana cristalina homogénea de Ag2S. MATERIAIS E MÉTODOS Reagentes e soluções Todos os reagentes utilizados foram de qualidade p.a , não tendo sido submetidos a qualquer tratamento adicional. As soluções foram preparadas em água desionizada, com condutividade inferior a 0,1 µS/cm. As soluções de anião cloreto usadas para traçar a curva de calibração foram preparadas por diluição rigorosa de uma solução de concentração 20000,0 mg/L, obtida por pesagem rigorosa de cloreto de sódio, previamente seco a 100°C. As soluções de catião prata, usadas como titulante no método de referência e na aferição da resposta do eléctrodo de configuração tubular e membrana cristalina homógenea dupla, sensível ao catião prata, foram Cienc. Tecnol. Aliment. Vol. 2, No. 5, pp. 234-239, 2000 concentração foi padronizada por titulação com uma solução padrão de anião cloreto. A solução de nitrato de potássio 0,1 mol/L usada como ajustador de força iónica e de pH foi obtida por dissolução de KNO3, em água. Instrumentação No sistema FIA as soluções foram propulsionadas com uma bomba peristáltica Gilson Minipuls 3 e tubos de PVC da mesma marca e as amostras inseridas no sistema com uma válvula de injecção Rheodyne de 6 portas, modelo 5020. Como eléctrodo indicador usou-se um de dupla membrana cristalina homogénea de Ag2S, de configuração tubular, sensível ao catião prata construido segundo Couto et al., 1998 e como eléctrodo de referência um de dupla junção Orion 90-00-02. A aquisição do sinal analítico de cada membrana foi efectuada através de um circuito somador electrónico externo construido para o efeito (Lapa et al., 1993). A diferença de potencial entre o eléctrodo indicador e o eléctrodo de referência foi medida com um decimilivoltímetro da marca Crison, modelo 2002 (±0,1 mV) ligado a um registador Kipp & Zonnen BD 111. Os componentes da montagem foram ligados entre si com tubos de PTFE (0,8 mm d.i.). O material auxiliar de laboratório, nomeadamente eléctrodo de terra e suportes para os eléctrodos, tubular e de referência, foram construidos segundo Alegret et al., 1987. Para gerar o perfil de dispersão exponencial da amostra utilizou-se uma câmara de mistura com agitação magnética, construida segundo Valcarcel e Luque de Castro, 1987, cujo volume interno foi determinado experimentalmente, sendo igual a 320 µL. Os métodos de referência para os diferentes produtos lácteos e padronização das soluções de catião prata foram efectuados num sistema de titulação automático constituido por uma bureta Crison Model Micro Bur 2031, controlada por um computador Hyundai Model Super 16, com uma interface Avantech Model PCL 720 (Lapa e Lima, 1991). Como eléctrodo indicador utilizou-se um de membrana cristalina homogénea sensível ao catião prata, de configuração convencional (Ferreira e Lima, 1994). O eléctrodo de referência e o decimilivoltímetro empregues foram idênticos aos utilizados no sistema FIA. Preparação das amostras Os leites maternizados foram reconstituidos, de acordo com as recomendações dos fabricantes, antes de injectados no sistema. Relativamente aos outros produtos lácteos, o iogurte apenas foi diluido; o queijo e a manteiga foram emulsionados com água aquecida e a emulsão resultante arrefecida à temperatura ambiente, segundo indicações das normas oficiais (AOAC, 1990; NP-1509, ISSN 1135-8122 ©2000 ALTAGA De cada amostra, após tratamento adequado, retiraram-se diferentes tomas, utilizadas simultaneamente no método de referência e no sistema FIA. Métodos de referência Para a avaliação do teor de cloretos no leite, a Norma Portuguesa (NP - 471, 1983) refere o método volumétrico de argentometria, segundo o processo de Charpantier-Volhard. Este método de referência apresenta a desvantagem de consumir muito tempo. Na literatura encontra-se descrito o doseamento do anião cloreto por titulação potenciométrica (Fernandes et al., 1982) e os resultados referidos, comprovam que esta técnica constitui uma alternativa ao processo usado na Norma Oficial Portuguesa (NP-471, 1983). No caso da manteiga, a Norma Portuguesa para a determinação de cloretos (NP-1509, 1985), recorre à técnica de Mohr. Para a