Práctica 2-Gravimetria Determinación de Ca en La Leche [PDF]

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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS DE LA SALUD PROGRAMA DE NUTRICIÓN Y DIETÉTICA Laboratorio de Química Analítica de los Alimentos

DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE CALCIO Determinación de calcio en muestras de lácteos mediante gravimetría de precipitación

OBJETIVOS • • •

Determinar la concentración de calcio en diferentes muestras de lácteos mediante un análisis gravimétrico de precipitación. Aplicar los conceptos y procedimientos experimentales más relevantes utilizados en los métodos gravimétricos. Comprender la importancia de los resultados experimentales para determinar diferentes parámetros de calidad en los alimentos.

FUNDAMENTO TEÓRICO Un análisis cuantitativo permite determinar la cantidad de una especie química (el analito) que está contenida en una cantidad determinada de sustancia (la muestra). Los resultados obtenidos se expresan por lo general en %p-p, %p-v, partes por millón (ppm), partes por billón (ppb), o fracciones molares. Los métodos cuantitativos se clasifican en: análisis gravimétricos, análisis volumétricos, métodos electroanalíticos y los métodos espectroscópicos. En la presente práctica se utiliza el análisis gravimétrico. 1. Análisis gravimétrico. Un análisis gravimétrico se basa en la medida de la masa de una sustancia de composición conocida y químicamente relacionada con el analito, es decir, se mide la masa de un compuesto para determinar la cantidad de analito presente en la muestra. Experimentalmente, se mide la masa de la muestra tomada y la masa del sólido obtenido a partir de la muestra y por lo general, los resultados se expresan en términos de porcentaje de analito. 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑜

%𝐴 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑥 100

(2.1)

1 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

Los análisis gravimétricos pueden ser por: precipitación, volatilización y electrodeposición. En la práctica se realizará una precipitación cuantitativa para obtener un compuesto de baja solubilidad (Kps de CaC2O4 = 1,30 x 10-8 mol-2 L-2). El anión oxalato C2O4= es una base débil, por lo que el oxalato de calcio es soluble en ácido y la precipitación del Ca+2 deberá hacerse en medio alcalino (Harris. 2001), como se muestra en la ecuación 2.2. Ca+2(ac) + C2O4=(ac)

→

CaC2O4

(2.2)

Sin embargo, en la práctica cuando se alcaliniza con amoniaco (por encima de pH 4) una solución ácida que contiene calcio y ácido oxálico (o algún oxalato soluble), se produce la precipitación del oxalato de calcio monohidratado, que es un polvo blanco, fino y poco soluble en agua fría, de acuerdo a la ecuación 2.3. Ca+2(ac) + C2O4=(ac)

→

CaC2O4.H2O↓

(2.3)

2. Aplicaciones de los análisis gravimétricos. Los métodos gravimétricos permiten cuantificar aniones y cationes inorgánicos, y algunas especies neutras como el agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y yodo. También se puede determinar fácilmente diversas sustancias orgánicas tales como: la lactosa en productos lácteos, salicilatos en fármacos, fenolftaleína en laxantes, nicotina en pesticidas, colesterol en cereales, entre otras. 2.1. Agentes precipitantes inorgánicos. Normalmente, estos reactivos reaccionan con el analito y forman sales ligeramente solubles u óxidos hidratados. La mayoría de los reactivos inorgánicos no son muy selectivos debido a sus numerosos usos. Un ejemplo es el ácido oxálico, el cual precipita elementos como el calcio en forma de óxido de calcio, CaO. 2.2. Formación de precipitados. Los precipitados se forman mediante dos procesos distintos: por nucleación y por crecimiento de partículas. En la nucleación, muy pocos iones, átomos o moléculas, se unen para formar partículas sólidas estables. Si predomina la nucleación el resultado es un precipitado con muchas partículas pequeñas; si predomina el crecimiento de partícula, se produce un menor número de partículas pero de mayor tamaño. Es imprescindible que el precipitado cumpla con algunos requisitos: que sea poco soluble, de manera que el analito a determinar precipite cuantitativamente; que sea fácilmente filtrable; que tenga alta pureza; y que tenga una estequiometría conocida o que la pueda adquirir mediante tratamientos adecuados, como la calcinación. 2 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

