Gravimetria.docx

En capítulos precedentes se han estudiado los fundamentos y aplicaciones de los métodos volumétricos de análisis, a través de los cuales las sustancias objeto de estudio se cuantifican mediante un proceso de valoración que involucra la medición de volúmenes como vía fundamental para realizar la determinación. Sin embargo, existe otro campo de trabajo en la química analítica clásica mediante el cual las sustancias se cuantifican a través de medidas de masa. Son precisamente estos métodos, los más antiguos dentro de la química analítica cuantitativa y se agrupan bajo el nombre de métodos gravimétricos de análisis. La gran desventaja de los métodos gravimétricos radica en que son largos y laboriosos. Este inconveniente, unido a la aparición y desarrollo acelerado de otros métodos analíticos más rápidos como los propios métodos volumétricos y, sobre todo, otros más sensibles, exactos y precisos como los métodos instrumentales, ha limitado considerablemente, en la actualidad, la aplicación generalizada de los métodos gravimétricos. No obstante, aun hoy en día, muchos componentes de los alimentos se cuantifican empleando métodos gravimétricos de análisis; tal es el caso de determinaciones tan importantes como la humedad, las cenizas, las grasas y la fibra dietética. FUNDAMENTOS GENERALES DEL ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO Llámese análisis gravimétrico al método de análisis cuantitativo basado en la medición precisa y exacta de la masa de la sustancia que se determina (analito), la cual ha sido previamente separada del resto de los componentes de la muestra (matriz) como una fase más o menos pura, que puede ser el componente mismo o un compuesto de composición conocida. Quiere esto decir que el análisis gravimétrico involucra dos etapas generales esenciales; primero: la separación del componente que se desea cuantificar y segundo: la pesada exacta y precisa del componente separado. Ahora bien, atendiendo al procedimiento empleado para realizar la separación del componente que se desea cuantificar, los métodos de análisis gravimétrico se pueden clasificar en tres grandes grupos: métodos gravimétricos por volatilización o destilación, métodos gravimétricos por extracción y métodos gravimétricos por precipitación. Cabe señalar que un método gravimétrico puede involucrar uno o más procedimientos de separación, pero esta clasificación se basa en la consideración de la técnica de separación predominante en uno u otro método. MÉTODO GRAVIMÉTRICO POR VOLATILIZACIÓN O DESTILACIÓN

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Determinación de humedad

La determinación de humedad es una de las técnicas más importantes y de mayor uso en el procesamiento, control y conservación de los alimentos, puesto que la mayoría de los productos alimenticios poseen un contenido mayoritario de agua, así por ejemplo, la leche fluída posee un 88%, el yogurt, entre un 80 y 90%, el perro caliente (67%), las carnes frescas (60-75%) y aún los llamados productos secos como las leguminosas o el arroz, alcanzan un contenido de humedad de hasta 12%. El contenido de humedad en un alimento es, frecuentemente, un índice de estabilidad del producto, puesto que existe una relación, aunque imperfecta, entre el contenido de agua en los alimentos y su capacidad de deterioro. Los procesos de deshidratación y concentración se emplean primariamente con el objetivo de reducir el contenido de agua en un alimento incrementando simultáneamente la concentración de los solutos y disminuyendo de este modo su alterabilidad, dado que altos contenidos de humedad aceleran procesos de degradación hidrolítica de los componentes de los alimentos y propician el desarrollo de microorganismos. De ahí que el tiempo de almacenamiento de un producto, el procesamiento y las condiciones de empaque y conservación se vean influídas por el contenido de humedad del producto. Por otra parte, el control de la humedad es un factor decisivo en muchos procesos industriales tales como el molinado de cereales, el mezclado de productos sólidos finos, en la elaboración de pan, etc. Así mismo, en la evaluación de muchos procesos industriales es de gran importancia conocer el contenido de agua de los productos o materias primas para formular el producto y evaluar las pérdidas durante el procesamiento. Finalmente no debe soslayarse el hecho de que el contenido de agua en los alimentos varía en un amplio rango y no constituye un parámetro constante dada la influencia de la humedad relativa ambiental. De ahí que en muchas ocasiones conviene expresar la concentración de un determinado componente de un alimento en base seca para lo cual es imprescindible conocer su contenido de agua. Otras veces se requiere realizar el cálculo inverso, es decir, la técnica de determinación exige un previo secado del producto (matriz) pero los resultados deben expresarse en base húmeda puesto que los valores de referencia, con los cuales debe compararse el resultado analítico en cuestión, están expresados en base húmeda. o Determinación de humedad por métodos indirectos De los diferentes métodos de determinación de humedad, el más barato, rápido y ampliamente utilizado es el método indirecto por volatilización, el cual se basa en la separación del agua del alimento por secado en estufa a temperaturas superiores a 100°C.