determinação do ião cloreto em queijos, não existindo Norma Portuguesa, usou-se Official Methods of Analysis (AOAC, 1990) que recomenda a titulação potenciométrica com AgNO3. No caso do iogurte não se encontrou nenhum procedimento de referência para esta determinação. Para todos os produtos lácteos a determinação potenciométrica (Fernandes et al., 1982) foi a técnica adoptada por constituir uma alternativa vantajosa aos procedimentos de referência. Para a execução do método de referência mediuse rigorosamente um volume de amostra para um goblet contendo uma barra magnética colocado sobre um agitador, e acidulou-se a solução com ácido nítrico. Posteriormente introduziu-se o par de eléctrodos na solução e usou-se o titulador automático referido em 2.2, que controlava as adições de titulante. O valor da concentração de cloretos na amostra foi calculado a partir da avaliação do ponto de inflexão da curva de titulação, obtida por representação gráfica da 2ª derivada, com um programa de computador desenvolvido para o efeito. RESULTADOS E DISCUSSÃO Sistema FIA desenvolvido As titulações FIA para a determinação de cloretos em leites, iogurtes, queijos e manteigas, foram realizadas usando a montagem monocanal esquematizada na Fig. 1. As soluções padrão e as amostras (titulado) são intercaladas na solução de transporte (S.T.) contendo catião prata (titulante). Na câmara de mistura (C.M) ocorre simultaneamente a dispersão do segmento de amostra no transportador e a reacção do anião cloreto com o catião prata. O perfil de concentração gerado pela diminuição da ALTAGA ©2000 Lima et al.: Uso de um detector potenciométrico de sensibilidade aumentada ... Figura 1. Sistema FIA desenvolvido para a determinação de cloretos em leite e produtos lácteos: B.P - bomba peristáltica; Vi - volume de injecção (50 µL); A - amostra; ST - solução de transporte (1,0x10 -4 mol/L em AgNO3 preparada em KNO3 0,1 mol/L e HNO3 1,0x10-3 mol/L; Q1 = 9 mL/min); L1 = 30 cm; C.M. - câmara de mistura com agitação magnética; E - esgoto; E.T. - eléctrodo de terra; E.S.I. - eléctrodo selectivo de ião; E.R. - eléctrodo de referência; MV - decimilivoltímetro; REG. - registador; Som - somador. pela variação de potencial entre o eléctrodo indicador (de membrana dupla cristalina homogénea-E.S.I) e o eléctrodo de referência (E.R.) obtendo-se uma relação linear entre a largura de pico (amplitude de sinal analítico) e o logaritmo da concentração de anião cloreto. concentração neste ião. Por isso escolheu-se a solução de Ag + de concentração de 10 -4 mol/L. A solução transportadora continha além de Ag+, nitrato de potássio 0,2 mol/L como ajustador de força iónica e HNO3 1x103 mol/L para prevenir a precipitação de óxidos e hidróxidos de prata. Optimização do sistema FIA desenvolvido A optimização do sistema consistiu na escolha da concentração de Ag+ a usar na solução transportadora, ajuste de força iónica, volume de injecção e caudal. Essa optimização foi feita recorrendo ao método univariante e tendo sempre em conta o melhor compromisso entre reprodutibilidade, amplitude de sinal analítico, ritmo de amostragem e economia de reagentes. Atendendo a que a concentração de cloretos nos diferentes tipos de leite e produtos lácteos é muito variável, traçaram-se curvas de calibração com soluções padrão de concentrações em cloreto compreendidas entre 50 e 2000 mg/L, utilizando 3 concentrações de Ag+ na solução transportadora (10-5; 10-4 e 10-3 mol/L). Com a solução de Ag+ de concentração de 10-5 mol/L obtinha-se picos mais largos o que implica ritmos de amostragem bastante mais baixos. Para a solução de concentração 10-3 mol/L a largura dos picos diminuia muito, tornando menos precisa Posteriormente, fixando este transportador testaram-se vários volumes de injecção (Vi) entre 25 e 75 µL tendo-se optado pelo volume de 50 µL, porque permite um bom compromisso entre sensibilidade analítica e ritmo de amostragem. Estudo idêntico foi efectuado para o caudal tendo-se variado este entre 5 e 10 mL/min. Observou-se que para o caudal de 9 mL/min era possível obter um alto ritmo de amostragem e boa reprodutibilidade analítica. As concentrações das amostras foram obtidas por interpolação em curvas de calibração e efectuando as medições da largura de pico 50 mV acima da linha de base, sendo os valores posteriormente convertidos em mg/100g de amostra. Resultados A qualidade dos resultados obtidos pelo sistema FIA proposto (CF) foi avaliada por comparação dos valores Cienc. Tecnol. Aliment. Vol. 2, No. 5, pp. 234-239, 2000 de cinco determinações fornecidos pelo método de referência (CR), sendo os desvios relativos inferiores a 4% (Tabela 1). ISSN 1135-8122 Tabela 1.