Prácticas de Análisis instrumental

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LA MIXTECA Manual de Prácticas de Laboratorio Análisis Instrumental Raúl Salas Coronado [Seleccionar fecha] Este manual cubre los requisitos básicos de un curso experimental de análisis instrumental, y abarca técnicas espectroscópicas de ultravioleta, visible, infrarrojo y espectrometría de masa.

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UNIVERSIDAD TECNOLOacuteGICA DE LA MIXTECA

Manual de Praacutecticas de Laboratorio Anaacutelisis Instrumental

Rauacutel Salas Coronado

[Seleccionar fecha]

Este manual cubre los requisitos baacutesicos de un curso experimental de anaacutelisis instrumental y abarca teacutecnicas espectroscoacutepicas de ultravioleta visible infrarrojo y espectrometriacutea de masa

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 2

Determinacioacuten cuantitativa de colorantes en polvos para preparar bebidas

Samuella B Sigman and Dale E Wheeler

A R Smith Department of Chemistry Appalachian State University Boone NC 28608

Jornal of Chemical Education 2004 81 1475-1478

e-mail wheelerdeappstateedu

Introduccioacuten

En la literatura existen numerosos estudios involucrando colorantes FDampC Tiacutepicamente esos

experimentos son cualitativos (1-4) implican una interpretacioacuten matemaacutetica compleja de datos (5-

8) o requiere instrumentacioacuten sofisticada (9-16) Esta praacutectica se enfoca al desarrollo de un simple

meacutetodo espectrofotomeacutetrico para determinar cuantitativamente la cantidad de color (mgporcioacuten)

presente en polvos para bebidas

Muchos de los polvos para bebidas contienen mezcla de dos colorantes En esas muestras una

medida directa de los datos espectrofotomeacutetricos es imposible debido a que se traslapan las curvas

de absorbancia En esta praacutectica se presentan ecuaciones binarias para compensar este problema y

obtener la informacioacuten clave requerida para desarrollar un procedimiento a partir de muestras

estaacutendares reguladas por la FDA (17) Para determinar la absortividad molar de cada muestra de

colorante estaacutendar se utilizoacute la pureza espectrofotomeacutetrica

La praacutectica describe el procedimiento para el desarrollo del experimento Con este trabajo los

estudiantes ganaraacuten experiencia praacutectica en el uso de un espectrofotoacutemetro y la aplicacioacuten de la

Ley de Lambert-Beer (18) Tambieacuten ganaraacuten experiencia en la construccioacuten de graacuteficas

determinacioacuten de la pendiente de una curva y el uso de una curva de calibracioacuten El tiempo de

laboratorio requerido seraacute de tres horas

El objetivo de la praacutectica es determinar los miligramos los miligramos por porcioacuten y el porcentaje

en peso de colorantes en varios sabores de bebidas en polvo de la marca Zuko

Equipo

El equipo necesario para este experimento incluye balanza analiacutetica una centriacutefuga y un

espectrofotoacutemetro de UVVis Otros accesorios incluyen tubos para centriacutefugas y celdas para el

espectrofotoacutemetro matraces volumeacutetricos de 500 mL y 10 mL micropipeta de 0-100 L Para este

trabajo se usaraacute un espectrofotoacutemetro lambda 35 y celdas de poliestireno

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 3

Riesgos

No hay riesgos conocidos asociados con este experimento cuando se usan polvos para bebidas

Evitar la inhalacioacuten de los polvos Si los ojos son expuestos directamente a los polvos lavar con un

chorro abundante de agua durante al menos 15 min Si se expone la piel lavar con agua y jaboacuten

Usar lentes de seguridad

A Procedimiento Experimental

1 Pesar el contenido del paquete de polvo para bebidas Registrar esta masa para el sabor

correspondiente en la Tabla de Datos iquestEl peso obtenido estaacute de acuerdo con el valor

proporcionado en la etiqueta

2 Colocar los polvos de la bebida en una jarra de 2 L Llevar la jarra hasta el volumen

indicado en el sobre con agua

3 Transferir 100 mL de la solucioacuten de le jarra a un pequentildeo vaso de precipitados Colocar en

un tubo para centriacutefuga 10 mL de esta solucioacuten y centrifugar por ocho minutos Decantar la

solucioacuten transluacutecida a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Antes de medir la absorbancia de cada colorante calibrar el espectrofotoacutemetro con una

solucioacuten blanco (agua) Aseguacuterese de calibrar el espectrofotoacutemetro con un blanco cada vez

que la longitud de onda cambie

5 Medir la absorbancia a una max de cada colorante en la solucioacuten centrifugada de polvo

para bebida

6 Si la absorbancia es mayor a 100 no registrar el valor en la tabla debido a que se requiere

una dilucioacuten 15 Ver el procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten vide infra

B Curvas de calibracioacuten

1 Seis celdas Registrar el color en la Tabla de la curva de calibracioacuten

2 Usar la siguiente informacioacuten para preparar los estaacutendares patroacuten En un matraz

volumeacutetrico de 500 mL colocar 025 mmol del colorante correspondiente y llevar al aforo

con agua destilada

3 Posteriormente realizar las diluciones correspondientes para tener concentraciones entre 1 x

10-5

M y 4 x 10-5

M de amarillo 5 entre 05 x 10-5

M y 3 x 10-5

M de Rojo 40 entre 2 x 10-6

M y 1 x 10-5

M para azul 1 Utilice un micropipeta de volumen variable de 0-100 L y

matraces volumeacutetricos de 10 mL para preparar las diluciones de los estaacutendares que se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 4

utilizaraacuten para obtener las lecturas experimentales de absorbancia

4 Se requeriraacute utilizar aproximadamente un volumen de 4 mL para llenar las celdas de

poliestireno que seraacuten usadas para hacer las lecturas en el espectrofotoacutemetro

5 Al menos requiere utilizar cinco diluciones diferentes que esteacuten dentro del intervalo

sentildealado para cada colorante

6 Para calcular la concentracioacuten de colorante en los polvos para bebidas que contienen dos

colorantes Se deberaacuten calcular las absortividades molares a las dos longitudes de onda

maacutexima para cada colorante Por ejemplo para el Zuko sabor Uva se deberaacute calcular la

(M-1

cm-1

) tanto para el rojo 40 como para el azul 1 a las longitudes onda de 503 y 629 nm

(M-1

cm-1

)

(nm) Rojo 40 Azul 1

503

629

C Procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten

1 Usar este procedimiento solamente si el valor de la absorbancia original es mayor a 100

2 Obtener 100 mL de la solucioacuten usando una probeta graduada y transferirla a un vaso de

precipitados de 1000 mL Diluir la solucioacuten a 50 mL antildeadiendo 400 mL de agua

3 Centrifugar una pequentildea muestra de la solucioacuten diluida por 8 minutos Decantar la solucioacuten

a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Medir la absorbancia de la solucioacuten diluida y registrar el valor en la Tabla de Dilucioacuten en

la columna etiquetada como Absorbancia Diluida

5 La absorbancia diluida debe multiplicarse por el factor de dilucioacuten (5) para dar la

absorbancia de la solucioacuten original Registrar el valor de la absorbancia original en la

Tabla de Datos y en la Tabla de Caacutelculos A como la ldquoabsorbancia experimentalrdquo

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Tabla de Dilucioacuten

Sabor del Zukoreg Absorbancia Diluida

A503

Factor de Dilucioacuten 15 Absorbancia Original

Limoacuten

Fresa

Uva

Tabla de Datos

max Amarillo FDampC No 5 = 427 nm

max Rojo FDampC No 40 = 503 nm

max Azul FDampC No 1 = 629 nm

Sabor de Zukoreg

Masa de

muestra (g)

Absorbancia Experimental

A427 A503 A629

Saborizantes con

un colorante

Limoacuten

Fresa

Uva

Saborizantes con

dos colorantes

Tamarindo

Jamaica

A427 = Absorbancia a 427 nm A503 = Absorbancia a 503 nm A629 = Absorbancia a 629 nm

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Tabla de Caacutelculos A

Sabor del Zukoreg Colorante

Absorbancia

Experimental

Ecuaciones mg

Limoacuten Amarillo 5 A427

Fresa Rojo 40 A503

Uva Rojo 40 A503

Tamarindo

Amarillo 5 A427

Rojo 40 A503

Jamaica

Rojo 40 A503

Azul 1 A629

D Caacutelculos-Tabla de Resultados

1 Miligramos de colorante por sobre de Zuko Analizado Usar las ecuaciones generadas y

debidamente presentadas en la Tabla de Caacutelculos para determinar la masa total en

miligramos de cada uno de los colorantes en la muestra evaluada Registrar los valores en

la Tabla de Resultados

Cuando los espectros de los componentes de una mezcla estaacuten bien resueltos coacutemo la

mezcla de colorantes en polvos para bebidas para las longitudes ‟ y ‟‟ se pueden

resolver dos ecuaciones simultaacuteneas para hallar las concentraciones de los analitos en la

muestra La absorbancia de la mezcla a cualquier longitud de onda es la suma de las

absorbencias de cada componente en esa longitud de onda Para las longitudes de onda ‟ y

‟‟

YbXbA yx

YbXbA yx

2 Miligramos de colorante por porcioacuten Usar los miligramos de colorante calculado en el

paso 1 para determinar el por ciento en peso Debido a que el sobre de Zuko contiene diez

porciones dividir los mgsobre del paso 1 entre diez

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

1 McKone H T J Chem Educ 1977 54 376ndash377

2 Dixon E A Renyk G J Chem Educ 1982 59 67ndash69

3 Hofer K Jenewein D Z Lebensm Unters Forsch A 1997 204 32ndash38

4 Newirth T Chromatography of Artificial Food Dyes httpwwwhaverfordedueducknight-

bookletchromatographyhtm (accessed Maarch 2009)

5 Saguy I Mizrahi S Kopelman I J J Food Sci 1978 43121ndash134

6 Lopez-de-Alba P L Wrobel-Kaczmarczyk K Wrobel K Lopez-Martinez L Amador-

Hernandez J Anal Chim Acta 1996 330 19ndash29

7 Lopez-de-Alba P L Wrobel K Lopez-Martinez L Wrobel-Kaczmarczyk K Wrobel-

Zasada K Amador-Hernandez J Anal Letters 1996 29 487ndash503

8 Thomasson K Lofthus-Merschman S Humbert M Kulevsky N J Chem Educ 1998 75

231ndash233

9 Graichen C J Assoc Off Anal Chem 1975 58 278ndash282

10 Bidlingmeyer B A Warren F V Jr J Chem Educ 1984 61 716ndash720

11 Takahashi M Y Yabiku H Y Marsiglia D A P Rev Inst Adolfo Lutz 1988 48 7ndash15

12 Chen Q Mou S Hou X Riviello J M Ni Z J Chromatography A 1998 827 73ndash81

13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

14 Emry R Curtright R D Wright J Markwell J J ChemEduc 2000 77 1323ndash1324

15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

279-280

3 Sawyer D T Heineman W R Beebe J M Chemistry Experiments for Instrumental Methods

John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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10 Rasband W ImageJ 137v ImageJ Home Page at the National Institutes of Health

httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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Whittaker P Tufaro P R Rader J I J Am Coll Nutr 2001 20 247ndash254

6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 2: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 2

Determinacioacuten cuantitativa de colorantes en polvos para preparar bebidas

Samuella B Sigman and Dale E Wheeler

A R Smith Department of Chemistry Appalachian State University Boone NC 28608

Jornal of Chemical Education 2004 81 1475-1478

e-mail wheelerdeappstateedu

Introduccioacuten

En la literatura existen numerosos estudios involucrando colorantes FDampC Tiacutepicamente esos

experimentos son cualitativos (1-4) implican una interpretacioacuten matemaacutetica compleja de datos (5-

8) o requiere instrumentacioacuten sofisticada (9-16) Esta praacutectica se enfoca al desarrollo de un simple

meacutetodo espectrofotomeacutetrico para determinar cuantitativamente la cantidad de color (mgporcioacuten)

presente en polvos para bebidas

Muchos de los polvos para bebidas contienen mezcla de dos colorantes En esas muestras una

medida directa de los datos espectrofotomeacutetricos es imposible debido a que se traslapan las curvas

de absorbancia En esta praacutectica se presentan ecuaciones binarias para compensar este problema y

obtener la informacioacuten clave requerida para desarrollar un procedimiento a partir de muestras

estaacutendares reguladas por la FDA (17) Para determinar la absortividad molar de cada muestra de

colorante estaacutendar se utilizoacute la pureza espectrofotomeacutetrica

La praacutectica describe el procedimiento para el desarrollo del experimento Con este trabajo los

estudiantes ganaraacuten experiencia praacutectica en el uso de un espectrofotoacutemetro y la aplicacioacuten de la

Ley de Lambert-Beer (18) Tambieacuten ganaraacuten experiencia en la construccioacuten de graacuteficas

determinacioacuten de la pendiente de una curva y el uso de una curva de calibracioacuten El tiempo de

laboratorio requerido seraacute de tres horas

El objetivo de la praacutectica es determinar los miligramos los miligramos por porcioacuten y el porcentaje

en peso de colorantes en varios sabores de bebidas en polvo de la marca Zuko

Equipo

El equipo necesario para este experimento incluye balanza analiacutetica una centriacutefuga y un

espectrofotoacutemetro de UVVis Otros accesorios incluyen tubos para centriacutefugas y celdas para el

espectrofotoacutemetro matraces volumeacutetricos de 500 mL y 10 mL micropipeta de 0-100 L Para este

trabajo se usaraacute un espectrofotoacutemetro lambda 35 y celdas de poliestireno

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 3

Riesgos

No hay riesgos conocidos asociados con este experimento cuando se usan polvos para bebidas

Evitar la inhalacioacuten de los polvos Si los ojos son expuestos directamente a los polvos lavar con un

chorro abundante de agua durante al menos 15 min Si se expone la piel lavar con agua y jaboacuten