La masa de agua se calcula por diferencia según: m(agua) =m(alimento)inicial – m(alimento)seco y los resultados se expresan usualmente en porciento,según: m(agua) % Humedad 100 b donde b es el volumen (mL) o la masa (g) de la muestra tomada para el análisis. La masa o volumen de muestra necesarios para realizar la determinación, así como la tenperatura empleada en el proceso de secado, dependen de las características del producto analizado. Así por ejemplo, de forma general, los productos cárnicos se someten a temperaturas de 125°C durante 2 horas en tanto ciertos tipos de quesos se tratan a 100°C durante 4 horas y los cereales a 103°C durante 2 horas. Estos parámetros no deben ser generalizados pues de hecho, cada técnica analítica de determinación de humedad específica los parámetros de operación en función del tipo de alimento. Cuando no se conocen estos parámetros, se suele realizar al análisis hasta peso constante del residuo seco. Las características del producto a analizar determinan también diferentes metodologías para la preparación de la muestra. Así: 1.

En el caso de productos líquidos como vinos, jugos y néctares y otros con altos contenidos de humedad, los mismos deben ser sometidos a un previo presecado en baño de agua antes de ser introducidos en la estufa.

2.

Los productos siroposos, espesos y ricos en grasas, se mezclan con materiales adsorbentes como arena, o piedra pomez para evitar proyecciones de la muestra durante el secado, y la consecuente pérdida de parte de la misma.

Los métodos indirectos de determinación de humedad, no obstante ser los más empleados, presentan un conjunto de desventajas asociadas al proceso de secado. Entre ellas pueden citarse: 1.

Volatilización de constituyentes como alcoholes y aceites esenciales que se cuantifican dentro del contenido de humedad al final del análisis.

2.

Descomposición u oxidación de algunos constituyentes a la temperatura de trabajo (>100°C) lo cual pudiera ocasionar la formación de compuestos volátiles que serían entonces eliminados.

Estos inconvenientes pueden ser minimizados realizando el secado al vacío, a temperaturas que no rebasan los 70°C o por exposición a radiaciones infrarrojas. Existen otros métodos de determinación de humedad, que si bien no pueden incluirse dentro de la clasificación de los métodos gravimétricos, esbozaremos

brevemente a continuación. 

Determinación de humedad por destilación directa.

