determinación de fosfatos en bebidas cola
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18-11-2010
FACULTAD DE CIENCIAS, UDELAR | Agustín Sellanes
QUÍMICA
ANALÍTICA
DETERMINACIÓN DE FOSFATOS EN
BEBIDAS COLA
1 CONTENIDO
Objetivo.............................................................................................................................................................. 2
Introducción ....................................................................................................................................................... 2
Metodología ....................................................................................................................................................... 2
Principales métodos para la detección de fosfatos ......................................................................................... 2
Fundamentación de la elección del método del azul de molibdeno ................................................................ 3
Descripción del método .................................................................................................................................. 3
Resultados .......................................................................................................................................................... 4
Discusión ............................................................................................................................................................ 4
Conclusión .......................................................................................................................................................... 5
Bibliografía ......................................................................................................................................................... 6
Anexo ................................................................................................................................................................. 7
Técnica ........................................................................................................................................................... 7
Cálculos .......................................................................................................................................................... 7
2 DETERMINACIÓN DE FOSFATOS EN BEBIDAS COLA
Agustín Sellanes
Química Analítica- Facultad de Ciencias- UdelaR
18/11/2010
OBJETIVO
Determinar la concentración de fosfatos disueltos en bebidas analcohólicas gasificadas disponibles en el
mercado.
INTRODUCCIÓN
El 88% del fósforo endógeno se encuentra en los huesos como fosfato cálcico en forma de apatito
[ ( ) ] . El resto participa en el metabolismo intermediario de los carbohidratos y está contenido
en sustancias fisiológicamente importantes como fosfolípidos, ácidos nucleicos y ATP. En la sangre, el fósforo
está presente como fosfato inorgánico y ácido fosfórico orgánico. El fósforo orgánico extracelular que
constituye sólo una parte pequeña, se halla casi exclusivamente en forma de fosfolípidos.
El fósforo y el calcio se encuentran en la sangre en una relación de 6 a 10. La concentración normal de fósforo
en la sangre es de 35 a 55 mg/L. La ingesta insuficiente de fósforo, causa hipofosfatemia que genera una
desmineralización ósea que termina en osteoporosis. Por otra parte, el aumento del nivel fosfórico provoca
una disminución del nivel cálcico, mecanismo que se ve influido por una interacción entre parathormona y
vitamina D. Al aumento del nivel de fosfato inorgánico en sangre se denomina hiperfosfatemia y entre otras
causas, puede deberse a una ingesta excesiva de este mineral.
Los valores diarios recomendados varían según la edad, siendo los valores recomendados para adultos de 700
mg diarios aunque el límite máximo tolerable (UL) es de 4 g. Según la Coca-Cola Company, la concentración de
fósforo en Coca-Cola es 17 mg/100g; por lo que la cantidad de fósforo ingerido en este tipo de bebidas es sólo
un porcentaje de la dieta diaria. Sin embargo, las personas que sufren determinados tipos de afecciones como
Insuficiencia Renal Crónica, no pueden eliminar el exceso de fósforo y deben evitar los alimentos ricos en este
mineral. Por otra parte, existen estudios que demuestran que el consumo excesivo de fósforo sumado a un
consumo bajo de calcio, podría ser perjudicial para la formación ósea en personas saludables (1). Esto se suma
a que la ingesta de fósforo suele ser 2 o 3 veces superior a la dosis diaria recomendada y que es frecuente no
cubrir en la dieta la cantidad de calcio recomendada.
Hay fuerte evidencia acerca de la influencia de las bebidas cola con la capacidad de erosionar el esmalte dental
(2). Los fosfatos adicionados a estas bebidas actúan como buffer, amortiguando el pH cuando se encuentran
en la disolución en concentraciones lo suficientemente altas (mayores a 5mM); disminuyendo así la cantidad
de esmalte que se disuelve. Sin embargo, el pH de las bebidas gaseosas no se mantiene cerca de la neutralidad
ya que esto alteraría el sabor característico y la percepción del gusto de las mismas. Para que el efecto
amortiguador sea significativo, el pH debe ser mayor a 3,5.