Usar lentes de seguridad

A Procedimiento Experimental

1 Pesar el contenido del paquete de polvo para bebidas Registrar esta masa para el sabor

correspondiente en la Tabla de Datos iquestEl peso obtenido estaacute de acuerdo con el valor

proporcionado en la etiqueta

2 Colocar los polvos de la bebida en una jarra de 2 L Llevar la jarra hasta el volumen

indicado en el sobre con agua

3 Transferir 100 mL de la solucioacuten de le jarra a un pequentildeo vaso de precipitados Colocar en

un tubo para centriacutefuga 10 mL de esta solucioacuten y centrifugar por ocho minutos Decantar la

solucioacuten transluacutecida a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Antes de medir la absorbancia de cada colorante calibrar el espectrofotoacutemetro con una

solucioacuten blanco (agua) Aseguacuterese de calibrar el espectrofotoacutemetro con un blanco cada vez

que la longitud de onda cambie

5 Medir la absorbancia a una max de cada colorante en la solucioacuten centrifugada de polvo

para bebida

6 Si la absorbancia es mayor a 100 no registrar el valor en la tabla debido a que se requiere

una dilucioacuten 15 Ver el procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten vide infra

B Curvas de calibracioacuten

1 Seis celdas Registrar el color en la Tabla de la curva de calibracioacuten

2 Usar la siguiente informacioacuten para preparar los estaacutendares patroacuten En un matraz

volumeacutetrico de 500 mL colocar 025 mmol del colorante correspondiente y llevar al aforo

con agua destilada

3 Posteriormente realizar las diluciones correspondientes para tener concentraciones entre 1 x

10-5

M y 4 x 10-5

M de amarillo 5 entre 05 x 10-5

M y 3 x 10-5

M de Rojo 40 entre 2 x 10-6

M y 1 x 10-5

M para azul 1 Utilice un micropipeta de volumen variable de 0-100 L y

matraces volumeacutetricos de 10 mL para preparar las diluciones de los estaacutendares que se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 4

utilizaraacuten para obtener las lecturas experimentales de absorbancia

4 Se requeriraacute utilizar aproximadamente un volumen de 4 mL para llenar las celdas de

poliestireno que seraacuten usadas para hacer las lecturas en el espectrofotoacutemetro

5 Al menos requiere utilizar cinco diluciones diferentes que esteacuten dentro del intervalo

sentildealado para cada colorante

6 Para calcular la concentracioacuten de colorante en los polvos para bebidas que contienen dos

colorantes Se deberaacuten calcular las absortividades molares a las dos longitudes de onda

maacutexima para cada colorante Por ejemplo para el Zuko sabor Uva se deberaacute calcular la

(M-1

cm-1

) tanto para el rojo 40 como para el azul 1 a las longitudes onda de 503 y 629 nm

(M-1

cm-1

)

(nm) Rojo 40 Azul 1

503

629

C Procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten

1 Usar este procedimiento solamente si el valor de la absorbancia original es mayor a 100

2 Obtener 100 mL de la solucioacuten usando una probeta graduada y transferirla a un vaso de

precipitados de 1000 mL Diluir la solucioacuten a 50 mL antildeadiendo 400 mL de agua

3 Centrifugar una pequentildea muestra de la solucioacuten diluida por 8 minutos Decantar la solucioacuten

a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Medir la absorbancia de la solucioacuten diluida y registrar el valor en la Tabla de Dilucioacuten en

la columna etiquetada como Absorbancia Diluida

5 La absorbancia diluida debe multiplicarse por el factor de dilucioacuten (5) para dar la

absorbancia de la solucioacuten original Registrar el valor de la absorbancia original en la

Tabla de Datos y en la Tabla de Caacutelculos A como la ldquoabsorbancia experimentalrdquo

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 5

Tabla de Dilucioacuten

Sabor del Zukoreg Absorbancia Diluida

A503

Factor de Dilucioacuten 15 Absorbancia Original

Limoacuten

Fresa

Uva

Tabla de Datos

max Amarillo FDampC No 5 = 427 nm

max Rojo FDampC No 40 = 503 nm

max Azul FDampC No 1 = 629 nm

Sabor de Zukoreg

Masa de

muestra (g)

Absorbancia Experimental

A427 A503 A629

Saborizantes con

un colorante

Limoacuten

Fresa

Uva

Saborizantes con

dos colorantes

Tamarindo

Jamaica

A427 = Absorbancia a 427 nm A503 = Absorbancia a 503 nm A629 = Absorbancia a 629 nm

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 6

Tabla de Caacutelculos A

Sabor del Zukoreg Colorante

Absorbancia

Experimental

Ecuaciones mg

Limoacuten Amarillo 5 A427

Fresa Rojo 40 A503

Uva Rojo 40 A503

Tamarindo

Amarillo 5 A427

Rojo 40 A503

Jamaica

Rojo 40 A503

Azul 1 A629

D Caacutelculos-Tabla de Resultados

1 Miligramos de colorante por sobre de Zuko Analizado Usar las ecuaciones generadas y

debidamente presentadas en la Tabla de Caacutelculos para determinar la masa total en

miligramos de cada uno de los colorantes en la muestra evaluada Registrar los valores en

la Tabla de Resultados

Cuando los espectros de los componentes de una mezcla estaacuten bien resueltos coacutemo la

mezcla de colorantes en polvos para bebidas para las longitudes ‟ y ‟‟ se pueden

resolver dos ecuaciones simultaacuteneas para hallar las concentraciones de los analitos en la

muestra La absorbancia de la mezcla a cualquier longitud de onda es la suma de las

absorbencias de cada componente en esa longitud de onda Para las longitudes de onda ‟ y

‟‟

YbXbA yx

YbXbA yx

2 Miligramos de colorante por porcioacuten Usar los miligramos de colorante calculado en el

paso 1 para determinar el por ciento en peso Debido a que el sobre de Zuko contiene diez

porciones dividir los mgsobre del paso 1 entre diez

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

1 McKone H T J Chem Educ 1977 54 376ndash377

2 Dixon E A Renyk G J Chem Educ 1982 59 67ndash69

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Hernandez J Anal Chim Acta 1996 330 19ndash29

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Zasada K Amador-Hernandez J Anal Letters 1996 29 487ndash503

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12 Chen Q Mou S Hou X Riviello J M Ni Z J Chromatography A 1998 827 73ndash81

13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

14 Emry R Curtright R D Wright J Markwell J J ChemEduc 2000 77 1323ndash1324

15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

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John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 3: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 3

Riesgos

No hay riesgos conocidos asociados con este experimento cuando se usan polvos para bebidas

Evitar la inhalacioacuten de los polvos Si los ojos son expuestos directamente a los polvos lavar con un

chorro abundante de agua durante al menos 15 min Si se expone la piel lavar con agua y jaboacuten

Usar lentes de seguridad

A Procedimiento Experimental

1 Pesar el contenido del paquete de polvo para bebidas Registrar esta masa para el sabor

correspondiente en la Tabla de Datos iquestEl peso obtenido estaacute de acuerdo con el valor

proporcionado en la etiqueta

2 Colocar los polvos de la bebida en una jarra de 2 L Llevar la jarra hasta el volumen

indicado en el sobre con agua

3 Transferir 100 mL de la solucioacuten de le jarra a un pequentildeo vaso de precipitados Colocar en

un tubo para centriacutefuga 10 mL de esta solucioacuten y centrifugar por ocho minutos Decantar la

solucioacuten transluacutecida a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Antes de medir la absorbancia de cada colorante calibrar el espectrofotoacutemetro con una

solucioacuten blanco (agua) Aseguacuterese de calibrar el espectrofotoacutemetro con un blanco cada vez

que la longitud de onda cambie

5 Medir la absorbancia a una max de cada colorante en la solucioacuten centrifugada de polvo

para bebida

6 Si la absorbancia es mayor a 100 no registrar el valor en la tabla debido a que se requiere

una dilucioacuten 15 Ver el procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten vide infra

B Curvas de calibracioacuten

1 Seis celdas Registrar el color en la Tabla de la curva de calibracioacuten

2 Usar la siguiente informacioacuten para preparar los estaacutendares patroacuten En un matraz

volumeacutetrico de 500 mL colocar 025 mmol del colorante correspondiente y llevar al aforo

con agua destilada

3 Posteriormente realizar las diluciones correspondientes para tener concentraciones entre 1 x

10-5

M y 4 x 10-5

M de amarillo 5 entre 05 x 10-5

M y 3 x 10-5

M de Rojo 40 entre 2 x 10-6

M y 1 x 10-5

M para azul 1 Utilice un micropipeta de volumen variable de 0-100 L y

matraces volumeacutetricos de 10 mL para preparar las diluciones de los estaacutendares que se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 4

utilizaraacuten para obtener las lecturas experimentales de absorbancia

4 Se requeriraacute utilizar aproximadamente un volumen de 4 mL para llenar las celdas de

poliestireno que seraacuten usadas para hacer las lecturas en el espectrofotoacutemetro

5 Al menos requiere utilizar cinco diluciones diferentes que esteacuten dentro del intervalo

sentildealado para cada colorante

6 Para calcular la concentracioacuten de colorante en los polvos para bebidas que contienen dos

colorantes Se deberaacuten calcular las absortividades molares a las dos longitudes de onda

maacutexima para cada colorante Por ejemplo para el Zuko sabor Uva se deberaacute calcular la

(M-1

cm-1

) tanto para el rojo 40 como para el azul 1 a las longitudes onda de 503 y 629 nm

(M-1

cm-1

)

(nm) Rojo 40 Azul 1

503

629

C Procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten

1 Usar este procedimiento solamente si el valor de la absorbancia original es mayor a 100

2 Obtener 100 mL de la solucioacuten usando una probeta graduada y transferirla a un vaso de

precipitados de 1000 mL Diluir la solucioacuten a 50 mL antildeadiendo 400 mL de agua

3 Centrifugar una pequentildea muestra de la solucioacuten diluida por 8 minutos Decantar la solucioacuten

a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Medir la absorbancia de la solucioacuten diluida y registrar el valor en la Tabla de Dilucioacuten en

la columna etiquetada como Absorbancia Diluida

5 La absorbancia diluida debe multiplicarse por el factor de dilucioacuten (5) para dar la

absorbancia de la solucioacuten original Registrar el valor de la absorbancia original en la

Tabla de Datos y en la Tabla de Caacutelculos A como la ldquoabsorbancia experimentalrdquo

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 5

Tabla de Dilucioacuten

Sabor del Zukoreg Absorbancia Diluida

A503

Factor de Dilucioacuten 15 Absorbancia Original

Limoacuten

Fresa

Uva

Tabla de Datos

max Amarillo FDampC No 5 = 427 nm

max Rojo FDampC No 40 = 503 nm

max Azul FDampC No 1 = 629 nm

Sabor de Zukoreg

Masa de

muestra (g)

Absorbancia Experimental

A427 A503 A629

Saborizantes con

un colorante

Limoacuten

Fresa

Uva

Saborizantes con

dos colorantes

Tamarindo

Jamaica

A427 = Absorbancia a 427 nm A503 = Absorbancia a 503 nm A629 = Absorbancia a 629 nm

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 6

Tabla de Caacutelculos A

Sabor del Zukoreg Colorante

Absorbancia

Experimental

Ecuaciones mg

Limoacuten Amarillo 5 A427

Fresa Rojo 40 A503

Uva Rojo 40 A503

Tamarindo

Amarillo 5 A427

Rojo 40 A503

Jamaica

Rojo 40 A503

Azul 1 A629

D Caacutelculos-Tabla de Resultados

1 Miligramos de colorante por sobre de Zuko Analizado Usar las ecuaciones generadas y

debidamente presentadas en la Tabla de Caacutelculos para determinar la masa total en

miligramos de cada uno de los colorantes en la muestra evaluada Registrar los valores en

la Tabla de Resultados

Cuando los espectros de los componentes de una mezcla estaacuten bien resueltos coacutemo la

mezcla de colorantes en polvos para bebidas para las longitudes ‟ y ‟‟ se pueden

resolver dos ecuaciones simultaacuteneas para hallar las concentraciones de los analitos en la

muestra La absorbancia de la mezcla a cualquier longitud de onda es la suma de las

absorbencias de cada componente en esa longitud de onda Para las longitudes de onda ‟ y

‟‟

YbXbA yx

YbXbA yx

2 Miligramos de colorante por porcioacuten Usar los miligramos de colorante calculado en el

paso 1 para determinar el por ciento en peso Debido a que el sobre de Zuko contiene diez

porciones dividir los mgsobre del paso 1 entre diez

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

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12 Chen Q Mou S Hou X Riviello J M Ni Z J Chromatography A 1998 827 73ndash81

13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

14 Emry R Curtright R D Wright J Markwell J J ChemEduc 2000 77 1323ndash1324

15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

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4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

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Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 4: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 4

utilizaraacuten para obtener las lecturas experimentales de absorbancia

4 Se requeriraacute utilizar aproximadamente un volumen de 4 mL para llenar las celdas de

poliestireno que seraacuten usadas para hacer las lecturas en el espectrofotoacutemetro

5 Al menos requiere utilizar cinco diluciones diferentes que esteacuten dentro del intervalo

sentildealado para cada colorante

6 Para calcular la concentracioacuten de colorante en los polvos para bebidas que contienen dos

colorantes Se deberaacuten calcular las absortividades molares a las dos longitudes de onda

maacutexima para cada colorante Por ejemplo para el Zuko sabor Uva se deberaacute calcular la

(M-1

cm-1

) tanto para el rojo 40 como para el azul 1 a las longitudes onda de 503 y 629 nm

(M-1

cm-1

)

