Cuantificación potenciométrica de fluoruro en sal de mesa mediante electrodos ión selectivos (ISE)

Cuantificación potenciométrica de fluoruro en sal de mesa mediante electrodos ión selectivos (ISE) ELABORARON: Gloria García R., Juan Manuel Martínez N. OBJETIVOS: Estudiar y utilizar la técnica electroanalítica de Potenciometría. Llevar a cabo el análisis del contenido de F - en una muestra comercial de sal de mesa por medio de una curva de calibración E = f (log[f - ]). METAS: 1. Preparar una curva de calibración de fluoruros a partir de un patrón. 2. Utilizar un electrodo selectivo a fluoruros para medir el potencial de cada disolución de la curva de calibración. 3. Trazar el gráfico correspondiente y obtener la ecuación de Nikolski. 4. Determinar el contenido de fluoruros en una muestra comercial de sal o en alguna otra muestra conveniente. 5. Analizar el significado de la ecuación de Nikolski. ENUNCIADO DEL PROBLEMA La cantidad de fluoruro en la sal de mesa analizada cumple con la especificación de la normatividad mexicana? INFORMACIÓN ADICIONAL En general un sensor es un dispositivo que recibe y responde a una señal o estímulo. Un sensor electroquímico responde a cambios específicos en el potencial o en la corriente eléctrica como consecuencia de la presencia de una especie química que interactúa con él. Cuando el elemento sensor está constituido por un elemento químico inorgánico u orgánico se habla de un sensor químico. El elemento químico sensor se selecciona de tal manera que interactúe con la especie a analizar (analito) de manera selectiva. En la literatura se conoce a estos sensores químicos por sus siglas en ingles: ISE, Ion Selective Electrodes. [1] La interacción sensor analito puede generar cambios electroquímicos, en la luz, en la temperatura, en el sonido. En cada caso se tienen transductores (dispositivos que reciben la señal y la transforma en una señal eléctrica detectable) electroquímicos, ópticos, termométricos, acústicos, etc. En la literatura los sensores químicos más estudiados son aquellos con transducción electroquímica. [1] Aquellos en los cuales se impone un potencial externo para electrotransformar algún producto de la interacción sensor analito requieren un transductor extra para cerrar el circuito y generar la corriente de electrólisis. Estos se conocen como sensores amperométricos y requieren de un amperímetro como sistema de medición adicional a una fuente de poder para llevar a cabo la electrólisis. [1] Los sensores químicos con transducción potenciométrica presentan un comportamiento con respecto a la concentración que se conoce como comportamiento de tipo Nikolski, E = f (log[i]), y los sensores químicos de 1

transducción amperométrica presentan un comportamiento con respecto a la concentración de forma directamente proporcional I = f ([i]). [1] El primer electrodo selectivo de la historia fue inventado en 1906 por Cremer para medir la acidez o alcalinidad utilizando como elemento selectivo un bulbo de vidrio contaminado con átomos gigantes de europio y lantano. Desde el electrodo de vidrio se han diseñado muchos electrodos selectivos a aniones y cationes con más o menos éxito. En general se han empleado cristales de sales inorgánicas poco solubles como elemento sensor químico como el AgCl depositado en plata metálica o el LaF 2 dopado con Eu 3+ [1, 2]. PREGUNTAS Y EJERCICIOS PREVIOS: 1. Calcular la masa de NaF que debe pesarse para preparar 25 ml 0.01 F. 2. Investigar en la Norma Oficial Mexicana (NOM) correspondiente el límite permisible de fluoruros en sal de mesa. 3. Investigar el contenido de fluoruro de potasio en sal de mesa comercial. 4. Pesar la sal a analizar, de tal manera que se obtengan 25 ml de disolución con una concentración final de fluoruros que se encuentre a la mitad de la curva de calibración. 5. Qué es un electrodo de trabajo o indicador? 6. Investigar la ecuación de Nikolski y su significado. 7. Cuáles son las características generales de los electrodos de referencia? 8. Elaborar un dibujo de los electrodos de referencia más comunes. 9. Elaborar un dibujo que ilustre la siguiente celda electroquímica: Ag 0 (s) AgCl (s) KCl (sat) F - (ac, exterior) KCl (ac) 3 F Electrodo de referencia Cristal inorgánico: LaF 3 LECTURA Y ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS: Bibliografía recomendada 1. Harris, D. C. Análisis Químico Cuantitativo. 2da edición. Ed. Iberoamérica Reverté. México, 1992. Pag. 377 379. 2. Skoog, D. A.; Leary, J. J. Análisis Instrumental. Cuarta Edición. Mc Graw-Hill. España, 1992. 3. Rechnitz, G. A. Bioanalysis with potentiometric membrane electrodes. Analytical Chemistry 54(1982)1194A. 4. Rechnitz, G. A. Ion and Bioselective Membrane Electrodes. Journal of Chemical Education 60(1983)282. 5. Baeza, A. 2003. Titulaciones ácido base: potenciométricas a microescala total con microsensores de ph y de referencia de bajo costo. Rev Chil Educ Cient 1(2):16 19. 6. Vargas, J.M.; Baeza, A.; Urzúa, T.; Rodríguez, J.; Cáceres, L. 2004. Titulaciones ácido base a microescala química usando microsensores de ph y microelectrodo de referencia: Adquisición de datos con nuevas tecnologías. Rev Chil Educ Cient 2(2):25 29. 2

