desarrollo de una técnica analítica

Facultad de Química Farmacia Centro de Bioactivos Químicos

Desarrollo de una técnica analítica para la cuantificación de piridina en

residuales complejos

Autora: Lilibét Pérez Brito

Tutores: Lic. Teófilo Exiquio Gaitán Placeres Lic. Blanca Nieves Hernández Martínez

Curso: 2005-2006 “Año de la Revolución Energética en Cuba”

Resumen

Se ha realizado un estudio de la formación y extracción del complejo mezclado

Cu (II)- (SCN- )2 - (piridina)2 , para desarrollar una técnica extractofotométrica

que permita determinar el contenido de esta amina, seleccionando la longitud

de onda de trabajo, el pH de equilibrio de la fase acuosa, la cantidad de

reactivos a emplear, el camino óptico, el tiempo de medida y el rango de

concentraciones en que se cumple de la ley de Bouguer Lambert Beer,

correspondiente a: 75-300 ppm.

Además se comprobaron algunos parámetros analíticos como: repetibilidad,

reproducibilidad, linealidad y exactitud obteniendo resultados satisfactorios.

También se determinó el límite de cuantificación de la técnica tanto por el

método de la curva de calibrado como por adición de estándar.

Por otra parte fueron evaluadas, varias especies potencialmente interferentes

presentes en las matrices de los residuales del proceso productivo de G-1, tales

como: bromo, bromuro de potasio, disulfuro de carbono, anhídrido acético,

nitrometano, furfural, isobutilamina, G-1 y G-0, encontrando que solo estos dos

últimos causan interferencia en la determinación de piridina por la técnica

propuesta.

Para realizar la aplicación de la técnica a residuales parcialmente tratados del

proceso productivo de G-1 se investigo la composición de las matrices

correspondientes comprobando la ausencia de especies interferentes. Los

métodos analíticos empleados para ello fueron: CCD, HPLC y ensayos

cualitativos. Finalmente se determino el contenido de piridina en dichos

residuales tanto por la técnica desarrollada en el trabajo como por UV.

Palabras claves: Complejo mezclado, extractofotometría, piridina.

Summary

A study has been carried out about the formation and extraction of the mixed

complex Cu(II)-(SCN - )2 - (pyridine)2, to develop a extractophotometric technique

that allows to determine the content of this amine. We select the wave length

work, the equilibrium pH of the aqueous phase, the quantity of all the reagents to

use, the time contact of measure and the range of concentrations in what the of

Bouguer Lambert Beer law Is obeyed ; the range , correspond to 75-300 ppm.

Some analytic parameters as repeatability, reproducibility, linialirity and accuracy

was assayed obtaining satisfactory results. The limit of quantification of that

technique was also determined by the method of the calibrating curve and by

standard addition methods.

On the other hand they were evaluated, several species potentially present as

interfering ones in the examined samples of waste water from G-1 production

plant. They include bromine, potassium bromide, carbon disulphide, acetic

anhydride, nitrometane, furfurol, isobutilamine, G-1 and G-0, finding that within

these compounds only two last cause interference in the pyridine determination

by the proposed technique

To carry out the application of the technique a pre treatment must by applied to

the waste water samples in order to check absence of interfering species. Other

analytic techniques employees were TLC, HPLC. Finally we determine the

pyridine content in this waste water resulting prom de G-1 production plant.

Key words: Mixed complex, extractophotometric method, pyridine.

Índice

Índice

Contenido Pág.

Introducción................................................................................................... 1

Capítulo I: Fundamentación teórica............................................................... 4

1.1 Extracción con solventes orgánicos: Fundamento............................. 4

1.2 Equilibrio de extracción...................................................................... 4

1.2.1 Extracción física............................................................................ 4

1.2.2 Extracción por vía química............................................................

1.3 Extracción y su combinación con técnicas analíticas....................... 9

1.3.1 Generalidades............................................................................... 9

1.3.2 Extractofotometría.......................................................................... 9

1.4 Características de la piridina.............................................................. 10

1.5 Peligrosidad de la piridina................................................................... 13

1.6 Efectos sobre la salud........................................................................ 15

1.7 Características toxicológicas de la piridina........................................ 16

1.8 Influencia ecológica de la piridina..................................................... 17

1.9Degradación, producto de la descomposición y el tiempo de vida

medio...............................................................................................................

18

1.10 Técnica analítica desarrollada en el trabajo..................................... 18

1.10.1 Antecedentes................................................................................ 18

1.10.2 Fundamento de la técnica extractofotométrica empleada en el

trabajo...........................................................................................................

22

1.11 Técnica cromatográfica utilizada en el trabajo................................ 23

1.11.1 Cromatografía de capa delgada (CCD).....................................

23

1.11.2 Cromatografía liquida de alta resolución, HPLC......................... 24

1.12 Consideraciones acerca del diseño de experimento........................ 27

1.12.1 Generalidades............................................................................. 27

1.12.2 Algunos conceptos generales relacionados con el diseño factorial

fraccionado......................................................................................................

29

1.13 Características fundamentales de los métodos analíticos.................. 30

Índice

Capitulo II: Parte experimental.......................................................................... 34

2.1 Reactivos y disoluciones...................................................................... 34

2.2 Selección de las condiciones de trabajo.............................................. 35

2.3 Procedimiento para realizar la curva de calibración............................ 36

2.4 Comprobación de algunos parámetros analíticos que caracterizan la

técnica...............................................................................................................

36

2.5 Adición de estándar.............................................................................. 38

2.6 Aplicaciones......................................................................................... 38

2.6.1Características cromatográficas (HPLC) de la piridina e impurezas

presentes........................................................................................................

38

2.6.2 Estudio de la composición de las matrices de aplicación............... 39

2.6.3 Determinación del contenido de piridina

en los residuales..............................................................................................

41

Capitulo III: Presentación y discusión de los resultados................................. 43

3.1 Estudio de las condiciones de trabajo.................................................. 43

3.2 Confección de la curva de calibración.................................................. 47

3.3 Parámetros que caracterizan la técnica

analítica..............................................................................................................

49

3.4 Adición de estándar................................................................................ 55

3.5 Aplicación de la técnica........................................................................... 56

Conclusiones...................................................................................................... 68

Recomendaciones............................................................................................. 69

Bibliografía......................................................................................................... 70

Anexos................................................................................................................ 76

Introducción

Introducción

El método de extracción es quizás la técnica analítica más versátil de todas las

que se conocen. Esto se debe al campo tan amplio de aplicación que posee y al

hecho de que se relaciona con la mayor parte de los principios físicos-químicos

que se utilizan en la Química Analítica.

Este método es muy simple, rápido y sencillo por lo que se emplea para la

separación, purificación, concentración y análisis de muestras en todas las

escalas de trabajo, desde el microanálisis hasta en los proceso de producción;

se combina de manera muy útil con otras técnicas analíticas de determinación

cuantitativas y cualitativas (1-5).

Actualmente se conocen sistemas de extracciones en los que intervienen

diferentes fases tales como: extracción líquido-líquido, sólido-líquido y sólido-

sólido.

La extracción líquido-líquido se caracteriza por el establecimiento del equilibrio

de extracción entre dos fases líquidas inmiscibles entre si, una de naturaleza

orgánica y otra generalmente acuosa. Este tipo de sistema constituye una

herramienta de trabajo que posibilitan separaciones extremadamente selectivas

de muchos iones y sustancias moleculares, utilizando agentes formadores de

complejos y solventes apropiados.

También se emplea para obtener elementos o compuestos con elevado grado

de pureza a escala industrial.

La utilización de sistemas de extracción con solventes orgánicos con fines

analíticos ha permitido desarrollar numerosas técnicas para cuantificar especies

químicas en diferentes matrices. Dentro de estas se destacan las técnicas

extractofotométricas, debido al empleo de un equipamiento relativamente barato

(6 y 7).

En el Centro de Bioactivos Químicos en la Universidad central de las Villas se

obtienen principios activos, por vía sintética a partir de los desechos de la caña

1

Introducción

de azúcar. El producto principal allí obtenido es el 2-bromo-5-(2-bromo-2-

nitrovinil)-furano (G-1) que presenta una potente acción bactericida fungicida.

En el proceso de obtención de este principio activo se emplea piridina y otras

sustancias tóxicas que se incorporan a los residuales siendo necesario

desarrollar las técnicas analíticas que permitan su cuantificación (8-10). El

siguiente esquema muestra las corrientes residuales del proceso de producción

de G-1:

G-O puro

Taller de G-1

G-1 puro

Carbón activado Carbón impuro (Br2, CS2, py, G-1 etc. )

Anhídrido acético

Br2, CS2 Etanol Impuro ( Br2, CS2, py, G-1 etc. )

Piridina( py) Colas crudas (Br2, CS2, py, G-1 etc.)

Gases (Br2, CS2, py, G-1 etc. )

Etanol

2

Introducción

Problema científico En la Planta de Producción de Bioactivos Químicos se emplea piridina en la

síntesis de G-1, siendo esta una sustancia altamente tóxica y no existe una

técnica analítica que permita determinar el contenido de dicha amina en los

distintos residuales del proceso productivo.

Hipótesis Es posible utilizar la formación de complejos mezclados en los que participen la

piridina y el SCN- como ligandos, en combinación con iones metálicos para

desarrollar una técnica extractofotométrica de determinación de la misma.

Objetivo General

Proponer una técnica analítica extractofotométrica para la determinación de

piridina, que cumpla con los parámetros analíticos establecidos para la

cuantificación de esta amina, potencialmente aplicable a los residuales de la

planta de producción del CBQ.

Objetivos Específicos

1. Investigar las condiciones de formación y extracción del complejo

mezclado formado en el sistema SCN-—piridina- Cu (II). 2. Estudiar el cumplimiento de la ley de Bouguer Lambert Beer del

complejo formado en el extracto clorofórmico. 3. Comprobar la linealidad, precisión, límite de cuantificación y exactitud

de la técnica analítica propuesta.

4. Investigar la especificidad de la técnica analítica estudiada, teniendo

en cuenta la composición de las matrices de aplicación.

5. Determinar el contenido de piridina en residuales de la PPBQ

aplicando la técnica desarrollada.

3

Introducción

4

Capítulo I: Fundamentación Teórica

Capitulo I: Fundamento teórico

1.1 Extracción con solventes orgánicos: Fundamento La extracción con solventes orgánicos o extracción líquido-líquido, se basa en

el principio de que un soluto puede distribuirse en determinada relación entre

dos solventes inmiscibles o ligeramente miscibles entre sí, uno de los cuales es

agua y otro un solvente orgánico (11).

1.2 Equilibrio de extracción: Los equilibrios de extracción líquido- líquido pueden clasificarse de la forma

siguiente, atendiendo al tipo de interacción que ocurre en las fases que

intervienen en el mismo:

• Extracción física.

• Extracción química.

1.2.1 Extracción física:

El proceso de extracción por vía física se caracteriza por interacciones debidas

a fuerzas de van der Waals, la sustancia a distribuir no forma compuestos de

composición definida con el reactivo extractor.

Las moléculas covalentes de las sustancias que se distribuyen prefieren el

disolvente orgánico, ya que éstas entran en el mismo con una pequeña barrera

energética o sin ella, en comparación con la fase acuosa altamente ordenada. El

aumento de tamaño de la molécula a extraer provoca un incremento del

coeficiente de distribución.

1.2.2 Extracción por vía química:

La extracción por vía química es un proceso de transferencia de masa entre las

fases, acompañado de transformaciones químicas. En el mismo se cumple la

ley de reparto en la primera parte de la isoterma de Langmuir (log D vs pH) (I), si

4


las condiciones son próximas a las ideales. Posteriormente se alcanza la zona

de saturación (III), figura 1.

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200pH

log

D

Figura 1: Isoterma de Langmuir.

Una de las formas de clasificar los equilibrios de extracción de mayor interés

práctico es atendiendo a la naturaleza del reactivo extractor empleado (12). A

través de la misma es posible caracterizar las interacciones específicas que

tienen lugar y expresar la ecuación química que representa dicho equilibrio.

Atendiendo a este criterio se subdivide la clasificación del proceso por vía

química en:

• Extracción con extrayentes ácidos

• Extracción con extrayentes neutros

• Extracción con extrayentes básicos

Extracción con extrayentes ácidos:

En el proceso de extracción con extrayentes ácidos ocurren interacciones de tipo

químico y se originan uno o más enlaces entre el agente de extracción y la

sustancia que se extrae hacia la fase orgánica, pasando generalmente protones

a la fase acuosa, donde está presente el anión del compuesto extraído(6).

La ecuación que representa el equilibrio de extracción puede

representarse por:

5


Mn+(ac) + nHRo = MRn(o) + nH+

(ac)

Corresponden a este tipo de reactivos extractores los siguientes:

• Ácidos carboxílicos: RCOOH

• Ácidos alquilfosfóricos: (RO)2POOH (Ej. di-2-etilexilfosfórico DEHF )

• Ácidos derivados del arsénico ROAsO(OH)2

• Fenoles y sus derivados

• Oximas, las que existen en dos formas tautoméricas ( =C=N-OH y

=C=NH →O)

En el caso de ligandos que presentan además del grupo acídico otro que

posea pares de electrones libres pueden formar más de un tipo de enlace,

pues no sólo intercambian protones sino que forman enlaces donante-

aceptores, dando lugar a ciclos estables ”quelatos”. Las oximas y otros

ligandos capaces de formar quelatos tienen importantes aplicaciones

relacionadas con el análisis químico.

En algunos extrayentes ácidos se presenta también el mecanismo de

solvatación. Así ocurre por ejemplo en la extracción de ácidos minerales

con ácidos alquilfosfóricos:

(RO)2POHO ……HX

En el mismo tiene lugar una interacción electrostática entre el oxígeno del

grupo fosfórico y el hidrógeno acídico. El equilibrio de extracción puede

representarse de la forma siguiente:

mHI(ac) + n(RO)2POOH(ac) = n(RO)2 POOH.mHI(o)

Extracción con extrayentes neutros:

Si el proceso de extracción del soluto se realiza empleando extrayentes

neutros, las interacciones químicas que ocurren dan lugar a enlaces

donante-aceptores. Los reactivos extractores de este tipo incluyen:

Cetonas, aldehídos, éteres, ésteres, sulfóxidos, óxidos etc.,

6


Los grupos funcionales, entre otros, son:

| | | | | | | ⎜

−C−O−C− ; −C−S−C− ; − C=S; − C=O ; −P=O; S=O

| | | | | ⎜

El equilibrio de extracción puede representarse de la forma siguiente:

MXq (ac) + mL(o) = MXq .mL(o)

Los extrayentes neutros también se han utilizado para la extracción de

ácidos minerales. Este tipo de mecanismo se le llama ónicos

TBP(o) + HA (ac) ↔ HA:TBP(o)

⎜

⎯ P→O……HA

⏐

Como se observa el reactivo extractor posee grupos funcionales con

pares de electrones libres a través de los cuales se produce el enlace

donante-aceptor. Entre las cetonas se destaca el empleo de

metilisobutilcetona (MIBC) en la extracción de metales (6).