(nm) Rojo 40 Azul 1

503

629

C Procedimiento para la dilucioacuten de una solucioacuten

1 Usar este procedimiento solamente si el valor de la absorbancia original es mayor a 100

2 Obtener 100 mL de la solucioacuten usando una probeta graduada y transferirla a un vaso de

precipitados de 1000 mL Diluir la solucioacuten a 50 mL antildeadiendo 400 mL de agua

3 Centrifugar una pequentildea muestra de la solucioacuten diluida por 8 minutos Decantar la solucioacuten

a una celda espectrofotomeacutetrica limpia

4 Medir la absorbancia de la solucioacuten diluida y registrar el valor en la Tabla de Dilucioacuten en

la columna etiquetada como Absorbancia Diluida

5 La absorbancia diluida debe multiplicarse por el factor de dilucioacuten (5) para dar la

absorbancia de la solucioacuten original Registrar el valor de la absorbancia original en la

Tabla de Datos y en la Tabla de Caacutelculos A como la ldquoabsorbancia experimentalrdquo

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 5

Tabla de Dilucioacuten

Sabor del Zukoreg Absorbancia Diluida

A503

Factor de Dilucioacuten 15 Absorbancia Original

Limoacuten

Fresa

Uva

Tabla de Datos

max Amarillo FDampC No 5 = 427 nm

max Rojo FDampC No 40 = 503 nm

max Azul FDampC No 1 = 629 nm

Sabor de Zukoreg

Masa de

muestra (g)

Absorbancia Experimental

A427 A503 A629

Saborizantes con

un colorante

Limoacuten

Fresa

Uva

Saborizantes con

dos colorantes

Tamarindo

Jamaica

A427 = Absorbancia a 427 nm A503 = Absorbancia a 503 nm A629 = Absorbancia a 629 nm

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 6

Tabla de Caacutelculos A

Sabor del Zukoreg Colorante

Absorbancia

Experimental

Ecuaciones mg

Limoacuten Amarillo 5 A427

Fresa Rojo 40 A503

Uva Rojo 40 A503

Tamarindo

Amarillo 5 A427

Rojo 40 A503

Jamaica

Rojo 40 A503

Azul 1 A629

D Caacutelculos-Tabla de Resultados

1 Miligramos de colorante por sobre de Zuko Analizado Usar las ecuaciones generadas y

debidamente presentadas en la Tabla de Caacutelculos para determinar la masa total en

miligramos de cada uno de los colorantes en la muestra evaluada Registrar los valores en

la Tabla de Resultados

Cuando los espectros de los componentes de una mezcla estaacuten bien resueltos coacutemo la

mezcla de colorantes en polvos para bebidas para las longitudes ‟ y ‟‟ se pueden

resolver dos ecuaciones simultaacuteneas para hallar las concentraciones de los analitos en la

muestra La absorbancia de la mezcla a cualquier longitud de onda es la suma de las

absorbencias de cada componente en esa longitud de onda Para las longitudes de onda ‟ y

‟‟

YbXbA yx

YbXbA yx

2 Miligramos de colorante por porcioacuten Usar los miligramos de colorante calculado en el

paso 1 para determinar el por ciento en peso Debido a que el sobre de Zuko contiene diez

porciones dividir los mgsobre del paso 1 entre diez

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

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15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

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John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

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Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 5: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 5

Tabla de Dilucioacuten

Sabor del Zukoreg Absorbancia Diluida

A503

Factor de Dilucioacuten 15 Absorbancia Original

Limoacuten

Fresa

Uva

Tabla de Datos

max Amarillo FDampC No 5 = 427 nm

max Rojo FDampC No 40 = 503 nm

max Azul FDampC No 1 = 629 nm

Sabor de Zukoreg

Masa de

muestra (g)

Absorbancia Experimental

A427 A503 A629

Saborizantes con

un colorante

Limoacuten

Fresa

Uva

Saborizantes con

dos colorantes

Tamarindo

Jamaica

A427 = Absorbancia a 427 nm A503 = Absorbancia a 503 nm A629 = Absorbancia a 629 nm

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 6

Tabla de Caacutelculos A

Sabor del Zukoreg Colorante

Absorbancia

Experimental

Ecuaciones mg

Limoacuten Amarillo 5 A427

Fresa Rojo 40 A503

Uva Rojo 40 A503

Tamarindo

Amarillo 5 A427

Rojo 40 A503

Jamaica

Rojo 40 A503

Azul 1 A629

D Caacutelculos-Tabla de Resultados

1 Miligramos de colorante por sobre de Zuko Analizado Usar las ecuaciones generadas y

debidamente presentadas en la Tabla de Caacutelculos para determinar la masa total en

miligramos de cada uno de los colorantes en la muestra evaluada Registrar los valores en

la Tabla de Resultados

Cuando los espectros de los componentes de una mezcla estaacuten bien resueltos coacutemo la

mezcla de colorantes en polvos para bebidas para las longitudes ‟ y ‟‟ se pueden

resolver dos ecuaciones simultaacuteneas para hallar las concentraciones de los analitos en la

muestra La absorbancia de la mezcla a cualquier longitud de onda es la suma de las

absorbencias de cada componente en esa longitud de onda Para las longitudes de onda ‟ y

‟‟

YbXbA yx

YbXbA yx

2 Miligramos de colorante por porcioacuten Usar los miligramos de colorante calculado en el

paso 1 para determinar el por ciento en peso Debido a que el sobre de Zuko contiene diez

porciones dividir los mgsobre del paso 1 entre diez

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

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12 Chen Q Mou S Hou X Riviello J M Ni Z J Chromatography A 1998 827 73ndash81

13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

14 Emry R Curtright R D Wright J Markwell J J ChemEduc 2000 77 1323ndash1324

15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

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4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

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httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

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Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

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7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 6: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 6

Tabla de Caacutelculos A

Sabor del Zukoreg Colorante

Absorbancia

Experimental

Ecuaciones mg

Limoacuten Amarillo 5 A427

Fresa Rojo 40 A503

Uva Rojo 40 A503

Tamarindo

Amarillo 5 A427

Rojo 40 A503

Jamaica

Rojo 40 A503

Azul 1 A629

D Caacutelculos-Tabla de Resultados

1 Miligramos de colorante por sobre de Zuko Analizado Usar las ecuaciones generadas y

debidamente presentadas en la Tabla de Caacutelculos para determinar la masa total en

miligramos de cada uno de los colorantes en la muestra evaluada Registrar los valores en

la Tabla de Resultados

Cuando los espectros de los componentes de una mezcla estaacuten bien resueltos coacutemo la

mezcla de colorantes en polvos para bebidas para las longitudes ‟ y ‟‟ se pueden

resolver dos ecuaciones simultaacuteneas para hallar las concentraciones de los analitos en la

muestra La absorbancia de la mezcla a cualquier longitud de onda es la suma de las

absorbencias de cada componente en esa longitud de onda Para las longitudes de onda ‟ y

‟‟

YbXbA yx

YbXbA yx

2 Miligramos de colorante por porcioacuten Usar los miligramos de colorante calculado en el

paso 1 para determinar el por ciento en peso Debido a que el sobre de Zuko contiene diez

porciones dividir los mgsobre del paso 1 entre diez

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

1 McKone H T J Chem Educ 1977 54 376ndash377

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15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

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3 Sawyer D T Heineman W R Beebe J M Chemistry Experiments for Instrumental Methods

John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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10 Rasband W ImageJ 137v ImageJ Home Page at the National Institutes of Health

httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 7: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 7

3 Por ciento en peso de colorante en la muestra Usar los mg de colorante calculados en el

paso 1 para determinar el en peso de colorante en la muestra

original muestra de gramos

100

mg 1000

g 100

Colorante of mg peso

Tabla de Resultados

Sabor del Zuko

reg

Masa de la

muestra (g)

Colorante

mg

mgporcioacuten

de masa

Limoacuten

Amarillo 5

Fresa

Rojo 40

Uva

Rojo 40

Tamarindo

Amarillo 5

Rojo 40

Jamaica

Rojo 40

Azul 1

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

1 McKone H T J Chem Educ 1977 54 376ndash377

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13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

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15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

279-280

3 Sawyer D T Heineman W R Beebe J M Chemistry Experiments for Instrumental Methods

John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

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May 2009)

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Internet sRGB Version 110 httpwwwcolororgsRGBhtml (accessed May 2009)

7 Orna M V J Chem Educ 1978 55 478

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10 Rasband W ImageJ 137v ImageJ Home Page at the National Institutes of Health

httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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2009)

Whittaker P Tufaro P R Rader J I J Am Coll Nutr 2001 20 247ndash254

6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 8: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 8

Datos generales de los colorantes que seraacuten cuantificados en esta praacutectica

N

CH3

N+

CH3

S

O

O

-O

SO

O

OS

O

O

O

S

OH

NN

S

OMe

OO

O

OO

-O

NN

S

N

N

OH

S

O

O

O

O

-O

O

O

O

Azul 1

max= 629 nm

P mol = 79284 gmol

Rojo 40

max= 503 nm

P mol = 49643 gmol

Amarillo 5

max= 427 nm

P mol = 53437 gmol

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

Referencias

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13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

14 Emry R Curtright R D Wright J Markwell J J ChemEduc 2000 77 1323ndash1324

15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

2 Commission Internationale de l‟Eacuteclairage CIE News 2006 77 1ndash16

httpwwwciecoatnewsnews77pdf (accessed May 2009)

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System ASTM International West Conshohoken PA 2001

4 UK Police Scientific Development Branch Forensic Sci Comm 2004 6 1ndash36

httpwwwfbigovhqlabfscbackissuoct2004standards2004_10_standards01htm (accessed

May 2009)

5 International Color Consortium httpwwwcolororg (accessed May 2009)

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Internet sRGB Version 110 httpwwwcolororgsRGBhtml (accessed May 2009)

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10 Rasband W ImageJ 137v ImageJ Home Page at the National Institutes of Health

httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

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4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Page 9: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 9

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13 Kuo K L Huang H Y Hsieh Y Z Chromatographia 1998 47 249ndash256

14 Emry R Curtright R D Wright J Markwell J J ChemEduc 2000 77 1323ndash1324

15 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 898 271ndash275

16 Perez-Urquiza M Beltran J L J Chromatography A 2000 917 331ndash336

17 Standard samples of known purity of FDampC Yellow No 5 FDampC Red No 40 and FDampC

Blue No 1 were obtained from the Food and Drug Administration Department of Health and

Human Services - Public Health Service Washington DC httpwwwfdagov (accessed March

2009)

18 Harris D C Quantitative Analysis 5th

ed Freeman New York 1999 Chapter 19

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

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System ASTM International West Conshohoken PA 2001

4 UK Police Scientific Development Branch Forensic Sci Comm 2004 6 1ndash36

httpwwwfbigovhqlabfscbackissuoct2004standards2004_10_standards01htm (accessed

May 2009)

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Internet sRGB Version 110 httpwwwcolororgsRGBhtml (accessed May 2009)

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

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7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

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8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 10: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 10

Medicioacuten de hierro en la yema de huevo Un experimento de anaacutelisis instrumental usando

principios bioquiacutemicos

Kevin M Maloney Emmanuel M Quiazon and Ramee Indralingam

Department of Chemistry Stetson University DeLand FL 32723

(Journal of Chemical Education 2008 85 399-400)

E-mail rindralistetsonedu

Introduccioacuten

En el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en huevos la caacutescara la yema yo la

albuacutemina se incineran o digieren en medio aacutecido para destruir la materia orgaacutenica y los residuos

minerales se disuelven en aacutecido para posteriormente analizarlos por espectrometriacutea de emisioacuten

atoacutemica de plasma acoplado inductivamente o espectrometriacutea de absorcioacuten atoacutemica de flama1 La

presente praacutectica consiste en un experimento para determinar el contenido de hierro en la yema de

huevo utilizando una extraccioacuten quiacutemica de hierro y espectrofotometriacutea de luz visible del complejo

de hierro de 110-fenantrolina para la cuantificacioacuten Estudios espectrofotomeacutetricos de los

complejos de Fe(II)-110-fenantrolina se han utilizado en experimentos tales como la

determinacioacuten de hierro en aguas residuales2 y el meacutetodo de la pendiente-relacioacuten para la

determinacioacuten de la foacutermula del complejo3 En este estudio se usa soacutelo la yema de huevo ya que

contiene casi todo el hierro que hay en un huevo y la extraccioacuten es maacutes eficiente que con el huevo

entero El experimento es adecuado para cursos de anaacutelisis instrumental y sirve para demostrar los

principios que pueden ser utilizados para la extraccioacuten de un mineral desde una matriz orgaacutenica

compleja

Hay dos clases de proteiacutenas enlazadas a hierro en huevo La ovotransferrina en la albuacutemina y la

fosfovitina en la yema Mientras que praacutecticamente todo el hierro en el huevo estaacute enlazado como

Fe3+

en la fosfovitina la ovotransferrina es deficiente en Fe y se utiliza como un mecanismo de

proteccioacuten para el desarrollo del embrioacuten en el huevo Actuacutea privando de hierro a bacterias

invasoras

La quimotripsina es una enzima que utiliza cataacutelisis covalente eficiente para la ruptura de enlaces

peptiacutedicos4 y en este meacutetodo se utiliza una solucioacuten de α-quimotripsina para liberar el Fe

3+

enlazado a la fosfovitina de la yema

El estudio analiacutetico de hierro se puede concentrar sobre la yema de huevo Se deberaacute pesar una

porcioacuten de la yema de huevo hidrolizar la proteiacutena usando una solucioacuten de la enzima -

quimotripsina reducir el Fe3+

a Fe2+

usando clorhidrato de hidroxilamina y formar el complejo del

ioacuten ferroso con 110-fenantrolina en un buffer apropiado Despueacutes se precipitaraacuten las proteiacutenas con

aacutecido tricloroaceacutetico y se centrifugaraacute la muestra El sobrenadante el cual contiene el complejo de

hierro se usaraacute para el anaacutelisis espectromeacutetrico

El tiempo estimado para esta praacutectica es de tres horas

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

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John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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4 UK Police Scientific Development Branch Forensic Sci Comm 2004 6 1ndash36

