Anteproyecto Zinc - Final [PDF]

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Zaragoza Anteproyecto para la determinación del contenido Zinc en gotas oftálmicas del laboratorio Sophia y número de lote 4014124, por medio de absorción atómica, mediante el método de curva estándar. Grupo : 2503

Laboratorio: L 402

Fecha de emisión: 14/03/2016

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Objetivo: 

Determinar el contenido de Zinc en gotas oftálmicas del laboratorio Sophia y número de lote 4014124, por medio de absorción atómica, mediante el método de curva estándar.

Hipótesis: 

La solución oftálmica de sulfato de cinc en una solución estéril de sulfato de cinc y agua que se torna isotónica por la adición de sales adecuadas. Contiene no menos de 95.0 por ciento y no más de 105.0 por ciento de cantidad declarada de ZnSO4. Como indica la Farmacopea de los Estados Unidos de América (USP 36).

Marco teóricop ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION ATOMICA Esta técnica está basada en el fenómeno de absorción de luz. Es decir, en la absorción de luz a longitudes de onda muy definidas por parte de átomos vaporizados en estado de reposo. Las bandas de absorción son muy estrechas, por lo que el espectro total de absorción de un átomo se define como espectro de líneas (0,001 a 0,01 nm). La muestra se vaporiza con ayuda de una llama para su análisis. En este estado basal, el átomo es capaz de absorber la radiación emitida por una fuente, consistente en una lámpara de cátodo hueco, construida del metal a estudiar, y que emite el espectro de líneas característico de éste. La longitud de onda de la energía radiante absorbida es la misma que sería emitida si el elemento se encontrase excitado. Por lo tanto, la característica de interés en las medidas por absorción atómica es la cantidad de luz, a la longitud de onda seleccionada, que es absorbida, cuando la luz pasa a través de una nube atómica. Con ayuda de un monocromador, se selecciona la longitud de onda de interés, y se mide la atenuación de la luz incidente a su paso por la nube atómica. Esta atenuación es consecuencia de las interacciones de los fotones con los átomos en estado fundamental que se encuentran en el vapor atómico. A medida que el número de átomos se incrementa en el paso de luz, aumenta la cantidad de luz absorbida. La Ley de Lambert-Beer es válida para relacionar la concentración de átomos en la llama con la absorción de la luz. De esta manera, se puede efectuar una determinación cuantitativa del analito presente, midiendo la cantidad de luz absorbida.

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La nube de átomos requerida para las mediciones en absorción atómica es producida por la adición de suficiente energía térmica (llama) o energía eléctrica (cámara de grafito) a la muestra, para disociar los compuestos químicos en átomos libres. La aspiración de la solución de la muestra, dentro de la llama alineada con el rayo de luz, sirve para ese propósito. Bajo condiciones apropiadas de llama, muchos de los átomos permanecerán en la forma de su estado fundamental, y serán capaces de absorber la longitud de onda apropiada proveniente de una fuente de luz. EQUIPOS DE INSTRUMENTACIÓN EN EAA Los espectrofotómetros de absorción atómica constan de: Fuente de luz, modulador, quemador, componentes fotométricos y microprocesador. 1.- Fuente de luz: Emiten una radiación monocromática (de una sola o de un estrecho rango de longitud de onda) específica. Las más utilizadas son: Lámpara de cátodo hueco (HCL): Está constituida por un cátodo hueco formado del metal a medir, o de una aleación apropiada de éste. Habitualmente se emplea una lámpara para cada elemento, aunque hay lámparas para varios elementos, compuestas por aleaciones de los elementos de interés. El ánodo y el cátodo se encuentran en un cilindro de vidrio sellado y lleno de un gas inerte, normalmente Neón o Argón a baja presión. Tiene una ventana, de vidrio o cuarzo, que permite la transmisión de la luz.