Extracción con extrayentes básicos.

Los llamados extrayentes básicos corresponden a aminas de alta masa

molecular. Estas pueden ser primarias, secundarias, terciarias y bases de

amonio cuaternarias según el número de radicales orgánicos que posean

(RH2N:, R2HN:, R3HN:, R3NH+).

7


Las aminas constituyen un grupo muy estudiado debido a sus múltiples

aplicaciones industriales (13). Estas bases se protonan en medio ácido

según el siguiente equilibrio:

R3N:(ac) + HA (ac) = R3NH+(ac) + A-

(ac)

Las bases protonadas así obtenida participan en procesos químicos tales

como:

• Intercambio aniónico:

n[(R3NH+)A-] (o) + MBm-n

(ac) = [(R3NH+)nMBm-n] (o) +nA-

• Adición:

n[(R3NH+)A-] (o) + MAp(ac) = [(R3NH+)nMA-(p+n)] (o)

En la práctica no siempre se utiliza una sola amina o su sal como reactivo

extractor, sino mezclas de ellas que se conocen como mezclas técnicas.

También se han empleado con excito mezclas de ácidos y aminas u otros

reactivos extractores, las cuales presentas ventajas relacionadas con la

zona de pH de extracción (14).

Ejemplo:

Co2+ (ac) + 2RCOOH(o) + Am(o) = Co(OOCR)2 Am.xH2O(o) +2H+

(ac)

8


1.3 Extracción y su combinación con técnicas analíticas. 1.3.1 Generalidades

El método de extracción es una de las herramientas de trabajo más importante

para el químico. La extracción líquido-líquido presenta posibilidades para la

separación y purificación de diversas sustancias, tanto a escala industrial como

de laboratorio, pudiendo ser empleada como:

• Método de separación, donde es posible extraer una especie individual o

un conjunto de ellas. Esta variante es de gran importancia práctica puesto

que permite separar impurezas, extraer grupos de elementos afines, etc.

(14-16).

• Método de determinación analítica combinado con otras técnicas.

La combinación del procedimiento de extracción con diferentes técnicas de

cuantificación de la sustancia de interés analítico, constituye un campo amplio

dentro de las técnicas combinadas de análisis que ofrece múltiples posibilidades

de aplicación y se encuentra en un proceso de desarrollo continuo. De particular

interés resultan aquellas en las que la determinación se realiza directamente en

la fase orgánica. Dentro de las técnicas analíticas empleadas con este fin se

encuentran: Extractofotometría, extractopolarografía, extractopotenciometría,

extractocromatografia y otras. Así por ej. T. Eldem, N. Arican-Cellat

recientemente realizaron la determinación analítica de amfotericin B en plasma,

empleando extracción en fase sólida combinada con HPLC y R. Draisci, C.

Marchiafava investigaron la determinación de residuos cortiesteroides mediante

técnicas combinadas de análisis, mientras Draisci y otros colaboradores

determinaron pequeñas cantidades de nitrofuranos en huevos empleando

técnicas cromatográficas combinadas con espectrofotometría y espectrometría

de masa (3-5).

• Método de concentración:

El método de extracción líquido-líquido permite elevar la concentración de uno o

más componentes de manera absoluta o relativa cambiando la relación de

volúmenes de fases. Este procedimiento conlleva a la concentración de la

9


especie a determinar en fase orgánica, disminuyendo el límite de detección de

la técnica combinada en cuestión (17 y 18).

Una ventaja importante de ésta técnica que la distingue de otras clásicas como

la precipitación, recristalización fraccionada, etc., es el hecho de poder organizar

el proceso de extracción de manera continua y por tanto con mayor

productividad y economía, siendo además un método rápido y sencillo.

1.3.2 Extractofotometría

La extractofotometría es una de las técnicas combinadas que más se emplean

en la práctica, puesto que no requiere de equipos costosos. Este método se

basa en la extracción de quelatos hacia la fase orgánica y la medición de su

absorción en la región (UV-VIS) del espectro. Esta propiedad se mide

directamente en el extracto a la longitud de onda seleccionada, siendo

numerosos los artículos reportados que aplican el mismo (19 y 20). Para realizar

la determinación analítica de la especie química correspondiente, es necesario

comprobar previamente el cumplimiento de la ley fundamental de la

espectrofotometría, denominada ley de Bouguer – Lambert – Beer. La misma se

basa en dos postulados esenciales:

1. Cuando un haz de luz, cuyos rayos son paralelos y monocromáticos incide

perpendicularmente sobre una superficie en un medio homogéneo, cada

capa o segmento infinitesimal de ese medio hace decrecer la intensidad de

la radiación incidente en una fracción constante.

10


El decrecimiento infinitesimal dI con el espesor del medio absorbente también

infinitesimal db, puede ser denotado mediante la expresión:

- dI =I

Kdb (1)

Donde:

K es una constante que depende de la longitud de onda y de la naturaleza del

medio, I es la intensidad de la radiación incidente y b es el camino óptico.

Una expresión análoga que relaciona la disminución de la intensidad de la

radiación, en condiciones similares a las anteriormente citadas, con la

concentración del medio absorbente, corresponde a la siguiente ecuación:

-dI/I = Kdc (2)

La combinación de las expresiones 1 y 2 integrada y expresada en forma

logarítmica es conocida clásicamente como ley de Bouguer- Lambert –Beer:

I0 =I

KcLog (3)

Para un camino óptico dado la tramitancia disminuye en progresión geométrica,

cuando la concentración aumenta en progresión aritmética.

La constante K depende de la longitud de onda, la naturaleza del medio y del

camino óptico.

Otra forma de expresar la ley anterior es:

A = abc (4)

Donde: A – absorbancia de la disolución.

a – constante para cada especie en particular que recibe el nombre de

absortividad molar o específica.

c – la concentración de la disolución, mol.L-1.

b – camino óptico

La absorbancia A, no es otra cosa que el logaritmo base 10 de la magnitud

conocida como transmitancia:

11


IoILogA −=

(5)

La interacción de la radiación monocromática con las especies que absorben

energía radiante, permite el establecimiento de las relaciones funcionales (curva

de calibrado) entre las magnitudes A y C(x), en determinado rango de

concentración en el que se cumple la ley, lo que constituye el basamento de la

extractofotometría si la medida de la absorbancia se realiza en el extracto (17).

Ventajas de la extractofotometría:

• Generalmente resulta más sensible que el método fotométrico en fase

acuosa, lo que puede incrementar por la reducción del volumen de la fase

orgánica respecto a la fase acuosa.

• Incrementa la selectividad con relación a la determinación de la

absorbancia en medio acuoso. Esta propiedad puede ser mejorada por

diferentes vías tales como: selección del solvente y condiciones de pH,

así como el empleo de agentes enmascarantes (5).

• Requiere de un equipamiento sencillo y puede ser automatizado.

Las ventajas anteriormente señaladas son de gran importancia para el análisis

de trazas, lo cual es de mucho interés en diversas ramas como la Industria

Electrónica, el control de contaminantes del medio ambiente, la determinación

de trazas de metales en agua, etc.

Efecto del reactivo

Al aplicar el método extractofotométrico es necesario comprobar la posible

absorción del reactivo extractor en la región del espectro considerada. Si el

ligando no absorbe en dicha región no existen interferencias espectrales

respecto al complejo, pero cuando este absorbe hay que tener en cuenta la

posición de la banda correspondiente. En el caso en que ambas absorbancias

12


sean cercanas, resulta necesario reextraer el exceso del reactivo extractor, lo

que frecuentemente se realiza en medio básico (7).

Estabilidad del color de extracto.

Al estudiar un método extractofotométrico es necesario tener en cuenta la

estabilidad del color en el extracto, investigando su posible variación al

transcurrir el tiempo.

Puesto que la extracción se realiza en un sistema heterogéneo, la estabilidad del

compuesto a extraer depende de varios factores, relacionados tanto con la

naturaleza de la fase acuosa como con la fase orgánica. Así por ejemplo en la

fase orgánica pueden ocurrir cambios en el estado de oxidación del metal, así

como interacciones con el solvente orgánico, descomposición del reactivo

extractor etc., cuyos productos pueden afectar la estabilidad del complejo.

Por otra parte hay que tener en cuenta factores externos como la luz, el oxígeno,

el recipiente en que se almacena, entre otros (6).

1.4 Características de la piridina: La piridina en condiciones ambientales es un líquido incoloro de olor

característico y su fórmula estructural corresponde a la siguiente:

Es una sustancia muy higroscópica que forma hidratos tales como el

C5H5N.3H2O, de temperatura de ebullición 115 oC (21 y 22).

Las principales características químico- físicas de dicha amina se refieren en la

tabla siguiente:

13


Tabla: 1 Datos y parámetros que caracterizan la piridina

Fórmula empírica: C5H5N:

Masa molecular relativa: 79,10 g

Densidad, g/cm3 0, 819

Viscosidad dinámica, mPa*s (20 0C) 0,95

Índice de refracción (n20D) 1,5092

Constante dieléctrica (25 0C) 12,3

Momento de dipolo, Cm (20 o C) 0.73.10-24 ( 2.2 D)

Temperatura de ebullición, °C 115,5

Temperatura de fusión, °C -41,8

Presión de vapor, hPa a 20°C 20,5

Temperatura de inflamación, °C 23

Temperatura de autoignición, °C 482

Límites de explosión, % V (56-350 g/m3)

1,7-10,6

14


La amina ya mencionada presenta un parecido más acentuado con el

benceno que con los heterociclos de 5 átomos: la molécula es hexagonal y

plana. Ésta tiene, como el benceno, tres pares de electrones Π deslocalizados.

La piridina es una base muy débil con una Kb = 2,3 10-9, lo que es

consecuencia de la presencia del par de electrones no compartidos retenidos

fuertemente en un orbital sp2, resultando menos disponibles que en las aminas

alifáticas (22).

La reactividad química de la amina antes mencionada se manifiesta en su

reacción con agentes oxidantes atacando materiales plásticos y diversas

gomas.

La piridina técnica está mezclada con picolinas y otras sustancias. Se utiliza

como desnaturalizante del etanol, como solvente en el laboratorio y en la

industria para la obtención de sales orgánicas y sustancias químicas. La misma

forma parte de la síntesis de gran cantidad de medicamentos, alcaloides,

colorantes, desinfectantes, herbicidas e insecticidas.

1.5 Peligrosidad de la piridina. Esta amina es relativamente inflamable como se observa de los datos

reportados en la tabla 1. Resulta nociva por inhalación, ingestión y contacto con

la piel (23 y 24). En estado gaseoso o en forma de vapor origina mezclas

explosivas con el aire. En caso de incendio puede producir gases nitrosos por

descomposición. Esta amina no debe ponerse en contacto con materiales como:

fluor, halogenuros de halógenos, cromatos, percromatos, óxido de cromo (VI),

ácido nítrico, peróxidos, óxidos de nitrógeno, sulfóxidos y anhídridos.

En el Anexo 13 se refieren las medidas de protección e higiene así como la

forma de proceder en caso de accidente.

1.6 Efectos sobre la salud de los seres humanos. La piridina es un tóxico nervioso e irritante local que afecta especialmente los

ojos y mucosas. Dentro de los síntomas típicos de la intoxicación con esta amina

15


se encuentran: mareos, dolor de cabeza, vómitos, enrojecimiento de la piel y

parálisis de los nervios de la cabeza. En los mamíferos se presentan efectos

adversos cuando hay exposición prolongada, ya que se inhibe el metabolismo

del amoníaco en el cerebro, el hígado y los riñones. La concentración máxima

permisible en el aire es de 0.05 μg/mL (25).

Los vapores de piridina actúan como irritantes de las mucosas, principalmente

en los ojos y vías respiratorias. Además este compuesto puede producir

dermatitis.

1.7 Características toxicológicas de la piridina. Toxicidad aguda

La dosis letal media DL50 expresada en mg/Kg de peso es de 1580 para ratones

y 891 para ratas. La CL50 (inhalativo en ratas) es de 4000 ppm (V)/ 4h y la DL50

(dérmica, conejos) de 1121 mg/ kg(26).

Síntomas específicos, en ensayos sobre animales:

• Test de sensibilización (cobaya): sin efecto sensibilizante.

• No teratógenico en experiencias con animales.

• Mutagenesidad bacteriana.

• Test de Ames: negativo.

Informaciones adicionales sobre toxicidad:

• Test de inhalación: irritaciones leves.

• En contacto con la piel: irritaciones leves y riesgos de absorción.

• Ingestión: nauseas, cefaleas, intranquilidad, insomnio. Cuando la dosis es

elevada produce efectos sobre el sistema cardiovascular, colapso y

narcosis.

• La administración crónica lesiona al hígado y los riñones.

16


1.8 Influencia ecológica de la piridina. Comportamiento en el medio ambiente:

Agua:

La piridina se disuelve por completo en el agua y forma mezclas tóxicas,

incluso estando muy diluida, constituyendo una amenaza para el agua. La

absorción continua de piridina puede incrementar el metabolismo de la

microflora, pero 0,5 mg/L ya es suficiente para suprimir los procesos que

generan nitrato y amoniaco. También la oxidación disminuye sensiblemente

alrededor de los 5 mg/L. El compuesto es estable en agua porque no se

produce hidrólisis. El límite de vertimiento en soluciones de suelos o cuerpos

de agua es de 10 μg/mL (27).

Efectos ecotóxicos:

• Efectos biológicos: perjudicial en organismos acuáticos.

• Toxicidad para peces: P promelas CL50: 93.8mg/L/96h (agua blanda).

• Toxicidad de dafnia: Dafnia magna CE50: 940 mg/L/ 48 h

• Toxicidad de bacterias: photobacterium phosphoreum, CE50: 210-740

mg/L/30 min test microtoxicidad.

Concentración tóxica límite:

• Toxicidad para las algas: Sc. Cuadricaud CL5 : 340 mg/L/ 16 h; 7d;

• Toxicidad de bacterias: Ps. Putida CE5: 340 mg/L/ 16 h;

• M. aeruginosa CE5: 28 mg/ mL/ 16 h;

• Protozoos: E. Salcatum CE5: 3.5 mg/ 72 h

Aire:

La piridina es un líquido tóxico y combustible que se evapora fácilmente

generando vapores inflamables más densos que el aire.

• Degradación abiótica. En el aire la degradación es lenta.

17


Comportamiento en sistemas ecológicos:

Suelo:

La piridina tiene gran movilidad. La aplicación combinada de esta amina y

fenol favorece la estabilidad de la primera en el suelo. Después de una

inhibición inicial del crecimiento de las bacterias, éstas se adaptan tanto en el

suelo como en los sistemas acuáticos. Concentraciones de 750 mg/kg en el

suelo pueden desaparecer al cabo de 4 meses.