7. Baeza, A.; de Santiago, A.; Galicia, E. 2004. Titulación de hologenuros a microescala total con microsensores de Ag y de microreferencia de bajo costo sin puente salino. Rev Chil Educ Cient 3(1):22 25. 8. Sánchez Batanero. Química Electroquímica Fundamentos y aplicaciones. Alhambra. España, 1981. 9. Koryta, J.; Dvorak, J.; Kavan, L. Principles of Electrochemistry. 2 nd edition. John Wiley & Sons. Great Britain, 1987. 10. Lynch, M. J.; Raphael, S. S.; Mellor, L. D.; Sapare, P. D.; M. Inwood, M. J. H. Métodos de laboratorio. 2da edición. Editorial Nueva Interamericana. México 1977. Pag. 119. EQUIPO, MATERIAL Y REACTIVOS: Potenciómetro Electrodo selectivo a fluoruro 8 matraces volumétricos de 25 ml 9 vasos de precipitados de 50 ml 1 vaso de precipitados de 250 ml 4 pipetas volumétricas de 3 ml 3 pipetas volumétricas de 1 ml 1 pizeta 1 espátula 1 pipeta Beral 1 nave para pesar 1 propipeta NaF Sal de mesa (muestra problema) 3

GUÍA EXPERIMENTAL: Medición de la diferencia de potencial de las disoluciones de la curva de calibración. Conectar el electrodo selectivo a fluoruros y la referencia al potenciómetro. Medir la diferencia de potencial sumergiendo los electrodos a cada una de las disoluciones estándar. Hacerlo en orden creciente de concentración enjuagando y entre cada cambio. Esperar unos segundos a que se estabilice la respuesta y registrarla. Enjuagar el electrodo con agua destilada, secar cuidadosamente con una toalla de papel. Sumergir el electrodo en la disolución de la muestra de sal de mesa, esperar unos segundos a que se estabilice la respuesta y medir el potencial. El potencial medido debe caer dentro de los valores de la curva de calibración. Muestra problema: Preparar una disolución de la muestra en agua destilada. Agregar disolución amortiguadora de fuerza iónica y ph (0.5 ml por cada 25 ml de disolución). Preparación de los estándares para la curva de calibración de fluoruros: En matraces volumétricos de 25 ml se preparan las disoluciones que se indican a continuación: 4

Tabla 1. Metodología para la preparación de las disoluciones estándar de NaF. No. Matraz Modo de preparación * 1 Preparar disolución de NaF 0.01 mol/l 2 3.0 ml de la disolución del matraz 1 3 1.0 ml de la disolución del matraz 1 4 3.0 ml de la disolución del matraz 2 5 1.0 ml de la disolución del matraz 2 6 3.0 ml de la disolución del matraz 4 7 1.0 ml de la disolución del matraz 4 8 3.0 ml de la disolución del matraz 6 *Adicionar 0.5mL de amortiguador y llevar al aforo (25mL) con agua destilada. Preparación de la disolución amortiguadora: Composición: 5.8 % de NaCl 1.4 % de ácido acético 0.4% de citrato de sodio 8.2 % de acetato de sodio Disolver todo en agua destilada, en un volumen aproximado al 70% del total. Ejemplo: para 100 ml totales a preparar, usar 70 ml de agua para disolver. Se ajusta el ph = 5.0 con NaOH o con HCl 1.0 M, según se requiera, gota a gota mientras se mide el ph con electrodo de vidrio. Se vierte la disolución a un matraz volumétrico y se agrega el agua destilada necesaria para completar al 100% el volumen planeado. Nota: El citrato de sodio puede cambiarse por ácido cítrico, en ese caso calcular la masa necesaria para conservar el % de citrato. CUESTIONARIO FINAL 1. Trazar la gráfica E = f (log[f - ]). 2. Obtener la ecuación de línea recta y el coeficiente de correlación lineal de la gráfica anterior. 3. Analizar el significado de la pendiente de la gráfica obtenida. 4. Determinar el contenido de fluoruro en la sal de mesa analizada. 5. La sal de mesa analizada cumple con las especificaciones de la NOM correspondiente? 5