METODOLOGÍA
PRINCIPALES MÉTODOS PARA LA DETECCIÓN DE FOSFATOS
3 Existen varios métodos para la determinación cuantitativa de fosfatos, entre ellos (3):
Métodos titrimétricos. Los fosfatos precipitan como fosfomolibdatos. El precipitado se recoge y se
redisuelve en volumen conocido una base y se titula el exceso de esta última.
Métodos gravimétricos.
Métodos espectrofotométricos:
Método del vandato-molibdato. La solución ácida que contiene ortofosfato, se trata con
un reactivo ácido que contiene ácido molíbdico y ácido vanádico. Se forma un complejo
estable de color amarillo de ácido vanadimolibdofosfórico. La absorción máxima es a
330 nm.
Método del azul de molibdeno. Consiste en adicionar molibdato de amonio a una
solución de ortofosfato; el fosfomolibdato que se produce es reducido parcialmente con
ácido cloruroestañoso (u otro agente reductor, como: ácido ascórbico, fenilhidracina,
hidroquinona o dióxido de azufre) para producir un compuesto de intenso color, el azul
de molibdeno, que puede detectarse en un espectrofotómetro en el rango visible a 830
nm.
FUNDAMENTACIÓN DE LA ELECCIÓN DEL MÉTODO DEL AZUL DE MOLIBDENO
En esta investigación emplearemos el método del azul de molibdeno, ya que por ser un método
espectrofotométrico, nos da la sensibilidad adecuada para trabajar con las bajas concentraciones de fosfatos
presentes en las bebidas cola. Este método se emplea para detectar trazas debido a su gran sensibilidad (10
veces más que el método del vandato-molibdato). Además, preferimos esta técnica porque da un pico en 850
nm, ya que los espectrofotómetros de que disponemos en el laboratorio, sólo registran absorbancias en el
rango visible. Se trata de un método muy específico, ya que sólo detecta la presencia de fosfatos, silicatos o
arsénico y estos dos últimos no se encuentran en las muestras que queremos analizar.
Este método también presenta inconvenientes. Es un compuesto estequiométrico y su espectro de absorción
depende del modo en que ha sido preparado. Sin embargo, en la técnica elegida sólo se medirá la absorbancia
en una única longitud de onda y el pico de absorbancia del azul de molibdeno es ancho y llano lo que hace aún
más robusto este método para la determinación cuantitativa que queremos realizar. Tampoco importa que no
sea un compuesto estequiométrico porque lo que haremos es comparar las absorbancias de las muestras con
una curva de titulación de patrón primario de concentración exactamente conocida. Además, sus soluciones
son coloidales y varían con el tiempo y el exceso de molibdato de amonio también sufre reducción (aunque
mucho más lenta que la del fosfomolibdato), por lo que la lectura debe realizarse inmediatamente después de
preparada la mezcla sin mayores inconvenientes.
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
Ahondaremos un poco en los fundamentos de la técnica del azul de molibdeno.
El método consiste en la medición de la absorbancia del azul de molibdeno a una longitud de onda de 850 nm
y usar la ley de Beer-Lambert-Bouguer para determinar la concentración del mismo en la muestra, previa
realización de una curva de titulación midiendo las absorbancias en soluciones de de concentración
exactamente conocida.
4 Estructura de Keggin con el átomo de fósforo
central en naranja, los átomos de molibdeno
en violeta y los oxígenos en rojo.
En medio ácido, el molibdato de amonio
( ) forma un complejo con
el fosfato , el fosfomolibdato de
amonio que tiene la
estructura de Keggin (que se
autoensambla en soluciones acuosas
ácidas). La estructura de Keggin, facilita la
reducción de los metales del anión:
Este compuesto reducido tiene un intenso color azul, por lo que puede ser detectado aún en concentraciones
traza.
RESULTADOS
La concentración de fósforo en Coca-Cola es de ( ) o ( ) (según Coca-Cola
Company la concentración de fósforo es 17 mg/100g lo que equivale a aproximadamente 170 mg/L). La
concentración de fósforo en la bebida Mío es de ( ) o ( ).