1.9 Degradación, productos de la descomposición y tiempo de vida media. La piridina es notablemente móvil y se dispersa ampliamente en la hidrosfera y

atmósfera, debido a su hidrosolubilidad y la volatilidad; tiene poca tendencia a la

bioacumulación y geoacumulación Una vez absorbida, esta se distribuye

rápidamente por todo el cuerpo. La degradación metabólica se produce

fundamentalmente por metilación y oxidación a través del par de electrones

libres del átomo de nitrógeno. La N-oximetilpiridina ha sido identificada como

metabolito. Además, la sustancia es expulsada rápidamente del organismo:

concentraciones de 0,4 g/kg de peso corporal se eliminan completamente en el

transcurso de 3 días (27).

1.10 Técnica analítica desarrollada en el trabajo. 1.10.1 Antecedentes.

En la literatura se reportan numerosas técnicas analíticas para la determinación

de piridina entre las cuales se encuentran:

1. Por valoración ácido-base con detección visual en un medio salino

concentrado.

La piridina puede ser determinada por valoración con un ácido fuerte en

presencia de cloruro de litio de concentración correspondiente a 8 mol/L,

empleando azul timol como indicador (7).

18


2. Valoración potenciométrica.

En la literatura se refieren numerosas variantes para la determinación

potenciométrica de piridina en medio no acuoso que en agua, en el cual dicha

sustancia revela propiedades básicas más fuertes (28).

Las bases heterocíclicas mono-funcionales pueden ser valoradas con ácido

perclórico en medio acético, si su constante de disociación en agua no es menor

que 10-12. Gyenes y colaboradores recomiendan una mezcla de clorobenceno

con ácido acético como solvente más adecuado para la valoración de piridina,

alquilpiridina, quinoleína, isoquinoleína y otras, donde el punto de equivalencia

es determinado potenciométricamente o de manera visual con cristal violeta o

1-naftolbenceno (29).

Otro solvente que también se recomienda es el nitrometano, el que fue

seleccionado por investigadores del Centro de Bioactivos Químicos para ajustar

una técnica potenciométrica con el fin de cuantificar esta amina en muestras del

proceso de producción que allí se realiza; sin embargo no resultó una buena

variante en las condiciones empleadas (30).

3 .Determinación de piridina por gravimetría.

La reacción del reactivo de Dragendorff con la piridina conduce a la formación de

un precipitado rojo en medio ácido de fórmula NHCHBiI 554 ⋅ . La formación de

este precipitado puede ser empleada para la detección analítica de la base

mencionada.

Esta reacción también puede ser empleada para la determinación cuantitativa

de piridina si una muestra de la base es tratada con un exceso de reactivo, el

residuo es filtrado, secado convenientemente y pesado (31).

4. Determinaciones espectrofotométricas

Región ultravioleta del espectro.

Se fundamenta en la mediada de la absorbancia de esta amina a la longitud de

onda correspondiente a la máxima absorbancia de la misma, mediante la

confección de una curva de calibrado (32).

19


Región visible

En la literatura se reportan varias técnicas analíticas para la determinación de

piridina por espectrofotometría en la región visible. Así por ejemplo el p-N-

dimetilaminobenzaldehido reacciona con piridina originando un producto

coloreado, lo que varía en función de los componentes del sistema (33-35). Este

reactivo mezclado con ácido sulfúrico-tolueno resulta púrpura brillante, mientras

que en presencia de ácido sulfúrico-tolueno-alcohol etílico se torna incoloro lo

que sirve de base al desarrollo de técnicas espectrofotométricas si se cumple la

ley de Bouguer – Lambert – Beer en las condiciones de trabajo.

5. Extractofotométrica por formación de complejos mezclados

Indirecta

Determinación indirecta de piridina mediante la determinación

extractofotomètrica del exceso de Ni2+, con pirazolina no metilada.

Esta técnica se basa fundamentalmente en la adición de tiocianato de potasio y

exceso de Ni(II) a una solución que contiene piridina, separando el complejo

formado por filtración. El Ni (II) presente en el filtrado se extrae de forma

sucesiva con disolución de pirazolina no metilada en cloroformo a pH constante

y se mide la absorbancia directamente en el extracto a 595 nm (36).

Directas

Determinación de piridina empleando como extrayente ácidos carboxílicos en

cloroformo.

En la literatura se reporta la extracción de cobre (II) con piridina y ácidos

carboxílicos tales como el octanóico y el salicílico (37 y 38). En el primer caso se

propone una técnica extractofotométrica para determinar el contenido de cobre

en aceros empleando como extrayente α-picolina y ácido octanóico disueltos en

cloroformo (37), mientras en el segundo se estudia la distribución del complejo

formado en el sistema: Cu (II)- piridina – ácido salicílico, recomendando las

condiciones de pH en las que se logra una buena extracción de Cu (II). Más

recientemente se reporta el desarrollo de una técnica analítica para la

20


determinación de piridina con ácido salicílico en cloroformo basada en la

formación del complejo mixto ya referido, que puede ser extraído de manera

sucesiva con cloroformo o tetracloruro de carbono, en condiciones de pH de la

fase acuosa constante(38). El equilibrio de extracción para este sistema puede

representarse mediante la siguiente ecuación:

Cu2+ (ac) + p PyC6H5OCOOH(o) + (n-p) C6H5OCOOH(O) = CuPyp (OOC

C6H5O)n (o) + nH+

Donde: Py = piridina

El rango de concentraciones de piridina donde se cumple la ley de Bouguer

Lambert Beer es de 150-450 ppm y se pueden determinar concentraciones

hasta de 60 ppm mediante el método de adición de estándar. Esta técnica fue

aplicada a la determinación de piridina en etanol de purificación de 2-bromo-5-

(2-bromo-2-nitrovinil)-furano (G-1)(38).

Por otra parte en la literatura se reportan datos sobre la determinación de

cationes divalentes por métodos colorimétricos, nefelométricos y turbidimétricos,

basados en la formación de complejos escasamente solubles con tiocianato y

bases de alta masa molecular (metil violeta y rodamina) (39).

La piridina forma un gran número de compuestos metalorgánicos de

composición estable que pueden ser empleados para la detección cualitativa y

cuantitativa de esta amina y de los cationes correspondientes. En la tabla

siguiente se muestran algunos ejemplos de estos complejos mezclados (35):

21


Tabla 2: Complejos metálicos con ligandos mezclados

Ion metálico

Ligandos Fórmula del complejo precipitado

Cd2+ Cd(C5H5N)2(SCN)2

Cd2+ Cd(C5H5N)4(SCN)2

Cu2+ Cu(C5H5N)2(SCN)2

Hg2+ Ni(C5H5N)4(SCN)2

Mn2+

SCN-

Mn(C5H5N)4(SCN)2

Ni2+

Piridina

Cr2O72- Hg(C5H5N)2Cr2O7

La composición de los complejos en que interviene el tiocianato y la piridina

responde, por lo general a la fórmula siguiente: (MeII Pyn) (CNS)2. Estos son, en

muchos casos poco solubles en medio acuoso sirviendo de base para la

determinación gravimétrica de los respectivos iones metálicos (39).

Tomando en cuenta que estos complejos son solubles en solventes orgánicos y

en algunos casos absorben en la región VIS del espectro, ha sido evaluar el

desarrollo de técnicas extractofotométricas para la determinación de la

concentración de algunos de los ligandos presentes (40).

1.10.2 Fundamento de la técnica extractofotométrica empleada en el trabajo.

La técnica analítica desarrollada en el trabajo se basa en la formación y la

posterior extracción de un complejo mezclado formado por el ion Cu(II) como

átomo central e integrado además por la piridina y el ion tiocianato como

ligandos. Este complejo origina un extracto coloreado, cuya absorbancia puede

ser medida en la región VIS del espectro en dicha fase a la longitud de onda de

máxima absorción del complejo. Este procedimiento permite determinar la

concentración de piridina en la fase acuosa, mediante una curva de calibrado o

por la adición de un patrón en las condiciones seleccionadas.

22


La siguiente ecuación química representa el equilibrio de extracción del sistema

considerado:

Cu2+ (ac) + 2 Py ( ac) + 2SCN-

(ac) = [Cu(SCN)2 (Py)2 ] (o)

Donde: Py = C5 H5N:

1.11 Técnicas cromatográficas utilizadas en el trabajo. Las técnicas cromatográficas en general se basan en la separación de

moléculas por procesos de migración diferencial (diferentes velocidades de

transportación de moléculas) de una mezcla arrastradas en una fase móvil a lo

largo de una fase estacionaria (7).

Hay diferentes tipos de técnicas cromatográficas entre las que se encuentran:

Cromatografía de papel, de capa delgada (CCD), cromatografía líquida de alta

resolución (HPLC), cromatografía gaseosa (CG) etc.

1.11.1 Cromatografía de capa delgada (CCD). Las primeras aplicaciones de la cromatografía con fines analíticos fueron la

correspondiente a papel y capa delgada y actualmente continúan siendo

herramientas de trabajo indispensable para el químico. Así por ejemplo se

emplea mucho en química orgánica para seguir el curso de una reacción, el

agotamiento de las materias primas, los productos de reacción etc. (41-43).

También se utiliza ampliamente en el campo del análisis para el desarrollo de

técnicas cuantitativas en matrices complejas, la determinación de la composición

de las matrices objeto de análisis etc. (44-51). Recientemente se han

desarrollado nuevas técnicas analíticas para cuantificar principios activos como

el G-1 y el G-O (2(-2- nitrovinil furano) en residuales y muestras del proceso

productivo de la Planta de Producción de Bioactivos Químicos, de la región

central de Cuba, utilizando CCD (52 y 53).

Dentro de las ventajas que presenta la cromatografía de capa delgada frente a

otros métodos cromatográficos está la simplicidad del equipamiento, consumo

23


de reactivos de menor coste, el tiempo necesario para conseguir la separación

que es mucho menor que el empleado en cromatografía de papel, columna etc.

Con esta técnica se logra excelente nitidez y alta sensibilidad.

En el método de CCD la separación de las sustancias se lleva a cabo sobre una

pequeña superficie de la fase estacionaria adherida sobre un soporte de

sustancias porosas tales como: silicagel, alúmina, poliamidas etc. En

dependencia de la composición del absorbente y del disolvente empleado la

separación de las sustancias puede ocurrir por diferentes mecanismos tales

como: adsorción, distribución, intercambio iónico, filtración gel etc.

Los campos fundamentales de aplicación de la CCD se corresponden con la

cromatografía de adsorción. La toma de la muestra y la introducción de la fase

móvil se realizan de modo análogo que en el método de la cromatografía de

papel.

Descripción del proceso de adsorción

La muestra aplicada sobre la capa es adsorbida en la superficie del material por

la acción de fuerzas electrostáticas (fuerzas de van der Waals, puentes de

hidrógeno, efectos inductivos, etc.). Luego, cuando la capa es expuesta a un

flujo por acción capilar, se inicia una competencia entre los sitios activos del

adsorbente y la sustancia con el solvente.

1.11. 2 Cromatografía líquida de alta resolución, HPLC.

La cromatografía líquida de alta resolución es actualmente la técnica de

separación más ampliamente utilizada en los laboratorios modernos, siendo una

de las herramientas analíticas más importantes para separar y detectar

compuestos químicos (54-58). Se caracteriza por su versatilidad y amplio

campo de aplicación.

Los componentes de la muestra, previamente disueltos en un disolvente

adecuado (fase móvil), son forzados a atravesar la columna cromatográfica

gracias a la aplicación de altas presiones. El material interno de la columna (fase

estacionaria) está constituido por un relleno capaz de retener de forma selectiva

los componentes de la mezcla. La resolución de esta separación depende de la

24


interacción entre la fase estacionaria y la fase móvil, pudiendo ser variada a

través de la elección de diferentes mezclas disolventes y distintos tipos de

rellenos. Como resultado final, los componentes de la mezcla salen de la

columna separados en función de sus tiempos de retención en lo que constituye

el cromatograma. A través del cromatograma se puede realizar la identificación

cualitativa y cuantitativa de las especies separadas.

Tipos de cromatografía líquida de alta resolución.

Los tipos de cromatografía líquida de alta resolución más conocidos son: de

fase normal, de fase reversa ( RP), RP de supresión iónica, RP par iónico, de

intercambio iónico, SEC( Sieve exclusión chromatography ) de filtración en gel,

permeación a través de un gel y cromatografía de afinidad.

Cromatografía de fase reversa

Este tipo de cromatografía de alta resolución es la más utilizada, alrededor del

60 % de las separaciones son realizadas por este modo cromatográfico.

En este modo la fase móvil es más polar que la fase estacionaria y las fuerzas

de atracción son dominantes entre ellas. La fase estacionaria está compuesta

por un hidrocarburo inerte, siendo la única interacción con el soluto hidrofóbica

y la selectividad está dominada por el efecto del solvente.

Esquema del cromatógrafo de HPLC:

25


Breve descripción de las partes del equipo.

1. Recipiente para la fase móvil: Reservorio para el sistema de solventes

puros.

2. Bomba: Aditamento que garantiza el flujo constante y adecuado de

solvente. De no ser constante se producirían pérdidas de

reproducibilidad.

3. Inyector: Dispositivo para introducir la muestra en el cromatógrafo

4. Termostato: Aditamento que tiene como función regular la

temperatura de la muestra.

5. Columna: En las mismas se produce la separación de las sustancias.

Existen diferentes tipos según el objetivo del trabajo, ejemplo.

• Analíticas: para separar

• Preparativas: para purificar

6. Detector: Proporciona una señal que indica que la sustancia ha sido

separada. Existen muchos tipos y se eligen según la naturaleza de la

muestra.

• UV

• UV-Visible

• Fluorescencia

• Electroquímicos

• Índice de refracción (carbohidratos)

• Arreglo de diodos (DAD)

9. Colector de fracciones: se usa con fines preparativos

10. Medidor de flujo: Es un instrumento de medición que proporciona datos

sobre el flujo de la fase móvil.

26


Solventes en HPLC (59).

El sistema de solventes empleados constituyen la fase móvil FM y debe disolver

totalmente la muestra sin destruirla. Además debe ser compatible con la fase

estacionaria (FE) y el sistema de detección. Las mismas son típicamente agua o

mezclas de ellas con algunos modificadores como el acetonitrilo, metanol y el

tetrahidrofurano. Los flujos de fase móvil más empleados generalmente se

encuentran entre 0.5 y 2 mL/min.

Requisitos generales para los solventes empleados en cromatografía:

Para seleccionar el solvente a emplear deben tenerse en cuenta diversos

factores tales como:

• Elevada pureza y estabilidad.

• Capacidad para disolver la muestra

• Que sea miscible con otros solventes para formar mezclas útiles

• Que no degrade o disuelva la fase estacionaria

• Baja toxicidad.