Fig. 1 esquema de una lámpara de cátodo hueco

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En la lámpara se suministra una corriente eléctrica al cátodo, que hace que se liberen iones metálicos de éste y llenen la lámpara con el vapor atómico. Los átomos de vapor se excitan por colisión con los átomos del vapor inerte, con la resultante excitación electrónica; cuando regresan a su estado fundamental, emiten su energía radiante característica (espectro de líneas). De esta forma, obtenemos una energía radiante de una longitud de onda adecuada para ser absorbida por los átomos en estado de reposo que se encuentren en la llama. Lámpara de descarga sin electrodos (EDL): Está constituido por una pequeña cantidad o una sal del analito situado en un tubo sellado de cuarzo que contiene un gas inerte a baja presión. El tubo está rodeado de una bobina de RF (radiofrecuencia) que produce un campo del orden de 30 Mhz y protegido por una armadura y con una ventana transparente. Cuando se aplica un potencial a la lámpara, el gas se excita y vaporiza el metal o su sal. Las lámparas EDL tienen mayor intensidad y duración que las HCL por lo que permiten analizar elementos volátiles y/o cuya concentración en la muestra es inferior. Tardan más tiempo en alcanzar la estabilidad, pero ésta es superior comparada con las de HCL. Son más caras, en general, pero su duración es mayor. 2.- Modulador: Es un dispositivo situado entre la fuente de radiación y el sistema selector de longitud de onda que regula la salida de la fuente para que su intensidad oscile a una frecuencia constante. Así, la energía radiante incide sobre la muestra de forma intermitente (a pulsos). Al detector llegan dos tipos de señal, una alternante desde la fuente y otra continua que procede de la llama. Su finalidad es la de discriminar la absorbancia del analito de la absorbancia de fondo, independiente de éste. El modulador interrumpe el haz y en ese momento, el detector sólo registra la radiación que absorbe la muestra. Como modulador se pueden emplear filtros o discos metálicos cortantes. 3.- Quemador: El quemador o mechero tiene la función de mantener a la muestra de estudio en un estado en el que se produzca la absorción de luz. En este componente tienen lugar dos procesos: Nebulización de la muestra, que tiene por objeto transformar la solución en un fino aerosol antes de ser introducida en la llama. El nebulizador se considera parte integrante del mechero. Atomización: una vez en el interior de la llama, el solvente se evapora (desolvatación) y deja en su lugar partículas microscópicas que se desintegran bajo la influencia del calor, dando lugar así a la formación de átomos.

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En general, las llamas están compuestas por varias zonas: Zona de combustión primaria, donde es difícil alcanzar un equilibrio térmico por lo que no se emplea para la atomización de la muestra. Zona interconal, donde la temperatura es máxima y homogénea. Es la más utilizada para la atomización. Las características de la llama (forma, Tª alcanzada, velocidad de combustión, etc.) dependen de la mezcla de gases que la componen, siendo la más habitual la mezcla aire-acetileno en el laboratorio clínico. La temperatura de la llama es fundamental en el proceso de atomización. Dependiendo de ésta se distinguen llamas frías (aire-propano, 1800 ºC) útiles para medir elementos de fácil atomización como los metales alcalinos y alcalinotérreos; llamas calientes (aire-acetileno, 2400 ºC), capaz de atomizar más de 30 elementos y llamas más calientes óxido nitroso-acetileno, cercano a los 3000 ºC), útiles para la determinación de elementos de difícil atomización como el aluminio, el silicio y el titanio. Esta no es muy empleada en clínica. 4.- Componentes fotométricos: Se emplean espectrofotómetros de haz simple o de doble haz. Con los de doble haz se obtienen mejoras muy grandes en las lecturas. Los monocromadores son del tipo de redes de difracción; tienen que ser de alta calidad, pues deben seleccionar un haz de luz de la longitud de onda del estudio, sin perder una cantidad excesiva de luz. Los detectores son del tipo fototubos, de gran sensibilidad para detectar la señal que les llegue. 5.- Microprocesador: Va integrado en el equipo y se maneja con un teclado. Se emplea para: Selección de la magnitud medida (absorbancia, transmitancia, altura del pico, área del pico, etc.) y la elección de las condiciones de medida (rendija, tiempo de integración, etc.)

Registrar los valores de señal obtenidos e interpretarlos.

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Figura 2. a) espectrofotómetro de absorción atómica de un haz b) espectrofotómetro de absorción atómica de doble haz

Absorción atómica sin llama (Atomización electrotérmica) La llama, cuya finalidad es convertir la muestra en vapor atómico, puede ser reemplazada por otros métodos, de los cuales el más empleado es el horno de grafito, que aporta mayor sensibilidad que la llama y se emplea en la determinación de vapores pesados, como el plomo. Las desventajas que presenta con respecto a la atomización de llama son el elevado tiempo por análisis y la mayor destreza requerida por parte del operador. INTERFERENCIAS EN ABSORCIÓN ATOMICA En las técnicas de absorción atómica existen fenómenos de interferencia que tienen gran importancia en las determinaciones. Se solucionan empleando distintos métodos, según la naturaleza del fenómeno. Interferencia química: Se producen cuando se forman ciertos compuestos que la llama no se puede disociar. Para arreglarlo, se añaden soluciones de elementos que desplazan el elemento de interés

