UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD CIENCIAS DE LA INDUSTRIA Y PRODUCCIÓN CARRERA DE AGROINDUSTRIA BIENVENIDOS ASIGNATURA: QUÍMICA ANALITICA Qco. Loguard Smith Rojas Uribe, M.Sc. [email protected] CONTENIDO • UNIDAD 2: EL ANALISIS VOLUMÉTRICO • TEMA 4: APLICACIONES DE LOS MÉTODOS VOLUMÉTRICOS • SUBTEMA: 1.- Aplicaciones industriales Objetivos • Determinar la propiedad fisicoquímica de interés (acidez, proteína total entre otras) en muestras de origen agroindustrial. • 1 - Identificar los elementos necesarios para realizar una titulación volumétrica amuestras problemas. • 2.- Conocer las normativas específicas, vigentes, que establecen los requisitos necesarios de calidad (acidez) dependiendo del tipo de muestra a analizar. • 3.- Determinar con la mayor precisión posible la acidez de una muestra problema mediante titulación empleando un indicador o con la medición de pH empleando un potenciómetro. Resultados de Aprendizaje • Aplica los métodos volumétricos para el análisis químico en muestras de origen agroindustrial con el fin de establecer características y parámetros fisicoquímicos. Repaso de la clase anterior Estos métodos comprenden un grupo de técnicas analíticas que se basan en determinar la cantidad de reactivo de concentración conocida que se necesita para reaccionar por completo con el analítico. Estos reactivos pueden ser una solución patrón de un compuesto químico o una corriente eléctrica de magnitud conocida. Requerimientos de la reacción analítica: •Cuantitativa •Estequiométrica •Selectiva •Rápida volumen 1.- antes de alcanzar el punto de equivalencia Repaso de la clase anterior HCl + NaOH → NaCl + H2O 3.- Después de pasar el punto de equivalencia 2.- En el punto de equivalencia (P.Eq .) Moles HCl = moles de NaOH INTRODUCCIÓN Hoy en día, ningún producto sale al mercado sin antes ser sometido a un riguroso control de calidad que garantice su aceptación para ser comercializado. En los alimentos el control de calidad constituye una etapa más del proceso productivo y adquiere una particular importancia por la relación existente entre la alimentación y la salud. Las determinaciones físico-químicas que se realizan a los alimentos como parte del control de calidad, así como los límites en que deben encontrarse los componentes que se cuantifican están normadas en documentos técnicos y dependen del tipo de alimento. INTRODUCCIÓN ACIDEZ Acidez titulable representa a los ácidos orgánicos presentes que se encuentran libres y se mide neutralizando una dilución de la muestra de interés con una base fuerte,. Punto final pH = 8,5 Algunas aplicaciones de la volumetría de neutralización en la agroindustria: Determinación / Alimentos Acidez total valorable / Carne y productos cárnicos, Conservas de pescado, Leche y productos lácteos, Conservas de frutas y vegetales, Derivados de cereales, Jugos, néctares y refrescos, Bebidas alcohólicas. Índice de acidez / Aceites y grasas, Mantequilla Índice de saponificación / Aceites y grasas Proteínas totales por el método Kjeldahl (indirecto)/ Carne y productos cárnicos, Conservas de pescado, Leche y productos lácteos, Conservas de frutas y vegetales, Cereales y derivados Alcalinidad total / Aguas de proceso Alcalinidad / en las cenizas de vinos Amonio / Aguas potables de consumo público Patrón valorante Tipo de método Patrón valorante NaOH Directo Fenolftaleína KOH HCl Directo Retroceso Fenolftaleína Fenolftaleína NaOH Retroceso Rojo de metilo + Azul de Metileno HCl NaOH Directo Retroceso H2SO4 Directo Anaranjado de metilo Anaranjado de metilo Rojo de metilo + Azul de Metileno Algunas aplicaciones de la volumetría de neutralización en la agroindustria: Determinación / Alimentos Patrón Tipo de método valorante Anhidrido carbónico libre / Aguas NaOH potables de consumo público Ácido fosfórico / Cerveza H2SO4 Índices de ácidos grasos volátiles solubles e insolubles / Aceites y NaOH grasas, Mantequilla Fosfatos / Vinos HCl Anhidrido carbónico / Vinos, HCl Sidras Indicadador colorimétrico Directo Fenolftaleína Retroceso Fenolftaleína Directo Fenolftaleína Retroceso Fenolftaleína Timolftaleína + Fenolftaleína Bromocresol verde Retroceso Nitrógeno total / Zumos de uva HCl Directo Bases nitrogenadas / Aguardientes compuestos, Ginebra, Anís HCl Directo Rojo de metilo Catálogo de Normas Técnicas Ecuatoriana TIPO / NÚMERO TITULO NTE INEN 1091:1984 BEBIDAS GASEOSAS. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TITULABLE NTE INEN 2 323:2002 BEBIDAS ALCOHOLICAS. CERVEZA. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TOTAL. INEN 38 1973-08 GRASAS Y ACEITES COMESTIBLES DETERMINACION DE LA ACIDEZ NTE INEN 381 CONSERVAS VEGETALES. DETERMINACIÓN DE ACIDEZ TITULABLE. MÉTODO POTENCIOMÉTRICO DE REFERENCIA INEN 341 1978-03 BEBIDAS ALCOHOLICAS DETERMINACION DE LA ACIDEZ NTE INEN 521:201 HARINAS DE ORIGEN VEGETAL. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TITULABLE NTE INEN-ISO 1388/2 ETANOL PARA USO INDUSTRIAL - MÉTODO DE ENSAYO - PARTE 2: DETECCIÓN DE LA ALCALINIDAD O DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ A LA FENOLFTALEÍNA (ISO 1388/2:1981, IDT) AOAC Official Method 942.15 ACIDITY (TITRATABLE) OF FRUIT PRODUCTS NTE INEN Otras AOAC Dinámica Etiquetar con los nombres de los distintos materiales o entidades Importancia y campos de aplicación en alimentos Control de calidad De la materia prima Leche Del producto durante el proceso de elaboración Leche en distinto grado de fermentación Del producto final Yogur Detener fermentación Niveles de acidez, proteínas y grasas Determinar el % de acidez del yogur intermedio Niveles entre 0,6 y 0,8% de ácido láctico Detección del punto final en valoraciones ácido-base Con indicadores ácido-base • Los indicadores acido-base son ácidos o bases débiles y de carácter orgánico, cuyas especies en distintos estados de protonación tienen colores diferentes. • Presentan estructuras moleculares complejas Fig.1 Verde de bromocresol (C2H14O4) Fenolftaleína (C20H14O4) Fig.2 • Son intensamente coloreados: Con concentraciones 10-4 – 10-5 M se aprecia perfectamente el cambio de color. Cantidad de valorante consumido despreciable) Detección del punto final en valoraciones ácido-base Con indicadores ácido-base Existe un número muy elevado de indicadores ácido-base, la tabla muestra sólo algunos de los más comunes: Nombre Intervalo de pH de transición pKa Cambio de color Tipo de indicador Azul de timol 1,2 – 2,8 8,0 – 9,6 1,65 8,96 Rojo-amarillo Amarillo-azul Ácido Anaranjado de metilo 3,1 – 4,4 3,46 Rojo-anaranjado Básico Rojo de metilo 4,2 – 6,3 5,00 Rojo-amarillo Básico Azul de bromotimol 6,2 – 7,6 7,1 Amarillo-azul Ácido Fenolftaleína 8,3 - 10 Incoloro-rosa Ácido Timolftaleína 9,3 – 10,5 Incoloro-azul Ácido Amarillo de alizarina 10 - 12 Incoloro-amarillo Básico En la práctica los intervalos de transición varían de 1,1 a 2,2 unidades. Existen indicadores disponibles para cualquier intervalo de pH que se desee. Se elige el indicador cuyo intervalo de viraje englobe el valor del pH en el punto de equivalencia de la valoración bajo estudio Curva de valoración de ácido débil con base fuerte 25 mL de AcH 0,1 M con NaOH 0,05 M Fig.1 14 12 Electrodos Valorante (medida de pH) 10 pH Detección del punto final en valoraciones ácido-base Con electrodo de pH (potenciometro) Autovalorador Analito 8 6 4 2 Agitador magnético 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 VNaOH, mL Punto de máxima pendiente APLICACIONES Determinación de acidez por volumetría 1. Aplicaciones de las volumetrías ácido-base al análisis de alimentos 1A. Acidez de un vinagre • • La acidez total (o grado acético): totalidad de los ácidos (volátiles y fijos) que contiene el vinagre. Se expresa como gramos de ácido acético por 100 mL de vinagre. La normativa ecuatoriana (NTE INEN 2296:2013) establece que los vinagres comerciales contengan, una acidez total como acido acético %: mínima de 4 y máxima de 6, según criterios del método de ensayo AOAC 930.35 • DETERMINACIÓN: Valoración de ácido débil con base fuerte. 