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DETERMINACIÓN DE TARTRAZINA EN UNA BEBIDA COMERCIAL EMPLEANDO DIFERENTES TIPOS DE CURVAS DE CALIBRACIÓN 1 Gabriela Lopez, 2Mateo Pava [email protected], [email protected], 1y2

Universidad Icesi, Facultad de Ciencias Naturales, Laboratorio de instrumental 23 de marzo de 2019 Resumen

El objetivo de la práctica fue el de determinar el contenido de tartrazina en una bebida comercial, para ello, se utilizó como bebida comercial la gaseosa Sprite que contiene este tipo de colorante, al igual que se evaluó 3 diferentes métodos de curvas de calibración (Calibración Sencilla, por adición estándar y por patrón interno).Los resultados obtenidos en la concentración de Tartrazina para cada una de las curvas fueron 584,21 ppm para calibración Sencilla, 197,36 ppm en calibración por adición estándar y 574,20 ppm en la calibración por patrón interno para un valor teorico de 558 pppm. Introducción

Para la realización de esta práctica se hizo uso de un método espectrofotométrico. Los métodos espectrofotométricos son los métodos de análisis más utilizados, y se basan en la relación que existe entre la absorción de luz por parte de un compuesto y su concentración1. Uno de los mayores principios de este método se basa en la ley de Beer-Lambert, la cual establece que la disminución de la intensidad del haz de luz incidente es proporcional al espesor del medio. Un espectrofotómetro es capaz de determinar, qué sustancias están presentes en una muestra y cuantificarlas esto lo hace mediante cálculos de longitudes de onda observadas o en otras palabras la realización de curvas de calibración. Entre las curvas de calibración realizadas a partir de los resultados se tienen: curva de calibración sencilla la cual consiste en la determinación de un analito, en donde sus reactivos no interfieren con el análisis, por otra

parte se encuentra la curva de calibración por adición estándar la cual consiste en la adición de un volumen fijo de la muestra, a las soluciones estándares diluyendo a un volumen final constante, para finalizar se tiene la curva de calibración por estándar interno la cual se utiliza para compensar errores aleatorios y sistemáticos como interferencias no espectrales de componentes de la matriz 3. Las curvas de calibración no solo consisten en la determinación de un analito, a su vez sirven para observar la estabilidad de compuestos presentes en una muestra ,como se observa en el artículo “Sustitución de tartrazina por betacaroteno en la elaboración de bebidas no alcohólicas” el cual busca evaluar la viabilidad de la sustitución de la tartrazina un aditivo artificial que genera efectos adversos en la salud por betacaroteno un colorante natural a partir del uso del espectrofotómetro UV-visible y la realización de curvas de calibración.

Por último, se realizó la curva de calibración por patrón interno, para lo cual se utilizaron 6 balones de 25 ml y se agregó 450 microlitros de solución de azul de metileno al 0,01. % y concentraciones de tartrazina de 12mg/L, 16 mg/L, 20 mg/L, 24 mg/L, 28 mg/L, 32mg/L. Además de esto, se tomaron las absorbancias a 431 nm y 664 nm. Por otro lado, para la preparación de la solución problema por patrón interno, se transfirió 1 mL de la muestra problema y 450µL de azul de metileno al 0,01% a un matraz de 25 mL posteriormente se midió su absorbancia a 431 nm y 664 nm. Cálculos y Resultados En la práctica se obtuvo los siguientes resultados para los diferentes tipos de curvas de calibración.

Tabla 1. Absorbancia de la muestra a diferentes concentraciones de tartrazina

Calibración Sencilla Concentración Absorbancia de Tartrazina (431 nm) (mg/L) 12 -0,0065 16 0,0005 20 0,0095 24 0,0135 28 0,024 32 0,0325 Tabla 2. Absorbancia de la muestra en la curva de calibración sencilla. Absorbancia (431 nm) 0,014