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 11: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 11

Clorhidrato de hidroxilamina NH2OHHCl [5470ndash11ndash1]

Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado Fe(NH4)2(SO4)26H2O [7783ndash85ndash9]

110-fenantrolina [66ndash71ndash7]

Acetato de sodio trihidratado CH3COONa3H2O [6131ndash90ndash4]

Aacutecido aceacutetico glacial CH3COOH [64ndash19ndash7]

α-quimotripsina [9004ndash07ndash3]

Aacutecido tricloroaceacutetico CCl3COOH [76ndash03ndash9]

Fosfato monobaacutesico de sodio monohidratado NaH2PO4H2O [10049ndash21ndash5]

Fosfato dibaacutesico de sodio dodecahidratado Na2HPO412H2O [10039ndash32ndash4]

Hielo para el bantildeo refrigerante

Soluciones a preparar

Las instrucciones dadas abajo permitiraacuten asegurar voluacutemenes suficientes para una clase de 10

estudiantes

1 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

2 Solucioacuten stock de Fe(II) 001 M Pesar con precisioacuten 0196 g Fe(NH4)2(SO4)26H2O y

transferir a un matraz volumeacutetrico de 50 mL Adicionar 50 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y finalmente aforar el matraz con agua desionizada

3 110-fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15 mL de

etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

4 Solucioacuten buffer de acetatos 01 M (pH = 5) Pesar 45 g de acetato de sodio trihidratado

y disolver en una solucioacuten de 075 mL de aacutecido aceacutetico glacial en agua desionizada

hasta alcanzar un volumen de 500 mL

5 Aacutecido tricloroaceacutetico al 30 Pesar 15 g y disolver en agua desionizada hasta llegar a

un volumen final de 50 mL

6 Solucioacuten buffer de fosfatos 005 M (pH~75) Pesar 012 g de NaH2PO4H2O y 060 g

de Na2HPO412H2O y disolver en agua desionizada hasta llegar a un volumen final de

50 mL

7 Solucioacuten de α-quimotripsina de 1 mgmL Pesar 15 mg y disolver en 15 mL de agua

desionizada Llevar a un volumen de 15 mL con buffer de fosfatos 005 M

Instrumentacioacuten

1 Espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 marca Perkin-Elmer La lectura de

absorbencias se deberaacute realizar a una λmax = 510 nm

2 Centriacutefuga refrigerada La centrifugacioacuten en friacuteo es indispensable se puede utilizar un

tubo de ensaye de 15 mL con tapoacuten de hule (el uso del tapoacuten de hule dependeraacute de la

altura del tubo de ensaye) y sellado con cinta parafilm colocado dentro de un tubo para

centriacutefuga de polipropileno de 50 mL provisto de tapa ver Figura La centriacutefuga a

utilizar se localiza en los laboratorios de hidrologiacutea En el tubo de ensaye se colocaraacute la

mezcla a centrifugar y en el tubo de propileno hielo molido con una miacutenima cantidad de

agua y etanol para crear un ambiente refrigerado para la muestra La centrifugacioacuten se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

1 Wise S A Watters R L Jr Whole Egg Powder National Institute of Standards and

Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

MD 2005

2 Harvey D Quiacutemica Analiacutetica Moderna Mc Graw HillInteramericana de Espantildea Madrid 2002

279-280

3 Sawyer D T Heineman W R Beebe J M Chemistry Experiments for Instrumental Methods

John Wiley and Sons Inc New York 1984 207

4 Berg J M Tymoczko J L Stryer L Biochemistry 6th

ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

5 Lee T S Kolthoff I M Leussing D L J Am Chem Soc 1948 70 2348-2352

6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

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Internet sRGB Version 110 httpwwwcolororgsRGBhtml (accessed May 2009)

7 Orna M V J Chem Educ 1978 55 478

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10 Rasband W ImageJ 137v ImageJ Home Page at the National Institutes of Health

httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

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7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

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8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 12: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 12

debe hacer en friacuteo para que las proteiacutenas de la yema de huevo se puedan precipitar de

forma efectiva y permitir obtener un sobrenadante transluacutecido coloreado

Riesgos

Las hojas de seguridad de los quiacutemicos usados en este experimento enfatizan precaucioacuten con

respecto a la ingestioacuten inhalacioacuten y contacto con la piel La preparacioacuten de las soluciones se debe

hacer en una campana de humos utilizando guantes Ademaacutes se conoce que el aacutecido tricloroaceacutetico

y la 110-fenantrolina son dantildeinas para el ambiente

Procedimiento

La yema de huevo se separa de la albuacutemina se pesa y se agita bien con una barra de agitacioacuten

magneacutetica La solucioacuten de quimotripsina y clorhidrato de hidroxilamina se antildeaden a una aliacutecuota

de yema previamente pesada Se encontroacute que debido a la complejidad bioloacutegica de la matriz de la

yema de huevo se tiene que antildeadir un volumen grande de solucioacuten de 110-fenantrolina para

completar la formacioacuten del complejo Tambieacuten se requiere la adicioacuten de etanol para la

estabilizacioacuten del complejo5 El blanco para la medicioacuten espectromeacutetrica se obtiene a partir de una

aliacutecuota de yema de huevo sujeta al mismo procedimiento utilizado arriba pero sin la adicioacuten de

110-fenantrolina

Despueacutes de que se desarrolle por completo el color del complejo se antildeade aacutecido tricloroaceacutetico

este inmediatamente precipita a las proteiacutenas La solucioacuten se centriacutefuga a baja temperatura El

sobrenadante se transfiere a un matraz volumeacutetrico y se lleva hasta el afore

La formacioacuten del complejo entre el Fe2+

y la 110-fenantrolina es dependiente del pH la intensidad

del color no se afecta por la adicioacuten del aacutecido tricloroaceacutetico El aacutecido tricloroaceacutetico lleva el pH

de la muestra hasta 2 sin cambiar el valor de la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten de una

muestra por varias horas El complejo tiene una constante de formacioacuten alta del orden de 1 x

1021

6 y se ha encontrado que es estable en un intervalo de pH de 15 a 90

7 Consecuentemente se

puede deducir que la estabilidad termodinaacutemica prevalece sobre la disociacioacuten cineacutetica del

complejo durante el tiempo que dura el experimento Se encontroacute que el color de la muestra se

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

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Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

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ed W H Freeman and Company New

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6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

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700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

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of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 13: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 13

desvanece cuando se almacena durante toda una noche y consecuentemente los valores de

absorbancia medidos en estas muestras disminuyen

Los espectros de absorcioacuten de cada estaacutendar el blanco y cada una de las muestras en solucioacuten se

obtendraacuten usando un espectrofotoacutemetro de UVVis Las curvas de calibracioacuten se construyen

usando la absorbancia a la longitud de onda de maacutexima absorbancia versus la concentracioacuten de los

estaacutendares en molL La concentracioacuten de Fe(II) en la muestra en solucioacuten se calcula usando la

ecuacioacuten de la liacutenea recta y a partir de estos datos se puede calcular el contenido de hierro de la

yema de huevo

A Preparacioacuten de la muestra

Llevar a cabo el siguiente procedimiento por triplicado Tambieacuten llevar a cabo el procedimiento en

una aliacutecuota de yema de huevo sin la adicioacuten de 110-fenantrolina Este serviraacute como blanco en el

anaacutelisis espectromeacutetrico

1 Separar la yema de huevo de la albuacutemina y colocarla en un vaso de precipitados

previamente pesado

2 Colocar el vaso en una plancha de agitacioacuten magneacutetica colocar una barra de

agitacioacuten e iniciar la agitacioacuten hasta que la yema esteacute homogeacutenea

3 Pipetear 10 mL de la yema a un tubo de ensaye de 10 mL previamente pesado y

pese de nuevo El tubo con la aliacutecuota de yema se puede colocar acostado sobre el

platillo de la balanza analiacutetica y debido a que la viscosidad de la yema es alta no

fluiraacute

4 Adicionar 10 mL de la solucioacuten de -quimotripsina de 1 mgmL al tubo agite

suavemente para que se mezcle con la yema Despueacutes deje reposar por 20 min

pasado ese tiempo agite en un vortex por 1 min Adicionar 1 mL de la solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina y agite nuevamente por 1 min en un vortex Para

utilizar eficientemente su tiempo cuando tenga periacuteodos de inactividad

durante la preparacioacuten de la muestra tales como la espera de la actividad

enzimaacutetica desarrollo de color y centrifugado prepare los estaacutendares (ver

siguiente seccioacuten)

5 Pesar entre 003 y 005 g de 110-fenantrolina soacutelida antildeadirla a la muestra y agite

en vortex de nuevo Se debe ver un color rosa Recuerden No antildeadir la

fenantrolina al tubo que contiene el blanco

6 Adicionar 2 mL del buffer de pH = 5 y 2 mL de alcohol absoluto a la muestra y

agite con vortex hasta que el color rosa no se intensifique maacutes

7 Adicionar 10 mL de aacutecido tricloroaceacutetico al 30 La proteiacutena debe precipitar

inmediatamente Centrifugue a la muestra a una velocidad de 4000 rpm durante 30

min a 4ordm C

8 Decantar el sobrenadante a una probeta graduada de 50 mL

9 Si el agregado de proteiacutena que estaacute en el tubo de ensaye todaviacutea tiene un color rosa

adicionar al tubo de ensaye 1 mL de H2O 2 mL de clorhidrato de hidroxilamina al 5

2 mL de solucioacuten buffer de pH = 5 y 2 mL de etanol absoluto

10 Romper el agregado de proteiacutena con una varilla de vidrio agitar en vortex y

centrifugar de nuevo por 30 min a 4000 rpm a 4ordm C

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

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Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

2 Commission Internationale de l‟Eacuteclairage CIE News 2006 77 1ndash16

httpwwwciecoatnewsnews77pdf (accessed May 2009)

3 ASTM E308-01 Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE

System ASTM International West Conshohoken PA 2001

4 UK Police Scientific Development Branch Forensic Sci Comm 2004 6 1ndash36

httpwwwfbigovhqlabfscbackissuoct2004standards2004_10_standards01htm (accessed

May 2009)

5 International Color Consortium httpwwwcolororg (accessed May 2009)

6 Stokes M Anderson M Chandrasekar S Motta R A Standard Default Color Space for the

Internet sRGB Version 110 httpwwwcolororgsRGBhtml (accessed May 2009)

7 Orna M V J Chem Educ 1978 55 478

8 Lagorio M G J Chem Educ 2004 81 1607

9 Billo E J Excel for Chemists A Comprehensive Guide Wiley-VCH New York 1997

10 Rasband W ImageJ 137v ImageJ Home Page at the National Institutes of Health

httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

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4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

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Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 14: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 14

11 Combinar los sobrenadantes Si hay gloacutebulos de grasa sifonearlos cuidadosamente

usando una pipeta Pasteur y eliminarlos Alternativamente se puede adicionar 1 mL

de eacuteter etiacutelico y despueacutes de que la grasa se disuelva en la fase eteacuterea esta fase se

separa con la pipeta Pasteur Depositar la fase eteacuterea en un contenedor de

desperdicios orgaacutenicos

12 Transferir los sobrenadantes desengrasados a un matraz volumeacutetrico de 25 mL y

aforar con agua desionizada

B Preparacioacuten de los estaacutendares

1 Asegurarse de tener cinco matraces volumeacutetricos de 50 mL limpios Usando la

micropipeta correspondiente para transferir 50 100 150 200 y 250 μL de la

solucioacuten stock 00100 M de Fe(II) stock a los matraces volumeacutetricos limpios

Aseguacuterese de etiquetar apropiadamente los matraces

2 A cada uno de los matraces anteriores pipeteeacute 20 mL de una solucioacuten de

clorhidrato de hidroxilamina al 5 50 mL de la solucioacuten buffer de pH = 5 y 30

mL de solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 y finalmente afore con agua

desionizada

C Mediciones espectrofotomeacutetricas y anaacutelisis de datos

1 Usar el espectrofotoacutemetro de UVVis Lambda 35 Marca Perkin-Elmer leer la

absorbencia de cada solucioacuten de estaacutendar muestra y solucioacuten blanco

2 Examinar las absorbencias de los estaacutendares Recuerde sustraer la absorbancia del

blanco

3 Construir una curva de calibracioacuten usando el software Excel

4 De la curva de calibracioacuten determine la concentracioacuten de Fe(II) en la solucioacuten de la

muestra

5 Finalmente calcule la concentracioacuten de hierro contenido en la yema de huevo en

mg

D Reporte de Laboratorio

Escriba su reporte de laboratorio en el formato usual Incluya una discusioacuten de coacutemo y porqueacute este

procedimiento experimental es exitoso para la extraccioacuten de Hierro desde su matriz bioloacutegica

Compare este meacutetodo con el meacutetodo aceptado para la determinacioacuten de hierro en alimentos

Notas del Instructor

Las soluciones stock de Fe(II) -quimotripsina clorhidrato de hidroxilamina buffer de

acetato de pH = 5 aacutecido tricloroaceacutetico y 110-fenantrolina deberaacuten ser preparadas por los

alumnos

Para eficientar el uso de su tiempo las soluciones de los estaacutendares del complejo de

tris(110-fenantrolina)hierro (II) usadas para generar las curvas de calibracioacuten deberaacuten ser

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

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Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

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ed W H Freeman and Company New