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de esas uniones químicas indeseables por mayor afinidad con el anión. Por ejemplo, para la determinación del Ca, se añade una solución de lantano. Interferencia por ionización: Se produce cuando los átomos de la llama están ionizados en lugar de estar en estado de reposo. En esta situación, no absorben energía incidente, y hay una aparente disminución de concentración de la sustancia. Se puede corregir añadiendo un exceso de una sustancia fácilmente ionizable, que provea de electrones libres al sistema. El exceso de electrones hace que los átomos pasen del estado ionizado al de reposo, y sean capaces de absorber energía. La interferencia se reduce también disminuyendo la tª de la llama de aire-acetileno. Interferencia en la matriz: Pueden originarse errores por diferencia en la imposición de estándares y muestras. Estos efectos se disminuyen procurando que las soluciones estándar y los problemas sean lo más parecidos posible en su composición. Interferencia de emisión: Se produce cuando una parte apreciable de átomos en la llama se excitan, y decaen luego a su estado fundamental emitiendo energía en su espectro de líneas característico. Esta energía llega al detector, junto con la restante del proceso de absorción en la llama, y hace que aparezca que ha habido menos absorción, apareciendo, por tanto, la concentración de elemento falsamente disminuida. Puede ser eliminada por el uso de un “chopper” o fragmentador del haz de luz que sale de la lámpara. APLICACIONES Los dos requisitos que debe satisfacer un elemento para que pueda ser cuantificado mediante espectrometría de absorción son: la posibilidad de que el elemento sea vaporizable en átomos y que la longitud de onda en que se produce la absorción esté comprendida en el intervalo de 200 a 800 nm, en el que pueda medirse con relativa facilidad. No es, por tanto, aplicable a la determinación de muchos compuestos, entre ellos los halógenos, fósforo, azufre, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno o carbono. La espectrometría de absorción atómica ha sido utilizada en bioquímica clínica como método de cuantificación de diversos elementos, especialmente metales, en diferentes medios biológicos. Su aplicación más generalizada es la determinación de la concentración de calcio, magnesio, cobre, cinc o hierro en suero u orina. Se utiliza especialmente para el diagnóstico de enfermedades profesionales derivadas de intoxicaciones por plomo, cadmio, cromo, manganeso, oro, talio y para el estudio de exposiciones a estos elementos en distintos medios laborales. Además ha sido empleada para el análisis de elementos contenidos en materiales biológicos diferentes al suero u orina como

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saliva humana, procedente de parótida: cadmio, cobre, cinc; tejidos: cadmio, cinc, plomo, cobre, níquel, cobalto, plata, hierro, oro; otros materiales biológicos: cobalto. En la determinación de metales alcalinos (sodio, potasio y litio) se ha mostrado menos útil. Curva de calibración Una curva estándar es una herramienta para la determinación cuantitativa de una sustancia. Una de las funciones de la curva estándar es determinar la concentración de una sustancia en una disolución colorida debido a relación proporcional que existe entre la luz absorbida o trasmitida de una solución y la concentración de ésta. Para medir dicha absorción o trasmisión de luz de la muestra se utiliza un equipo llamado espectrofotómetro. Para ello se prepara una serie de soluciones patrón del analito, se mide su absorbancia y se construye una curva de calibración de absorbancia frente a concentración, o se determina la ecuación de regresión lineal. La pendiente de la curva de calibración o de la ecuación de la regresión lineal es igual al producto de la absortividad la longitud de la trayectoria de la radiación, por consiguiente, es un procedimiento para obtener el factor de proporcionalidad entre absorbancia y concentración en las mismas condiciones y con los mismos instrumentos empleados en las muestras. Método Oficial: Pipetear y transferir a un vaso de precipitados un volumen de solución oftálmica que equivalga aproximadamente a 25 mg de sulfato de cinc. Agregar 1 mL de ácido acético glacial y ajustar agregando, gota a gota, hidróxido de amonio 6N hasta un pH entre 5. Y 5.5.agregar una gota de solución de etilendiaminotetraacetato de cobre (que se prepara mezclando 1 mL de solución de sulfato cúprico (1 en 40) y 1 mL de edetato disódico 0,1M ) y gotas de una solución 1 en 1000 de 1(2-pridilazo)-2-naftol en metanol anhidro; y valorar con edetato disódico 0,01M SV. Cada mL de edetato disódico 0,01M equivale a 1,614 mg de ZnSO4. Método Propuesto Material e Instrumentos