Muestra

Calibración Sencilla 0.04

Absorbancia a 431 nm

Metodología Se realizo una muestra de solución patrón de Tartrazina la cual se realizo con un peso de 0,05 g. Posteriormente, se inició con la curva de calibración sencilla en la que se usaron 6 balones de 25 mL y se adicionaron volúmenes de la solución patrón en las concentraciones de 12,16,20,24,28,32 mg/L respectivamente, además de esto se tomaron sus absorbancias a 431 nm. Cabe agregar la preparación de la muestra para una calibración sencilla en la cual se tomó un 1mL de la muestra problema y se transfirió a un matraz de 25 mL, completando el volumen con agua destilada hasta el aforo, posteriormente se midió su absorbancia a 431 nm. Para la curva de calibración por adición estándar, se prepararon 6 soluciones de 25 mL, cada una iniciando con 1 mL de muesra problema. La primera sin adición de solución de patrón de tartrazina y las demás con concentraciones de tartrazina conocida de: 12mg/L, 16 mg/L, 20 mg/L, 24 mg/L, 28 mg/L. Por otra parte se midieron sus absorbancias a 431 nm.

y = 0.0019x - 0.0304 R² = 0.9964

0.03

0.02 0.01 0 -0.01

0

10

20

30

40

-0.02 -0.03 -0.04

Concentracion de Tartrazina en ppm

Grafica 1. Calibración Sencilla, Concentración vs Absorbancia. Este tipo de curva de calibración tiene un comportamiento lineal por lo que al graficar se utiliza la ecuación lineal de la forma de la Ecuación 1, la ecuación obtenida es la Ecuación 2. 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏

(1)

𝑦 = 0,0019𝑥 − 0,0304

(2)

Siendo y la absorbancia, m y b se son constantes determinadas al graficar (0,0019 y 0,0304, respectivamente) y x es la

concentración de Tartrazina. Para obtener la concentración de analito se despeja la x y se obtiene la Ecuación 3. 𝑦−0,0304 0,0019

(3)

De esta forma al reemplazar la absorbancia obtenida de la muestra (Tabla 2), se obtiene la concentración a determinada absorbancia que se multiplica por el factor de dilucion utilizado. (Ecuación 4).

0.08

Absorbancia a 431 nm

𝑥=

Calibración por Adición Estandar y = 0.0019x + 0.015 R² = 0.9983

0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

0,014 − 0,0304 𝑥= = 23,36 𝑝𝑝𝑚25𝑚𝑙 0,0019 = 584.21 𝑝𝑝𝑚 Curva de calibración por Adición Estándar Se obtuvo las absorbancias de las concentraciones evaluadas en la Tabla 3. Además, se evaluó la solución patrón 1. Tabla 3. Absorbancia de la muestra a diferentes concentraciones de tartrazina y Solución patrón 1.

0

10

20

30

Concentracion de Tartrazina en ppm

Grafica 2. Calibración por Adición Estándar, Absorbancia vs concentración. Para la determinación de la concentración del analito por este método se utiliza la Ecuación 6. 𝐶𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 =

𝑏 𝑚

(6)

Absorbancia (431 nm)

Donde, se reemplazan las variables b y m por los valores obtenidos de la ecuación de la recta de la Grafica 2, como se observa a continuación y se multiplica por el factor de dilución.

(Solución Patrón 1) 12

0,0375

𝐶𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 0,0019 = 7,89 𝑝𝑝𝑚25𝑚𝑙 =

16

0,044

20

0,052

24

0,0605

28

0,067

32

0,074

Calibración por Adición Estándar Concentración de Tartrazina (mg/L)

0,015

Se graficaron los datos anteriores obteniendo la Grafica 2.

197,36 𝑝𝑝𝑚

(4)

Curva de Calibración Estándar por Patrón Interno Para este método se tomó la absorbancia a dos longitudes de ondas diferentes 431 nm y 661 nm. Además, se utilizó azul de metileno al 0,01 %. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

40

Tabla 4. Absorbancia a diferentes longitudes de onda de la muestra a diferentes concentraciones de tartrazina. Calibración estándar por patrón interno Concentració Absorbanci n de Absorbanci a 431 nm Tartrazina a /664 nm (mg/L) 431 664 nm nm -0,113 -0,252 0 0,0285 0,0035 0,264 0,0132 12 0,003 0,3045 0,009 16 0,012 0,278 0,043 20 0,021 0,2995 0,070 24 0,028 0,287 0,097 28 0,0375 0,285 0,131 32 Muestra

0,020 5

0,305 5

𝑥𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 =

(0,0671+0,0776) 0,0063

=

22,96 𝑝𝑝𝑚25𝑚𝑙 = 574,20 𝑝𝑝𝑚 (6) Para la obtención de los porcentajes de error se usó la siguiente ecuación. 𝑉. 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉. 𝑒𝑥𝑝  100 𝑉. 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 Obteniendo el siguiente valor para la curva de calibración sencilla. 588 𝑛𝑚 − 584.21 𝑛𝑚   100 = 0,64% 588 𝑛𝑚 % 𝑑𝑒 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 

Posteriormente se realizo una prueba T-student para observar si hay diferencias significativas entre las diferentes calibraciones.