York 2007 243-245

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6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 15: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 15

preparadas por los estudiantes en los periacuteodos de inactividad durante la preparacioacuten de la

muestra tales como la espera para la actividad enzimaacutetica desarrollo de color y

centrifugado La preparacioacuten de los estaacutendares de calibracioacuten y muestras se pueden

completar en un periacuteodo de laboratorio de tres horas

Cada estudiante debe usar una yema de huevo la cual seraacute suficiente para el anaacutelisis por

triplicado de una muestra y un blanco

Los estudiantes deberaacuten usar micropipetas por conveniencia exactitud y precisioacuten en los

voluacutemenes medidos

Los estudiantes deben determinar la longitud de absorcioacuten maacutexima del complejo tris(110-

fenantrolina)hierro (II) y debe ser 460 nm Esto se lograraacute haciendo un ldquobarridordquo de

longitudes de onda

Referencias

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Technology Report RM 8415 National Institute of Standards and Technology Gaithesburg

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6 Harris D C Quantitative Chemical Analysis 7th

ed W H Freeman and Company New York

2007 AP30

7 Kononets M Y Proskurnin M A Brendysheva S N Khrycheva D J Anal Chem 2003 58

337-342

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

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8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 16: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 16

Maacutes allaacute de max Transformando los espectros visibles a valores de color de 24-bits

Darren L Williams Thomas J Flaherty Casie L Jupe Stephanie A Coleman Kara A Marquez

and Jamie J Stanton

Department of Chemistry Sam Houston State University Huntsville TX 77340

(Journal of Chemical Education 2007 84 1873-1877)

e-mail williamsshsuedu

Introduccioacuten

El antildeo 2006 marcoacute el 75 aniversario de la Standard Colorimetric Observer1 (en espantildeol

Observador Colorimeacutetrico Estaacutendar) publicado por la Comisioacuten Internacional de la Iluminacioacuten

(CIE por sus siglas en franceacutes)2 La estaacutendar CIE establecioacute las bases de la colorimetriacutea moderna

proporcionando una rama objetiva para la especificacioacuten del color que es vital para los fabricantes

de alimentos textiles pigmentos para pinturas asiacute como para los desarrolladores y usuarios de

imaacutegenes digitales Como resultado de esto se han desarrollado programas computacionales y

estaacutendares para calcular los valores triestiacutemulo CIE3

Es difiacutecil saber el impacto que la colorimetriacutea cuantitativa ha tenido en la sociedad Por tal motivo

en 1993 se formoacute el Consorcio Internacional del Color (ICC por sus siglas en ingleacutes) integrado

por Adobe Apple y otros para producir y coordinar el manejo del color a escala mundial5 Los

esfuerzos de la ICC para llevar a cabo la estandarizacioacuten han conducido a desarrollar software para

caacutemaras y escaacuteneres para asegurar que los datos de imaacutegenes se guarden en los colores espaciales

RGB6 Asiacute mismo los monitores y las impresoras usan software similar para transformar la

informacioacuten RGB en un archivo de imagen con los colores definidos por la tinta u por espacio de

color de foacutesforo La ICC eligioacute como base la definicioacuten colorimeacutetrica de la espectrofotometriacutea

visible al proceso para convertir un espectro visible en valores de color RGB Tambieacuten motivo de

esta praacutectica

Se han publicado varios trabajos orientados a explicar la teoriacutea de la absorcioacuten de luz visible por

especies atoacutemicas y moleculares como origen del color En una de esas publicaciones Orna

proporcionoacute una muy clara y comprensiva presentacioacuten de la quiacutemica del color7 y Lagorio en otra

publicacioacuten extendioacute la discusioacuten del color desde la escala molecular a la escala de soacutelidos

voluminosos para color reflectivo8

Es interesante notar que la discusioacuten cientiacutefica del color frecuentemente ha venido usando una

descripcioacuten complementaria geneacuterica del origen del color percibido En teacuterminos de color

complementario el color sustraiacutedo se determinoacute por la longitud de onda de maacutexima absorcioacuten

(max) Consecuentemente si un objeto teniacutea un valor de max en la regioacuten amarilla del espectro

entonces el objeto deberiacutea percibirse con el color complementario al amarillo el cuaacutel es el violeta

En contraste a una descripcioacuten de color geneacuterica la conexioacuten rigurosa del espectro visible con la

dimensioacuten de color estaacutendar estaacute bien definida Los caacutelculos involucrados para realizar esta

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

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430

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570

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1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

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600

1000

605

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615

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625

1000

630

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1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 17: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 17

transformacioacuten se han facilitado enormemente con el uso de hojas de caacutelculo para el anaacutelisis de

datos quiacutemicos La hoja de caacutelculo que se utiliza con mayor frecuencia es EXCELMR

9

Esquema del experimento

El esquema de colorimetriacutea mostrado en la figura 1 proporciona un perfil visual de la simulacioacuten

coleccioacuten y anaacutelisis de datos asiacute como una comparacioacuten digital de imaacutegenes

Anaacutelisis de laboratorio

El color transmitido se analiza llenando cuatro cubetas de plaacutestico de 1 cm con soluciones de

cuatro bebidas comerciales de la misma marca (por ejemplo gatoradeMR

) diferentes colores y que

sean transluacutecidas

Para documentar el color percibido de las soluciones en las cubetas se fotografiacutean con una caacutemara

fotograacutefica digital Las cubetas se colocan enfrente de un fondo blanco

Los espectros visibles de las soluciones coloreadas se obtienen usando como referencia de liacutenea

base al agua Se utiliza un espectrofotoacutemetro Perkin-Elmer Lambda 35 para colectar los espectros

en el intervalo de 400-700 nm con un espaciado de puntos-datos de 5 nm requerido para utilizarlos

con los datos del iluminante y el observador CIE 2ordm Los datos se exportan a un archivo como texto

ASCII Estos datos estaraacuten listos para utilizarlos en hojas de caacutelculo por ejemplo EXCELMR

Es altamente recomendable que los alumnos realicen el tren de caacutelculo para convertir los datos

espectroscoacutepicos en imaacutegenes de color en una hoja de caacutelculo

Esta praacutectica se ha organizado usando los pasos mostrados en la Figura 1 para facilitar la

construccioacuten metodoloacutegica de un anaacutelisis de color con hoja de caacutelculos

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

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System ASTM International West Conshohoken PA 2001

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May 2009)

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 18: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 18

Figura 1 Procedimiento general para realizar la determinacioacuten de color utilizando un barrido de

longitud de onda y convirtiendo estos datos a los valores triestiacutemulos XYZ y RGB

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

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System ASTM International West Conshohoken PA 2001

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 19: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 19

Paso 1 Determinacioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Las funciones del observador estaacutendar CIE (Figura2) se determinaron experimentalmente hace 77

antildeos para ser utilizadas como una aproximacioacuten de la respuesta espectral del ojo Esas tres

funciones de comparacioacuten de color han permitido la definicioacuten de los valores triestiacutemulos [X Y Z]

Los espectros visibles de las cuatro soluciones de bebidas a evaluar deberaacuten presentarse en una

figura Los espectros de las soluciones se importaraacuten a EXCELMR

y se combinaraacuten con las

funciones de color del observador y del iluminante D656 para ello deberaacuten utilizar la ecuacioacuten 1

Figura 2 Espectros de los paraacutemetros X Y y Z del observador a 2ordm de 1931 asiacute como del

iluminante D65

La combinacioacuten depende de la integracioacuten numeacuterica normalizada de esos elementos el iluminante

la muestra y la funcioacuten de comparacioacuten de color como se muestra en las ecuaciones La potencia

espectral relativa de un iluminante estaacutendar CIE es S() y representa las condiciones de

iluminacioacuten tales como la iluminacioacuten incandescente iluminacioacuten fluorescente o luz del diacutea con

una temperatura de color de 6500 K para S() como lo sugiere el estaacutendar ICC La respuesta

espectral de las soluciones problemas en transmitancia a una escala de 0-1 es R() La respuesta

espectral de las funciones de comparacioacuten de color estaacutendar X() Y() y Z() (Figura 2) estaacuten

tabuladas en la Tabla 2

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

1 Broadbent A D Color Res Appl 2004 29 (4) 267

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System ASTM International West Conshohoken PA 2001

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httprsbinfonihgovij (accessed May 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 20: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 20

Paso 2 Transformacioacuten de X Y Z usando la matriz ICC

La escala de colores opuestos denota valores positivos y negativos a lo largo de un eje particular

Por ejemplo el valor de a designa la cantidad de rojo con valores positivos y los valores

negativos son designados al verde Un valor b positivo designa la cantidad de amarillo y un valor

negativo de b designa el azul Los valores de L designan la luminosidad desde 0 (negro) a 100

(blanco)

Figura 3 Diagrama de cromaticidad x y CIE 2ordm 1931

Las coordenadas de cromaticidad son una manera conveniente para presentar y discutir diferencias

de color La figura 3 seraacute de utilidad para identificar el color de las soluciones de bebidas a partir

de las coordenadas de cromaticidad la cuales se calculan a partir de los valores triestiacutemulos con las

siguientes ecuaciones

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

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700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 21: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 21

Mientras la CIE ha estandarizado la transformacioacuten al espacio de color antes mencionado la ICC

ha estandarizado la transformacioacuten desde [X Y Z] a valores estaacutendares de RGB en su esfuerzo por

definir un dispositivo independiente del espacio de color La ICC derivoacute una matriz 3x3 para

convertir el vector triestiacutemulo [X Y Z] al vector RGG estaacutendar [sR sG sB]6

RsRGB 3241 -15374 -04986 X

GsRGB -09692 1876 00416 Y

BsRGB 00556 -0204 1057 Z

Paso 3 Correccioacuten para pantallas de tubos de rayos catoacutedicos (CRT por sus siglas en

ingleacutes)

Los valores sRGB se corrigen debido a que los tubos de rayos catoacutedicos (CRT) presentan una

respuesta no lineal a las sentildeales de entrada sRGB Esta etapa se puede omitir si no se usan

monitores con CRT La correccioacuten es condicional es decir depende de la magnitud de cada uno

de los valores en [sR sG sB] y aplicando las ecuaciones correspondientes se pueden obtener los

valores para [sR‟ sG‟ sB‟] para cada una de las soluciones de bebidas Para maacutes detalles revise la

referencia 6

Paso 4 Conversioacuten al coacutedigo de color sRGB de 24 bits

Cada valor en [sR‟ sG‟ sB‟] se escala a una resolucioacuten de 8 bits debido a que las computadoras

tiacutepicamente asignan 8 bits a cada canal de color El teacutermino 8 bits se refiere a 8 diacutegitos binarios

con un miacutenimo de 0000 0000 y un maacuteximo de 1111 1111 Debido a que hay tres canales de

color y los canales de color son de 8 bits los valores de sRsGsB se representan como

[sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

Referencias

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 22: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 22

Este se conoce como codificacioacuten de 24 bits Los equivalentes base diez de esos extremos son 0 y

255

(20 + 2

1 + 2

2 + 2

3 + 2

4 + 2

5 + 2

6 + 2

6 + 2

8 = 255)

Los valores RGB base diez de 24 bits para el negro son [0 0 0] y los valores para el blanco son

[255 255 255] Los valores [sR‟ sG‟ sB‟] para las soluciones de bebidas se ajustan al intervalo 0-

255 usando las siguientes ecuaciones

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 1 y gt0 entonces

sR‟8bits = 2550 x sR‟

sG‟8bits = 2550 x sG‟

sB‟8bits = 2550 x sB‟

Si los valores de sR‟ sG‟ y sB‟ son lt 0 oacute gt 1 entonces sR‟8bits sG‟8bits y sB‟8bits son 0 oacute 255

respectivamente

Paso 5 Comparando las imaacutegenes digitales con las muestras de color de 24 bit

El coacutedigo de color de 24 bits es una medida objetiva del color de las soluciones para ver los

resultados se deberaacuten crear rectaacutengulos de color de las muestras en EXCELMR

Los colores de

fondo de los objetos dibujados se cambian a los valores de [sR‟8bits sG‟8bits sB‟8bits] para cada una

de las soluciones de bebidas y el agua (blanco)

La imagen digital se debe editar con el paquete computacional procesador de imagenes ImageJ

ImageJ presenta los valores de RGB colocando el cursor en la imagen10

La brillantez de la imagen

se incrementa hasta que la cubeta de agua tenga valores para RGB de [255 255 255]

Posteriormente los valores de RGB para cada muestra se leen usando el cursor La imagen con la

brillantez corregida se importa a EXCEL produciendo una comparacioacuten con entre las imaacutegenes

fotograacuteficas y las imaacutegenes producidas con los espectros de las muestras

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Page 23: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 23

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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2009)

Whittaker P Tufaro P R Rader J I J Am Coll Nutr 2001 20 247ndash254

6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Page 24: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 24

Tabla 1 Datos de transmitancia para las cuatro soluciones de bebidas

Longitud de onda (nm) Bebida 1 Bebida 2 Bebida 3 Bebida 4 Agua

400

1000

405

1000

410

1000

415

1000

420

1000

425

1000

430

1000

435

1000

440

1000

445

1000

450

1000

455

1000

460

1000

465

1000

470

1000

475

1000

480

1000

485

1000

490

1000

495

1000

500

1000

505

1000

510

1000

515

1000

520

1000

525

1000

530

1000

535

1000

540

1000

545

1000

550

1000

555

1000

560

1000

565

1000

570

1000

575

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

605

1000

610

1000

615

1000

620

1000

625

1000

630

1000

635

1000

640

1000

645

1000

650

1000

655

1000

660

1000

665

1000

670

1000

675

1000

680

1001

685

1000

690

1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 25: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 25

580

1000

585

1000

590

1000

595

1000

600

1000

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1000

670

1000

675

1000

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1001

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1000

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1000

695

1000

700

1000

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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Page 26: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 26

Tabla 2 Datos del observador CIE 2ordm de 1931 y del iluminante D65

The 2deg Standard Color Matching Functions descargadas de httpwwwciecoat

Wavelength (nm) x(l) y(l) z(l) CIE D65 S(l)