- Resultados obtidos na determinação do teor de cloretos em diferentes tipos de leite e produtos lácteos usando o sistema FIA e o método de referência e correspondentes desvios relativos. Amostras Com os valores médios obtidos pelos dois métodos, método FIA (CF) e método de referência (CR), estabeleceu-se também uma recta de regressão CF = 0,342 (± 8,080) + 1,003 (± 0,021) CR (r = 0,998). Como se pode constatar pelo valor da ordenada na origem (0,342), pelo declive (+1,003), pelo coeficiente de correlação (r = 0,998) e pelos valores dos desvios relativos (< 4% - Tabela 1) existe uma boa concordância entre as duas metodologias utilizadas. Também foi aplicado o teste t-Student para um intervalo de confiança de 95%, tendose obtido um valor (0,735) inferior ao tabelado (2,093). A precisão (repetitibilidade) da metodologia FIA proposta foi avaliada determinando o desvio padrão relativo (RSD%) para doze injecções consecutivas de uma amostra cuja concentração média se situava sensivelmente a meio da curva de calibração (1212,3 mg/L ou 117,7 mg/100g), e o valor obtido foi 0,5%. O ritmo de amostragem variou entre 130 a 250 amostras/h, dependendo da concentração da amostra em causa. CONCLUSÕES O sistema FIA proposto é versátil uma vez que permitiu a determinação de cloretos em todos os tipos de matrizes ensaiadas, após tratamento prévio de acordo com o tipo de amostras, constituindo por isso uma boa alternativa aos métodos de referência, mesmo quando se usa um titulador automático. A comprovar isto estão os resultados concordantes e os elevados ritmos de amostragem (130 a 250 amostras/h) obtidos. É um sistema monocanal, económico e de fácil implementação em qualquer laboratório de análise. Uma outra vantagem do sistema FIA apresentado reside na utilização da potenciometria como técnica de detecção, uma vez que esta apresenta um intervalo de resposta linear alargado e o sinal analítico não é afectado pela cor ou turvação das amostras, permitindo efectuar o doseamento dos cloretos naquele tipo de amostras sem necessidade de utilização de unidades de diálise, muitas vezes usadas nas determinações colorimétricas. Por outro lado, a utilização de um detector potenciométrico de membrana cristalina homogénea e sensibilidade aumentada permite obter resultados mais exactos, ao diferenciar amostras com concentrações muito semelhantes. BIBLIOGRAFIA Alegret, S.; Alonso, J.; Bartrolí, J., García-Raurich, J.; Martínez-Fàbregas, E.; Sánchez-Rodríguez, J. (1995). Potentiometric determination of chloride ion in milk and dairy products by FIA titration. Quim. Anal. 14, ©2000 ALTAGA 1a) 2a) 3a) 4a) FIA (mg/100g) 488,6 ± 3,5 REF (mg/100g) 482,4 ± 3,7 D.R. (%) +1,3 529,3 ± 4,2 543,5 ± 5,9 -2,6 406,0 ± 3,3 414,4 ± 4,7 -2,0 311,3 ± 2,4 320,3 ± 2,7 -2,8 5a) 6a) 455,7 ± 4,5 442,0 ± 4,7 +3,1 418,6 ± 2,6 425,2± 3,8 -1,6 7a) 8a) 408,5 ± 1,1 394,7 ± 2,4 +3,5 414,5 ± 2,3 416,5 ± 2,4 -0,5 9a) 10b) 290,6 ± 3,4 281,5 ± 2,4 +3,2 125,7 ± 2,2 122,2 ± 3,2 +2,9 11b) 12b) 117,7 ± 1,1 115,1 ± 2,3 +2,3 116,4 ± 2,5 115,3 ± 2,6 +1,0 13c) 14c) 225,8 ± 3,3 227,4 ± 3,5 -0,7 273,5 ± 3,5 280,4 ± 3,5 -2,5 15c) 16d) 442,3 ± 4,2 434,5 ± 2,1 +1,8 555,1 ± 5,3 564,1 ± 2,6 -1,6 17d) 18e) 807,3 ± 6,3 794,7 ± 6,6 +1,6 112,0 ± 2,5 109,0 ± 3,6 +2,8 19e) 20e) 101,0 ± 3,3 102,5± 3,9 -1,5 89,9 ± 1,3 91,5 ± 2,6 -1,7 a)Amostras de diferentes tipos de leites maternizados; b)Amostras de diferentes tipos de leites de vaca; c) Amostras de manteiga; d) Amostras de queijo; e) Amostras de iogurte. Alegret, S.; Florido, A.; Lima, J.L.F.C.; Machado, A.A.S.C. (1989). 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