3. El calcio en los alimentos. El calcio es un elemento que se encuentra en forma de diversas sales minerales insolubles, tales como, carbonato, sulfato u oxalato. Es un elemento esencial para la vida humana debido a que hace parte de numerosos procesos como, el desarrollo de huesos y dientes fuertes, la coagulación de la sangre, como regulador nervioso y neuromuscular, la contracción y relajación muscular, el mantenimiento de la frecuencia cardiaca, la permeabilidad de las membranas, la absorción y secreción intestinal y la secreción de hormonas y otros químicos (Mason, 2016). El calcio representa entre el 1,5-2,0 % del peso corporal y constituye el 90% de los huesos y dientes. Se puede encontrar en una gran variedad de alimentos como la leche y los productos lácteos, los frutos secos y las semillas, las sardinas y las anchoas, los vegetales de hoja verde y la mayoría de harinas fortificadas con carbonato de calcio. La principal fuente de calcio en la dieta es la leche y algunos de sus derivados como el queso y el yogur. Aunque existen diferentes técnicas para la determinación de calcio en alimentos, en la presente práctica se determinará el calcio mediante un análisis gravimétrico de precipitación. La precipitación del calcio en forma de oxalato de calcio se realizará con oxalato de amonio (o con oxalato de sodio). PREGUNTAS Y CONSULTAS 1. Consultar los términos de: gravimetría, volumetría, análisis cuantitativo, analito, precipitado, solubilidad. 2. ¿Cómo se clasifican y en qué consiste cada uno de los métodos cuantitativos? 3. ¿Cuál es la diferencia entre un análisis gravimétrico y un análisis volumétrico? 4. ¿En qué consiste la gravimetría de precipitación? 5. ¿Qué es el producto de solubilidad Kps? 6. Elaborar el diagrama de flujo para la determinación de calcio mediante gravimetría de precipitación. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS

MATERIALES

Horno de secado. Desecador. Baño María. Placa de calentamiento. Un crisol de porcelana con tapa. Un balón aforado de 100 mL. Un vaso de precipitados de 250 mL Una pipeta volumétrica de 5 mL con propipeta. Pinzas para crisol. Una espátula. Un embudo de vidrio y papel de filtro sin cenizas. Termómetro.

EQUIPOS

Balanza analítica (precisión ± 0,0001 g). Mufla. Horno de calentamiento. Plancha de calentamiento.

3 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

QUÍMICO

REACTIVOS BIOLÓGICO

Ácido acético, 1,0 M. Ácido tricloroacético al 24% p-v. Oxalato de amonio, (NH4)C2O4 (o de sodio, Na2C2O4). Amoniaco. Rojo de metilo. Muestras de alimentos: (leche entera, leche condensada y leche en polvo; productos lácteos). Agua destilada.

Tabla 2.1. Materiales, Equipos y Reactivos para determinar calcio por gravimetría de precipitación.

PARTE EXPERIMENTAL • Para el desarrollo de la práctica, se deberá utilizar obligatoriamente gafas de seguridad y guantes. • Para tarar el crisol, se debe colocar en la estufa de calentamiento a 105-110oC por 1-2 h y colocarlo en desecador durante 30 minutos y repetir hasta peso constante. Separación del calcio presente en la muestra. Es necesaria la separación previa del calcio contenido en la muestra para evitar posibles interferencias. A continuación se presentan dos procedimientos posibles. 1. Colocar 5 mL de muestra problema en un balón aforado de 100 mL y determinar la masa de la muestra problema. Adicionar 50 mL de ácido tricloroacético 24 % p-v, y terminar de aforar con agua destilada. Agitar fuertemente cada 5 minutos durante media hora. Dejar sedimentar y filtrar en embudo de vidrio sobre papel de filtro plegado. Lavar con agua destilada el precipitado obtenido, recogiendo las aguas de lavado junto con el filtrado. 2. Medir 30 mL de agua destilada en un vaso de precipitados y calentar en baño María hasta 40oC aproximadamente. Agregar 10 mL de muestra problema y determinar la masa de la muestra problema. Añadir gota a gota con agitación constante, ácido acético 1,0 M, hasta que se obtenga un precipitado. Dejar sedimentar y filtrar en embudo de vidrio sobre papel de filtro plegado (ver figura 2.1). Lavar con agua destilada el precipitado obtenido, recogiendo las aguas de lavado junto con el filtrado. Formación del precipitado. 1. Colocar una alícuota de 5 mL de la muestra (o filtrado obtenido en la separación del calcio) en un vaso de precipitados, diluir con agua destilada e introducir en baño María (70-80oC) hasta que la temperatura se equilibre. 2. Con agitación constante, adicionar una disolución reciente de oxalato de amonio al 6% p-v, y 2 gotas de rojo de metilo (observar y anotar color). 4 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