400 001431 000040 006785 8275490

405 002319 000064 011020 8712040

410 004351 000121 020740 9148600

415 007763 000218 037130 9245890

420 013438 000400 064560 9343180

425 021477 000730 103905 9005700

430 028390 001160 138560 8668230

435 032850 001684 162296 9577360

440 034828 002300 174706 10486500

445 034806 002980 178260 11093600

450 033620 003800 177211 11700800

455 031870 004800 174410 11741000

460 029080 006000 166920 11781200

465 025110 007390 152810 11633600

470 019536 009098 128764 11486100

475 014210 011260 104190 11539200

480 009564 013902 081295 11592300

485 005795 016930 061620 11236700

490 003201 020802 046518 10881100

495 001470 025860 035330 10908200

500 000490 032300 027200 10935400

505 000240 040730 021230 10857800

510 000930 050300 015820 10780200

515 002910 060820 011170 10629600

520 006327 071000 007825 10479000

525 010960 079320 005725 10623900

530 016550 086200 004216 10768900

535 022575 091485 002984 10604700

540 029040 095400 002030 10440500

545 035970 098030 001340 10422500

550 043345 099495 000875 10404600

555 051205 100000 000575 10202300

560 059450 099500 000390 10000000

565 067840 097860 000275 9816710

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

Separation httpchemmoviesunleduchemistrybeckerdemosBD007html (accessed March

2009)

Whittaker P Tufaro P R Rader J I J Am Coll Nutr 2001 20 247ndash254

6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 27: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 27

570 076210 095200 000210 9633420

575 084250 091540 000180 9606110

580 091630 087000 000165 9578800

585 097860 081630 000140 9223680

590 102630 075700 000110 8868560

595 105670 069490 000100 8934590

600 106220 063100 000080 9000620

605 104560 056680 000060 8980260

610 100260 050300 000034 8959910

615 093840 044120 000024 8864890

620 085445 038100 000019 8769870

625 075140 032100 000010 8549360

630 064240 026500 000005 8328860

635 054190 021700 000003 8349390

640 044790 017500 000002 8369920

645 036080 013820 000001 8186300

650 028350 010700 000000 8002680

655 021870 008160 000000 8012070

660 016490 006100 000000 8021460

665 012120 004458 000000 8124620

670 008740 003200 000000 8227780

675 006360 002320 000000 8028100

680 004677 001700 000000 7828420

685 003290 001192 000000 7400270

690 002270 000821 000000 6972130

695 001584 000572 000000 7066520

700 001136 000410 000000 7160910

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

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8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

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Page 28: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 28

Anaacutelisis de minerales en granos enteros de cereal para desayuno

Paul Hooker

(Journal of Chemical Education 2005 82 1223-1225)

e-mail phookerwestminstercollegeedu

Introduccioacuten

El estudio original utilizoacute un cereal para desayuno marca ldquoCereal TotalTM

rdquo ya que es un producto

de consumo familiar muy popular en los EU y puede contener el 100 del valor diario de varias

vitaminas y minerales requeridos por el consumidor Seguacuten la etiqueta nutrimental de este

producto se espera que una porcioacuten de 30 g contenga 18 mg de Fe 15 mg de Zn y 1000 mg de

Ca7 Las cantidades reales requeridas de estos elementos en la dieta de una persona son muy

dependientes de la edad el sexo etc Por ejemplo la Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) de Fe es

de 18 mg diarios para mujeres premenopaacuteusicas pero soacutelo 8 mg diarios para los hombres y

mujeres postmenopaacuteusicas7 Esta cantidad aumenta a 27 mg diarios para las mujeres embarazadas

Los DRI‟s y ULA‟s (Liacutemite Superior de Tolerancia de ingesta por debajo de la cual probablemente

no hay riesgos de efectos adversos) de Fe Ca y Zn se resumen en la Tabla 1iexclError Marcador

no definido 7

Tabla 1 Ingesta Dietaria de Referencia (DRI) y Liacutemite Superior de Tolerancia de Ingesta (UL)

para Fe Ca y Zn

Elemento _______DRI(mgday)______

Hombres Mujeres

UL

(mgdiacutea)

Hierro 8-11 8-27 45

Calcio 1000-1300 1000-1300 2500

Zinc 11 8 40

El trigo es una fuente natural de hierro pero para asegurar los 18 mg de Fe por porcioacuten se debe

antildeadir Fe suplementario en forma de limadura a las hojuelas Este hierro suplementario estaacute en su

forma elemental reducida y hay suficiente como para hacer magneacutetica a la hojuela Una hojuela de

cereal flotando en el agua claramente es atraiacuteda por un magneto fuerte de neodimio y es una

demostracioacuten popular muy bien conocida7 La propiedad magneacutetica del hierro facilita su

separacioacuten desde la mezcla de cereal compleja asiacute como su cuantificacioacuten en una sesioacuten de

laboratorio tiacutepica En cursos de anaacutelisis instrumental una muestra de cereal se calcina en un horno

y las cenizas se disuelven en una solucioacuten aacutecida antes de su anaacutelisis El Fe suplementario se puede

remover magneacuteticamente previo al procedimiento de calcinacioacuten de la muestra de cereal asiacute como

cuantificar por separado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

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of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 29: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 29

La fortificacioacuten de harinas y cereales se ha practicado en los EU desde 1941 los productos

derivados de cereales se han suplementado ya sea con Fe reducido o fosfato de hierro (III)7 Para

incrementar la biodisponibilidad del Fe y prevenir defectos del tubo neural en el uacutetero

frecuentemente se antildeade aacutecido foacutelico a esos productos alimenticios La anemia es una

consecuencia de la deficiencia de Fe en la dieta especialmente en mujeres lactantes o

embarazadas Tambieacuten puede haber consecuencias de un exceso de ingesta de Fe7 La

hemocromatosis es una enfermedad geneacutetica que afecta a uno de cada 400 individuos descendiente

de nor-Europeos durante el desarrollo de esta enfermedad la absorcioacuten de hierro intestinal

aumenta conduciendo a severos dantildeos en oacuterganos

En un experimento informal como parte de este estudio a 20 estudiantes en una clase de quiacutemica

general se les proporcionaron un paquete de Cereal TotalTM

para que se lo llevaran a casa y

pusieran su tamantildeo de porcioacuten ldquonormalrdquo en su desayuno Se encontroacute que su tamantildeo de porcioacuten

tiacutepica fue de casi tres veces los 30 g especificados en el envase de Cereal TotalTM

Este resultado se

corroboroacute por estudios recientes donde un tamantildeo de porcioacuten actual consumido fue de 75 plusmn 6 g por

hombre adulto y de 66 plusmn 4 g por mujer adultaiexclError Marcador no definido Claramente al

comer Cereal TotalTM

una persona comuacutenmente excede la DRI para Fe incluso el UL Sin

embargo es poco comuacuten que las partiacuteculas de hierro presentes en el cereal se puedan absorber

completamente en el tracto digestivo

El viacutenculo entre una adecuada ingesta de calcio y la prevencioacuten de la osteoporosis estaacute bien

documentado Los pocos reportes sobre el consumo en exceso de calcio indican que el catioacuten

calcio no causa dantildeos no asiacute el anioacuten carbonato7 Para el Zn el UL estaacute en 40 mgdiacutea debido a

que un exceso de este en la dieta puede inhibir la absorcioacuten de Cu7

Esta praacutectica tiene los siguientes objetivos

Proporcionar una metodologiacutea simple para un procedimiento de laboratorio que dure 3

horas donde los resultados conduzcan por si mismos a una discusioacuten relevante y que los

alumnos se comprometan con el estudio

La metodologiacutea describe la forma de extraer el Fe elemental a partir de las hojuelas de

cereal antes de la digestioacuten resultado una solucioacuten maacutes limpia Esas soluciones son maacutes

faacuteciles de manejar para la formacioacuten de complejos y espectroscopia visible

Proporciona una metodologiacutea adecuada para un anaacutelisis maacutes profundo de minerales

utilizando meacutetodos instrumentales maacutes avanzados

Riesgos

El HCl concentrado y el HNO3 6 M son aacutecidos fuertes y corrosivos El HNO3 tambieacuten es un

poderoso agente oxidante Cuando se manejan esos aacutecidos se deben evitar los derrames y la

liberacioacuten de vapores irritantes y toacutexicos Cuando maneje esos aacutecidos use una campana de humos

guantes y lentes de seguridad

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

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Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

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httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 30: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 30

El acetato de sodio es peligroso si se ingiere pero no presenta riesgos especiales El clorhidrato de

hidroxilamina es un poderoso agente reductor y sus soluciones son toacutexicas si se inhalan o

ingieren y podriacutean causar irritacioacuten al contacto con la piel El cloruro de lantano heptahidratado es

un agente irritante e higroscoacutepico

Las soluciones deben colectarse y desecharse despueacutes de consultar todas las regulaciones

ambientales

Reactivos requeridos para la extraccioacuten de Fe magneacutetico (Ejercicio de Quiacutemica General)

Nuacutemero de registro CAS

HCl concentrado [7647-01-0]

HCl 10 M [7647-01-0]

HNO3 [7697-37-2]

Acetato de sodio 20 M [6131-90-4]

Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 [66-71-7]

Solucioacuten de clorhidrato de hidroxilamina al 5 [5470-11-1]

Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

(A partir de Sulfato ferroso

amoniacal hexahidratado)

[7783-85-9]

Instrucciones para la preparacioacuten de las soluciones

Las siguientes recomendaciones proporcionan los detalles sobre la preparacioacuten de reactivos para

10 estudiantes

1 Solucioacuten de 110-Fenantrolina al 01 Pesar 025 g de 110-fenantrolina y disolver en 15

mL de etanol Llevar el volumen a 250 mL con agua desionizada

2 Clorhidrato de hidroxilamina al 5 Pesar 825 g y disolver en agua desionizada hasta

tener un volumen de 165 mL

3 Solucioacuten de 10 ppm de Fe2+

Disolver 00351 g de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado

Fe(NH4)2 (SO4)26H2O en agua Antildeadir 1 mL de HCl concentrado (aq) y llevar a 500 mL

en un matraz aforado Pasar a un frasco de plaacutestico para evitar la adsorcioacuten de Fe2+

a las

paredes de cristal del matraz aforado Esta solucioacuten es mejor prepararla lo maacutes cerca

posible del momento de su utilizacioacuten O bien hacer una solucioacuten de 1000 ppm de Fe2+

estabilizar con 10 mL de HCl concentrado (aq) y diluir apropiadamente Para el trabajo

maacutes preciso la solucioacuten de Fe2+

se prepara a partir de alambre de Fe muy puro

4 Solucioacuten de acetato de sodio 20 M Disolver 2722 g de acetato de sodio trihidratado y

llevarlo a un volumen final de 100 mL con agua desionizada Esta cantidad es suficiente

para 30 estudiantes y es estable

Ejercicio de Laboratorio de Quiacutemica General

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

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8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 31: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 31

Se muelen finamente 10 g de cereal en un mortero con pistilo Los polvos se transfieren a un vaso

de precipitados y se le antildeade la cantidad necesaria de agua para generar una suspensioacuten

Posteriormente a la suspensioacuten se le coloca una barra de agitacioacuten recubierta de tefloacuten y se hace

agitar por aproximadamente 10 min La barra de agitacioacuten y el hierro colectado se transfieren a un

tubo de ensaye y se cubre con HCl concentrado (1-2 mL) para disolver el Fe La disolucioacuten del Fe

puede acelerarse colocando el tubo de ensaye en un bantildeo de agua caliente y toma

aproximadamente 5 minutos dependiendo de la cantidad Fe colectada La disolucioacuten se completa

cuando el hidroacutegeno deja de liberarse el resultado es una solucioacuten de color verde paacutelido FeCl2

(aq) Esta cantidad es transferida a un matraz aforado y diluir a 1000 ml La solucioacuten resultante se

transfiere cuantitativamente a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye con agua desionizada

hasta el aforo La concentracioacuten de Fe2+

se puede determinar espectrofotomeacutetricamente a 510 nm

por la formacioacuten de un complejo con la 110-fenantrolina y comparaacutendolo con una curva de

calibracioacuten construida a partir de soluciones de 1 2 4 5 y 8 ppm de Fe2+

Por ejemplo para

preparar un estaacutendar de Fe2+

de 10 ppm 10 mL de una solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

se

transfiere a un matraz volumeacutetrico de 10 mL Posteriormente se antildeaden dos gotas de una solucioacuten

de HCl 10 M 05 mL de hidroxialamina al 5 seis gotas de solucioacuten de acetato de sodio 20 M

y 10 mL de la solucioacuten de 110-fenantrolina al 01 Finalmente el matraz se afora con agua

desionizada El desarrollo de color se completa en 15 min La hidroxilamina reduce cualquier traza

de Fe3+

a Fe2+

y el HClAcetato de sodio controla el pH el cual debe estar entre 3 y 9 para el

desarrollo de color apropiado Los otros estaacutendares se preparan de manera similar usando la

cantidad apropiada de solucioacuten stock de 10 ppm de Fe2+

La muestra se prepara usando 20 mL de

la solucioacuten del matraz volumeacutetrico que contiene el Fe colectado de las hojuelas de cereal

antildeadiendo los reactivos apropiados y aforando con agua desionizada La absorbancia de cada

solucioacuten se mide a 510 nm Dependiendo del eacutexito de la extraccioacuten de Fe la solucioacuten problema se

deberaacute diluir cuantitativamente hasta que los valores obtenidos de absorbancia esteacuten dentro los

valores reportados por la curva estaacutendar Una vez que se tenga la concentracioacuten de Fe en la

solucioacuten problema se podraacute calcular la concentracioacuten de Fe en el matraz volumeacutetrico y finalmente

el Fe extraiacutedo de 10 g de muestra de cereal

Notas experimentales adicionales

1 Los 10 g de cereal se deberaacuten medir despueacutes de la molienda ya que se debe descartar

cualquier peacuterdida por la transferencia desde el mortero

2 La suspensioacuten aguacereal se puede agitar y antildeadir maacutes agua para obtener una solucioacuten

fluida (moacutevil) Si se utiliza plancha de agitacioacuten aseguacuterese de apagarla La barra de

agitacioacuten debe estar limpia Se recomienda utilizar un lavado previo de la barra de

agitacioacuten con HCl concentrado para eliminar material magneacutetico externo Evitar utilizar

licuadoras para la molienda debido a que las aspas de esta son propensas a atraer

partiacuteculas pequentildeas de Fe

3 Experimentos previos sugieren que se requiere un miacutenimo de 10 min para colectar la mayor

parte del Fe metaacutelico Sin embargo las barras de agitacioacuten limpias se deben dejar en la

suspensioacuten hasta que ya no presenten maacutes Fe colectado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

