Espectroscopía UV-Visible: Determinación de AAS y Cafeína Instituto de Química de Recursos Naturales.
I.
Resumen:
La espectroscopia de absorción UV VISIBLE, corresponde a una técnica la cual estudia la absorción de las radiaciones ultravioleta y visible de la materia, activando analitos los cuales eliminan su energía en forma de calor. El trabajo experimental se basó en la determinación de las concentraciones de ácido acetilsalicílico y cafeína presentes en un fármaco (Cafiaspirina), para lo cual se masó el comprimido y posteriormente fue pulverizado y disuelto en Cloroformo (disolvente orgánico apolar). Posteriormente, mediante una serie de procedimientos sucesivos de separación de la primera solución, se logró la separación de los analitos de interés, conteniendo una fase acuosa (Ácido acetilsalicílico) y la fase orgánica (cafeína). Ambas soluciones se midieron en un espectrofotómetro a una longitud de onda específica y posteriormente determinar la Le y de Lambert-Beer. Palabras claves: Espectrofotometría, absorbancia, transmitancia, Lambeer-Beer, analito.
ya que en registre el mayor valor de absorbancia) “ ya
II. Introducción:
La espectroscopia consiste en la medición de energía radiante que absorbe (o transmite) un determinado analito a una cierta longitud de onda. La radiación emitida puede ser en cualquiera de los espectros IR, visible y UV y el valor de la absorción de la radiación dependerá de la naturaleza de las sustancias. Este método de análisis óptico se basa en términos de absorbancia y transmitancia, en el momento en que un haz de radiación UV-Vis atraviesa una disolución la fracción de radiación que ha logrado traspasar la muestra es denominada transmitancia (T) (T = I/Io), o bien la relación entre intensidad del rayo incidente (l) y la intensidad de luz que viene de la muestra (Io). En la práctica, en lugar de la transmitancia se utiliza la magnitud de absorbancia (A) (A = -logT), por estar relacionada linealmente con la concentración de la especie absorbente según la Ley de Lambert-Beer que indica que: A=Klc
En donde A es el valor de absorbancia, K es coeficiente de extinción de la sustancia (simbolizado con a cuando es medida en gr/L y como e si es expresada en moles/L) y c la concentración de la sustancia. Asimismo, en este paso experimental se va a determinar la concentración del analito, a una determinada longitud de onda (la cual será la que
torno a esa longitud de onda el valor del coeficiente de extinción molar se mantiene constante, y en el caso de que existan varios máximos de absorbancia, las medidas se realizarán en el mayor de todos, ya que en este caso la sensibilidad del método (pendiente del calibrado) será mayor ” ” (Gómez, Sierra María) y de este modo la
concentración obtenida a partir de los valores de absorbancia tendrán un margen de error mínimo al cumplirse la tendencia lineal de la ley de LambertBeer. Para esto es necesario disponer de valores de absorbancia y concentraciones estándar para obtener un patrón en el cual se podrá interpolar o extrapolar a partir de la absorbancia de la muestra en cuestión.
III.
Materiales y procedimiento:
Materiales: Mortero, tableta de Anacin, papel filtro,
papel pH, soporte universal, argolla, espátula, pipeta de de 10 mL, pipetas de aforo de 1 y 5 mL, micropipetas, matraces de aforo de 50, 100 y 250 mL, probeta de 100 mL, vaso precipitado de 200 mL, varilla de vidrio, embudo de separación. Equipos: Espectrofotómetro UV-Vis, balanza. Reactivos: Cloroformo, solución de bicarbonato de sodio al 4 %, solución de ácido sulfúrico 1 M, agua. Procedimiento: A) Muestra 7
Se pesó con precisión una tableta de Anacin y se molió con un mortero hasta obtener un polvo fino.
