Repositorio Institucional de Documentos

Determinación de elementos mayoritarios en aguas tónicas Autor Lorena Abadía Ortín Director Angélica Fernández Castel Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2014 Proyecto Fin de Carrera PROYECTO FIN DE CARRERA DETERMINACIÓN DE ELEMENTOS MAYORITARIOS EN AGUAS TÓNICAS LORENA ABADÍA ORTIN DIRECCIÓN: ANGÉLICA FERNÁNDEZ CASTEL ESPECIALIDAD: QUÍMICA INDUSTRIAL CONVOCATORIA: SEPTIEMBRE 2014 AGRADECIMIENTOS En primer lugar, agradecer a la Dra. Angélica Fernández su atención, paciencia y dedicación durante todo el tiempo que ha durado la realización de este proyecto, pues sin su ayuda no hubiese sido posible. Asimismo al personal del laboratorio por facilitarme la ejecución del trabajo. También me gustaría agradecer y sobre todo, dedicar este proyecto a mis familiares y amigos, por su apoyo durante todo este tiempo y en especial, a mi padre, que tras su lucha por la vida, empezó este arduo camino conmigo pero, el destino decidió que no iba a estar aquí para poder disfrutar este gran momento. Muchas gracias a todos. ________________________________________________________________Índice 1. OBJETIVO.................................................................................................................1 2. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………..2 2.1. Aguas tónicas……………………..…………………………………………………..2 2.2. Potasio……………………………..…………………………………………………..3 2.3. Magnesio…………………………..…………………………………………………..3 2.4. Calcio……………………………..……………………………………………………4 2.5. Sodio……………………………..…………………………………………………….4 2.6. Método de análisis instrumental...…………………………………………………..5 3. MATERIALES Y EQUIPOS……………………………………...……………………….6 4. ESPECTRÓMETRO…………………………………………….…………………………6 5. REACTIVOS Y DISOLUCIONES………………………………………………………..8 6. MUESTRAS………………………….…………………………………………………….9 6.1. Listado de muestras analizadas ….………………………………………………..9 6.2. Tónicas Premium………………….………………………………………………..10 6.3. Preparación de las muestras…….………………………………………………..12 7. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN POTASIO………………………………………....13 7.1. Parámetros instrumentales …..….….………………………………………….....13 7.2. Recta de calibrado………………..…..……………………………………...….....13 7.3. Análisis de muestras……………………………………………………………..…14 7.4. Límite de detección…………………...…….………………………………………15 7.5. Estudio de recuperación……………..….….………………………………….…..15 7.6. Adición estándar……………………..……..………………………………………16 8. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN MAGNESIO……………………………………....19 8.1. Parámetros instrumentales……………..……………………………..………….19 8.2. Recta de calibrado…………………………………...........................................19 8.3. Análisis de muestras…………………………………........................................20 8.4. Límite de detección…………………………………..........................................21 8.5. Estudio de recuperación…………………………………..................................21 ________________________________________________________________Índice 8.6. Adición estándar…………………………………................................................23 9. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN CALCIO………………………………….............26 9.1. Parámetros instrumentales……………..…..…………………………….............26 9.2. Recta de calibrado…………………………………............................................26 9.3. Análisis de muestras………………………………….........................................27 9.4. Límite de detección…………………………………...........................................28 9.5. Estudio de recuperación…………………………………...................................28 9.6. Adición estándar…………………………………...............................................30 10. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN SODIO…………………………………...............33 10.1 Parámetros instrumentales…….……………………………………………...