• Debe ser compatible con el detector utilizado. Así cuando se emplea un

detector UV debe presentar transparencia óptica.

• Baja viscosidad para reducir las caídas de presión

• Elevado poder de elusión para lograr una buena separación.

• Disponibilidad comercial

• Precio

1.12 Consideraciones acerca del diseño experimental. 1.12.1 Generalidades

El diseño de un experimento es el procedimiento de selección del número de

vías y condiciones suficientes y esenciales para dar solución a un problema

planteado con la precisión requerida y un error en la determinación de los

efectos de interés menor que otros métodos.

Es frecuente que los químicos necesiten enfrentarse a numerosos problemas

relacionados con la realización de experimentos más o menos costosos y

27


complejos con el objetivo de obtener información sobre el sistema en estudio.

Muchos son los ejemplos que pueden citarse al respecto: la síntesis de una

reacción, las condiciones de realización de un experimento, la influencia de

factores sobre las propiedades químico-físicas de un producto y otras. En la

mayoría de estos problemas químicos, se investiga cómo influyen diferentes

condiciones de realización sobre una propiedad o característica del sistema

investigado.

Los métodos de diseño de experimento permiten sistematizar la forma de

realización de las corridas experimentales y obtener la máxima información

posible con la mínima cantidad de experimentos.

La importancia de un diseño de experimento radica en que disminuye, de forma

considerable, la inversión de tiempo, recursos materiales y humanos, estudia la

variación simultánea de las variables determinantes del proceso, utiliza un

aparato matemático que formaliza muchas acciones del experimento

(planificación, preparación y realización) y brinda estrategias claras, luego de

tomar decisiones sustentadas a partir de cada serie de corridas experimentales.

En Química y Tecnología Química, el diseño experimental se utiliza

fundamentalmente en dos direcciones:

• Para el estudio de los mecanismos de procesos complejos y de las

propiedades de sistemas multicomponentes.

• Para la optimización de los procesos y propiedades de los sistemas

multicomponentes.

Para realizar un diseño de experimento es necesario conocer el objeto de

investigación, para lo cual se establece un método cibernético que consta de los

parámetros de optimización y de los factores.

Un parámetro de optimización debe ser: efectivo desde el punto de vista

investigativo, de naturaleza universal, cuantitativo y expresado mediante un valor

único así como efectivo estadísticamente.

28


1.12.2 Algunos conceptos generales relacionados con el diseño factorial

experimental (60-62):

Factor:

Las variables independientes que influyen o pueden influir sobre un proceso

investigativo determinado son conocidas con el nombre de factores.

En un proceso químico los factores pueden ser: la temperatura, la presión, el pH,

la concentración de un reactivo, el tiempo de reacción, etc. Las variables son

designados con la letra X, o sea: X1, X2,... Xn, correspondientes a los factores 1,

2,... n respectivamente.

Función respuesta:

Cuando se realiza un experimento, los resultados se expresan a través de una o

más variables dependientes, por ejemplo en Química: el rendimiento de una

síntesis, la pureza de un reactivo que se obtiene o se purifica, el costo de un

proceso de síntesis, entre otros. Estas propiedades que generalmente

constituyen el blanco u objeto de estudio, son conocidas como función respuesta

y se representan con la letra Y.

La función respuesta depende de los factores y puede expresarse como:

Y = f(X1, X2,...., X n)

Nivel del factor:

Es el valor que puede tomar un factor; y el conjunto de factores que condicionan

una vía.

Superficie de nivel:

La forma geométrica de la función respuesta como función de los factores, es

conocida como superficie de nivel.

Espacio factorial:

Se denomina así al espacio comprendido por los ejes del sistema de

coordenadas en que se representan los valores de los factores.

29


1.13 Características fundamentales de los métodos analíticos (63-65).

Las características de funcionamiento de un método analítico comprenden todos

los datos y resultados experimentales que demuestran su aptitud para el uso al

que se destine, siendo considerados los siguientes grupos:

Características de practicabilidad: Son las que deciden si el procedimiento es

fácil o difícilmente realizable en la práctica. Los parámetros de practicabilidad se

evalúan en la fase de desarrollo del método analítico: tiempo, costo, tamaño de

la muestra, calificación del personal, tipo de equipo e instrumentación,

condiciones de seguridad, etc.

Características de idoneidad: Son el conjunto de parámetros que garantizan que

el sistema responde, en el momento de los análisis, a los requisitos fijados en la

validación del método. La idoneidad verifica el buen funcionamiento del sistema

(instrumento y método) en el momento de uso.

Características de fiabilidad: Son las que demuestran la capacidad de un método

analítico para mantener a lo largo del tiempo los criterios fundamentales de

validación, los parámetros que expresan la fiabilidad de los métodos analíticos

son: linealidad, precisión, exactitud, sensibilidad y especificidad.

Linealidad.

Se entiende como linealidad, la capacidad de un método analítico de obtener

resultados linealmente proporcionales a la concentración del analito en la

muestra, en un intervalo determinado. Dentro de este término se incluye la

proporcionalidad entre la concentración y la respuesta, así como el intervalo o

rango de concentraciones de la sustancia para las cuales el método es

satisfactorio.

Test de linealidad.

- Coeficiente de variación de los factores de respuesta ( CVf).

El factor de respuesta (f) es la relación entre la lectura y la concentración. Para

una concentración determinada el factor respuesta puede tomarse como una

expresión aproximada de la sensibilidad de calibrado a esta concentración. En

una calibración lineal, los factores respuesta deben ser semejantes entre sí y

30


cercanos al valor de la pendiente, por este motivo se puede tomar el CVf como

una expresión de linealidad.

Se considera que valores del CVf superiores al 5% indican falta de linealidad.

El coeficiente de variación de los factores respuestas se obtienen según:

CVf Sff

= ⋅100

- Significación estadística de la varianza de la pendiente.

La pendiente se conoce también como coeficiente de regresión, a mayor

pendiente mayor sensibilidad.

Para expresar la linealidad, se utiliza el coeficiente de variación de la pendiente

el cual debe ser menor que el 3%.

Este parámetro se determina según:

CVm Smm

= ⋅100

Test de proporcionalidad.

El valor de b, intersección con el eje de las coordenadas, indica el error

sistemático del método, en el caso ideal debe ser cero.

Parámetros analíticos que caracterizan la precisión de la técnica

La precisión es el grado de concordancia entre los valores de una serie repetida

de ensayos analíticos, efectuado sobre una muestra homogénea. La precisión

se expresa matemáticamente por el coeficiente de variación (CV), a través de la

repetibilidad y de la reproducibilidad de la técnica.

Del término precisión del método se pueden distinguir dos tipos de estudios:

Repetibilidad: Es la medida de la precisión de un método efectuado en las

mismas condiciones, sobre la misma muestra, por un mismo analista, en un

mismo laboratorio, con los mismos aparatos y reactivos y en el curso de la

misma serie de análisis efectuados en un corto intervalo de tiempo

(generalmente el mismo día).

El ensayo de repetibilidad del método se efectúa sobre una serie de porciones

de una muestra homogénea que se analiza desde el principio (preparación de la

31


muestra) hasta el final (lectura de los resultados) por el mismo analista y el

mismo instrumento. El numero de repeticiones del análisis deberá ser superior a

5 y la concentración del analito en la muestra problema suele ser similar a la

nominal o declarada.

El criterio seleccionado para evaluar la repetibilidad depende del tipo de muestra

a ensayar, del criterio del investigador etc, .En este caso fue seleccionado el

valor de: CV≤ 3%.

Reproducibilidad: Es la medida de la precisión de los resultados de un método

analítico efectuado sobre la misma muestra pero en condiciones diferentes

(diferentes analistas, aparatos, días, etc.). Cuando además, los laboratorios son

distintos se habla de precisión ínter laboratorios.

La reproducibilidad global se determina por el coeficiente de variación. Si se

desea estudiar el efecto de cada uno de los tres factores (día, analista,

instrumento) por separado, deberá realizarse un análisis de varianza.

Para este tipo prueba, al igual que para la repetibilidad el criterio del coeficiente

de variación no siempre es el mismo, siendo seleccionado en este caso el valor

de: CV≤ 5%( 64).

Expresión de la precisión de un método analítico.

Desviación estándar y coeficiente de variación.

La precisión se expresa matemáticamente por la desviación estándar o

preferiblemente por el coeficiente de variación (desviación estándar relativa). El

valor aceptable de precisión de un método depende de la concentración del

analito y del número de repeticiones del análisis.

Límites de confianza.

I.- De los resultados individuales.

El límite de confianza en este caso es igual a la media ± la desviación estándar

multiplicada por la t de student (X ± tS), siendo t el valor de la t de student

tabulada para n-1 grados de libertad y una significación generalmente del 95%.

II.- De los resultados promedios.

Los límites de confianza de la media de una serie de resultados son X ± t Sx

siendo Sx la desviación estándar de la media.

32


Exactitud

La exactitud indica la capacidad de un método analítico para dar resultados lo

más próximo posible al valor verdadero.

Matemáticamente, la exactitud se expresa en forma del porcentaje de

recuperación de la cantidad de analito presente en la muestra, o bien, en forma

de la diferencia entre el valor hallado y el verdadero. Estadísticamente se

efectúa un test de Student.

donde:

S

nXXvt

−=exp

En esta fórmula Xv es el valor verdadero, X el valor medio, n es el número de

determinaciones y S es la desviación estándar.

Si texp < tab para la probabilidad escogida (p = 0.05) y n-1 grados de libertad,

significa que ambos valores son estadísticamente semejantes y que el método

analítico tiene la exactitud requerida.

Otra vía para la comprobación de la exactitud es mediante la comparación

estadística de los valores medios obtenidos por dos técnicas, una de las cuales

es la que se quiere validar.

33

Capítulo II: Parte experimental


2.1 Reactivos y disoluciones.

Reactivos:

Sulfato de cobre anhidro.

Tiocianato de sodio.

Cloroformo.

Piridina.

Agua destilada.

Todos los reactivos empleados son de calidad puros para análisis (p.a).

Disoluciones:

Disolución de CuSO4 anhidro 0.02 mol/L.

Disolución de NaSCN 0.02 mol/L.

Disolución de piridina de concentración 1500 ppm.

Equipos:

Espectrofotómetro marca SPEKOL, equipado con cubetas de 5 cm de

espesor de la capa absorbente A.

pH-metro, Metrhom E-510.

Procedimiento general.

La metodología general consiste en tomar alícuotas de la disolución de piridina

(py) en embudos separadores de 150 mL de capacidad, a los cuales se añaden

cantidades adecuadas de agua destilada y de disoluciones de Cu (II) y de SCN–

respectivamente. El volumen de la fase acuosa es constante e igual a 20 mL.

El complejo formado se extrae de manera sucesiva, mediante la adición de

porciones de 5 mL de cloroformo agitando en cada caso durante 15 min. Los

extractos orgánicos son colectados en matraces aforados de 10 mL de

capacidad, completando el volumen con el disolvente puro y midiendo

posteriormente la absorbancia a la longitud de onda seleccionada.

34


2.2 Selección de las condiciones de trabajo. Longitud de onda:

Para seleccionar la longitud de onda de trabajo fueron registrados los espectros de

los extractos obtenidos al contactar cloroformo con soluciones acuosas de la

siguiente composición:

• Cu2+, SO42-

, piridina, Na+ y SCN- .

• Na+ y SCN –.

• Cu2+ y SO42- .

• Piridina.

• Piridina, Na+ y SCN-.

Después de extraer durante 15 min con agitación constante y separar las fases, se

procedió a registrar el espectro de absorción del complejo extraído en cloroformo,

en un intervalo de 200 – 500 nm, utilizando como blanco cloroformo.

Estudio del pH:

Para estudiar la influencia del pH se varió la acidez de la solución acuosa

inicial desde 4.5-7.5 unidades, empleando para ello hidróxido de sodio y ácido

clorhídrico; después de la extracción y separación de las fases, se midió la

absorbancia del extracto y el pH de equilibrio de la fase acuosa.

Estudio de estabilidad del complejo extraído:

Con el fin de seleccionar el tiempo adecuado par la medida de la señal analítica,

fue investigado el comportamiento del extracto clorofórmico al transcurrir el

tiempo, midiendo la absorbancia de este a intervalos de cinco minutos durante

cuarenta minutos.

Efecto de la cantidad de reactivos a emplear sobre la absorbancia del complejo:

Con el objetivo de analizar la influencia de las cantidades de reactivos a emplear

incluyendo, el ion acetato empleado en la preparación de sistemas buffer, se

utilizó un diseño factorial 23, cuyos factores y niveles se muestran a

continuación.

35


Tabla 3: Factores y niveles de diseño 23.

Niveles /V(x), mL Cu(II) ( SCN-) (Acetato)

Inferior 2 4 0.5

Superior 3 6 1

2.3 Procedimiento para realizar la curva de calibración: En una serie de 5 matraces aforados se miden exactamente, 1.0; 1.5; 2.25; 2.5;

3.0; 3.5 y 4.0 mL de la solución inicial de piridina; añadir en cada caso 6 mL de

disolución de tiocianato de sodio y 2 mL de la disolución de sulfato de cobre (II)

y se ajusta el volumen con agua destilada a un valor fijo.

Las disoluciones acuosas antes preparadas se contactan con 5.0 mL de

cloroformo, durante 15 minutos, agitando mecánicamente. La extracción se realiza

de manera sucesiva hasta que el extracto clorofórmico resulte incoloro; la fase

orgánica extraída es llevada a matraces de 10 mL y enrasada con cloroformo p.a,

leyendo la absorbancia en cubetas de 5cm de espesor, a la longitud de onda de

410 nm. El blanco utilizado fue cloroformo.

Con las lecturas de absorbancia y la concentración de piridina de cada

disolución se construye la curva de calibración.

2.4 Comprobación de algunos parámetros analíticos que caracterizan la técnica. Precisión y exactitud

Repetibilidad:

Para determinar la repetibilidad de la técnica fueron realizadas cinco réplicas de

un punto central de la curva en un mismo día y bajo las mismas condiciones.

Reproducibilidad

En este caso se realizaron réplicas correspondientes al punto medio de la

curva, en diferentes días, bajo las mismas condiciones.

Los criterios seleccionados para la aceptación de la repetibilidad y

reproducibilidad fue el siguiente: CV≤3% y el 5% respectivamente (63-65).

36


La exactitud fue evaluada mediante el cálculo del recobrado, tomando como

criterio de aceptación CV≤ 3% y 97 %≥ R≤ 103 %( 63-65).

Límite de cuantificación:

Para determinar el límite de cuantificación de la técnica fue evaluada la

precisión y la exactitud de la misma en los puntos correspondientes a las

menores concentraciones de piridina en la curva de calibrado en el rango de

18.75-105 ppm.