Se agregó 30 mL de cloroformo y se disolvió al máximo la tableta. Luego se transfirió a un embudo de separación de 250 mL, al haber partículas sin disolver se transfirió al embudo, ocupando alícuotas de 10 ml de cloroformo, dos veces. Se debió extraer la solución de cloroformo con la tableta con dos porciones de 40 mL de solución de bicarbonato al 4 % y luego con una de agua (20 mL): En el embudo de separación que contenía los 50 ml de cloroformo con la tableta, se agregó 40 mL de solución de bicarbonato al 4 %, se tapó y agitó por tres minutos. Luego se colocó el embudo en su soporte y se esperó que se separaran las capas, después se sacó la tapa y se vació la fase inferior a un vaso marcado como orgánico, la fase que quedó (la acuosa) se transfirió a otro vaso. Posteriormente se volvió a introducir la fase orgánica al embudo de decantación y la fase acuosa debió quedar en su respectivo vaso. Al embudo de separación que contenía los 50 mL de solución de cloroformo con la tableta, se agregó nuevamente 40 ml de solución de bicarbonato al 4 % , se tapó y se agitó por tres minutos, se colocó el embudo en su suporte y se esperó que se separan las capas. Se sacó la tapa y se vació la fase inferior al vaso marcado como orgánico y la fase que quedo (acuosa) se transfirió al vaso etiquetado como acuoso. Se volvió a introducir la fase orgánica al embudo de decantación y la fase acuosa se debió quedar en su respectivo vaso. Al embudo de separación que contenía los 50 ml de solución de cloroformo con la tableta, se agregó nuevamente 20 ml de agua destilada, se tapó y se agitó por tres minutos, se colocó el embudo en su soporte y se esperó que se separaran las capas. Se secó la tapa y se vació la fase inferior al vaso marcado como orgánico y la fase que quedo se transfirió al vaso etiquetado como acuoso. Se introdujo la fase acuosa al embudo de decantación y la fase orgánica en su respectivo vaso. Se lavó los extractos acuosos con tres porciones de 15 ml de cloroformo, en forma sucesiva y se juntó cada una de las porciones de cloroformo en el vaso orgánico. Se filtró la solución orgánica sobre el papel filtro mojado con cloroformo directamente a un matraz de aforo de 100 ml y se aforo con cloroformo. Con una pipeta de aforo se tomó un alícuota de 5 ml del
aforo anterior y se introdujo a un matraz de aforo de 50 ml y se aforo con cloroformo. Con estos pasos experimentales se obtuvo la muestra 7, en que la posteriormente se midió la absorbancia y se determinó la concentración de la muestra. B) Muestra 11
En el embudo de separación se dejó los 80 ml de la solución. Se agregó 10 ml de solución de ácido sulfúrico 1 M al embudo de separación. Se verificó con papel pH la solución. Posteriormente la solución acidificada es extraída con 4 porciones de 50 ml de cloroformo, lo que fueron filtrados directamente cada uno de ellos a un matraz de aforo de 250 ml, el cual se aforo con cloroformo. Se tomó una alícuota de 1 ml con un pipeta de aforo del matraz de 250 ml y se transfirieron a un matraz de aforo de 50 ml, se aforo con cloroformo. Con este procedimiento se obtuvo la muestra 11, la que junto con la muestra 7 se taparon herméticamente y se mantuvieron resguardadas del calor y así posteriormente se procedió a cuantificar con espectroscopia. Además se determinó la concentración y % de los compuestos en la tableta original. IV.
Resultados
Tabla N°1: Datos de estándares de espectroscopia
visible de la cafeína.
Observación: A partir de los estándares para la
cafeína se construyó una curva de calibración para posteriormente conocer la concentración de la muestra problema número 7. De la curva de calibración (adjuntada en los anexos) se obtuvo la ecuación de la recta:
y = 10312x-0,0571, en donde para el cálculo de la
(Dato: No se pudo obtener la concentración de la
concentración se ocupó la ecuación obtenida y se despejó para el dato de la absorbancia que se manejaba de la muestra problema. (Dato: Absorbancia de la muestra problema 1,324 a 277 nm)
muestra número 11, debido a que no se registró la absorbancia de la muestra problema, por lo que no se pudo desarrollar ningún cálculo posterior.)
Se obtuvo que la concentración de la muestra número 7 que corresponde a cafeína fue de 1,3 x 10-4 Moles por litro.
En esta práctica de laboratorio se entregó una muestra problema correspondiente a Cafiaspirina cuyo peso fue de 0,53 gr, para determinar la concentración de cafeína y ácido acetilsalicílico, para ello, se recurrió a la espectroscopia de UVvisible, y se realizaron curvas de calibración que siguen correctamente la Ley de Lambert-Beer y así de este modo extrapolar la concentración de la muestra problema.
La concentración estaba contenida en 1 litro, por lo que se tuvo que calcular cual es la concentración que estaba en el matraz que contenía la muestra (50 ml) 1,3 x 10-4 X
1000ml 50ml
La concentración obtenida de la muestra 7 fue de 6,7 x 10-6 moles un 50 ml de cafeína. Por lo tanto con el PM de la cafeína se determinó la cantidad de gramos y posteriormente los mg de cafeína en la muestra. En la muestra problema se obtuvo 0,025 gramos = 25 mg de cafeína. Por lo que él % de cafeína de la muestra 0,53 gr son el 100%, entonces los 0,025 gr son el 4,72%. Tabla N°2: Datos de estándares de espectroscopia
visible del ácido Acetilsalicílico.
Observación: A partir de los estándares para el
ácido acetilsalicílico se construyó una curva de calibración para conocer la concentración de la muestra problema número 11 De la curva de calibración para el ácido acetilsalicílico (adjuntada en anexos) se obtuvo la ecuación de la recta: Y= 1322,3 x - 0,0067
V.