….33 10.2 Recta de calibrado……………….…………………..........................................33 10.3 Análisis de muestras ………….…………………………………………….…….34 10.4 Límite de detección…………….………………………………………………….35 10.5 Estudio de recuperación……….…….……...….…………………………………35 10.6 Adición estándar……...……………………….…………………………………..37 11. CONCLUSIONES……………………………………………………….………………..40 11.1 Resumen rectas de calibrado…………….……………………...……...............40 11.2 Resumen estudios recuperación………….………………………………..........40 11.3 Resumen adiciones estándar…………….………………………………...........41 11.4 Comparación concentraciones bibliográficas y experimentales.……………..42 11.5 Concentraciones de elementos según el tipo de muestra analizada...…….. 43 11.6 Comparación de valores medios….….…………………….……………………47 12. BIBLIOGRAFÍA………………………………..…………………………….…….........48 13. ÍNDICE DE TABLAS………………………………………………………………........49 14. ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………….……….........51 Objetivo e introducción 1 1. OBJETIVO El presente proyecto tiene por objeto determinar, por medio de la espectroscopía de absorción atómica de llama, la concentración, en mg/L, de potasio, magnesio, calcio y sodio presentes en diferentes aguas tónicas. Se llevarán a cabo estudios de recuperación y comparación de los resultados obtenidos con diferentes métodos de calibración. Finalmente se realizará un estudio comparativo entre diferentes marcas y tipos que se encuentran en el mercado, así como una comparación con datos bibliográficos. Objetivo e introducción 2 2. INTRODUCCIÓN 2.1 El agua tónica El agua tónica, o simplemente, tónica es un refresco carbonatado aromatizado con quinina. La bebida toma el nombre de los efectos médicos de este aromatizante amargo. La quinina es un alcaloide que se extrae de la corteza del árbol de la quina, y tiene propiedades tónicas digestivas y nerviosas (de ahí el nombre de la bebida), antipiréticas, analgésicas y antimaláricas. La bebida surgió al añadir quinina al agua carbonatada como medida de profilaxis contra la malaria. Su consumo inicial se limitaba a las colonias inglesas de las zonas tropicales de Asia y África; pero luego se extendió por todo el mundo. Originalmente, la fórmula de la tónica sólo incluía agua carbonatada y quinina, con grandes proporciones de esta última, lo que provocaba un sabor muy amargo. Cuenta entre sus ingredientes el ácido cítrico y el azúcar para mitigar un poco el sabor amargo de la quinina. Con el paso del tiempo la cantidad de quinina se ha reducido a cantidades insignificantes desde el punto de vista médico, debido a los efectos secundarios que tienen altas dosis de esta sustancia, por lo que ahora se usa sólo en cantidades equivalentes a cinco milésimas partes de la dosis terapéutica y únicamente por su sabor. La tónica es usada con frecuencia en una bebida llamada gin tonic, que es una mezcla de ginebra y agua tónica. Aparte de las versiones estándar de la bebida, también se venden versiones sin azúcar o aromatizadas con limón (limón amargo) o lima (lima amarga). La bebida brilla bajo luz ultravioleta debido a la fluorescencia natural del sulfato de quinina presente en ella. [1] El empleo de quinina en dosis terapéuticas o excesivas puede causar un síndrome reversible denominado cinchonismo, con manifestaciones tóxicas que incluyen: trastornos gastrointestinales, visuales, auditivos, efectos cardiovasculares y neurológicos; así como cefaleas, confusión, coma, ceguera e incluso psicosis. [2] Objetivo e introducción 3 2.2 Potasio El contenido de potasio del organismo humano es de unos 2 g/kg. Su consumo en la alimentación ordinaria alcanza 2 – 5,9 g/día, las necesidades medias son del orden de 782 mg. Se encuentra localizado principalmente en las células, regula la presión osmótica celular, participa en la excitabilidad de la célula y activa una serie de enzimas. 