0,0671

Los datos de la Tabla 4 se graficaron obteniendo la Grafica 3.

Absorbancia a 431 nm/ 661 nm

Calibración por Estandar Interno 0.15

y = 0.0063x - 0.0776 R² = 0.9561

0.1 0.05 0 0

10

20

30

40

-0.05 -0.1

Concentracion de Tartrazina en ppm

Grafica 3. Calibración Estándar por Patrón Interno, Absorbancia vs concentración. En este tipo de calibración se relaciona la señal del analito con la señal de estándar interno, como se representa la Ecuación 5. 𝑦 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑜 𝑓 = 𝑥 𝑦 𝑃𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝐶𝑃𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑜 = 𝑚𝑥𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑜 (5) Se despeja la variable que de concentración del analito y se reemplaza y se multiplica por el factor de dilución (Ecuación 6).

R=(0.0019)/(0.0032) R= 0,59375 S2R=(0.59375)2[(0,000435562/0.00192)+( 0,0013012862/0.00322) S2R= 0,07682 t= -5,288 Dando el valor t menor a cero, conluyendo que los valores se pueden tomar con una diferencia significativa.

Análisis de los resultados Se determinó la concentración de tartrazina por tres diferentes métodos de curva de calibración los cuales fueron calibración sencilla, calibración por adición estándar y calibración por estándar interno. Los resultados de porcentaje de error fueron 0,64%, 66,43% y 2,34% respectivamente, además de esto los resultados obtenidos en la concentración de Tartrazina para cada una de las curvas fueron 584,21 ppm para calibración Sencilla, 197,36 ppm en calibración por adición estándar y 574,20 ppm en la calibración por patrón interno. Las curvas sencilla y de patron interno mostraron buenos porcentajes de error y esto se ve relacionado en que se usa una formula similar para ambas ocasiones. Para las curvas de patron estandar y patron interno, se elimaron datos atipicos( 1 dato para estandar y 1 dato para estandar interno) para obtener mejores resultados en la linealidad de las ecuaciones. Tomando como referente el resultado obtenido en la calibración por adición estándar, se puede decir que no es un método muy confiable ya que dio un valor bastante alejado de los otros dos métodos de calibración. Lo anterior se pudo presentar debido a que muy posiblemente hubo interferencia de matriz, sin embargo este tipo de calibracion se usan para eliminar ese sesgo causado por la matriz, por lo que el error causado puede ser debido a la imprecision del volumen del analito muestreado. Si bien este método compensa las interferencias de matriz presentes en la muestra, no las elimina del todo. A pesar del margen de error alto que se obtuvo en este método, se pudo evidenciar que las variables muestran una buena correlacion entre ellas ya que presenta el R cuadrado mas cercano a uno dentro de las tres curvas. Uno de los errores presentes durante la practica fue durante la realización de la curva de calibración estándar debido a que se realizó la primera medición hasta la muestra mas concentrada y posteriormente se hizo una segunda medición para las mismas muestras, por tanto se utilizo una celda que se encontraba con una muestra muy concentrada para la

medición de una muestra que estaba menos concentrada, a pesar de que la celda fue purgada se pudo observar como este proceso afecto la medición, esto se vio reflejado en el margen de error. Conclusiones  A pesar de que durante las mediciones se realice una purga de la celda, esto no significa que se elimine en un cien por ciento todas las especies químicas que se encontraban anteriormente.  Las tres cruvas de calibracion se muestran efectivas para la cuantificacion de una concentracion problema. Bibliografía 1. Espectrometría. (s.f.). (G. Pérez, Productor) Recuperado el 18 de 03 de 2019, de https://www.espectrometria.c om 1. Palacios, D. M. (2014). Métodos de Calibrado. Universidad de Los Andes Venezuela, Departamento de Química, Mérida 2. Mauricio Restrepo Gallego, E. V. (19 de enero de 2007). Sustitución de tartrazina por betacaroteno en la elaboracion de bebidas no alcoholicas. LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN, pág. 7.