LABORATORIO DE MÉTODOS INSTRUMENTALES PRÁCTICA 1: DETERMINACIÓN DE FÓSFORO EN BEBIDAS DE COLA POR ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS INTEGRANTES:

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1 UADY FACULTAD DE QUÍMICA. Campus de Ciencias De la Salud LABORATORIO DE MÉTODOS INSTRUMENTALES PRÁCTICA 1: DETERMINACIÓN DE FÓSFORO EN BEBIDAS DE COLA POR ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS INTEGRANTES: Comentario [jsn1]: Número de equipo? Oxte Rodríguez Zuriely Zapata Cruz Gabriel Eduardo SALÓN 1 FECHA DE ENTREGA: 23 de Agosto del pts 1

2 INDICE ANTECEDENTES 3 OBJETIVO 6 METODOLOGIA 6 RESULTADOS y DISCUSIONES 8 CONLUSIONES 12 REFERENCIA 14 2

3 ANTECEDENTES México es el primer lugar per cápita en consumo de refresco en el mundo. Según datos de la Cámara Nacional de la industria de la Leche y de la Asociación Nacional de Productores de Refrescos el consumo de refrescos casi duplica la leche, aun cuando los primeros son más caros. 1 Las bebidas de cola, son muy populares, su consumo es muy frecuente sobre todo en la población juvenil. Actualmente se está prestando atención a las posibles consecuencias del consumo excesivo de estas bebidas que puedan afectar a la salud humana; para ello se están haciendo esfuerzos intensivos como la evaluación del potencial erosivo en los dientes debido a la acidez de las bebidas; los efectos secundarios adversos a la ingesta de altas concentraciones de cafeína y los efectos adversos en el metabolismo del calcio debido al alto volumen del ácido fosfórico, él cual si se combina con el calcio necesario para el organismo (en bajas proporciones) puede aumentar el riesgo de sufrir enfermedades de los huesos, tal como la osteoporosis. 2 La determinación y cuantificación de fósforo contenidos en muestras de consumo popular, como son los refrescos de cola se pueden obtener a través de métodos de espectrometría UV-Vis. 1 El ácido fosfórico es sustancia que contienen los refrescos de cola, es un aditivo que se emplea como antioxidante. Cantidades elevadas de fósforo en la dieta, tienen un efecto desmineralizante del hueso, ya que el fósforo es un mineral que precipita con el calcio, reduciendo su absorción por parte de nuestro cuerpo. Por ello, no se recomienda abusar del consumo de estas bebidas, dada la importancia del calcio en el correcto desarrollo y mantenimiento de la masa ósea. El ácido fosfórico que se encuentra muy diluido no es tóxico, es inodoro y se emplea para dar un sabor ácido a muchos refrescos, como la Coca-cola, a la cual se le agrega, aproximadamente 0.95 % de H 3 PO 4 ; el ph de los refrescos es cercano a Comentario [jsn2]: No cumplieron c los márgenes establecidos ene l manual procedimientos. 3

4 El instrumento utilizado en la espectrometría ultravioleta-visible se llama espectrofotómetro UV-Vis. Mide la intensidad de luz que pasa a través de una muestra, y la compara con la intensidad de luz antes de pasar a través de la muestra La relación I / Io se llama transmitancia, y se expresa habitualmente como un porcentaje (%T). La absorbancia (A) se basa en la transmisión: Comentario [jsn3]: Qué símbolo e Comentario [jsn4]: A= -log (%T) Las partes básicas de un espectrofotómetro son una fuente de luz, un soporte para la muestra, una rejilla de difracción o monocromador y un detector. Un espectrofotómetro puede ser único o de doble haz. Las muestras para espectrofotometría UV-Vis suelen ser líquidas, aunque la absorbancia de los gases e incluso de los sólidos también puede medirse. Las muestras suelen ser colocadas en una celda transparente, conocida como cubeta. Las mejores cubetas están hechas con cuarzo de alta calidad, aunque son comunes las de vidrio o plástico. El cristal y la mayoría de los plásticos absorben en el UV, lo que limita su utilidad para longitudes de onda visibles. El espectrofotómetro es un instrumento fácil de usar que ejecuta mediciones de absorbancia, % de transmitancia y concentración dentro del rango de longitud de onda de 325 a 1100 nanómetros. Consta de un interruptor de apagado y encendido, una pantalla digital, una tapa del compartimiento de muestra, el teclado, una puerta del compartimiento de la lámpara. Comentario [jsn5]: No tienen referencia los parrafos Figura 1. Partes de un Espectrofotómetro de UV-VIS de un solo haz. 4