Bebida Concentración
Mío ( ) Coca-Cola ( )
DISCUSIÓN
La siguiente tabla (4) muestra la concentración de fósforo de algunos alimentos de la dieta:
Alimento Fósforo (mg/100g)
Manzana 2 Ruibarbo 8 Naranja 15
Coca-Cola 15 Frutillas 20
Mío 20 Lechuga 21
Remolacha 23 Repollo 26 Tomate 27 Cebolla 33
Papa 43 Hojuelas de maíz 45
Espinaca 51 Coliflor 56
Lenguado 64 Arvejas cosidas 66
5 Quesos 79
Pan blanco 87 Leche 93
Ostras crudas 143 Pollo rostizado 169
Huevos 183 Hamburguesa cosida 214
Pan integral 228 Chocolate amargo 385
Yogur 479
Como la densidad de las bebidas es de 1 g/mL, la concentración de fósforo en la Coca-Cola y la Mío es 15
mg/100g y 20 mg/100g respectivamente; una cantidad relativamente baja si la comparamos con otros
alimentos, en particular bebidas como la leche (93mg/100g) o el yogur (479 mg/100g).
Sobre una dieta de 700 mg diarios, un litro de Mío aporta aproximadamente el 29% de la cantidad diaria
recomendada y la Coca-Cola un 21%, lo que constituyen porcentajes significativos en personas que consumen
este tipo de bebidas con frecuencia.
CONCLUSIÓN
Por todo lo que hemos dicho, las bebidas cola analizadas no presentan cantidades significativamente altas de
fósforo comparadas con otros alimentos, aunque podrían llegar a aportar un porcentaje significativo de este
mineral en la dieta de las personas que consumen este tipo de bebidas.
6 BIBLIOGRAFÍA
1. Kemi, Virpi. Effects of dietary phosphorus and calcium-to-phosphorus ratio on calcium and bone
metabolism in healthy 20- to 43-year-old Finnish women. Helsinki : Helsinki University Printing
House, 2010.
2. Mirelly, Doménica y Alburqueque, Franco. Pérdida de calcio en esmalte de dentición mixta por
exposición in vitro a bebida carbonatada ácida. Facultad de Odontología, Universidad Nacional
Mayor de San Marcos. Lima : s.n., 2008.
3. Masson, Lilia S. Análisis proximal de calcio y fósforo en harinas de pescado. Departamento de
Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la
Universidad de Chile.
4. Tomassi, G. Fósforo: un nutriente esencial en la dieta humana.
5. Lamberg-Allardt, Christel, Karp, Heini y Kemi, Virpi. Phosphorus and Bone. [aut. libro] Peter
Burckhardt, Bess Dawson-Hughes y Connie Weaver. Nutritional Influences on Bone Health. London :
Springer, 2010, 12.
6. BIHW. Beverages & Bone Health: Harmful, helpful or no effect? A conversation with Dr. P. Heaney,
Bone Health Expert. The Beverage Institute For Health & Wellness. [En línea] [Citado el: 10 de
Noviembre de 2010.]
http://www.beverageinstitute.org/healthcare_professionals/bone_health_qa.shtml.
7. The Coca-Cola Company. The Coca-Cola Company. [En línea] [Citado el: 10 de Noviembre de
2010.] http://www.thecoca-
colacompany.com/contactus/myths_rumors/packaging_kidney_stones.html.
8. Scoog, West y Crouch. Fundamentos de Química Analítica. Octava. s.l. : Thomson.
9. Roche Diagnostics GmbH. Fósforo UV Código 1.489.348. Mannheim, Alemania : s.n. Roche
Diagnostics.
10. The Cleveland Clinic Foundation. Chemocare.com. [En línea] 2005. [Citado el: 10 de Noviembre
de 2010.] http://www.chemocare.com/es/managing_es/hiperfosfatemia_e_hipofosfatemia_ES.asp.
11. Guía de métodos de análisis por fotocolorimetría. Instrumental Analítico, Facultad de Ciencias de
la Universidad Central de Venezuela. Caracas : s.n., 2006.