60px-Burette CH3-COOH + KOH → CH3 -COO- K+ + H2O Fig.1 KOH ~0,1 M estandarizada Ind. fenolftaleína Fig.2 M(ácido acético)=60 g/mol 5-20 mL de vinagre hasta ~50 mL con agua 19 1. Aplicaciones de las volumetrías ácido-base al análisis de alimentos 1B. Acidez de un aceite Grado de acidez: indicador de la cantidad de ácidos grasos libres presentes en el aceite, expresada en tanto por ciento de ácido oleico. En el caso de los aceites de oliva estos ácidos se liberan cuando la aceituna es defectuosa. Mayor grado de acidez significa mayor deterioro de las aceitunas, mayor enranciamiento. Índice de acidez: mg de KOH necesarios para neutralizar AGL1 g de aceite • DETERMINACIÓN: Valoración de ácido débil con base fuerte. C17H33-COOH + KOH → C17H33 -COO- K+ + H2O F1 60px-Burette KOH ~0,1-0,5 M (en disolución hidroalcohólica) estandarizada Ind. fenolftaleína F2 M(ácido oléico)=282 g/mol ~ 10-15 g de aceite + 50 mL de mezcla etanol:éter etílico (1:1) 20 1. Aplicaciones de las volumetrías ácido-base al análisis de alimentos 1C Acidez de la leche El ácido mayoritario en la leche es el ácido láctico, por ello la acidez en estas muestras se expresa como gramos de dicho ácido por cada 100 mL de leche (% m/v) • DETERMINACIÓN: Valoración de ácido débil con base fuerte. CH3-CHOH-COOH + KOH → CH3 –CHOH-COO- K+ + H2O 60px-Burette Fig. 1 KOH ~0,1 M estandarizada Ind. fenolftaleína Fig. 2 10 mL de leche + 25 mL de agua M(ácido láctico)= 90 g/mol 21 2. Aplicaciones de las volumetrías ácido-base al análisis de alimentos 2A. Determinación del contenido de proteínas Método Kjeldahl: Determinación de N orgánico Etapa de descomposición En matraz Kjeldahl para evitar proyecciones Muestra + H2SO4 + H2O2 + K2SO4 + CuSO4 ó HgO (ácido Salicílico y Na2S2O3) (~ 400 ºC, hasta 60 min dependiendo del catalizador) El N queda en disolución como sal amónica Alcalinización de la disolución de NH4+ NH4+ + OH- → NH3(g) + H2O Destilación del amoniaco: se recoge sobre una disolución ácida H3BO3 + NH3 → NH4+ + H2BO3- Valoración de H2BO3- con HCl Indicador: rojo de metilo Muchas proteínas tienen aproximadamente el mismo porcentaje de N: % Proteínas = % N • 6,25 22 TRABAJO COLABORATIVO Determinación de acidez por volumetría 1A. Acidez de un vinagre Supongamos que para la valoración de 3,0304 g de vinagre se han necesitado 14,5 mL de KOH 0,1078 M. KOH, moles = 0,0145 • 0,1078 = 1,56 • 10-3 = moles de ácido acético • 100/3,0304 ACIDEZ DEL VINAGRE: 3,10 % m/v • 60 g/mol 0,0938 g de ácido acético También llamado GRADO ACÉTICO A= 𝑀∗𝑉∗𝑁 10∗𝑚 24 Actividad Evaluativa: Trabajo Autónomo En base a la explicación en clase y al desarrollo del ejercicio resuelto, realice los siguientes ejercicios, desarrolle y haga los respectivos cálculos tomando en cuenta el ácido predominante para cada caso. 1B. Acidez de un aceite Supongamos que para la valoración de 14,9390 g de aceite se han necesitado 8,75 mL de KOH 0,1045 M. 1C. Acidez de la leche: Criterios según normas INEN Supongamos que para la valoración de 19,981 g de leche se han necesitado 3,40 mL de NaOH 0,1050 M. 2. Determinación del contenido de proteínas Supongamos que para la valoración del anión borato producido tras el tratamiento de 5,480 g de carne mediante el método Kjeldahl consumen 10,15 mL de HCl 0,1088 M. CIERRE A lo largo de este objeto de aprendizaje se ha descrito la aplicación de métodos volumétricos para la determinación de acidez de una muestra de origen agroindustrial, a partir del tratamiento de la muestra según especificaciones técnicas dadas por las normas y procediendo luego para su valoración. Además se han expuesto los cálculos necesarios para obtener el porcentaje de acidez a partir del ácido bajo el cual se hace el análisis de la muestra y se ha ejemplificado el procedimiento con algunos casos reales.