2.2.1 Carencia de potasio La deficiencia de potasio puede producirse por un consumo pobre con los alimentos o por un aporte excesivo de alimentos pobres en potasio. También puede observarse en algunos tratamientos con toma de diuréticos, régimen estricto sin sal y abuso de laxantes. [3][4] 2.2.2 Exceso de potasio Únicamente se da en caso de aportes excesivos, sobre todo por medio de medicamentos. [4] 2.3 Magnesio El contenido de magnesio del hombre es de unos 200 mg/kg y el aporte deseado, del orden de 300 – 500 mg/día. Con la alimentación ordinaria se reciben unos 300-500 mg/día. El magnesio se utiliza como componente y activador de numerosas enzimas, especialmente aquellas que producen fosfatos ricos en energía, el magnesio es un elemento vital. [3] 2.3.1 Carencia de Magnesio La cantidad de magnesio aportada por una dieta normal puede ser insuficiente, estas carencias pueden traducirse en fatiga, dolores musculares, calambres, etc. [4] 2.3.2 Exceso de Magnesio Las intoxicaciones por magnesio son raras y conllevan un descenso de la tensión arterial, nauseas, somnolencia y problemas cardíacos. [4] Reactivos, disoluciones y muestras 10 6.2 Tónicas Premium En la Tónica Schweppes Premium (M9), se han intensificado los aromas cítricos y añadido un toque de lima. [5] La Bö Flowers Tonic Water (M10) es un agua tónica de carácter floral, elaborada con extractos naturales habituales como la quinina y con otros no tantos en una tónica como el de crisantemo, la pimienta rosa o las rosas. [6] La Original Classic (M11) es un agua tónica Premium elaborada con extractos naturales de quinina y azúcar, de aspecto cristalino y posee un olor relativamente neutro. [6] Seagram’s (M12) es una tónica Premium que aparentemente tiene un aspecto cristalino, burbuja fina y persistente. Otorga aromas frescos, cítricos y quinina con tonos herbáceos. [7] Indi & Co (M13) Esta tónica está fabricada de forma artesanal con elementos naturales, sin contener conservantes, ni edulcorantes, ni aromas artificiales. Algunos de sus botánicos son la 2.13 INDI cristal (M13) 2.14 1724 cristal (M14) 2.15 ME tonic cristal (M15) 2. 16 BO tonic water fruits Cristal (M16) 2.17 Fever-Tree cristal (M17) 2.18 Fever-Tree lemon cristal (M1 8 ) Reactivos, disoluciones y muestras 11 piel de naranja de Sevilla, la corteza de lima, la kewra, las semillas de cardamomo, el kalinji y la quinina, entre otros. [6] La 1724 Tonic Water (M14), está fabricada por el procedimiento tradicional, con agua mineral, quinina recogida a mano en el Camino del Inca, cuyo origen está a 1724 metros sobre el nivel del mar, y de ahí el nombre de esta tónica. Entre los cítricos que la componen, tiene una especial incidencia la mandarina. [6] ME Tonic (M15) está hecha a base de agua carbonatada de manantial junto con quinina natural, yuzu japonés y pimienta negra. Desprende un sabor de corte clásico conjugado con la singularidad propia de los añadidos exóticos al agua y a la quinina. [6] Bö Fruits Tonic Water (M16) es una agua tónica frutal, elaborada 100 % con productos naturales como la típica quinina, el membrillo, las endrinas o el lychee. [6] Fever-Tree (M17) tónica, está fabricada por el procedimiento tradicional, con agua de manantial, quinina del Árbol de la Fiebre (Fever tree) de Ruanda, azúcar de caña, ácido cítrico, aceite de naranja y ralladura de limón. [6] La Fever-tree Lemon (M18) es una tónica Premium totalmente natural. Es poseedora de un sabor y aroma a limones frescos, ya que incluye entre otros ingredientes limón de Sicilia, del cual se añade un extracto obtenido mediante el método “sfumatrice”, no se incorporan colorantes ni ningún tipo de aroma artificial o conservante. [6] 6.3 Preparación