Análisis de ácido salicílico en agua destinada al consumo humano.

Trabajo Práctico N° 11
EL PROCESO DE MEDIDA QUÍMICA
Proceso Analítico Total (PAT)
Análisis de ácido salicílico en agua destinada al consumo humano.
Objetivo:
Aplicar un método de preconcentración (extracción en fase sólida) que
permita incrementar la sensibilidad de la reacción colorimétrica usada para la
determinación de ácido salicílico, cuando se lo evalúa como contaminante en agua
destinada para consumo humano.
Introducción:
El agua (que ingresa a las plantas potabilizadoras) puede contener una gran
cantidad de contaminantes como surfactantes, fármacos, productos de cuidado
personal y aditivos de combustibles. El mayor % de los contaminantes, y aún en
continuo incremento, estaría representado por los residuos farmacológicos. Esto
causa preocupación en los organismos relacionados a la salud, ya que no se conoce
el efecto de la exposición crónica de los mismos. Por esta razón, surge el mayor
cuestionamiento: ¿El consumo prolongado de residuos farmacológicos, puede tener
un impacto negativo sobre la salud humana y sobre el medio ambiente acuático? La
respuesta más probable es si y de esta resulta la importancia de la determinación
de contaminantes de naturaleza farmacológica en agua destinada al consumo
humano.
El ácido salicílico (Figura 1) se utiliza principalmente para alivio a la fiebre.
Es el aditivo clave en muchos productos para el cuidado de la piel diseñados para
tratar acné, psoriasis, callosidades y las verrugas. También se utiliza como
antiséptico y desinfectante bucal. Tanto la aspirina como el salicilato sódico son
igualmente efectivos como antiinflamatorios, aunque la aspirina tiende a ser más
eficaz como analgésico.
Figura 1: Estructura del ácido salicílico
1
Química Analítica I – 2010 – Nivel III
METODOLOGÍA
1. Características y propiedades del analito
Él ácido salicílico es un ácido orgánico simple (ácido 2-hidroxibenzoico)
producto metabólico de la aspirina. Se trata de un sólido incoloro que suele
cristalizar en forma de agujas. Tiene una buena solubilidad en etanol y éter. Con
hierro (III) en disolución acuosa da un color rojizo característico a un pH ácido
entre 2 y 3. Posee un peso fórmula de 138.12 g/mol y un pKa de 4.19.
2. Reacción de identificación cualitativa
El ácido salicílico contiene en su molécula un grupo fenólico por tal motivo
para su identificación se utilizará una reacción colorimétrica denominada prueba del
cloruro férrico (cuyo Límite de Detección = 2.0 mg L-1 determinado en nuestro
laboratorio para este analito), que permite determinar la presencia o ausencia de
fenoles (Figura 2) en una muestra dada.
Figura 2: Estructura del fenol
Para determinar la presencia del grupo fenol, se agrega a la muestra
incógnita (disuelta en agua, o una mezcla de agua y etanol) unas gotas de solución
de cloruro de hierro (III) diluido. La formación de una coloración roja, azul o
púrpura indica la presencia de fenoles.
Fundamento del método: los fenoles forman un complejo con Fe (III) el
tetrafenol-hierro que es intensamente coloreado (Figura 3).
Figura 3: Reacción entre el fenol y el Fe3Cl. Estructura del complejo tetrafenol-Fe
2
Química Analítica I – 2010 – Nivel III
3. Preconcentración mediante extracción en fase sólida
Un resultado negativo, en la determinación de la presencia del grupo fenol
por el método colorimétrico, indica que la cantidad de analito presente en la
muestra es menor al límite de detección del método (2.0 mg L-1) o que
directamente el analito está ausente en la muestra.
Por este motivo, las muestras que resulten negativas en la determinación
colorimétrica directa se someterán a un paso de preconcentración mediante
extracción en fase sólida (EFS).
El proceso de preconcentración se realiza en la etapa pre-analítica del PMQ y
se aplica con el objetivo de incrementar la concentración de analitos antes del
ensayo para llegar a un nivel de concentración óptimo.
Este proceso puede llevarse a cabo mediante técnicas de extracción líquidolíquido, microextracción en fase líquida, extracción en fase sólida, microextracción
en fase sólida, entre otras.
La extracción en fase sólida (EFS) se basa en la partición de los compuestos
entre una fase líquida (muestra) y una fase sólida (extractante o sorbente)
gobernada por fuerzas intermoleculares entre ambas fases. Los compuestos a ser
extraídos deben tener mayor afinidad por la fase sólida que por la matriz de la
muestra (fase líquida). La retención puede involucrar fuerzas polares, no-polares,
de
intercambio
posteriormente
iónico
eluído
o
con
interacciones
un
de
pequeño
afinidad.
volumen
El
de
analito
solvente
retenido
de
es
elución
proporcionando extractos altamente concentrados.
En otro casos, el proceso que involucra una EFS puede utilizarse para
eliminar compuestos interferentes y para acondicionar una muestra para un
posterior análisis.
La preconcentración de analitos sucede si el volumen de elución es menor al
volumen original de muestra, de lo contrario sólo sería un proceso de extracción. El
factor de preconcentración obtenido será entonces la relación entre el volumen del
eluído y el volumen original de la muestra.