Estudio de interferencia

Taller de G-1

Se realizó un estudio de interferencia considerando las variables relacionadas

en la tabla siguiente, donde aparecen los niveles inferiores (NI) y superiores

(NS) de las mismas. El diseño experimental es factorial fraccionado 2 5-2 con los

siguientes contrastes para generar la matriz del diseño: X4 = X1 X2 ; X5 = X1

X2X3.

Tabla 4: Factores y niveles del diseño de interferencia

Niveles/V(x),mL Br2 KBr

CS2 G -1

Anhídrido acético(Anh A)

Factores X1 X2 X3 X4 X5

N.I 0.1 2 0 0 0.1

N.S 1 4 0.4 4 0.2

Taller de G-0

Se realizó el estudio de interferencias considerando las variables relacionadas

en la tabla siguiente donde aparecen los niveles inferiores (NI) y superiores (NS)

de las mismas. El diseño experimental corresponde a un factorial fraccionado

2 4-1 .

37


Tabla 5: Factores y niveles del diseño de interferencias.

Niveles/V(x),mL G-0 Nitro metano

furfural Isobutil amina

Factores X1 X2 X3 X4

N.I 0 0.57 0.57 0

N.S 2.28 1.42 1.42 1.42

2.5 Adición de estándar. Otra variante investigada fue la capacidad de la técnica para determinar

concentraciones de piridina inferiores a 105 ppm, para lo cual se tomó una

alícuota de la solución patrón de esta amina (1500 ppm), que contenga una

cantidad de la misma correspondiente a la región del centro de la curva y se

realizaron adiciones de la solución estándar de piridina en el intervalo de 10-90

ppm.

2.6 Aplicaciones. 2.6.1 Características cromatográficas (HPLC) de la piridina e impurezas

presentes.

Para determinar la concentración de piridina en los residuales objeto de

investigación primeramente se realizó un estudio cromatográfico tanto a la

solución patrón de piridina como a los posibles interferentes mediante HPLC,

determinando el tiempo de retención de cada uno de ellos cuando se emplea

acetonitrilo-agua como sistema de solventes. Las condiciones de operación del

cromatógrafo son las siguientes:

• Velocidad de flujo 0.3 mL/min.

• Tiempo de registro 15 min.

• Tipo de columna Hypersil BDC 150 mm de longitud.

38


• Diámetro 4.6 mm.

• Longitud de onda 255 nm.

• Fase móvil acetonitrilo: agua 80:20.

La metodología empleada en este caso consistió en:

1- Preparar una solución de piridina a una concentración de 20 ppm en un

matraz de 10 mL, enrazando con una mezcla de acetonitrilo-agua 80:20 y

registrando el cromatograma correspondiente por HPLC.

2- Preparar 6 soluciones de dichas interferencias por separado en las

condiciones anteriormente señaladas y registrar los cromatogramas

respectivos.

3- Preparar soluciones de piridina 20 ppm en presencia de posibles

interferencias, tales como nitrometano(NM), furfural(ff), G-1, G-0, disulfuro

de carbono y anhídrido acético en un matraz de 25 mL, completando el

volumen con la fase móvil descrita en el1. Seguidamente se corrieron los

cromatogramas correspondientes. 2.6.2 Estudio de la composición de las matrices de aplicación.

Una vez conocido el comportamiento cromatográfico del contaminante objeto de

estudio y los posibles interferentes, se estudió la composición del residual

compuesto por las corrientes procedentes de los diferentes talleres en fase

inicial y después de cada etapa del tratamiento aplicado para su desactivación,

mediante HPLC.

Posteriormente el residual fue sometido a un proceso de desactivación que

consta de las siguientes etapas :

• Pretratamienro.

• Tratmiento primario.

• Tratamiento secundario.

• Tratamiento terciario.

39


El siguiente esquema representa dicho proceso.

Pretratamiento 1

Tratamiento Primario 2

Tratamiento Secundario 3

Tratamiento Terciario 4

Filtración 5

ColasLicores

Aguas de lavado NaOH

Fe (III)Al (III);CaO; ClO -

CaO;ClO - Al (III)

Estabilización 6

Sedimentación 8

Lodos 9

Líquido de Vertimiento 7

,

Como se observa en el esquema el pretratamiento consiste en la adición de

NaOH ( con) al residual; mientras que en el tratamiento primario se adiciona de

CaO, alumbre de hierro (III) , Al2 (SO4 )3 e hipoclorito de sodio, originando un

precipitado que se filtra y se separa. El tratamiento secundario por su parte

consiste en adicionar solución acuosa de CaO , Al2 (SO4 )3 e hipoclorito de

sodio. A continuación se filtra y se le regula el pH con Al2 (SO4 )3 de 5-9

unidades, constituyendo este último paso, el tratamiento terciario.

Después de cada etapa de tratamiento se realizaron los siguientes experimentos

para conocer la composicion de la matriz:

40


• Registro del espectro en la región correspondiente a 200-500 nm (este

experimento se realizó después del tratamiento primario y terciario).

• Registro de un cromatograma por capa delgada empleando una placa de

sílica gel-60 para investigar la posible presencia de furfural, G-O y G-1(los

componentes señalados fueron investigados por esta vía después del

pretratamiento). El solvente utilizado fue cloroformo y el revelado se

realizó con vapores de yodo. El procedimiento empleado consistió en

aplicar un patrón de cada interferente investigado y la muestra en la línea

base de la placa y correr la misma con el solvente mencionado.

• Realización del ensayo de Meyer para investigar la posible presencia de

nitrometano en el residual antes y después del pretratamiento. Este

experimento consistió en tratar cada muestra con disolución alcalina de

nitrito de sodio, acidificar después con H2SO4 diluido y llevar a pH básico

con NaOH.

2.6.3 Determinación del contenido de piridina en los residuales.

Una vez conocida la composición de las matrices se procedió a realizar la

determinación analítica de piridina en el residual compuesto, después de cada

una de las diferentes etapas de tratamiento.

Procedimiento empleado en el pretratamiento.

Se prepararon 6 muestras del residual compuesto de 25 mL cada una, a las

cuales se le aplica el pretratamiento, se llevan a 50 mL en un matraz aforado, se

toman 14 mL en cada caso, se regula el pH a 5.5 unidades, empleando HCl de

concentración correspondiente a 1.2 mol.L- 1 y se procede a determinar la

concentración de piridina por extractofotometría y espectrofotometría

respectivamente. La longitud de onda de trabajo al aplicar la última técnica fue

de 240 nm. Simultáneamente se preperaron 6 patrones de piridina para lo cual

fueron tomados 23 mL de la solución de 1500 ppm y se procedió de la forma

descrita para la muestra, solo que tomando 4.79 mL de la solución obtenida

después del pretratamiento.

41


Procedimiento empleado después del tratamiento primario.

En el caso de la determinación de piridina después del tratamiento primario se

procedió de la siguiente forma: a una muestra de 50 mL del residual se le

realizó el pretratamiento y el tratamiento primario de la forma ya descrita, se

llevó a un volumen de 100 mL con agua destilada. De esta disolución se

tomaron 25 mL para cada determinación analítica, se le reguló el pH a 5.5

unidades y se realizó una adición de estándar de piridina correspondiente a

131.25 ppm, después se aplicó la técnica extractofotométrica desarrollada en el

trabajo, siguiendo el procedimiento descrito en el epígrafe 2.1. También se

realizó la determinación por espectrofotometría UV midiendo la absorbancia a

240 nm con el mismo número de réplicas .

Procedimiento empleado después del tratamiento terciario.

Una vez concluido el tratamiento treciario se determinó la concentracion de

piridina por espectrofotometría UV, empleando el método de adición de

estándar. La longitud de onda fijada para la medida de la absorbancia fue de

240 nm.

El procedimiento consistió en tomar 5 mL del residual tratado, adicionarle 1.3

mL de piridina de concentración correspondiente a 1500 ppm(equivalente a 40

ppm de esta amina) y transvasarlo a un matraz de 50 mL, realizando

posteriormente la medida de la absorbancia. Paralelamente se prepararon 5

patrones de piridina de 40 ppm y se midió la absorbancia a 240 nm con el

objetivo de estimar la concentración de piridina en el residual.

42

Capítulo III: Presentación y discusión de los resultados

Capítulo III: Presentación y discusión de los resultados.

3.1 Estudio de las condiciones de trabajo.

Selección de la longitud de onda.

La figura 2 muestra el espectro del extracto clorofórmico del complejo y sus

componentes.

igura 2: Espectro de los reactivos y el complejo.

l espectro del complejo mezclado presenta dos zonas de absorción, una entre

0

0.4

0.8

1.2

1.6

200 300 400 500

λ, nm

Abs

Cobre (II) SCN- y Pird

Complejo PiridinaSCN-

F E

230-300 nm y la otra alrededor de 400nm. En la primera absorben además del

complejo, las restantes especies presentes, por lo que la longitud de onda

seleccionada resultó de 410 nm. Los datos primarios correspondientes a los

espectros anteriormente representados se refieren en el anexo 1.

43


Efecto del pH

relacionan los valores de absorbancia obtenidos al variar el pH

Tabla 6: Estudio del pH.

En la tabla 6 se

de equilibrio.

pH(eq) Abs

4 0.04

4.5 0.062

5 0.152

5.5 0.166

6 0.165

6.5 0.164

7 0.064

l representar gráficamente dichos valores en función del pH se obtiene la

A

curva de distribución característica de este tipo de sistema, figura 3.

Figura 3: Estudio del pH de equilibrio.

0

0.1

0.2

3 5 7

pH

Asb

44


Como se observa de la figura anterior inicialmente se produce un incremento de

stabilidad del complejo extraído:

iar el comportamiento de la absorbancia del

Tabla 7: Datos del estudio de la estabilidad del complejo

la absorbancia del complejo hasta alcanzar una zona de saturación y

posteriormente una disminución de la misma. A partir de este estudio se

selecciona el pH de 5.5 unidades.

E

Los resultados obtenidos al estud

complejo en el tiempo se muestran en la tabla 7 y figura 4.

extraído.

Absorbancia Tiempo, min

2.073 5

2.070 10

2.072 15

2.068 20

2.074 25

2.077 30

2.099 35

45


2

2.05

2.1

2.15

2.2

0 10 20 30 40

t, min

Asb

Figura 4: Estabilidad de complejo extraído.

Como se observa la absorbancia del complejo extraído presenta un

comportamiento estable aproximadamente hasta los 30 min, por lo que las

medidas fueron realizadas antes de este tiempo.

Efecto de la cantidad de reactivos a emplear sobre la absorbancia del complejo:

Los resultados del diseño aplicado para el estudio de la evaluación de la

influencia de cobre (II), tiocianato y acetato sobre a absorbancia del complejo

extraído fueron procesados mediante el programa estadístico statgraphic plus

4.1, anexo2. Los datos correspondientes al análisis de varianzas se muestran a

continuación.

Tabla 8: Resultados del análisis de varianza.

Fuente de

variación

Suma de cuadrados

Grados de libertad

(g)

Cuadrado medio

Razón F

Probabilidad,

p(α= 0.05)

Acetato 0.0401861 1 0.0401841 1.73 0.2583

CNS- 0.103285 1 0.103285 4.46 0.1024

Cobre(II) 0.0007031 1 0.0007031 0.03 0.8702

Residual 0.0927045 4 0.021761

Total 0.236879 7

46


omo se puede apreciar de estos datos ninguno de los factores estudiados

ondiciones seleccionadas y en

.2 Confección de la curva de calibración. ondientes a la curva de calibrado y

C

influye significativamente en la función respuesta, ya que las probabilidades son

mayores que 0.05. Sin embargo, los intervalos LSD revelan que un incremento

de la concentración de tiocianato, permite lograr mejores valores de

absorbancia del complejo extraído, siendo seleccionadas las siguientes

condiciones respecto a los reactivos estudiados: 2 mL de solución de Cu (II), y 6

mL de la correspondiente al Na SCN , anexo 2.

El espectro de absorción del complejo en las c

cubetas de 5 cm es el siguiente, figura 5:

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

300 400 500 600λ, nm

Abs

Figura 5: Espectro de absorción del complejo 3Las tablas 9 y 10 muestran los datos corresp

el tratamiento estadístico de los mismos:

47


Tabla 9: Variación de la absorbancia al cambiar la concentración de

Absorbancia C(Piridina), F(y/x).102

piridina.

ppm

0.213 75 0.00284

0.362 1 12.5 0.32178

0.487 150 0.32467

0.543 1 68.75 0.32178

0.608 187.5 0.32427

0.73 225 0.32444

0.85 262.5 0.32381

0.98 300 0. 32667

Tabla 10: Resultados estadísticos del estudio de linealidad.

Parámetros Valor experimental Criterio

# Total de datos (n) 8 -

Coeficiente de correlación 0.99957 r ≥ 0.99 (r)

Pendiente (b) 0.003351 Desigual de cero

S relativa de b (Sb) 0.00004125 -

C V(b), % 1.23 % ≤ 3 %

C V f(y/x) % 4.45% ≤ 5%

48


De los resultados presentados en la tabla 10 y el anexo3, se infiere que la

ra

ión de regresión correspondiente a la curva de calibración obtenida se

.3 Parámetros que caracterizan la técnica analítica.

se muestran los resultados del estudio de repetibilidad y

Tabla 11: Evaluación de datos de repetibilidad.

os

función C (piridina) vs absorbancia es lineal en el rango de concentración de

75 – 300 ppm, ya que cumple con los parámetros establecidos en la literatu

(63-65). La ecuac

ofrece a continuación:

A = -0.023969 + 0.00335173*C (piridina), ppm

3Precisión y exactitud:

En las tablas 11 y 12

reproducibilidad. El tratamiento estadístico completo se describe en el anexo 4.

Cpy =187.5 ppm Parámetrestadísticos

Abs C(py)exp, ppm

0.609 187.58

0.610 187.89

0.611 188.2

0.610 187.89

n = 5

Cpy = 187.812 ppm

S =

9%

0.280

C V. = 0.14

0.608 187.5 R = 100.16 %

49


Tabla 12: Evaluación de reproducibilidad.

tros

Cpy =405 ppm Parámeestadísticos

Abs C(py)exp, ppm

0.609 187.58

0.610 187.89

0.611 188.2

0.610 187.89

0.608 187.5

0.608 187.5

0.609 187.58

0.610 187.89

0.609 187.58

Cpy =187.73

n =

243

9

S = 0.

C.V:=0.12%

R= 100.12 %

Los datos ofrecidos en las tablas anteriores y el anexo 4 demuestran la

ímite de cuantificación.

y el coeficiente de variación correspondientes a cada

precisión y exactitud de la técnica en las condiciones estudiadas, ya que el

coeficiente de variación es menor que el 3 % y el recobrado esta entre 97-

103.7%.

L

Al analizar el recobrado

nivel de concentración de piridina, se observa que los mismos se corresponden

con los parámetros establecidos, para valores ≥ 105 ppm, siendo este el límite

inferior de cuantificación de la técnica, tabla 13.