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Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

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Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 32: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 32

4 La cantidad de Fe colectado puede variar dependiendo de donde provienen las hojuelas

por ejemplo frecuentemente hay maacutes Fe en las hojuelas del fondo de la bolsa de cereal

5 La mayoriacutea de los estudiantes no tienen problemas transfiriendo las barras de agitacioacuten con

limadura de Fe libres de cereal a un tubo de ensaye Se debe evitar el contacto con otros

magnetos o barras de agitacioacuten debido a que si sucede eso se transferiraacute parte del Fe a

esos otros magnetos o barras de agitacioacuten La disolucioacuten del Fe es raacutepida cuando se

sumerge en un bantildeo de agua caliente y se completa cuando cesa la liberacioacuten de gas

hidroacutegeno La solucioacuten resultante es de un color verde paacutelido Esta solucioacuten se debe

transferir a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y aforar con agua desionizada

6 Alternativamente los estaacutendares se pueden preparar en tubos de ensaye pre-calibrados a un

volumen de 100 mL Esto no afecta significativamente la exactitud y precisioacuten del

experimento Ademaacutes de que reduce la necesidad de usar grandes cantidades de matraces

volumeacutetricos de 10 mL La Tabla 2 proporciona las cantidades de reactivo requeridas Los

reactivos deben adicionarse en el orden de aparicioacuten en la tabla y todas las soluciones se

deben aforar a 10 mL con agua desionizada Esperar 15 min para que se desarrolle el color

antes de determinar la curva estaacutendar a 510 nm

Tabla 2 Preparacioacuten de soluciones estaacutendares

Solucioacuten

estaacutendar

(ppm)

Solucioacuten stock

de 10 ppm de

Fe2+

(mL)

HCl 10 M

(gotas)

Hidroxilamina

al 5 (mL)

Acetato de

sodio 2 M

(gotas)

Solucioacuten de 110-

fenantrolina (mL)

10 10 2 05 6 10

20 20 2 05 6 10

40 40 2 05 6 10

50 50 2 05 6 10

80 80 2 05 6 10

7 La solucioacuten problema se prepara transfiriendo 20 mL de la solucioacuten del matraz de 100 mL

a un matraz volumeacutetrico de 100 mL y adicionando las soluciones de hidroxilamina

acetato de sodio y de 110-fenantrolina Si a la muestra de limadura de hierro se le antildeadioacute

demasiado HCl concentrado seraacute necesario ajustar el pH con solucioacuten de NaOH hasta que

el valor del pH esteacute por arriba de 2 Esto sucede cuando se usan dos o tres barras de

agitacioacuten de manera sucesiva para extraer las limaduras de Fe de la suspensioacuten Si no se

desarrolla color en esta etapa es probable que el pH siga estando muy bajo El rango de pH

oacuteptimo es de 3 a 9

Anaacutelisis de Fe Ca y Zn de Cereal para desayuno

Reactivo requerido para el anaacutelisis de Ca por Absorcioacuten Atoacutemica

Solucioacuten de cloruro de lantano preparada a partir de LaCl37H2O [10025-84-0]

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

Separation httpchemmoviesunleduchemistrybeckerdemosBD007html (accessed March

2009)

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6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 33: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 33

Ejercicio de Laboratorio de Anaacutelisis Cuantitativo

Para el anaacutelisis cuantitativo de Fe Zn y Ca en las hojuelas de cereales con cuidado analiacutetico

apropiado se puede usar el siguiente protocolo

Aproximadamente 2 g de cereal previamente molidos se colocan en un vaso de precipitados de 100

mL y se secan en una estufa a 105ordm C durante toda una noche Para remover la limadura de Fe se

hace una suspensioacuten a partir de los polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada la mezcla se

agita por 20 min con una barra de agitacioacuten re cubierta de tefloacuten y previamente lavada con HCl

concentrado La barra de agitacioacuten se remueve de la suspensioacuten como se describe en el

procedimiento de Quiacutemica General y el Fe colectado se disuelve en HCl concentrado y se analiza

espectrofotomeacutetricamente Adicionalmente se puede hacer la medicioacuten de Fe por absorcioacuten

atoacutemica

El resto de la suspensioacuten se seca en una estufa a 90ordm C durante toda una noche y despueacutes se

transfiere a un crisol de porcelana El crisol con la muestra se coloca en una estufa a 105ordm C hasta

que la muestra permanezca a peso constante Para lograr esto cada cierto tiempo se debe sacar el

crisol con la muestra enfriarlo en un desecador y pesar Cuando las dos uacuteltimas lecturas de peso

sean praacutecticamente iguales se suspende el secado Despueacutes la muestra se carboniza en un mechero

Bunsen hasta que cese la formacioacuten de humo y se obtenga un residuo negro Este se coloca en una

mufla a 650ordm C durante toda una noche obtenieacutendose unas cenizas de color blanco grisaacuteceo Las

cuales se disuelven cuidadosamente en un miacutenimo de HNO3 al 35 produciendo una solucioacuten

amarilla paacutelida Esta solucioacuten se transfiere a un matraz volumeacutetrico de 100 mL recuerde lavar el

crisol con agua para arrastrar al matraz todos los minerales de la muestra y finalmente afore el

matraz con agua desionizada De esta solucioacuten se toma 10 mL y se analiza para Fe produciendo

informacioacuten de la cantidad de Fe presente naturalmente en el cereal o no extraiacutedo magneacuteticamente

El resto de la muestra puede utilizarse para analizar otros iones metaacutelicos usando la teacutecnica

analiacutetica apropiada En esta praacutectica se analizaraacuten Ca y Zn usando espectroscopia de absorcioacuten

atoacutemica

1 Despueacutes de moler los 10 g de cereal se separan en muestras individuales de 2 g y se secan

Las muestras secas se pueden almacenar en frascos hermeacuteticamente sellados Tiacutepicamente

la peacuterdida de agua en las muestras estaacute entre 25 y 32 en peso

2 Para remover magneacuteticamente las limaduras de hierro se hace una suspensioacuten de cereal a

partir de polvos de cereal y 20 mL de agua desionizada se agita por 20 min en un vaso de

precipitados de 100 mL con una barra de agitacioacuten magneacutetica lavada previamente con HCl

concentrado

3 La evaporacioacuten de los 20 mL de agua de la suspensioacuten a 90ordmC despueacutes de la extraccioacuten del

Fe metaacutelico puede tomar un tiempo significativo por ejemplo toda una noche El cereal

deshidratado en la estufa necesita rasparse con una espaacutetula para poder transferirlo desde el

vaso de precipitados al crisol lo cual puede contribuir a un error experimental

4 En el procedimiento de incineracioacuten las muestras primero deben ser calentadas

suavemente con un mechero Bunsen Despueacutes de que la nube inicial de humos ha

disminuido se puede incrementar la intensidad de la flama Bajo estas condiciones la

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

2 Panel on Micronutrients Subcommittees on Upper Reference Levels of Nutrients and of

Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

Silicon Vanadium and Zinc National Academies Press Washington DC 2002

httpbooksnapedubooks0309072794html772html (accessed March 2009)

3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC

httpbooksnapedubooks0309071836html284html (accessed March 2009)

4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

httpwwwkingsfordorgkhsWebrfselemsciiron2html (accessed March 2009) Iron in Cereal

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2009)

Whittaker P Tufaro P R Rader J I J Am Coll Nutr 2001 20 247ndash254

6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

2009)

8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

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Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

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Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 34: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 34

mayoriacutea de los compuestos orgaacutenicos se quema la muestra se transfiere a una mufla a 650ordm

C donde se completa el proceso de calcinacioacuten Cabe sentildealar que el calentamiento

continuo con el mechero Bunsen tambieacuten podriacutea ser suficiente para llevar a la muestra a

cenizas grises

Hacer que las muestras de cenizas sean solubles en soluciones aacutecidas indica que todos los

componentes orgaacutenicos de las hojuelas del cereal se removieron y que muchos de los

minerales presentes en la solucioacuten se puedan cuantificar El procedimiento analiacutetico

apropiado se debe seleccionar cuidadosamente ya que se pueden encontrar interferencias

potenciales En este estudio el Fe Ca y Zn se pueden cuantificar satisfactoriamente usando

espectroscopia de absorcioacuten atoacutemica aunque hay muchos elementos maacutes que podriacutean

escogerse Esto da al estudiante una oportunidad de investigar los antecedentes de cuaacuteles

son los elementos y metodologiacuteas a seleccionar para llevar a cabo un buen trabajo de

cuantificacioacuten de metales en alimentos

Los estudiantes tambieacuten pueden ser motivados a sugerir nuevos anaacutelisis por ejemplo

1 El anaacutelisis de hojuelas en distintas partes de la caja de cereales

2 La duracioacuten del tiempo de agitacioacuten y la eficacia de la extraccioacuten

3 El anaacutelisis de fosfato sodio potasio cobre etc

5 Disolviendo las cenizas

En este estudio las cenizas se disuelven en aproximadamente 2 mL de aacutecido niacutetrico 6 M

por adicioacuten gota a gota al crisol friacuteo La disolucioacuten es raacutepida y completa en caso de no ser

asiacute posiblemente se deba a contaminacioacuten de las muestras con trazas de carboacuten

provenientes de las paredes de la mufla La solucioacuten se transfiere cuantitativamente a un

matraz volumeacutetrico de 100 mL y se diluye hasta la marca del aforo con agua desionizada

esta solucioacuten se llamaraacute Solucioacuten A 10 mL de esta solucioacuten se removeraacute para hacer el

anaacutelisis de Fe por absorcioacuten atoacutemica los 90 mL restantes se diluiraacuten a 1000 mL en otro

matraz volumeacutetrico (Solucioacuten B) La aliacutecuota de 10 mL destinada para el anaacutelisis de Fe se

diluye a 100 mL para su anaacutelisis por absorcioacuten atoacutemica

Para preparar una solucioacuten para anaacutelisis de Ca por absorcioacuten atoacutemica se toman 05 mL de

la Solucioacuten B y se diluyen a 100 mL despueacutes de la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10

(pesovolumen) preparado a partir del cloruro de lantano heptahidratado y 10 mL de

HNO3 concentrado

Para preparar una solucioacuten adecuada para el anaacutelisis de Zn por absorcioacuten atoacutemica se toman

50 mL de la Solucioacuten B y se diluyen a 500 mL despueacutes de la adicioacuten de 05 mL de aacutecido

niacutetrico concentrado

6 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica

El instrumento usado para este estudio es un espectrofotoacutemetro de absorcioacuten atoacutemica

932AA de GBC utilizando una flama de aireacetileno Se preparan tres soluciones estaacutendar

de 100 mL para cada metal diluyendo las soluciones del ioacuten metaacutelico apropiado

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

2009)

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Interpretation and Use of Dietary Reference Intakes and the Standing Committee on the

Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes Dietary Reference Intakes for Vitamin A

Vitamin K Arsenic Boron Chromium Copper Iodine Iron Manganese Molybdenum Nickel

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3 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

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4 JCE Editorial Staff J Chem Educ 2004 81 1584A Iron in Cereal

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Whittaker P Tufaro P R Rader J I J Am Coll Nutr 2001 20 247ndash254

6 Senozan N M Christiano M P J Chem Educ 1997 741060

7 Calcium httpwwwfaoorgdocrep004y2809ey2809e0hhtmTopOfPage (accessed March

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8 A Report of the Subcommittees on Interpretation and Uses of Dietary Reference Intakes and

Upper Reference Levels of Nutrients and the Standing Committee on the Scientific Evaluation

of Dietary Reference Intakes Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes

Applications in Dietary Assessment National Academies Press Washington DC 2001

httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

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5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 35: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 35

Las soluciones se estabilizan con la adicioacuten de 10 mL de HNO3 concentrado Para las

soluciones estaacutendares de Ca es necesario la adicioacuten de 10 mL de LaCl3 al 10 esto

ayuda a prevenir la peacuterdida de intensidad de la sentildeal

Estaacutendar de Ca 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Fe 100 ppm 300 ppm 500 ppm

Estaacutendar de Zn 050 ppm 150 ppm 250 ppm

Las lecturas para las soluciones estaacutendar y la muestra son por triplicado Para verificar el

funcionamiento del equipo es importante que al final se vuelvan adquirir las lecturas de las

soluciones estaacutendar

Referencias

1 U S Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition A Food

Labeling Guide September 1994 httpwwwcfsanfdagov~dmsflg-7ahtml (accesed March

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httpbooksnapedubooks0309072794html442html (accessed March 2009)

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 36: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 36

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Libbie S W Pelter Andrea Amico Natalie Gordon Chylah Martin

Dessalyn Sandifer Michael W Pelter

(Journal of Chemical Education 2008 85 133-134)

e-mail pelterlcalumetpurdueedu

Introduccioacuten

La cromatografiacutea de capa delgada (TLC) ha sido una importante herramienta por muchos antildeos7