Existen cuatro tipos de mecanismos para la extracción en fase sólida: fase
reversa, fase normal, intercambio iónico y afinidad. La diferencia entre estos
mecanismos radica en las distintas interacciones posibles entre los grupos
funcionales de los analitos y los de la fase sólida.
Observación: Para la adquisición de mayor conocimiento sobre este tema se
sugiere
la
lectura
del
apunte
denominado:
ETAPA
PRE-ANALÍTICA:
TRATAMIENTO PREVIO DE LA MUESTRA EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA.
Disponible en fotocopiadora y en la página web de la cátedra.
3
Química Analítica I – 2010 – Nivel III
ACTIVIDADES EXPERIMENTALES
9
Se evaluará la presencia de ácido salicílico en dos muestras de agua (A y B)
mediante una reacción colorimétrica cuyo Límite de Detección es de 2.0 mg L-1.
I.
Análisis Directo de ácido salicílico en agua
Realizar los siguientes ensayos en tubos de ensayo
Tubo
Agua dest.
Blanco
Testigo
Muestra A
2 mL
Testigo C: 20.0 ppm
2 mL
Muestra A
2 mL
Muestra B
Reactivo FeCl3
Muestra B
2 mL
2 gotas
2 gotas
2 gotas
2 gotas
Interpretación de los Resultados:
9
Ensayo negativo: la intensidad del color obtenido para la muestra debe ser
similar a la del ensayo blanco.
9
Ensayo positivo: la intensidad del color obtenido para la muestra debe ser
mayor a la del ensayo blanco y la coloración debe ser similar a la del
testigo.
4
Química Analítica I – 2010 – Nivel III
II.
Preconcentración y Análisis de ácido salicílico en agua
Las muestras que resulten negativas en el análisis directo se someterán a
un paso de preconcentración mediante EFS aplicando un factor de preconcentración
de 10.
Se utilizará un cartucho Oasis HLB que contiene 60 mg de sorbente y 6 mL
de capacidad. El sorbente del cartucho Oasis HLB es un copolímero compuesto por
dos monómeros, divinilbenceno (lipofílico) y N-vinilpirrolidona (hidrofílico). Este
sorbente se utiliza para EFS en fase reversa, para analitos ácidos, básicos y
neutros. Dado que lo deseable es retener, en el sorbente, al analito de interés, el
pH de la muestra debe ajustarse para que la retención sea óptima. Si el compuesto
de interés es ácido o básico, debe usarse un pH donde el compuesto no esté
cargado.
Dado que el ácido salicílico es un ácido débil con pKa 4.19 y para que su
carga sea nula, se utilizará agua destilada acidificada con HCl para obtener un pH
cercano a 4.20.
Protocolo para la etapa de preconcentración y el análisis
1. Acondicionamiento del cartucho: 2 mL etanol (EtOH).
2. Equilibrado: 2 mL agua destilada pH 4.20. Mediante solvatación se prepara
al sorbente para que la interacción con los analitos sea reproducible.
3. Carga de muestra: 20.00 mL de la muestra que resultó negativa en el
análisis directa con FeCl3 (ver esquema). La velocidad de flujo debe ser lo
suficientemente lenta como para favorecer la interacción del analito con el
sorbente. Para evitar el taponamiento del relleno es necesario que la
muestra esté limpia, sin partículas ni materiales en suspensión y libre de
todo tipo de material interferente.
4. Lavado: 2 mL de agua destilada a pH 4.20. Elimina los compuestos no
deseados o retenidos débilmente.
5. Elución: 2 mL de Etanol (EtOH). El eluyente EtOH rompe las interacciones
entre el analito y el sorbente dejando retenidas las impurezas que no
pudieron eliminarse en el paso de lavado.
6. Colocar el eluído en un frasco de vidrio y realizar la evaporación del EtOH
sobre una manta calefactora.
7. Resuspender el residuo con 2.00 mL de agua pH 4.20 y realizar la reacción
de identificación de ácido salicílico agregando dos gotas de FeCl3.
5
Química Analítica I – 2010 – Nivel III
Testigo
El testigo empleado en este ensayo se preparará de la siguiente manera:
colocar en un frasco de vidrio 2 mL de una solución testigo de 20 ppm de ácido
salicílico disuelto en EtOH. Evaporar todo el contenido del frasco sobre una manta
calefactora. Una vez terminada la evaporación resuspender el residuo con 2.00 mL
de agua destilada pH 4.20 y adicionar 2 gotas de FeCl3.
Blanco
El blanco empleado en este ensayo se preparará de la siguiente manera:
colocar en un frasco de vidrio 2 mL de agua destilada pH 4.20 y adicionar 2 gotas
de FeCl3.
Realizar la comparación de la muestra con el testigo y el blanco y obtener
conclusiones.
Interpretación de los Resultados:
9
Ensayo negativo: la intensidad del color obtenido para la muestra debe ser
similar a la del ensayo blanco.
9
Ensayo positivo: la intensidad del color obtenido para la muestra debe ser
mayor a la del ensayo blanco y la coloración debe ser similar a la del
testigo.
Observación: Un resultado negativo indica que no hay ácido salicílico presente en
la muestra o que el factor de preconcentración no fue suficiente para aumentar la
concentración de analito en la muestra.
6
Química Analítica I – 2010 – Nivel III
7
Química Analítica I – 2010 – Nivel III