50


Tabla13: Determinación del límite de cuantificación.

97.5 105 C(py), ppm 18.75 37.5 52.5 75 90

S 0.246 0.359 8 7 0.288 0.28 0.38 0.153 0.512

C.V(%) 1.32 1.30 0.61 0.38 0.35 0.49 0.19

%R 115.9 93.8 93 104 94 93.4 99.3

studio de interferencias. E

Taller de G-1

El resultado correspondiente a la función respuesta del diseño 25-2 se presenta

la 14: Matriz del diseño factorial fraccionado 25-2 .

en la tabla 14.

Tab

Exp. X1 X2 X3 X4 X5 A

1 - - - + - 2.983

2 + - - - + 0.106

3 - + - - + 0.084

4 + + - + - 3.150

5 - - + + + 3.555

6 + - + - - 0.156

7 - + + - - 0.141

8 + + + + + 2.646

Los datos anteriores se procesaron empleando un programa estadístico

is de varianza se deriva que los valores de la probabilidad están por

profesional statgraphycs plus 4.1 y los resultados obtenidos se recogen en los

anexo 5.

Del anális

encima de 0.05 a excepción del G-1, por lo que es el único de los componentes

51


estudiados que influye significativamente en el valor de la absorbancia y tabla 15.

Los gráficos LSD confirman este criterio, anexo5.

Tabla 15: Probabilidad de significación de los coeficientes. Especie

Probabilidad(α= 0.05 )

Anh.

Acético

0.6277

Br2 0.3773 CS2 0.6830

G-1

0.0143

KBr 0.9872

Del análisis de regresión se obtiene la ecuación que representa el modelo, que

relaciona la absorbancia con las variables estudiadas.

Abs = 1.702 + 0.0945*AnhA - 0.187*Br2 - 0.0787*CS2 + 1.3802*G-1 +

0.00325*KBr

Taller de G-0

El estudio de interferencias realizado en correspondencia con la composición de

los residuales procedentes del taller de G-O contempló las variables y niveles

relacionadas en la tabla siguiente. El diseño experimental corresponde a un 24-1 .

52


Tabla 16: Matriz del diseño 24-1.

Exp. X1 X2 X3 X4 A

1 - - - - 0.362

2 + - - + 2.355

3 - + - + 1.012

4 + + - - 3.453

5 - - + + 0.974

6 + - + - 2.915

7 - + + - 0.380

8 + + + + 3.202

El análisis de varianzas correspondiente a los resultados obtenidos al procesar

el diseño anterior, permite apreciar la probabilidad referida a la influencia de

cada variable para un 95 % de confiabilidad.

Tabla 17: Probabilidad de significación de los coeficientes.

Especie

Probabilidad( α= 0.05 ) Furfural

0.8527

G-O

0.0075

IBA 0.7818

Nitrometano 0.3864

La tabla anterior refleja que solo en el caso del G-O la probabilidad resulta inferior

a 0.05, siendo este el factor que influye significativamente en la absorbancia para

la confiabilidad referida, anexo 6.

53


Del análisis de regresión se obtiene la ecuación que representa el modelo, que

relaciona la absorbancia con las variables estudiadas.

A = 1.83263 + 0.035125*FUR + 1.14863*Go + 0.055125*IBA + 0.181125*NM

Al representar gráficamente la variación de la concentración de piridina en las

corridas experimentales del diseño arriba descrito, se aprecia que las restantes

variables también afectan en alguna medida la señal analítica.

Figura 6: Concentración de piridina en las corridas experimentales.

0

200

400

600

800

1000

1200

C(py), ppm

1 2 3 4 5 6 7 8 piridina

Corridas experimentales

54


3.4 Adición de estándar. Teniendo en cuenta que en los residuales de salida la concentración de piridina es

muy baja, en correspondencia con el límite de cuantificación de la técnica se

investigó otra vía para cuantificar esta amina, buscando una mayor sensibilidad.

Los resultados obtenidos al realizar adiciones de estándar al patrón de piridina se

reflejan en la tabla siguiente:

Tabla18: Parámetros de adición de estándar.

Adición py ,ppm 10 20 40 50 60 80 90

Cpy ,ppm 5.30 16.638 43.185 51.692 61.615 79.740 84.58

5

5.3 1.71 0.66 0.54 0.39 0.35 0.28 C.V., %

53 83.19 107.9 103.38 102.69 %R

99.67 93.98

Como se puede apreciar por esta vía es posible determinar el contenido de

piridina con una adecuada precisión y exactitud hasta valores de 50 ppm con un

coeficiente de variación menor que el 3%.

55


3.5 Aplicación de la técnica. Los tiempos de retención correspondiente a la piridina y los posibles

interferentes se muestran en la tabla 19 y anexo 7.

Tabla 19: Tiempo de retención de especies presentes en los residuales.

Compuesto Tiempo de retención, min

Piridina 6.05

Anhídrido acético 6.017

Disulfuro de carbono 5.082

Furfural 5.850

G-O 6.782

NM 6.05

G-1 9.417

La figura siguiente representa el comportamiento cromatográfico de una solución

que contiene piridina en presencia del efecto matriz.

Figura 7: Cromatograma piridina en presencia de impurezas.

56


Tanto los tiempos de retención de los componentes puros como el cromatograma

de la matriz simulada evidencian que la señal de la piridina puede quedar

enmascarada por la presencia de nitrometano y furfural; cuestión por la cual se

justifica un pretratamiento químico de la muestra.

Por otra parte los compuestos G-0 y G-1 diferenciables en HPLC pueden mostrar

interferencias espectrales al aplicar la técnica extractofotométrica, ya que absorben

en una región cercana a 410 nm.

El cromatograma del residual compuesto se muestra a continuación:

Señales • 4.082 • 4.650 • 5.800 • 6.000 • 6.817 • 11.822 • 12.200

Figura 8: Cromatograma del residual compuesto.

57


El pretratamiento alcalino elimina o disminuye la intensidad de las señales del

G-0 y el G-1como muestra el siguiente cromatograma, figura 9.

Señales • 5.750 • 6.617 • 6.880 • 8.767

Figura 9: Cromatograma en el pretratamiento. La presencia de probables trazas de G-0 se comprobó con la adición de una

pequeña cantidad de solución patrón de este principio activo al residual

pretratado y el posterior registro del cromatograma, figura 10.

58


Figura 10: Cromatograma en el pretratamiento más la adición de G-0.

on el objetivo de corroborar que el G-O se encuentra en cantidades de trazas

Señales • 5.410 • 6.850 • 8.967 • 10.46

C

en el residual pretratado, así como la ausencia de cantidades detectables de G-

O y G-1 en el mismo se registró un cromatograma de capa delgada en las

condiciones cromatográficas descritas en el epígrafe 2.6.1, figura 11.

59


M

F G-0 G-1

Figura 11: Cromatograma de capa delgada en el pretratamiento. tra a diferencia Al correr el cromatograma no se observa desplazamiento de la mues

de los patrones, por lo que no resultan detectables por esta vía las impurezas

ensayadas. Teniendo en cuenta este resultado se procede a determinar el

contenido de piridina mediante extractofotometría y espectrofotometría UV, tabla 20.

60


Tabla 20: Contenido de piridina en el residual compuesto

e la tabla anterior se infiere que en el patrón no se destruye la piridina con el

Técnicas Parámetro Valor Muestra Número de replicas(n) 6

874.1 C (piridina)

D

pretratamiento obteniéndose un recobrado entre el 97 y 103.7% y un coeficiente

de variación menor que el 3%. La concentración de piridina determinada en la

muestra por ambas técnicas es del mismo orden aunque difieren ligeramente.

Para verificar la correspondencia de los valores obtenidos se realiza una

comparación de medias, tabla 21 y anexo 8.

S 0.363 CV, % 0.178 Patrón Número de replicas(n) 6C (piridina) 115.15 S 0.225 CV, % 0.196

Extractofotometría

R, % 100.08Muestra Número de replicas(n) 6C (piridina) 915.35 S 13.75

spectrofotometría

, %

E

CV 1.5

61


Tabla 21: Comparación de medias.

metría Espectrofotometría Parámetros Extractofotoestadísticos ( EF) UV n 6 6 Cpy 4.1 5.32 87 91

S2 9 2.0225 188.804S 1.42218 13.7406 Mínimo 871.97 902.78 Máximo 875.82 927.9 Rango 3.85 25.12 Asimetría 538 289844 0.380 0.0000Curtosis 0.380538 0.0000289844 CV, % 0.178 138

os valores de la asimetría y la curtosis estandarizados están dentro del rango

ación de medias tomando en cuenta las siguientes

la: Ho 1 = H02; σ1 = σ2

2; σ1 = σ2

258081

p es menor que 0.05, si

el pretratamiento debe hacerse en un tiempo igual

to primario a una muestra del residual

L

esperado, correspondiente a una distribución normal, lo que permite realizar la

comparación de las medias.

Al aplicar el test t de compar

hipótesis:

Hipótesis nu

Hipótesis alternativa: Ho 1≠ Ho

Asumiendo que: t = 7.30675 valor de p= 0.0000

Puesto que el intervalo no contiene al cero y el valor de

hay diferencias significativas entre las medias de las dos muestras, para un 95

% de confiabilidad, anexo 8.

Un aspecto a destacar es que

o mayor a cinco días y con una elevada concentración de hidróxido de sodio

para lograr eliminar las interferencias.

Por otra parte al aplicar el tratamien

pretratado la concentración de piridina disminuye alrededor de 10 veces lo cual

se puede apreciar en los cromatogramas donde aparece una señal mas limpia al

62


tiempo de retención de la piridina, figura 13,aspecto sobre el cual deberá

profundizarse en estudios posteriores.

Señales • 5.586 • 5.719 • 6.886

igura 12: Cromatograma del tratamiento primario. espectro en la región de

FPara corroborar la presencia de piridina se registró un

200-500 nm, figura 14, (tabla II, anexo 9).

63


0

0.5

1

1.5

2

2.5

150 250 350 450 550λ,nm

Asb

Figura 13: Espectro del residual real con el tratamiento primario. En estas condiciones también se realizó la aplicación de la técnica

extractofotométrica conjuntamente con la espectrofotométrica, los resultados se

muestran en la tabla 22.

Tabla 22: Concentración de piridina en el residual real (T. 1rio ).

C(py), ppm UV EF-VIS 92.6 91.2 92.34 91.68 92.47 92.62 92.34 93.104 92.6 92.89 Parámetros estadísticos Cpy = 92.47 Cpy = 92.28 ppm S = 0.13 S = 0.80 CV= 0.14% CV = 0.87%

Los resultados de la comparación de medias de de la concentración de piridina

por ambas técnicas en el residual que ha recibido el tratamiento primario se

muestra en la tabla 23, figura 14 y anexo10.

64


Tabla 23: Comparación de medias.

Parámetros estadísticos

Extractofotometría ( EF)

Espectrofotometría UV

n 5 5 Cpy 92.299 92.470

S2 0.673 0.017 S 0. 820 0.130 Mínimo 91.2 92.34 Máximo 93.104 92.60 Rango 1.904 0.260 Asimetría -0.605 0.00 Curtosis -2.043 -3.00 CV, % 0.888 0.140

Los valores de la asimetría y la curtosis estandarizados están dentro del rango

esperado, correspondiente a una distribución normal, lo que permite realizar la

comparación de las medias.

Al aplicar el test t de comparación de medias tomando en cuenta las siguientes

hipótesis:

Hipótesis nula: Ho 1 = H02; σ1 = σ2

Hipótesis alternativa: Ho 1≠ Ho 2; σ1 = σ2

Asumiendo que: t = -0.460946 valor de p = 0.65711

Puesto que el intervalo contiene al cero y el valor de p no es menor que 0.05, no

hay diferencias significativas entre las medias de las dos muestras, para un 95%

de confiabilidad, anexo 10.

El siguiente gráfico refleja el comportamiento descrito en el párrafo anterior.

65


VariablesEFVISUV

Density Traces

91 91.4 91.8 92.2 92.6 93 93.40

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5de

nsity

Figura 14: Comparación de medias.

El tratamiento terciario da lugar a una disminución apreciable de la

concentración de piridina así como de las restantes impurezas, como se aprecia

en el cromatograma y espectro UV, figuras 15 y 16.

Señales • 6.100 • 7.117

Figura 15: Cromatograma en el tratamiento terciario.

66


0

0.1

0.2

0.3

0 200 400 600 λ,nm

Abs

Figura 16: Espectro de la piridina en el tratamiento terciario. Los datos primarios del espectro se relacionan en el anexo 9.

La tabla siguiente refleja la cuantificación de esta amina realizada mediante

espectrofotometría.

Tabla 24: Concentración de piridina en el residual real (T. 3rio).

C(py), ppm Parámetros estadísticos 18.18 Cpy =17.69 18.2 S = 0.621 17.5 CV = 3.5 % 16.9

De la tabla anterior se puede concluir que la concentración de piridina en el

residual de salida corresponde a 17.69 ppm para un coeficiente de variación

menor que el 5 %, lo que está por encima del límite de vertimiento.

67

Conclusiones

Conclusiones

1. Ha sido desarrollada una técnica extractofotométrica para la

cuantificación de piridina en muestras de residuales del proceso de

producción de G-1, basada en la extracción del complejo coloreado

Cu(II)-SCN - - piridina en cloroformo .

2. La determinación analítica de piridina aplicando la técnica estudiada,

resulta repetible, lineal y exacta en las condiciones empleadas para un

rango de 75-300 ppm, con un límite de cuantificación de 105 ppm y por

adición de estándar hasta 50 ppm.

3. Fue investigado el efecto de las especies químicas presentes en los

residuales de los talleres de G-O y G-1 en la función respuesta,

comprobando que aún cuando sólo interfieren estadísticamente el G-O y

el G-1, para α= 0.05, la mayoría de las especies presentes afectan la

señal analítica.

4. El estudio cromatográfico y el ensayo de Meyer demostraron que los

residuales pretratados en medio básico presentan principalmente piridina

y solo trazas de otras impurezas.

5. El contenido de piridina en el residual compuesto por las corrientes

residuales de los talleres de producción de G-O y G-1disminuye 10 veces

por efecto del tratamiento primario y cinco veces por los tratamientos

secundarios y terciario.

68

Recomendaciones

Recomendaciones. 1. Aplicar la técnica desarrollada para la cuantificacion de piridina en

residuales con alto contenido de esta base.

2. Ampliar el estudio cromatográfico por HPLC con el fin de aplicar esa

metodología a l a determinacion de piridina en residuales de salida.

69

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75

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Bibliografía

76

Anexos

Anexo 1. Tabla I. Datos de los espectros del complejo y los componentes

del sistema.