  

1 Pipetal volumétrica 1 mL 2 pipeta volumétrica de 2mL 2 Matraz aforado 10 mL

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1 Matraz aforado 50 mL 2 Matraz aforado de 25 mL 1 Soporte universal 2 Bureta de 10 mL Papel Glassine Espátula Guantes

Equipo:  

Balanza analítica Espectrofotómetro de absorción atómica

Reactivos:   

Solución oftálmica de ZnSO4 Agua destilada ZnSO4•7H2O

Método 1. Utilizar guantes en todo momento de la actividad experimental. Verificar la limpieza y buen funcionamiento del material y equipo que se utilizará. 2. Medir en una bureta de 20 mL 5 mL de solución oftálmica y verter la en un matraz aforado de 10 mL, rotular como P12.5/10. 3. De la disolución anterior tomar una alícuota con una pipeta volumétrica 1 mL, colocarlo en un matraz volumétrico de 50 mL y aforar a la marca con agua destilada. Rotular como P1/50 4. De la disolución P1/50, tomar una alícuota con una pipeta volumétrica 2 mL y colocarlos en un matraz volumétrico de 10 mL y llevar a aforo con agua destilada. Rotular la disolución como P2/10 5. Pesar 12.5 mg de ZnSO4•7H2O y verterlos en un matraz volumétrico de 10 mL y aforar con agua destilada, rotular la disolución como E12.5/10mL. Se pesa sobre un cuadro

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de papel glassine nuevo y limpio de tamaño pequeño de manera que sea fácil verter el contenido el boquilla del matraz aforado. 6. Con una pipeta volumétrica de 1 mL tomar una alícuota de la solución E12.5mg/10mL, colocarlo en un matraz aforado de 50mL y llenar hasta la marca con agua destilada. Rotular la disolución como E1/50. 7. Tomar una alícuota de disolución E1/50 con una pipeta volumétrica de 2 mL y verterlo en un matraz volumétrico de 25 mL. Llenar hasta la marca de aforo con agua destilada y rotular como E2/25-2μg/mL. 8. Tomar una alícuota de disolución E1/50 con una pipeta volumétrica de 2 mL y verterlo en un matraz volumétrico de 10 mL. Llenar hasta la marca de aforo con agua destilada y rotular como E2/10-5μg/mL. 9. Medir 8 mL de disolución E1/50 con una bureta de 10 mL y verterlo en un matraz volumétrico de 25 mL. Llenar hasta la marca de aforo con agua destilada y rotular como E8/25-8μg/mL. 10. Colocar 10 mL de agua destilada en un vaso de precipitados de 50 mL y rotular como Blanco. 11. Encender el espectrofotómetro de absorción atómica y verificar su buen funcionamiento. Seleccionar la lámpara de cátodo hueco de Zinc y colocarla para su uso. Realizar los ajustes desde el controlador en la computadora conectada al equipo y seleccionar el elemento a analizar. 12. Medir la solución Blanco y ajustar el equipo a 0. Posteriormente medir las disoluciones estándar: E2/25-2μg/mL, E2/10-5μg/mL y E8/25-8μg/mL. Registrar los datos de absorbancia. 13. Finalmente medir la muestra problema P2/10 y registrar. 14. Calcular la concentración de la disolución problema mediante una curva estándar realizada con los datos del paso 12.

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DETERMINACIÓN DE ZINC POR ABSORCIÓN ATÓMICA

MATERIAL, INSTRUMENTOS Y EQUIPO

DISOLCIONES ESTÁNDAR

DISOLUCIÓN PROBLEMA

1 Pipeta volumétrica 1

MEDICIONES

mL

2 pipeta volumétrica de 2 mL 2 Matraz aforado 10 mL 1 Matraz aforado 50 mL 2 Matraz aforado de 25 mL 1 Soporte universal 2 Buretas de 10 mL Papel Glassine Espátula Guantes Balanza analítica Espectrofotómetro de absorción atómica Solución oftálmica de ZnSO4 Agua destilada ZnSO4•7H2O

• Tomar una alícuota de disolución E1/50 con una pipeta volumétrica de 2 mL y verterlo en un matraz volumétrico de 25 mL. Llenar hasta la marca de aforo con agua destilada y rotular como E2/25-2μg/mL.