Recientemente se describioacute a la TLC como ldquoLos bdquoojos‟ de la Quiacutemica Orgaacutenicardquo7 En esta

praacutectica se exploraraacute la utilidad de la TLC para visualizar la diferencia entre dos plantas del

geacutenero Mentha la hierbabuena Mentha spicata y la menta Mentha piperita El experimento es

una adaptacioacuten de un reporte previo7 El experimento se puede realizar en dos horas

Tanto la hierbabuena como la menta son plantas comunes en toda Norteameacuterica7 La hierbabuena

estaacute aprobada para usos medicinales y la menta se usa en la industria de los sabores y las

fragancias7 Los aceites esenciales de esas plantas se obtienen utilizando destilacioacuten por arrastre de

vapor desde las plantas frescas en la etapa de floracioacuten Los constituyentes quiacutemicos caracteriacutesticos

de esos aceites son principalmente monoterpenos El constituyente principal del aceite de

hierbabuena es la (R)-(-)-carvona Figura 1 la cual se encuentra en un intervalo de 45 a 60 7 Un

constituyente mayoritario del aceite de menta es (1R2S5R)-(-)-mentol el cual estaacute ausente en el

aceite de hierbabuena El aceite de menta tambieacuten incluye otros terpenos tales como la mentona

(10-40 ) acetato de mentilo (4-10 ) y mentofurano (0-10 ) Figura 27 En la hierbabuena y la

menta tambieacuten se encuentran en cantidades significativas (1-20 ) limoneno y 18-cineol Figura

3 Dependiendo de la fuente el aceite de menta tiacutepicamente debe contener de 30 a 55 de mentol

y menos del 1 de carvona para ser considerado grado farmaceacuteutico en Europa Los terpenos (R)-

(-)-carvona y (1R2S5R)-(-)-mentol son responsables de las sensaciones refrescantes y a menta

pero sus enantioacutemeros tienen sabores y fragancias con caracteriacutesticas diferentes y distintivas Una

comparacioacuten de los olores caracteriacutesticos de esos compuestos con sus respectivos estereoisoacutemeros

proporciona los fundamentos para una buena discusioacuten sobre la relacioacuten estructura-actividad7

CH3

O

H CH3

CH2

(R)-(-)Carvona

Figura 1 Constituyente principal del aceite de hierbabuena

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

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O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 37: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 37

CH

3H

OH

HH

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

O

CH3

H

OAc

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

(1R2S5R)-(-)-mentol mentona

Acetato de mentilo mentofurano

Figura 2 Constituyentes principales del aceite de menta

CH3

CH2

CH3

O

CH3

CH3

CH3

Limoneno 18-cineol

Figura 3 Terpenos presentes tanto en aceite de menta como de hierbabuena

Nuacutemero de Registro CAS de reactivos y disolventes

Aceite de hierbabuena 8008-79-5

Aceite de menta 8006-90-4

R-(-)-Carvona 6485-40-1 [L(-)-Carvona]

(1R2S5R)-(-)-Mentol 2216-51-5 [L(-)-Mentol]

Acetato de etilo 141-78-6

Hexano 110-54-3

para-Anisaldehido 123-11-5

Aacutecido aceacutetico glacial 64-19-7

Aacutecido sulfuacuterico (concentrado) 7664-93-9

Alcohol etiacutelico 64-17-5

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 38: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 38

Quiacutemicos y suministros

Pequentildeos frascos o viales conteniendo soluciones al 1 de cada uno de los siguientes

compuestos disueltos en acetato de etilo

Aceite de hierbabuena Aceite de menta

R-(-)-Carvona (1R2S5R)-(-)-Mentol

Acetato de etilo al 10 en hexano (5-10 mL por estudiante)

Placas de gel de siacutelice con indicador fluorescente Placas de 10 cm x 53 cm dos placas por

estudiante o por par de estudiantes

Laacutempara de UV de mano (con longitud de onda corta y larga)

Pinzas

Reglas y laacutepices

Tubos capilares de punta fina

Caacutemaras para cromatografiacutea TLC

Papel filtro

Plancha de calentamiento (en una campana de humos para calentar la TLC despueacutes de

tratarla con la solucioacuten de p-anisaldehido cubrir con una laacutemina de aluminio para prevenir

la decoloracioacuten)

Solucioacuten de p-anisaldehido A 225 mL de etanol al 95 antildeadir cuidadosamente 125 mL

de p-anisaldehido y 125 mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado seguido por unas pocas gotas

de aacutecido aceacutetico glacial La solucioacuten se puede almacenar indefinidamente en un frasco

aacutembar

Riesgos

Todos los reactivos y quiacutemicos usados en esta praacutectica son flamables La mancha visible en TLC

es corrosiva El gel de siacutelice no debe ser inhalado Los estudiantes deben usar gafas protectoras y

guantes La visioacuten directa de la laacutempara UV es perjudicial para los ojos y debe evitarse

Procedimiento

Una muestra que requiere anaacutelisis frecuentemente se trata de una mezcla de muchos componentes

en una matriz compleja Para muestras con compuestos desconocidos los componentes se deben

separar unos de otros ya que cada componente individual se puede identificar por diversos

meacutetodos analiacuteticos Las propiedades de separacioacuten de los componentes en una mezcla son

constantes bajo condiciones constantes y consecuentemente una vez determinadas se pueden usar

para identificar y cuantificar cada uno de los componentes

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 39: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 39

Una mezcla se puede separar usando las diferencias en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los

componentes individuales Como ejemplo el vertido de fideos y agua en un colador separa los dos

componentes ya que el agua liacutequida se puede escurrir a traveacutes del colador pero el espagueti no

(suponiendo que no estaacute recocido en exceso en el comedor universitario) Una pequentildea cantidad de

agua se adhiere a los espaguetis y unos espaguetis pueden colarse ya que el colador no es 100

eficiente Un ejemplo anaacutelogo es el filtrado de un soacutelido precipitado para separarlo de una

solucioacuten Estas separaciones se basan en los estados de la materia de los dos componentes

Algunas otras propiedades fiacutesicas uacutetiles por las cuales se pueden separar los compuestos son la

densidad tamantildeo solubilidad punto de ebullicioacuten y la presioacuten de vapor

La cromatografiacutea de capa fina (TLC) consiste de una fase estacionaria inmobilizada sobre una

placa de plaacutestico o vidrio y un disolvente La muestra ya sea liacutequida o disuelta en un disolvente

volaacutetil se aplica en un punto en la fase estacionaria Los constituyentes de una muestra se pueden

identificar por la corrida simultaacutenea de estaacutendares con el desconocido Uno de los bordes de la

placa se coloca en un depoacutesito de disolvente y el disolvente de la placa se mueve hacia arriba por

accioacuten capilar Cuando el frente del disolvente alcance la otra orilla de la fase estacionaria la placa

se retira del depoacutesito de disolvente Los puntos separados se visualizan con luz ultravioleta o la

placa se coloca en vapor de yodo Los diferentes componentes de la mezcla se mueven en la placa

a una velocidad diferente debido a diferencias en su comportamiento de particioacuten entre la fase

liacutequida moacutevil y la fase estacionaria La tendencia de los compuestos a adsorberse en la fase

estacionaria en relacioacuten a su solubilidad en la fase moacutevil determina queacute tan faacutecilmente se mueve

el compuesto sobre la placa

En este experimento se tiene como objetivo explorar la utilidad de la TLC para visualizar la

diferencia entre hierbabuena y menta En otras palabras la TLC actuaraacute como tus ldquoojosrdquo para ver

las diferencias quiacutemicas entre hierbabuena y menta

Tanto la hierbabuena (Mentha spicata) como la menta (Mentha piperita) son plantas comunes Sus

aceites se obtienen por destilacioacuten por arrastre de vapor a partir de las plantas frescas en floracioacuten

La menta (Mentha piperita llamada asiacute por su sabor similar al de la pimienta) y la hierbabuena

(Mentha spicata llamada asiacute por sus espigas de flores en forma de flechas) son plantas

relacionadas entre siacute ricas en aceites volaacutetiles llamados terpenos En este experimento se evaluaraacuten

los aceites de dos mentas y se compararaacuten con algunos terpenos comunes Los dos terpenos que se

utilizaraacuten para comparar con los extractos de menta y hierbabuena son la (R)-(-)-carvona y el

(1R2S5R)-(-)-mentol Note las similitudes entre las dos estructuras

CH3

O

H CH3

CH2

CH3

H

OH

HH

CH3

CH3

(R)-Carvona (1R2S5R)-(-)-mentol

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 40: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 40

Preparando la caacutemara

En una caacutemara de cromatografiacutea se antildeade la cantidad suficiente de disolvente eluyente acetato de

etilo al 10 en hexano de tal manera que se tenga una profundidad de disolvente de 05 a 1 cm en

el fondo de la caacutemara Despueacutes coloque una pieza de papel filtro en la pared de la caacutemara y que

esteacute inmerso en el liacutequido El papel filtro absorbe liacutequido y ayuda a que la atmoacutesfera de la caacutemara

se sature con el disolvente Una atmoacutesfera saturada con disolvente ayuda a que el experimento de

TLC proceda maacutes raacutepidamente Tapar la caacutemara de cromatografiacutea y dejarla reposar por 30

minutos para que la atmoacutesfera de la caacutemara se sature con el disolvente

Preparando las placas para el experimento

Con un laacutepiz grabar dos pequentildeas muescas en el adsorbente a aproximadamente 2 cm de la parte

inferior de la placa Las muescas deben estar en los bordes de la placa y cada muesca debe estar a

la misma distancia de la parte inferior de la placa Las muescas deben estar maacutes alejadas de la parte

inferior de la placa que la profundidad del disolvente en el frasco Usar un tubo capilar largo para

aplicar las muestras in situ en la placa de modo que queden alineadas entre las dos muescas

grabadas por usted

Corriendo las placas

Despueacutes de preparar la caacutemara para la corrida y aplicar las muestras en las placas estaacute todo listo

para realizar la corrida Tenga el cuidado de manipular las placas soacutelo por los bordes y colocarlas

en el menor tiempo posible dentro de la caacutemara Esto ayuda a conservar saturada de disolvente la

atmoacutesfera de la caacutemara Cuando las placas se retiran de la caacutemara localizar con un laacutepiz

raacutepidamente el frente de disolvente (nivel de disolvente maacutes alto en la placa)

Identificando las manchas

Si las manchas se pueden observar marcar su contorno con un laacutepiz (Puede haber maacutes de una

mancha visible para cada una de las muestras aplicadas) En caso de que las manchas no sean

visibles la teacutecnica de visualizacioacuten maacutes comuacuten consiste en colocar la placa bajo una laacutempara de

UV (PRECAUCIOacuteN No mire directamente a la laacutempara) Muchos compuestos orgaacutenicos se

pueden ver utilizando esta teacutecnica y muchas placas a menudo contienen una sustancia que ayuda a

la visualizacioacuten de los compuestos

Interpretando los Datos

Se deberaacuten calcular los valores de Rf para cada una de las manchas Rf significa relacioacuten de

frentes y se caracteriza por un determinado compuesto en la misma fase estacionaria utilizando la

misma fase moacutevil para el desarrollo de las placas Por lo tanto al conocer los valores de Rf se

pueden comparar con los valores de sustancias desconocidas para ayudar a su identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 41: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 41

disolventedelfrentealincioeldesdeciaDis

ciasuslademanchaladecentroalincioeldesdeciaDisR f

tan

tantan

(Nota Los valores de Rf frecuentemente dependen de la temperatura y el disolvente utilizado en el

experimento de TLC la manera maacutes efectiva para identificar una mancha de un compuesto

desconocido es con manchas de sustancias conocidas colocadas al lado de las sustancias

desconocidas aplicadas en la misma placa)

Adicionalmente la pureza de una muestra se puede estimar a partir del cromatograma Una

muestra impura frecuentemente desarrollaraacute dos o maacutes manchas mientras que una muestra pura

solamente mostraraacute una mancha

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 42: Prácticas de Análisis instrumental

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 42

Anaacutelisis de hoja de menta y hierbabuena por cromatografiacutea de capa delgada

Informe

Nombre

Auxiliar de laboratorio

Placas de TLC usadas

Disolvente Eluyente

Muestra Valores de

Rf

(para cada

una de las

manchas)

Nuacutemero de manchas

visibles bajo la luz UV

Nuacutemero de manchas visibles

(describir su apariencia) despueacutes

del tratamiento con anisaldehido

Carvona

Extracto de

Hierbabuena

Extracto de

menta

Mentol

Limoneno

(opcional)

En tus propias palabras explica coacutemo tus resultados muestran la utilidad de esta teacutecnica para

diferenciar entre aceite de hierbabuena y aceite de menta Aseguacuterese de discutir por queacute es

necesario utilizar tanto las teacutecnicas de visualizacioacuten coacutemo las de detectar muestras conocidas y

desconocidas en la misma placa con ayuda del proceso de identificacioacuten

Dr Rauacutel Salas Coronado Anaacutelisis Instrumental 43

Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861

Page 43: Prácticas de Análisis instrumental

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Referencias

1 Williams K R J Chem Educ 2002 79 922

2 Dickson H Kittredge K M Sarquis A M J Chem Educ 2004 81 1023

3 Jaspersen-Schib R Pharm Acta Helv 1961 36 141

4 Sievers A F The herb Hunters Guide Guide Misc Publ Nordm 77 USDA Washington DC 1930

httpwwwhortpardueedunewcropHerbHuntershhuntershtml (accessed 23022009)

5 American Botanical Council The Complete German Comission E Monographs Therapeutic

Guide to Herbal Medicines 1999 httpwwwherbalgramorg (accessed 23022009)

6 a) Davies D R Jonson T M J Chem Educ 2007 84 318 b) Diacuteaz-Maroto M C Peacuterez-

Coello M S Vintildeas M A G Cabezudo M D J Agric Food Chem 2003 51 1265

7 Rohloff J J Agric Food Chem 1999 47 3782

8 Kimbrough D R J Chem Educ 1997 74 861