Landa Cobre(II)SCN -

Piridina Complejo Piridina SCN-

200 0 0,009 0,033 0,013 0,01

210 0 0,011 0,04 0,01 0,012

220 0 0,011 0,058 0,02 0,012

230 0,006 0,02 0,381 0,025 0,022

240 0,11 0,275 1,503 0,436 0,356

250 0,222 1,306 1,554 1,418 0,559

260 0,241 1,389 1,431 1,466 0,42

270 0,162 1,242 1,159 1,118 0,376

280 0,121 0,382 0,748 0,231 0,351

290 0,085 0,055 0,58 0,068 0,177

300 0,06 0,018 0,451 0,055 0,114

310 0,035 0,004 0,334 0,05 0,092

320 0,009 0 0,288 0,042 0,064

330 0,005 0 0,256 0,038 0,048

340 0 0 0,252 0,034 0,039

350 0 0 0,256 0,032 0,03

360 0 0 0,293 0,028 0,02

370 0 0 0,314 0,026 0,016

380 0 0 0,343 0,026 0,015

390 0 0 0,362 0,025 0,013

400 0 0 0,372 0,023 0,011

410 0 0 0,364 0,021 0,01

420 0 0 0,345 0,021 0,008

430 0 0 0,314 0,02 0,008

440 0 0 0,278 0,019 0,007

450 0 0 0,256 0,018 0,006

460 0 0 0,236 0,017 0

470 0 0 0,222 0,017 0

480 0 0 0,202 0,016 0

490 0 0 0,202 0,016 0

500 0 0 0,203 0,014 0

76

Anexos

Anexo 2. Estudio de la influencia de algunos reactivos en la absorbancia del complejo extraído.

Analysis of Variance for Absorbancia - Type III Sums of Squares

--------------------------------------------------------------------------------

Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value

--------------------------------------------------------------------------------

MAIN EFFECTS

A:Acetato 0.0401861 1 0.0401861 1.73 0.2583

B:CNS 0.103285 1 0.103285 4.46 0.1024

C:Cobre2 0.000703125 1 0.000703125 0.03 0.8702

RESIDUAL 0.0927045 4 0.0231761

--------------------------------------------------------------------------------

TOTAL (CORRECTED) 0.236879 7

--------------------------------------------------------------------------------

All F-ratios are based on the residual mean square error.

The StatAdvisor

---------------

The ANOVA table decomposes the variability of Absorbancia into

contributions due to various factors. Since Type III sums of squares

(the default) have been chosen, the contribution of each factor is

measured having removed the effects of all other factors. The

P-values test the statistical significance of each of the factors.

Since no P-values are less than 0.05, none of the factors have a

statistically significant effect on Absorbancia at the 95.0%

confidence level.

77

Anexos

Influencia del cobre:

Means and 95.0 Percent LSD Intervals

Cobre2

Abs

orba

ncia

-1 10.77

0.87

0.97

1.07

1.17

Influencia del ion acetato:


Acetato

Abs

orba

ncia

-1 10.71

0.81

0.91

1.01

1.11

1.21

Influencia del ion CNS:


CNS

Abs

orba

ncia

-1 10.66

0.76

0.86

0.96

1.06

1.16

1.26

78

Anexos

Anexo 3. Estudio de la linealidad de la técnica Regression Analysis - Linear model: Y = a + b*X

-----------------------------------------------------------------------------

Dependent variable: A

Independent variable: CBr2ppm

-----------------------------------------------------------------------------

Standard T

Parameter Estimate Error Statistic P-Value

-----------------------------------------------------------------------------

Intercept -0.023969 0.00817311 -2.93266 0.0262

Slope 0.00335173 0.0000412577 81.2388 0.0000

-----------------------------------------------------------------------------

Analysis of Variance

-----------------------------------------------------------------------------


-----------------------------------------------------------------------------

Model 0.445799 1 0.445799 6599.75 0.0000

Residual 0.000405287 6 0.0000675478

-----------------------------------------------------------------------------

Total (Corr.) 0.446204 7

Correlation Coefficient = 0.999546

R-squared = 99.9092 percent

Standard Error of Est. = 0.00821875

The StatAdvisor

---------------

The output shows the results of fitting a linear model to describe

the relationship between A and CBr2ppm. The equation of the fitted

model is

79

Anexos

A = -0.023969 + 0.00335173*C(piridina) ppm

Since the P-value in the ANOVA table is less than 0.01, there is a

statistically significant relationship between A and C(piridina) ppm at the

99% confidence level.

The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains

99.9092% of the variability in A. The correlation coefficient equals

0.999546, indicating a relatively strong relationship between the

variables. The standard error of the estimate shows the standard

deviation of the residuals to be 0.00821875. This value can be used

to construct prediction limits for new observations by selecting the

Forecasts option from the text menu.

80

Anexos

Anexo 4. Tratamiento estadístico de los datos de repetibilidad. Summary Statistics for Col_3

Count = 5

Average = 187.812

Variance = 0.07847

Standard deviation = 0.280125

Minimum = 187.5

Maximum = 188.2

Range = 0.7

Skewness = 0.312796

Stnd. skewness = 0.285543

Kurtosis = -0.872479

Stnd. kurtosis = -0.39823

Coeff. of variation = 0.149152%

The StatAdvisor

---------------

This table shows summary statistics for Col_3. It includes

measures of central tendency, measures of variability, and measures of

shape. Of particular interest here are the standardized skewness and

standardized kurtosis, which can be used to determine whether the

sample comes from a normal distribution. Values of these statistics

outside the range of -2 to +2 indicate significant departures from

normality, which would tend to invalidate any statistical test

regarding the standard deviation. In this case, the standardized

skewness value is within the range expected for data from a normal

distribution. The standardized kurtosis value is within the range

expected for data from a normal distribution

81

Anexos

Anexo 5. Análisis del diseño de interferencia 25-2.

Analysis of Variance for Abs - Type III Sums of Squares

--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

MAIN EFFECTS

A:AnhA 0.071442 1 0.071442 0.32 0.6277

B:Br2 0.28125 1 0.28125 1.27 0.3773

C:CS2 0.0496125 1 0.0496125 0.22 0.6830

D:G1 15.2407 1 15.2407 68.66 0.0143

E:KBr 0.0000845 1 0.0000845 0.00 0.9862

RESIDUAL 0.443973 2 0.221986

--------------------------------------------------------------------------------

TOTAL (CORRECTED) 16.0871 7

--------------------------------------------------------------------------------

All F-ratios are based on the residual mean square error.

The StatAdvisor

---------------

The ANOVA table decomposes the variability of Abs into

contributions due to various factors. Since Type III sums of squares

(the default) have been chosen, the contribution of each factor is

measured having removed the effects of all other factors. The

P-values test the statistical significance of each of the factors.

Since one P-value is less than 0.05, this factor has a statistically

significant effect on Abs at the 95.0% confidence level.

Table of Least Squares Means for Abs

82

Anexos

with 95.0 Percent Confidence Intervals

--------------------------------------------------------------------------------

Stnd. Lower Upper

Level Count Mean Error Limit Limit

--------------------------------------------------------------------------------

GRAND MEAN 8 1.702

AnhA

-1 4 1.6075 0.235577 0.593894 2.62111

1 4 1.7965 0.235577 0.782894 2.81011

Br2

-1 4 1.8895 0.235577 0.875894 2.90311

1 4 1.5145 0.235577 0.500894 2.52811

CS2

-1 4 1.78075 0.235577 0.767144 2.79436

1 4 1.62325 0.235577 0.609644 2.63686

G1

-1 4 0.32175 0.235577 -0.691856 1.33536

1 4 3.08225 0.235577 2.06864 4.09586

KBr

-1 4 1.69875 0.235577 0.685144 2.71236

1 4 1.70525 0.235577 0.691644 2.71886

--------------------------------------------------------------------------------

The StatAdvisor

---------------

This table shows the mean Abs for each level of the factors. It

also shows the standard error of each mean, which is a measure of its

sampling variability. The rightmost two columns show 95.0% confidence

intervals for each of the means. You can display these means and

intervals by selecting Means Plot from the list of Graphical Options.

83

Anexos

-1 1


AnhA

0.8

1.1

1.4

1.7

2

2.3

2.6A

bs


CS2

Abs

-1 10.9

1.3

1.7

2.1

2.5

eans and 95.0 Percent LSD Interv

G1

Abs

-1 1-0.4

0.6

1.6

2.6

3.6

4.6

eans and 95.0 Percent LSD Interv

KBr

Abs

-1 10.9

1.3

1.7

2.1

2.5

84

Anexos

• Análisis de regresión.

Multiple Regression Analysis

-----------------------------------------------------------------------------

Dependent variable: Abs

-----------------------------------------------------------------------------

Standard T

Parameter Estimate Error Statistic P-Value

-----------------------------------------------------------------------------

CONSTANT 1.702 0.166578 10.2174 0.0094

AnhA 0.0945 0.166578 0.567301 0.6277

Br2 -0.1875 0.166578 -1.1256 0.3773

CS2 -0.07875 0.166578 -0.472751 0.6830

G1 1.38025 0.166578 8.2859 0.0143

KBr 0.00325 0.166578 0.0195104 0.9862

-----------------------------------------------------------------------------

Analysis of Variance

-----------------------------------------------------------------------------


-----------------------------------------------------------------------------

Model 15.6431 5 3.12862 14.09 0.0676

Residual 0.443972 2 0.221986

-----------------------------------------------------------------------------

Total (Corr.) 16.0871 7

R-squared = 97.2402 percent

R-squared (adjusted for d.f.) = 90.3407 percent

Standard Error of Est. = 0.471154

Mean absolute error = 0.233

Durbin-Watson statistic = 0.751726

85

Anexos

The StatAdvisor

---------------

The output shows the results of fitting a multiple linear

regression model to describe the relationship between Abs and 5

independent variables. The equation of the fitted model is

Abs = 1.702 + 0.0945*AnhA - 0.1875*Br2 - 0.07875*CS2 + 1.38025*G1 +

0.00325*KBr

Since the P-value in the ANOVA table is less than 0.10, there is a

statistically significant relationship between the variables at the

90% confidence level.

The R-Squared statistic indicates that the model as fitted

explains 97.2402% of the variability in Abs. The adjusted R-squared

statistic, which is more suitable for comparing models with different

numbers of independent variables, is 90.3407%. The standard error of

the estimate shows the standard deviation of the residuals to be

0.471154. This value can be used to construct prediction limits for

new observations by selecting the Reports option from the text menu.

The mean absolute error (MAE) of 0.233 is the average value of the

residuals. The Durbin-Watson (DW) statistic tests the residuals to

determine if there is any significant correlation based on the order

in which they occur in your data file. Since the DW value is less

than 1.4, there may be some indication of serial correlation. Plot

the residuals versus row order to see if there is any pattern which

can be seen.

In determining whether the model can be simplified, notice that the

highest P-value on the independent variables is 0.9862, belonging to

KBr. Since the P-value is greater or equal to 0.10, that term is not

statistically significant at the 90% or higher confidence level.

Consequently, you should consider removing KBr from the model.

86

Anexos

Anexo 6. Análisis estadístico del diseño de interferencia 24-1 .

Analysis of Variance for Error - Type III Sums of Squares -------------------------------------------------------------------------------- Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value -------------------------------------------------------------------------------- MAIN EFFECTS A:FUR 0.0280845 1 0.0280845 0.04 0.8527 B:Go 28.5995 1 28.5995 41.64 0.0075 C:IBA 0.0630125 1 0.0630125 0.09 0.7818 D:NM 0.702112 1 0.702112 1.02 0.3864 RESIDUAL 2.06041 3 0.686802 -------------------------------------------------------------------------------- TOTAL (CORRECTED) 31.4531 7 -------------------------------------------------------------------------------- All F-ratios are based on the residual mean square error. The StatAdvisor --------------- The ANOVA table decomposes the variability of Error into contributions due to various factors. Since Type III sums of squares (the default) have been chosen, the contribution of each factor is measured having removed the effects of all other factors. The P-values test the statistical significance of each of the factors. Since one P-value is less than 0.05, this factor has a statistically significant effect on Error at the 95.0% confidence level. Table of Least Squares Means for A with 95.0 Percent Confidence Intervals -------------------------------------------------------------------------------- Stnd. Lower Upper Level Count Mean Error Limit Limit -------------------------------------------------------------------------------- GRAND MEAN 8 1.83262 FUR -1 4 1.7975 0.252376 0.994327 2.60067 1 4 1.86775 0.252376 1.06458 2.67092 Go -1 4 0.684 0.252376 -0.119173 1.48717 1 4 2.98125 0.252376 2.17808 3.78442 IBA -1 4 1.7775 0.252376 0.974327 2.58067 1 4 1.88775 0.252376 1.08458 2.69092 NM -1 4 1.6515 0.252376 0.848327 2.45467 1 4 2.01375 0.252376 1.21058 2.81692 --------------------------------------------------------------------------------

87

Anexos

The StatAdvisor --------------- This table shows the mean A for each level of the factors. It also shows the standard error of each mean, which is a measure of its sampling variability. The rightmost two columns show 95.0% confidence intervals for each of the means. You can display these means and intervals by selecting Means Plot from the list of Graphical


FUR

A

-1 11.2

1.5

1.8

2.1

2.4

2.7


Go

A

-1 10

1

2

3

4


IBA

A

-1 11.2

1.5

1.8

2.1

2.4

2.7


NM

A

-1 11

1.4

1.8

2.2

2.6

88

Anexos

Analysis of Variance for Error - Type III Sums of Squares -------------------------------------------------------------------------------- Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value -------------------------------------------------------------------------------- MAIN EFFECTS A:FUR 0.0280845 1 0.0280845 0.04 0.8527 B:Go 28.5995 1 28.5995 41.64 0.0075 C:IBA 0.0630125 1 0.0630125 0.09 0.7818 D:NM 0.702112 1 0.702112 1.02 0.3864 RESIDUAL 2.06041 3 0.686802 -------------------------------------------------------------------------------- TOTAL (CORRECTED) 31.4531 7 -------------------------------------------------------------------------------- All F-ratios are based on the residual mean square error. The StatAdvisor --------------- The ANOVA table decomposes the variability of Error into contributions due to various factors. Since Type III sums of squares (the default) have been chosen, the contribution of each factor is measured having removed the effects of all other factors. The P-values test the statistical significance of each of the factors. Since one P-value is less than 0.05, this factor has a statistically significant effect on Error at the 95.0% confidence level. Table of Least Squares Means for A with 95.0 Percent Confidence Intervals -------------------------------------------------------------------------------- Stnd. Lower Upper Level Count Mean Error Limit Limit -------------------------------------------------------------------------------- GRAND MEAN 8 1.83262 FUR -1 4 1.7975 0.252376 0.994327 2.60067 1 4 1.86775 0.252376 1.06458 2.67092 Go -1 4 0.684 0.252376 -0.119173 1.48717 1 4 2.98125 0.252376 2.17808 3.78442 IBA -1 4 1.7775 0.252376 0.974327 2.58067 1 4 1.88775 0.252376 1.08458 2.69092 NM

89

Anexos

Multiple Regression Analysis ----------------------------------------------------------------------------- Dependent variable: A ----------------------------------------------------------------------------- Standard T Parameter Estimate Error Statistic P-Value ----------------------------------------------------------------------------- CONSTANT 1.83263 0.178457 10.2693 0.0020 FUR 0.035125 0.178457 0.196827 0.8565 Go 1.14863 0.178457 6.43644 0.0076 IBA 0.055125 0.178457 0.308899 0.7776 NM 0.181125 0.178457 1.01495 0.3849 ----------------------------------------------------------------------------- Analysis of Variance ----------------------------------------------------------------------------- Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value ----------------------------------------------------------------------------- Model 10.8513 4 2.71284 10.65 0.0405 Residual 0.764322 3 0.254774 ----------------------------------------------------------------------------- Total (Corr.) 11.6157 7 R-squared = 93.4199 percent R-squared (adjusted for d.f.) = 84.6464 percent Standard Error of Est. = 0.504752 Mean absolute error = 0.257875 Durbin-Watson statistic = 1.54994 The StatAdvisor --------------- The output shows the results of fitting a multiple linear regression model to describe the relationship between A and 4 independent variables. The equation of the fitted model is A = 1.83263 + 0.035125*FUR + 1.14863*Go + 0.055125*IBA + 0.181125*NM Since the P-value in the ANOVA table is less than 0.05, there is a statistically significant relationship between the variables at the 95% confidence level. The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains 93.4199% of the variability in A. The adjusted R-squared statistic, which is more suitable for comparing models with different numbers of independent variables, is 84.6464%. The standard error of the estimate shows the standard deviation of the residuals to be 0.504752. This value can be used to construct prediction limits for new observations by selecting the Reports option from the text menu.