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•Medir en una bureta de 20 mL 5 mL de solución oftálmica y verter la en un matraz aforado de 10 mL, rotular como P12.5/10. •De la disolución anterior tomar una alícuota con una pipeta volumétrica 1 mL, colocarlo en un matraz volumétrico de 50 mL y aforar a la marca con agua destilada. Rotular como P1/50

• Pesar 12.5 mg de ZnSO4•7H2O y verterlos en un matraz volumétrico de 10 mL y aforar con agua destilada, rotular la disolución como E12.5/10mL. • Con una pipeta volumétrica de 1 mL tomar una alícuota de la solución E12.5mg/10mL, colocarlo en un matraz aforado de 50mL y llenar hasta la marca con agua destilada. Rotular la disolución como E1/50.

• Tomar una alícuota de disolución E1/50 con una pipeta volumétrica de 2 mL y verterlo en un matraz volumétrico de 10 mL. Llenar hasta la marca de aforo con agua destilada y rotular como E2/105μg/mL.

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•Medir 8 mL de disolución E1/50 con una bureta de 10 mL y verterlo en un matraz volumétrico de 25 mL. Llenar hasta la marca de aforo con agua destilada y rotular como E8/25-8μg/mL

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Encender el espectrofotómetro de absorción atómica y seleccionar la lámpara de cátodo hueco de Zinc y colocarla para su uso. Realizar los ajustes desde el controlador en la computadora conectada al equipo y seleccionar el elemento a analizar.

• Medir la solución Blanco y ajustar el equipo a 0. Posteriormente medir las disoluciones estándar Y Registrar los datos de absorbancia. •Finalmente medir la muestra problema P2/10 y registrar. Calcular la concentración de la disolución problema mediante una curva estándar realizada con los datos del paso 12.

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Propiedades 

ZnSO4•7H2O

Masa molecular 287.56g/mol. Nocivo en caso de ingestión, provoca lesiones oculares graves. Cristales blancos. pH 4.0-6.0 a 20 °C. Punto de fusión: 500 °C. Solubilidad en agua: 965 g/L a 20°C. 

Gotas oftálmicas de Sulfato de Zinc y Clorohidrato de Fenilefrina

Indicaciones terapéuticas: antiséptico y astringente oftálmico indicado para el alivio de la irritación ocular ocasionada por polvo, aire, radiación solar y algunos agentes químicos irritantes. Cálculos 

Disoluciones estándar 12.5𝑚𝑔𝑍𝑛𝑆𝑂4 • 7𝐻2 𝑂 1𝑚𝐿 2𝑚𝐿 1000𝜇 ( )( )( )( ) = 2 𝜇𝑔⁄𝑚𝐿 10 𝑚𝐿 50𝑚𝐿 25𝑚𝐿 1𝑚𝑔 2𝑚𝐿

1000𝜇

8𝑚𝐿

1000𝜇

(10𝑚𝐿) ( 1𝑚𝑔 ) = 5 𝜇𝑔⁄𝑚𝐿 (25𝑚𝐿) ( 1𝑚𝑔 ) = 8 𝜇𝑔⁄𝑚𝐿 

Disolución Problema

1mL solución oftálmica X mL solución oftálmica X= 5 mL

2.5mg ZnSO4•7H2O 12.5mg ZnSO4•7H2O

(

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12.5𝑚𝑔 1𝑚𝐿 2𝑚𝐿 1000𝜇 )( )( )( ) = 5 𝜇𝑔⁄𝑚𝐿 10 𝑚𝐿 50𝑚𝐿 10𝑚𝐿 1𝑚𝑔

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Referencias   

Skoog W, Holler C. Química Analítica. 7ª ed. México: McGraw Hill; 2001. Farmacopea de los Estados Unidos de America: U.S. Pharmacopeia National Formulary USP 36 NF 31 United States Pharmacopeial; Pck Sup edition (February 2011) Sigma Aldrich. (Internet). Revisado 10 de marzo 2015. Disponible en : http://www.sigmaaldrich.com/MSDS/MSDS/DisplayMSDSPage.do?country=MX&language=es&product Number=Z0251&brand=SIGMA&PageToGoToURL=http%3A%2F%2Fwww.sigmaaldrich.com%2Fcatalog%2 Fsearch%3Fterm%3DZinc%2Bsulfate%2Bheptahydrate%26interface%3DAll%26N%3D0%26mode%3Dmatc h%2520partialmax%26lang%3Des%26region%3DMX%26focus%3Dproduct

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