5 El teclado está compuesto por: Pantalla de cristal líquido de 20 caracteres en 2 líneas. Tecla FUNCIÓN 1: La función varía dependiendo de la pantalla, generalmente salir, retroceder o borrar. Tecla FUNCIÓN 2: La función varía dependiendo de la pantalla, generalmente entrar, aceptar o continuar. Tecla de SELECCIÓN: Usada para recorrer el menú e ingresar valores numéricos. Controles de longitud de onda: Aumenta y disminuye el ajuste de longitud de onda 0 Abs/100%T: (Cero Abs/100% Transmitancia) Aumenta automáticamente el instrumento a cero absorbancia (100%T). A/T/C: Cambia entre modos de absorbancia, % de transmitancia y concentración. Utilidades: Accede al ajuste del instrumento, diagnóstico y otras funciones. IMPRIMIR: Envía los datos actuales a una impresora seleccionada. [4 Comentario [jsn6]: No mencionan e los antecedentes métodos para determi fosforo, ni el fundamento de estos métodos. Empezaron muy bien los antecedentes pero les falto aterrizar el objetivo principal. 5

6 OBJETIVOS Conocer las partes y el manejo de un espectrofotómetro de UV-VIS. Realizar una curva de calibración para cuantificar por UV-VIS, el contenido de Fosforo en una muestra de refresco de cola. METODOLOGÍA Inicialmente se procedió a pesar 100 ml de una solución stock de 100 ppm de P 2 O 5 a partir de g de fosfato monobásico de potasio (KH 2 PO 4 ), se tomó 1mL de esta solución y se prepararon 25 ml de una solución de trabajo a una concentración de 4ppm, estas soluciones fueron incoloras. Comentario [jsn7]: No se puede pes se procedió a preparar 100 ml. Comentario [jsn8]: Este comentario no se describe en metodología. Preparación de la solución reductora: Para el proceso de preparación de la solución reductora. Se pesaron g de molibdato de potasio y se disolvió en 7.8 ml de agua destilada, se pesaron g de acido ascórbico los cuales fueron disueltos en 12 ml de agua destilada y se le añadieron 2.2 ml de H 2 SO 4 aforando a 25 ml con agua destilada. Posteriormente estas tres soluciones se mezclaron llevándose a un aforo de 50mL obteniéndose así la solución reductora cuyo color era azul. Comentario [jsn9]: Este comentario no se describe en metodología. 6

7 Preparación de la curva de calibración: Se prepararon estándares en matraces aforados de 10 ml, para esto se extrajeron alícuotas de 1, 2, 3, 4 y 5 ml de la solución de trabajo y se les agregó a cada una 4 ml de la solución reductora; estas soluciones se incubaron por 30 minutos a una temperatura de 50 C. Preparación de la muestra: Se desgasificó la bebida de cola (Coca-Cola light ) en un baño de ultrasonido por 20 minutos, posteriormente se tomó 1mL de la bebida desgasificada y se llevó a aforo a 50 ml con agua destilada. A continuación se tomó una alícuota de 1 ml de la solución preparada con anterioridadque se preparó, se le añadieron 4 ml de la solución reductora y se aforó a 10 ml con agua destilada. Igualmente se preparó un blanco añadiendo 4 ml de la solución reductora y se aforó a 10 ml con agua destilada. Todas las soluciones se incubaron, al mismo tiempo a 50 0 C por 30 minutos. A los 10 minutos de calentamiento las soluciones en las cuales se formaba un complejo de fosfomolibdato se tornaron de color azul. El blanco no mostró cambio de color, pues esta no contenía fósforo y por lo tanto el complejo no se formó. Análisis espectrofotométrico Para llevar a cabo el análisis espectrofotométrico primero, se realizó un barrido de exploración con el punto de la curva de calibración más concentrado (2 ppm), a una longitud de onda de 750 a 850 nm. Posteriormente a partir de la longitud de onda en la que se alcanzó el máximo de absorción el cual fue de 807 nm se realizó un análisis de la curva de calibración y de las muestras. Para realizar este análisis primero se hizo la medición del blanco con los siguientes pasos: Se lavó la celda con el blanco, se puso el blanco en la celda y ésta se colocó en el espectrofotómetro de UV-VIS (GENESYS UV10 THERMO SCIENTIFIE) y se hizo la medición correspondiente. Después se hizo la medición de los estándares de 0.4, 0.8, 1.2, 1.6 y 2 ppm. Para esto primero se lavó la celda con agua destilada, luego se lavó con los estándares, se vertió el 7