90

Anexos

The mean absolute error (MAE) of 0.257875 is the average value of the residuals. The Durbin-Watson (DW) statistic tests the residuals to determine if there is any significant correlation based on the order in which they occur in your data file. Since the DW value is greater than 1.4, there is probably not any serious autocorrelation in the residuals. In determining whether the model can be simplified, notice that the highest P-value on the independent variables is 0.8565, belonging to FUR. Since the P-value is greater or equal to 0.10, that term is not statistically significant at the 90% or higher confidence level. Consequently, you should consider removing FUR from the model.

91

Anexos

Anexo 7.

Cromatograma de la piridina por HPLC

Cromatogramas registrados a los interferentes estudiados

Anhídrido Acético.

92

Anexos

Furfural

Nitrometano

93

Anexos

G-0

G-1

94

Anexos

Disulfuro de carbono

95

Anexos

Anexo 8. Comparación de medias en el pretratamiento. Summary Statistics Espf Extf ------------------------------------------------------------ Count 6 6 Average 915.323 874.117 Variance 188.804 2.02259 Standard deviation 13.7406 1.42218 Minimum 902.78 871.97 Maximum 927.9 875.82 Range 25.12 3.85 Stnd. skewness 0.0000289844 -0.380538 Stnd. kurtosis -1.66663 -0.331121 ------------------------------------------------------------ The StatAdvisor --------------- This table shows summary statistics for the two samples of data. Other tabular options within this analysis can be used to test whe ther differences between the statistics from the two samples are statistically significant. Of particular interest here are the standardized skew ness and standardized kurtosis, which can be used to determine whether the samples come from normal distributions. Values of these statistics outside the range of -2 to +2 indicate significant departures from normality, which would tend to invalidate the tests which compare the standard deviations. In this case, both standardized skew ness values are within the range expected. Both standardized kurtosis values are within the range expected.

96

Anexos

Comparison of Means ------------------- 95.0% confidence interval for mean of Espf: 915.323 +/- 14.4199 [900.903,929.743] 95.0% confidence interval for mean of Extf: 874.117 +/- 1.49249 [872.624,875.609] 95.0% confidence interval for the difference between the means assuming equal variances: 41.2067 +/- 12.5657 [28.641,53.7724] t test to compare means Null hypothesis: mean1 = mean2 Alt. hypothesis: mean1 NE mean2 assuming equal variances: t = 7.30675 P-value = 0.0000258081 The StatAdvisor --------------- This option runs a t-test to compare the means of the two samples. It also constructs confidence intervals or bounds for each mean and for the difference between the means. Of particular interest is the confidence interval for the difference between the means, which extends from 28.641 to 53.7724. Since the interval does not contain the value 0.0, there is a statistically significant difference between the means of the two samples at the 95.0% confidence level. A t-test may also be used to test a specific hypothesis about the difference between the means of the populations from which the two samples come. In this case, the test has been constructed to determine whether the difference between the two means equals 0.0 versus the alternative hypothesis that the difference does not equal 0.0. Since the computed P-value is less than 0.05, we can reject the null hypothesis in favor of the alternative. NOTE: these results assume that the variances of the two samples are equal. In this case, that assumption is questionable since the results of an F-test to compare the standard deviations suggests that there may be a significant difference between them. You can see the results of that test by selecting Comparison of Standard Deviations from the Tabular Options menu.

97

Anexos

Anexo 9. Tabla II. Espectro de la piridina en el tratamiento primario

Longitud de onda (nm) Absorbancia 200 0.734 210 1.166 220 1.668 230 2.154 240 2.154 250 1.913 260 1.749 270 1.595 280 1.556 290 1.612 300 1.659 310 1.495 320 1.175 330 0.902 340 0.673 350 0.544 360 0.451 370 0.364 380 0.291 390 0.231 400 0.181 410 0.139 420 0.111 430 0.090 440 0.074 450 0.061 460 0.049 470 0.049 480 0.046 490 0.040 500 0.037

98

Anexos

Tabla III: Espectro del tratamiento secundario Longitud de onda, nm Absorbancia

200 0.032 210 0.066 220 0.127 230 0.151 240 0.225 250 0.277 260 0.211 270 0.21 280 0.192 290 0.19 300 0.16 310 0.141 320 0.14 330 0.125 340 0.115 350 0.099 360 0.099 370 0.096 380 0.097 390 0.079 400 0.051 410 0.035 420 0.029 430 0.025 440 0.022 450 0.02 460 0.017 470 0.016 480 0.016 490 0.015 500 0.014

99

Anexos

Anexo 10. Comparación de medias en tratamiento primario. Summary Statistics EFVIS UV ------------------------------------------------------------ Count 5 5 Average 92.2988 92.47 Variance 0.672827 0.0169 Standard deviation 0.82026 0.13 Minimum 91.2 92.34 Maximum 93.104 92.6 Range 1.904 0.26 Skewness -0.60532 0.0 Kurtosis -2.04263 -3.0 Coeff. of variation 0.888701% 0.140586% ------------------------------------------------------------ The StatAdvisor --------------- This table shows summary statistics for the two samples of data. Other tabular options within this analysis can be used to test whether differences between the statistics from the two samples are statistically significant. Of particular interest here are the standardized skewness and standardized kurtosis, which can be used to determine whether the samples come from normal distributions. Values of these statistics outside the range of -2 to +2 indicate significant departures from normality, which would tend to invalidate the tests which compare the standard deviations. In this case, both standardized skewness values are within the range expected. Both standardized kurtosis values are within the range expected. Comparison of Means ------------------- 95.0% confidence interval for mean of EFVIS: 92.2988 +/- 1.01849 [91.2803,93.3173] 95.0% confidence interval for mean of UV: 92.47 +/- 0.161417 [92.3086,92.6314] 95.0% confidence interval for the difference between the means assuming equal variances: -0.1712 +/- 0.856475 [-1.02768,0.685275] t test to compare means Null hypothesis: mean1 = mean2 Alt. hypothesis: mean1 NE mean2

100

Anexos

assuming equal variances: t = -0.460946 P-value = 0.65711 The StatAdvisor --------------- This option runs a t-test to compare the means of the two samples. It also constructs confidence intervals or bounds for each mean and for the difference between the means. Of particular interest is the confidence interval for the difference between the means, which extends from -1.02768 to 0.685275. Since the interval contains the value 0.0, there is not a statistically significant difference between the means of the two samples at the 95.0% confidence level. A t-test may also be used to test a specific hypothesis about the difference between the means of the populations from which the two samples come. In this case, the test has been constructed to determine whether the difference between the two means equals 0.0 versus the alternative hypothesis that the difference does not equal 0.0. Since the computed P-value is not less than 0.05, we cannot reject the null hypothesis. NOTE: these results assume that the variances of the two samples are equal. In this case, that assumption is questionable since the results of an F-test to compare the standard deviations suggests that there may be a significant difference between them. You can see the results of that test by selecting Comparison of Standard Deviations from the Tabular Options menu.

101

Anexos

Anexo 11. LA BIOSEGURIDAD EN LABORATORIOS Y PLANTAS DE PRODUCCIÓN

QUÍMICA ( 10 y 11)

Un concepto más amplio que el de medidas de proyección e higiene del

trabajo, primeros auxilios, o el propio tema de protección contra incendio,

catástrofe, están recogidos bajo el termino bioseguridad.

En el centro de biactivos químicos esta constituido un comité de

bioseguridad el cual cuenta con personal dedicado a cada uno de los

aspectos más relevantes de este ámbito como lo son la seguridad biológica,

la seguridad en el manejo y uso de productos químico- tóxico, la protección e

higiene del trabajo etc.

La bioseguridad esta destinada a la seguridad del medio ambiente o el

entorno entendiéndose por esto la protección del suelo, la fauna, la flora y al

hombre que forma parte de ese habitad. En el marco de las nuevas

tendencias medioambientales especial énfasis se la dedica al tratamiento

manejo y disposición de residuales, tendiendo a lo que se llama producción

limpia.

En el caso de los laboratorios de integración o producción todo el personal

debe estar adecuado para cualquier catástrofe que ocurra y mantener en

cada puesto de trabajo y alcance de todos los medios de seguridad para

prevenir o actuar adecuadamente en caso de accidentes.

En el caso de nuestro trabajo se debe tener presente algunas medidas para

con el manejo de sustancias tóxicas y/o peligrosas.

También es imprescindible el conocimiento que aporta el etiquetado de cada

frasco de reactivo en el que se describe el riesgo químico y las medidas a

adoptar en caso de accidentes. Este aspecto no es dominado incluso por

muchos químicos y está bien establecido en el CBQ.

102

Anexos

Sustancias tóxicas manipuladas durante este trabajo.

Sustancia Tóxica Inflamable Tipo de

riesgo

Consejo de

prudencia

CS2 X X R3, R7, R23 S7, 14, 24,

25, 29, 33

Br2 X - R36, 37, 38,

48, 39,23,

24, 25

S9, 24, 25,

26, 35

CHCl3 X - R10, 20, 25,

45

S46, 51, 56

NH3 X - R20, 36, 37 S23, 26, 3, 9,

7

En la tabla anterior se especifica la sustancia, si es tóxica, inflamable y el

tipo de riesgo (R) y el consejo de prudencia (S). Los riesgos y los consejos

de prudencia aparecen tratados en el texto ″Trabajar con productos

peligrosos″ en la comisión de la comunidad europea y otros materiales. Las

frases de riesgo y consejos de prudencia aparecen en las etiquetas de los

frascos de reactivos o los del fabricante en casos específicos.

Las frases de riesgo que incluimos fueron:

R3.- Elevado riesgo de explosión como consecuencia de choques, fricción o

fuego.

R7.- Puede provocar incendios.

R23.- Tóxico en caso de inhalación.

R25.- Tóxico en caso de ingestión.

R24.- Tóxico el caso de contacto con la piel.

R48.- Riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposición

prolongada.

R38.- Irritante para la piel.

R37.- Irritante para las vías respiratorias.

R36.- Irritante para los ojos.

103

Anexos

R10.- Inflamable.

R45.- Puede producir cáncer.

Existe un numero mayor de frases de riesgo que no hemos citado aquí

como ejemplo.

Las frases o consejos de prudencia que incluimos y que responden a las normas

tomadas del documento citado, se expone solo a modo de ejemplo son:

S7.- Manténgase en recipientes bien cerrados.

S9.- Manténgase en un lugar bien ventilado.

S23.- No respirar el gas, vapores, humo, aerosol.

S14.- Manténgase apartado.

S24.- Evite el contacto con la piel

S25.- Evite el contacto con los ojos.

S29.- No echar los residuos a la alcantarilla.

S33.- Evite la acumulación de capas electrostática.

S18.- Manipule y abra el recipiente con prudencia.

S26.- En caso de contacto con los ojos, lávese enseguida y abundantemente

con agua y acudir a un especialista.

S35.- Para deshacerse de este producto y de su recipiente es preciso tomar

las precauciones que exige su uso.

S46.- En caso de ingestión consulte inmediatamente a un medico y enséñale

el frasco o la etiqueta.

S51.- Utilice únicamente en zonas bien ventiladas.

S3.- Manténgase en lugares frescos.

Muchos otros consejos de prudencia hasta un total de 60 aparecen

reportados, además de combinaciones de estas como por ejemplo:

S36 / 39 / 37.- Utilice la ropa de protección apropiada, guantes y un aparato de

protección de los ojos / de la cara.

104

Anexos

Medidas para el trabajo con piridina

• No inhalar los vapores de piridina.

• Evitar el contacto con la piel y los ojos.

• Ventilar los locales donde se encuentre.

• Mantener alejado de las fuentes de ignición.

• Evitar la carga electrostática.

Protección personal

• Protección respiratoria en presencia de vapores.

• Protección de los ojos.

• Protección de las manos.

Medidas de higiene

• Trabajar bajo campana de extracción. No inhalar la sustancia.

• No inhalar la sustancia.

• Sustituir la ropa contaminada.

• Lavar la cara y las manos al terminar el trabajo.

Medidas a tomar en caso de accidente.

Primeros auxilios

Los vapores de piridina actúan como irritantes de las mucosas,

principalmente en los ojos y vías respiratorias, por ello cuando se inhalan

vapores de piridina se recomienda trasladarse al aire fresco y de ser

necesario recibir respiración artificial (2-3) .

Por otra parte este compuesto puede producir dermatitis por lo que en el

caso de contacto con la piel se debe lavar con abundante agua y cambiar la

ropa contaminada. Si el contacto es con los ojos el lavado debe realizarse

con los párpados abiertos al menos durante 10 minutos. Debe consultarse

al oftalmólogo.

Cuando se produce la ingestión de esta sustancia se debe beber abundante

agua, provocar vómitos y acudir al médico.

Medidas de lucha contra incendio.

Cuando se produce incendio en lugares donde esta presente piridina se

recomienda usar extintores de CO2., espuma o polvo. El personal que

participa en esta actividad debe protegerse con ropas adecuadas y con

sistema de respiración artificial e independiente del ambiente.

105

Anexos

Los vapores de piridina deben condensarse con agua evitando la extensión

de esta a acuíferos superficiales o subterráneos.

106

desarrollo de una técnica analítica

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