12. Walton, Harold F, y otros, y otros. Análisis químico e instrumental moderno. España : Reverté,
1977.
7 ANEXO
TÉCNICA
SOLUCIONES
Solución patrón de dihidrógeno fosfato de potasio 50 mg/L
Se masan 0,2197 g de y se lleva a un volumen final de 1L.
Solución de trabajo
Se diluye la solución anterior a una concentración final de 2 mg/L. Para ello, se realiza una
toma de 2 mL de la misma y se lleva a un volumen final de 50 mL.
Solución reductora
A. Se disuelve 0,7801 g de molibdato de amonio tetrahidratado, ( ) en
agua desionizada.
B. Se disuelve 1,0562 g de ácido ascórbico en agua desionizada.
C. Se diluye 11 mL de ácido sulfúrico concentrado en agua desionizada.
Finalmente, se mezclan A, B y C y se lleva a un volumen final de 250 mL.
PROTOCOLO EXPERIMENTAL
Curva de calibración:
Se preparan cinco estándares de acuerdo a la siguiente tabla:
Matraz Solución patrón Solución reductora Agua desionizada Concentración de P
1 1 mL 4 mL 5 mL 0,2 mg/L 2 2 mL 4 mL 4 mL 0,4 mg/L 3 3 mL 4 mL 3 mL 0,6 mg/L 4 4 mL 4 mL 2 mL 0,8 mg/L 5 5 mL 4 mL 1 mL 1,0 mg/L
Blanco 4 mL 6 mL 0 mg/L
Preparación de la muestra:
Se desgasifica. Se realizan diluciones de la muestra: 1:25; 1:50 y 1:100. Se toma 1 mL de cada una de ellas, se
añade 4 mL de solución reductora y se afora a 10 mL.
En todos los casos, se lleva a un baño termostatizado a aproximadamente 50 ºC por 45 minutos y se mide la
absorbancia a 830 nm.
La curva de calibración se realiza por duplicado.
CÁLCULOS
Para la preparación de la solución patrón de la técnica establece masar 0,2197 g de patrón primario
(136,08 g/mol) y llevar a un volumen final de 1L para obtener una solución de formalidad
lo que equivale a 0,05000 g/L de P (30,97 g/mol). Luego, se toman de 2 mL de la misma y se lleva a un
volumen final de 50 mL. Es decir, hacemos una dilución según un factor 1/25 para obtener una solución de
8 trabajo de concentración de fósforo de o 2 mg/L. Con esta solución patrón se preparan las
muestras para la curva de titulación según la siguiente tabla:
Se preparan cinco estándares de acuerdo a la siguiente tabla:
Matraz Solución patrón Solución reductora Agua desionizada Concentración de P
1 1 mL 4 mL 5 mL 0,2 mg/L 2 2 mL 4 mL 4 mL 0,4 mg/L 3 3 mL 4 mL 3 mL 0,6 mg/L 4 4 mL 4 mL 2 mL 0,8 mg/L 5 5 mL 4 mL 1 mL 1,0 mg/L
Blanco 4 mL 6 mL 0 mg/L
La solución reductora y el agua absorben aún sin que se forme el complejo con el fósforo. Para poder medir la
absorbancia que se debe a la formación del complejo reducido de fósforo, debemos restar a cada muestra la
absorbancia de la solución reductora y del agua. Por este motivo, es que se prepara la solución blanco como se
indica en la tabla. Se considera la absorbancia del blanco igual a cero y esto afecta a todas las medidas de
absorbancias que aparecerán en estos cálculos.
Las absorbancias medidas para las muestras estándar fueron las siguientes:
Concentración de P (mg/L) Absorbancia
0,2 0,117 0,4 0,308 0,6 0,473 0,8 0,624 1 0,702
Graficamos estos datos para obtener nuestra curva de titulación usando el OriginPro 8:
9
Usamos el método de mínimos cuadrados para obtener el mejor ajuste lineal de los datos, aunque
descartamos el último valor porque se aparta de la linealidad (recordemos que la Ley de Beer es una ley límite
y se cumple sólo en concentraciones bajas). El coeficiente de correlación r2=0,99571 es alto lo que implica una
relación lineal fuerte entre los valores de concentración de fósforo y las absorbancias medidas, según la Ley de
Beer:
[ ]
, donde es la absortibidad molar.