8 estándar en la celda y ésta se introdujo en el espectrofotómetro. Se hizo la medición correspondiente y se anotaron los resultados obtenidos. En seguida se realizó de nuevo la medición del blanco y por último se llevaron a cabo las mediciones de las muestras siguiendo el mismo proceso ya mencionado y se anotaron los resultados obtenidos. Por último con los datos obtenidos de los estándares se graficaron las absorbancias contra los valores de concentración en ppm y con la curva de calibración. Con formato: Fuente: Negrita RESULTADOS Y DISCUSIONES La espectrofotometría de absorción UV-Vis posee diversas aplicaciones, una de ellas es el análisis de un solo componente. Para esta práctica se utilizó esta técnica con el fin de determinar el nivel de fósforo presente en una bebida de cola elegida previamente (RESULTADOS Y DISCUSIONES La espectrofotometría de absorción UV-Vis posee diversas aplicaciones, una de ellas es el análisis de un solo componente. Para esta práctica se utilizó esta técnica con el fin de determinar el nivel de fósforo presente en una bebida de cola elegida previamente (Pepsi-Cola ). Lo anterior estuvo basado en el método espectrofotométrico del azul de molibdeno con el molibdato de amonio y ácido ascórbico para desarrollar color. Durante la formación de los ácidos molíbdicos un exceso de molibdato reacciona en solución ácida (razón por la cual se le añadió H2SO4 a la solución reductora) con el fosfato (especie de interés para este experimento) para luego determinar el nivel de fósforo presente. La reacción siguiente ilustra el proceso: Figura 1. Formación del complejo de fosfomolibdato Comentario [jsn10]: Estos párrafos son resultados ni discusiones, es parte d los antecedentes que te hicieron falta. Comentario [jsn11]: No hay figura El H 3 PO 4 es el que se encuentra presente en la bebida de cola a analizar. 8

9 En la reacción 1 se observa la formación del complejo de fosfomolibdato que posteriormente fue reducido a un compuesto azul soluble cuya absorbancia es medida espectrofotométricamente y es proporcional a la cantidad de fósforo presente en la muestra. Para lograr lo anterior se utilizó en esta práctica ácido ascórbico debido a sus propiedades reductoras. Comentario [jsn12]: Cuál reacción ). Lo anterior estuvo basado en el método espectrofotométrico del azul de molibdeno con el molibdato de amonio y ácido ascórbico para desarrollar color. Durante la formación de los ácidos molíbdicos un exceso de molibdato reacciona en solución ácida (razón por la cual se le añadió H2SO4 a la solución reductora) con el fosfato (especie de interés para este experimento) para luego determinar el nivel de fósforo presente. La reacción siguiente ilustra el proceso: Barrido de exploración Comentario [jsn13]: No hay reacció Estos párrafos no pertenecen a resultad y discusiones. Revisar antes de enviar el trabajo, no hay ni figuras, ni reacciones. Cuadro 1: Barrido de exploración Concentración Absorbancia l máx registrada en nm 2 ppm Análisis de puntos para la curva de calibración Cuadro 2: puntos para la curva de calibración Comentario [jsn14]: Utiliza otra palabra. Solución de 10 ml alícuotas ml Concentración de P 2 O 5 (ppm) Absorbancia l=

10 A continuación se presenta la gráfica de los resultados, en la cual los valores situados en la abscisa corresponden a los valores de la concentración de cada estándar en partes por millón (ppm), y los valores de la ordenada corresponden a la absorbancia obtenida de acuerdo a la concentración del estándar. Con formato: Sangría: Izquierda: 1.27 cm, Sin viñetas ni numeración Absorbancia Absorbancia Lineal (Absorbancia) Lineal (Absorbancia) Lineal (Absorbancia) Pendiente: Desviación estándar: 50x10-2 Intercepto: Coeficiente de correlación: Cuadro 3: Absorbancia y concentración de la muestra Muestra Absorbancia a 822 nm Concentración (ppm)

11 Concentraciones en ppm de P 2 O 5 en la muestra de cola (Pepsi-cola ): Ley de Bouguer-Beer: Comentario [jsn15]: Están seguros qué es esa Ley? A = εbc Siendo: A: Absorbancia b: espesor de la celda (1 cm) C: Concentración ε: Coeficiente de extinción molar (pendiente) Comentario [jsn16]:? Para la muestra1 de Cola analizada (Pepsi-Cola ): A1 = C1 = A/εb C1 = 0.459/ [(0. 331) (1)] C1 = ppm de P 2 O 5 Para la muestra 2 de Cola analizada (Pepsi-Cola ): A1 = C1 = A/εb C1 = 0.443/ [(0. 331) (1)] C1 = ppm de P 2 O 5 Comentario [jsn17]: No era necesa estos pasos, debieron trabajar con la ecuación de la recta de la curva de calibración. Y buscar por ese método el valor de concentración. Niveles de fósforo presentes en las muestras de cola a partir de las concentraciones en ppm de P 2 O 5 utilizando el factor gravimétrico: 11