3. Agregar gota a gota, amoniaco diluido (1:3) hasta la aparición de un precipitado de color blanco y observar que el indicador cambie de color, reportar color y medir pH. (En algunas ocasiones se adiciona algo de NH3 concentrado, dependiendo del pH inicial). 4. Mantener en baño María durante 30 minutos con agitación, para permitir la digestión del precipitado. 5. Retirar y dejar enfriar a temperatura ambiente.

Figura 2.1. Plegado del papel de filtro

Filtración, lavado y secado del precipitado. 1. Cuando esté frío, filtrar por gravedad utilizando papel filtro sin cenizas. 2. Lavar con pequeñas cantidades (20-30 mL) de oxalato de amonio al 0,25 % p-v, el precipitado y los restos de este que puedan quedar en el vaso. 3. Retirar el papel de filtro con el precipitado, cuidando que el precipitado quede protegido y no se pierda nada de su contenido. 4. Colocarlo en el crisol de porcelana previamente pesado, y colocarlo en la estufa de secado a 130oC durante una hora. 5. Transcurrido el tiempo de secado, dejarlo enfriar en el desecador y repetir hasta peso constante. 6. Calcular el % de calcio en la muestra. 5 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

BIBLIOGRAFÍA 1. Mason JB. Vitamins, trace minerals, and other micronutrients. In: Goldman L, Schafer AI, eds. Goldman-Cecil Medicine. 25th ed. Philadelphia, PA: Elsevier Saunders; 2016: chap 218. 2. Institute of Medicine, Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. National Academies Press. Washington, DC. 2011. PMID: 21796828 www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21796828. 3. Harris, Daniel C. Análisis Químico Cuantitativo. Segunda edición. Editorial Reverté, S.A. México. 2001 4. Skoog, D. A. Química Analítica. Editorial McGraw-Hill Interamericana editores S. A. Séptima edición. México, D.F. 2000. pg: 187-206. 5. Flaska, H. A.; Barnard, Jr. A. J.; Sturrock, P. E. Química Analítica Cuantitativa. Vol. II. Sexta edición. C.E.C.S.A. México. 1986

6 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS DE LA SALUD PROGRAMA DE NUTRICIÓN Y DIETÉTICA Laboratorio de Química Analítica de los Alimentos

INTEGRANTES:

CÓDIGOS:

FECHA: GRUPO:

1. Determinación del contenido de calcio. MUESTRA 1

MUESTRA 2

Muestra problema Masa del crisol (g) Masa de la muestra (g) Masa del papel de filtro seco (g) Masa del papel de filtro + precipitado (g) Masa de precipitado (g) Color del precipitado % de calcio en la muestra % de calcio teórico (según bibliografía) % de error

Preguntas. 1. 2. 3. 4. 5.

Comparar el valor obtenido de calcio para cada muestra con el valor recomendado por la bibliografía. Determinar el error relativo y el error absoluto para cada muestra. Explicar los factores que pueden haber influido en los resultados. Por qué se debe separar previamente el calcio de la muestra problema? ¿Qué sucede al agregar el ácido triacético (o acético) a la muestra problema?

CÁLCULOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

7 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.

OBSERVACIONES, CAUSAS DE ERROR Y CONCLUSIONES

8 Profesor: Carlos A. Figueredo R. M. Sc.