En este trabajo, las concentraciones no se expresaran en molaridades sino en mg/L. A continuación aparecen
los parámetros de linealización con sus errores respectivos:
Parámetro Valor Error estándar
a 0,843 0,03191 b -0,041 0,01748
Posteriormente, preparamos las muestras de bebidas cola. Se desgasifican y se diluyen 25, 50 y 100 veces. Se
toma 1 mL de cada una de ellas, se añade 4 mL de solución reductora y se afora a 10 mL. O sea que los factores
de dilución reales para estas muestras serán respectivamente: 1/250, 1/500 y 1/1000.
Los siguientes fueron los datos encontrados con sus cálculos respectivos:
0,3 0,6 0,9
0,0
0,3
0,6
Ab
so
rba
ncia
Concentracion P (mg/L)
Equation y = a + b*x
Adj. R-Square 0,99571
Value Standard Error
Absorbancia Intercept -0,041 0,01748
Absorbancia Slope 0,843 0,03191
10 Bebida Factor de
dilución Absorbancia Concentración de
fósforo Error mg/L P Error
Coca-Cola 0,001 0,122 0,193357058 0,0220212 193,35706 22,021272
0,002 0,206 0,293001186 0,0235452 146,50059 11,772594
0,004 0,198 0,283511269 0,0233781 70,877817 5,8445314
Mío 0,001 0,111 0,180308422 0,0218621 180,30842 21,862071
0,002 0,303 0,408066429 0,0258836 204,03322 12,941804
0,004 0,645 0,81376038 0,0371520 203,45000 9,2877731
Los cálculos realizados fueron los siguientes:
El método de mínimos cuadrados nos permitió ajustar los datos a una recta de la forma:
, donde y es la absorbancia (A), x es la concentración de fósforo en mg/L ([ ]) y, a y b son el
coeficiente angular y el término independiente respectivamente. Entonces podemos escribir:
[ ]
, y despejando [ ] obtenemos:
[ ]
Esta fue la ecuación usada para obtener las concentraciones de fósforo en las muestras directamente
a partir de las absorbancias medidas.
Para obtener una estimación del error cometido en la medición, usamos la propagación de errores de
orden dos a partir de la ecuación anterior:
[ ] (
) √(
[ ]
)
( ) ( [ ]
)
( ) ( [ ]
)
( )
√(
)
( ) (
)
( ) (
)
( )
Siendo F el factor de dilución ( ), para obtener la concentración de fósforo y su respectivo
error en una dilución 1:1, debemos hacer:
[ ]
y
[ ]
En las medidas de Coca-Cola, el valor que corresponde a la dilución de 1/100 tiene una absorbancia que cae
muy cerca del extremo inferior de la curva de calibración, por lo cual dicho valor puede estar más afectado de
error, y el valor de la dilución 1/25 tiene una absorbancia muy cercana a la de la dilución 1/50. Por lo que
descartamos ambos valores y nos quedamos con la dilución 1/50.
11 En la bebida Mío, descartamos el valor de la dilución 1/100 por el mismo motivo que el de la Coca-Cola y como
los otros dos valores son coherentes, los promediamos. La siguiente tabla muestra los datos calculados:
Bebida Concentración Error
Mío 203,7366548 11,1147887 5,45546834 Coca-cola 146,5005931 11,7725944 8,03586807
El error del promedio es el promedio de los errores, según:
(
) |
| |
|
( )
El error porcentual es:
[ ]
[ ]
, donde [ ] representa la concentración de fósforo en mg/L y no en mol/L.
Por tanto, la concentración de fósforo en Coca-Cola es de ( ) o ( ) (según Coca-
Cola Company la concentración de fósforo es 17 mg/100g lo que equivale a aproximadamente 170 mg/L). La
concentración de fósforo en la bebida Mío es de ( ) o ( ).
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