12 Ppm P= (X ppm de P 2 O 5 ) (50) (10) (62 g de P/142 de P 2 O 5 ) Muestra 1.- ppm P= (1.386 ppm) (50) (10) (0.4366) Ppm P= Muestra 2.- ppm de P= (1.338 ppm) (50) (10) (0.4366) Ppm de P= En el cuadro 2 se puede percibir que conforme aumentaba la concentración de P 2 O 5, la absorbancia también aumentaba, lo anterior se debe a que había una mayor presencia de fósforo (proveniente del P 2 O 5 ) y en consecuencia se formó una mayor cantidad del complejo de fosfomolibdato, lo anterior se comprobó por una mayor intensidad en la coloración azul. Por esa razón, para realizar el barrido de exploración, se utilizó el punto de la curva de calibración más concentrada (aquél con 2 ppm de P 2 O 5 ) para establecer la longitud de onda máxima de absorción, la cual fue registrada en 822 nm. Posteriormente se aplicó la ley de Bouguer-Beer para obtener los valores de fósforo en la muestras de la bebida de cola (Pepsi-Cola ) y se observó que por cada litro de refresco consumido se ingieren entre mg de fósforo. Lo anterior quiere decir que si una persona consume un vaso (aaproximadamente 250 ml) de una bebida de cola (Pepsi-Cola para este ejemplo) al día, estaría consumiendo entre 73 mg de fósforo. Comentario [jsn18]: Utilicen el nombre tradicional Lambert-Beer Se puede afirmar que los resultados obtenidos del experimento fueron bastante precisos debido al pequeño valor de la desviación estándar, así como también que existe una relación directamente proporcional entre la concentración en ppm y la absorbancia de los puntos de la curva de calibración, es decir, conforme una variable aumenta, la otra también lo hace, esto se debe al valor positivo cercano a 1 (que indica correlación perfecta) del coeficiente de correlación. Comentario [jsn19]: No discutiste nada de los resultados obtenido durante práctica llevada a cabo, ni mencionaste s estaba entre los limites, para la próxima mejora tus resultados y discusiones. 12

13 CONCLUSIONES Se cumplió el objetivo de conocer y aprender el manejo de los diferentes aparatos utilizados en el laboratorio (espectrofotómetro de uv-vis, la máquina de incubación con ultrasonido), con el propósito de determinar y realizar una curva de calibración para cuantificar la concentración de fosforo en la muestra de cola (Pepsi-Cola ) que se analizó, esto mediante la preparación de estándares, las cuales se utilizaron para el barrido de exploración. El espectrofotómetro de UV-Vis mide la capacidad de transmitancia de las soluciones, la cual es inversa a la absorbancia. Gracias a este equipo se puede determinar la concentración de fósforo de las muestras indirectamente a partir de las absorbancias obtenidas en base a las concentraciones del P 2 O 5. La absorbancia es directamente proporcional a la concentración de fósforo en las soluciones. Para lograr lo anterior, en esta práctica se utilizó el método espectrofotométrico del azul de molibdeno con el molibdato de amonio y ácido ascórbico para desarrollar color. El barrido de exploración se realizó a partir de la solución estándar más concentrada para que las absorbancias obtenidas de las demás soluciones estándar estén dentro de la longitud de onda establecida. Es necesaria la medición de un blanco, y la realización de una curva de calibración para minimizar los errores sistemáticos al momento de medir las absorbancias de las muestras. Finalmente, de acuerdo a los cálculos realizados, se puede concluir que la cantidad de fósforo presente en la bebida analizada (Pepsi-Cola ) es muy alta en comparación con las cifras normales de fósforo sérico inorgánico en los adultos, que oscila entre 2.8 y 4 mg por cada 100 ml, dado que un vaso (aproximadamente 250 ml) de esta bebida al día aportaría de mg de fósforo. Comentario [jsn20]: Deberían mencionarlo en las discusiones y a que creen que se deba estas concentracione elevadas, revisen sus cálculos antes de afirmar lo que comentan. 13

14 REFERENCIAS Comentario [jsn21]: Revisar el man de procedimientos para las referencias. 1 Cavazos, Norma C.; Zárate, L.; Torres de Navarro, E. Determinación de fósforo y cafeína en bebidas de cola. Educación Química, 2001, 12,2, pp Ortíz R.; Martínez Y. Laboratorio de Análisis Instrumental. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias. Departamento de Química. Mérida, pp Guzmán B., J. Las bebidas gaseosas no te alimentan, TuVida Sana, Colombia, Ene.18, 2011, 18 4 Angelici R.J. Técnica y Síntesis en Química Inorgánica. Editorial Reverté. 1979, España. p