Discusión
Para separar los componentes de la Cafiaspirina se usaron técnicas de decantación, se basó en que, cuando dos sustancias líquidas inmiscibles se mezclan forman dos capas denominadas fases, el líquido más denso se dirige hacia el fondo del embudo de decantación, mientras el menos denso, se ubica sobre el anterior en este instante el sistema es de dos fases líquidas. “Un soluto puede mostrar mayor afinidad por uno de los dos líquidos, es decir, que el soluto será más soluble en una fase que en otro” (Guarnizo, Martinez Yepes. 2009). En
este paso práctico se utilizó como solvente cloroformo y una solución de bicarbonato al 4%, así en el embudo se separaron los líquidos en una fase acuosa y una fase orgánica la cual sería la más densa, por ende se encontraría en el fondo del embudo de decantación, esta fase contenía al cloroformo. El ácido acetilsalicílico (AAS) tiene más afinidad por la fase acuosa por ello es allí donde realizó la cuantificación de este ácido, específicamente en la muestra marcada como 11, por otro lado la cafeína es más afín a la fase orgánica y es en esta fase donde se realizó la cuantificación de la muestra, rotulada como muestra 7. Al realizar la medición en el espectrofotómetro de la muestra 7 se obtuvo un máximo de absorbancia de 1,324 a 277 nm, al reemplazar este valor de absorbancia en la ecuación de la recta otorgada de la curva de calibración, se obtuvo una concentración de 1,3 x 10 -4 M, como la muestra estaba contenida en un matraz de 50 mL se calcula
que la concentración es de 6,7 x 10 -6 moles en 50ml, al saber el peso molecular de la cafeína se pudo calcular los gramos, correspondientes a 0,025 gr, este valor se encuentra alejado de lo que normalmente se encuentra en este fármaco que según información estandarizada de él se encuentra una concentración de cafeína de 40 mg equivalente a 0,04 gr, esta diferencia pudo estar dada a perdida de muestra mientras se realizaba el práctico o bien no se recolecto adecuadamente la fase orgánica debido a fallas en el embudo de decantación. En cuanto a la muestra número 11 no se lograron obtener resultados, debido a múltiples fallas en la experimentación, una de ellas se presentó en el embudo de decantación, se trabó la llave perdiéndose cantidades considerables de la fase acuosa, por ello no se pudo cuantificar la concentración del AAS, además se pudo contaminar la muestra con agua, ya que al tratar de contener la muestra, esta se manipulo inadecuadamente. Los fallos de esta cuantificación se evidencian en el gráfico del absorbancia entregado por el espectrofotómetro, se aprecia en este que no existen puntos de absorbancia ni mínimos ni máximos, esto pudo deberse a que la longitud de onda no fue adecuada para tratar la muestra contaminada que se insertó en este. VI.
Conclusión
Respecto a la espectroscopia UV visible cabe destacar que “tiene aplicaciones en química analítica, especialmente para determinar concentraciones de analitos, para lo cual se hace uso de la ley de Lamber-Beer, y también tiene multitud de aplicaciones fisicoquímicas, que en parte están basadas en la fuerte dependencia de los espectros UV-visible con la temperatura, el ph, el estado físico de la muestra, el disolvente, etc”
(Iriarte; Mercedez, Castillero; Luis. 2012.). Los
objetivos planteados en el práctico se cumplieron cuando se logró obtener la concentración de la
cafeína de la muestra de dicho fármaco, no ocurriendo en el caso de AAS, los errores que se atribuyen al mal manejo de técnicas de laboratorio por nuestra parte dando como ejemplo las perdida de muestra al momento de moler la tableta en el mortero quedando residuos en él, lo que produjo el hecho de que los pasos siguientes se realizaran con una cantidad inferior a la correspondiente alterando las concentraciones finales, además, se produjeron filtraciones imprecisas en las extracciones realizadas, específicamente la fase acuosa donde se concentraba el AAS. Se considera que la precaución y cautela de dicho experimento es la clave de una buena extracción y obtención de las muestras; a pesar de todo lo ocurrido se logró cumplir la Ley de Lamber-Beer, en donde mediante las concentraciones y la absorbancia de la cafeína se interpoló y se obtuvo su concentración. VII.
Bibliografía
Anderson Guarnizo Franco, Pedro Nel Martinez Yepes.. (2009). Experimentos de Quimica Orgánica con enfoque en ciencias de la vida. Armenia, Quindio, Colombia: ELIZCOM S.A.S. ISBN 9589774466, 9789589774465.
Gómez, Santiago. Sierra, María. Analisis Instrumental Volumen 1, Netbiblo S. L.España, pág 47, ISBN: 978-84-9745-377-6
Iriarte; Mercedez, Castillero; Luis. 2012. “Especrofotometría UV-visible (III): Aplicaciones en Fecha: 25 de Mayo de 2014, Química”. 00:36.[Extraído de: http://triplenlace.com/2012/12/05/especrofotometriauv-visible-iii-aplicaciones-en-quimica/