El método consiste en colocar la muestra de alimento en un balón de destilación al cual se añade un solvente orgánico inmiscible en agua y de Determinación de humedad por métodos instrumentales. La determinación de humedad en algunos alimentos puede realizarse también con ayuda de equipamiento instrumental de mayor o menor sofisticación, mediante los cuales se obtienen resultados en un período de tiempo mucho mas corto. Un ejemplo ilustrativo en este sentido es la determinación de humedad por el método de Chataway. Este método se basa en la relación existente, bajo determinadas condiciones, entre el índice de refracción y el contenido de humedad en un producto. A la muestra objeto de estudio se le determina el índice de refracción y se localiza el porciento de humedad correspondiente en una tabla que correlaciona ambos parámetros. La determinación del contenido de humedad en miel de abejas se realiza por este procedimiento. En la actualidad existen equipos que determinan de forma automática el contenido de humedad en un gran número de matrices orgánicas e inorgánicas. Sin embargo, en el análisis de los alimentos, la propia complejidad de este tipo de matriz y la forma en que se presenta al agua en la misma, no permiten obtener resultados confiables con estos equipos para todos los tipos de alimentos. No obstante debe señalarse que existen algunos equipos especialmente construidos para el análisis de la humedad en algunos tipos de alimentos. Tal es el caso del medidor GMK-303 / GMK303RS, el cual se usa para medir el contenido de humedad en granos como arroz, soja, cebada, trigo y cereales. por medio del método de resistencia electrónica y con microprocesador incorporado. Otro ejemplo es el medidor de humedad modelo GMK-310, el cual está diseñado para la medición de humedad en pimientos. Este aparato mide la humedad por tecnología digital y el método empleado para la medición es por inserción directa de la sonda en el pimiento sin necesidad de molerlo antes. De cualquier manera, en la práctica investigativa de hoy en día, se sigue considerando la determinación de humedad por vía indirecta (desecación en estufa), como el método más confiable y universal. 

Determinación de cenizas

En el análisis de los alimentos, las cenizas se definen como el residuo inorgánico que se obtiene al incinerar la materia orgánica en un producto cualquiera. Cuando los alimentos son tratados térmicamente a temperaturas entre 500 y 600°C, el agua y otros constituyenyes volátiles son expulsados como vapors.

La determinación del contenido de cenizas en los alimentos es por t anto un indicador del contenido total de minerales y materia inorgánica, microelementos que cumplen funciones metabólicas importantes en el organismo. Por otra parte, la determinación de cenizas permite detectar posibles contaminaciones metálicas en los alimentos, las cuales pueden ocurrir durante el proceso de producción, si parte de los metales de la maquinaria empleada pasan al producto, o durante el almacenamiento de los productos enlatados, en los cuales los componentes de la hojalata pueden contaminar el producto como consecuencia de procesos oxidativos o contaminación con microorganismos productores de ácidos que ataquen el envase durante el almacenamiento. En otros productos terminados tales cono el azúcar, el almidón o la gelatina, por solo citar algunos ejemplos, la presencia de cenizas es cuestionable por lo que su presencia en estos productos es también indicativa de posibles adulteraciones. El procedimiento para realizar la determinación de cenizas consiste en incinerar una porción exactamente pesada del alimento en un crisol de porcelana o platino (resistente a altas temperaturas) utilizando una mufla a temperaturas entre 500 y 600°C durante 24 horas aproximadamente. El análisis se da por terminado cuando el residuo esté libre de partículas carbonosas (de color negro) y las cenizas presenten un color blanco o gris uniforme, ocasionalmente pueden ser rojizas o verdosas. Entonces, el crisol con las cenizas se enfría en desecadora y se pesa en balanza analítica hasta peso constante. Las temperaturas de incineración empleadas, de forma análoga a la determinación de humedad, dependen del tipo de alimento a analizar, pero rara vez superan los 600°C. Se plantea que si se alcanza rápidamente una temperatura de 650°C, el cloruro de sodio y de potasio son volatilizados, el carbonato de calcio es convertido en óxido y los fosfatos alcalinos se funden protegiendo a las proteínas y evitando que toda la materia orgánica pase a dióxido de carbono. Algunas temperaturas de incineración recomendadas para varios tipos de alimentos,

Temperaturas de incineración de algunos grupos de alimentos. Tipo de alimento

Temperatura

°C Frutas y productos de frutas

600

Carne y productos cárnicos Cereales Leche y productos lácteos Aceites y grasas

550

Vinos

Variable 520 – 550 400 525