de las muestras Las muestras se deben desgasificar, para ello se usa el equipo de ultrasonidos. [8] Se realiza una dilución en medio ácido y con cloruro de lantano (10% La), de modo que las muestras contienen:  2 mL de muestra  2 mL de LaCl3 (10%La)  1 mL de HCl concentrado (37% grado analítico) Todas ellas llevadas a matraces de 25 mL con agua desionizada. Reactivos, disoluciones y muestras 12 6.3.1 Excepciones 6.3.1.1 Estudio del contenido de Potasio Se realizaron diluciones adicionales para las muestras 5, 14 y 18, puesto que se obtenían señales fuera de rango. Se toma 1 mL de muestra, 2 mL de LaCl3 (10% La) y 1 mL de HCl concentrado, todo ello enrasado con agua desionizada en matraz de 25 mL. 6.3.1.2 Estudio del contenido en Magnesio Se hizo una dilución adicional para la muestra 16: Se tomaron 2 mL de la muestra ya preparada y se diluyó a 10 mL con la disolución del blanco. 6.3.1.3 Estudio del contenido en Calcio Se hicieron diluciones adicionales para las muestras 10, 16, 17 y 18: se tomaron 5 mL de la muestra anteriormente preparada y se llevó a matraz de 10 mL con la disolución del blanco. 6.3.1.4 Estudio del contenido en Sodio Se preparan todas las muestras de la siguiente forma:  1 mL de Muestra  2 mL de LaCl3 (10%La)  1 mL de HCl concentrado (37% grado analítico) Se realizan diluciones adicionales en las muestras 13, 14 y 16: se tomaron 5 mL de la muestra ya preparada y enrasada a 10 mL con la disolución del blanco. Potasio 13 7. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN POTASIO 7.1 Parámetros instrumentales  λ = 766,5 nm  Caudal de aire: 6 - 7 u.a.  Caudal de acetileno: 1 - 1,5 u.a.  Altura del mechero: 3 - 5 u.a.  Anchura de rendija: 1,0 nm  Intensidad de lámpara: 5,0 mA 7.2 Recta de calibrado A partir de la solución patrón de potasio diluida (10 mg/L K), se preparan las siguientes soluciones:  Blanco: (0,0 mg/L de K): 4mL HCl concentrado + 8 mL LaCl3 (10%La) enrasada a 100 mL con agua desionizada.  0,4 mg/L de K: 2mL solución 10 mg/L de k + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,6 mg/L de K: 3mL solución 10 mg/L de k + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,8 mg/L de K: 4mL solución 10 mg/L de k + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  1,0 mg/L de K: 5mL solución 10 mg/L de k + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  2,0 mg/L de K: 10mL solución 10 mg/L de k + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La) Todas ellas menos el blanco, en matraces de 50 mL y enrasadas con agua desionizada Concentración (mg/L) 0,0 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 Absorbancia 0,000 0,125 0,185 0,242 0,302 0,626 % RSD 4,7 0,4 3,0 0,4 3,7 1,8 Tabla 1. Datos recta de calibrado de potasio 1 Potasio 14 Recta Calibrado Potasio 1 y = 0,3123x - 0,0032 r = 0,9995 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Concentración mg/L Absorbancia 3. Recta de calibrado de potasio 1 Con la ecuación de esta recta se calculan las concentraciones de las muestras. 7.3 Análisis de muestras Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg/L) 1 0,199 3,3 8,093 2 0,647 2,8 25,86 3 0,146 1,0 5,972 4 0,160 2,7 6,532 5 0,665 2,1 53,49 6 0,094 2,4 3,890 7 0,116 3,0 4,771 8 0,131 3,9 5,371 9 0,081 0,6 3,370 10 0,356 2,7 14,37 11 0,069 2,2 2,889 12 0,077 5,1 3,210 13 0,155 2,0 6,332 14 0,501 2,5 40,36 15 0,061 1,4 2,569 16 0,215 2,2 8,733 17 0,119 2,7 4,891 18 0,638 1,5 50,36 Tabla 2. Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para el potasio Potasio 15 7.4 Límite de detección Se calcula a partir de la desviación estándar del blanco y de la sensibilidad. Siendo: Límite de detección = 3 · Desviación estándar absoluta del blanco Sensibilidad  Valores de absorbancia para el blanco: -0,003; -0,003; -0,002; -0,002; -0,005; -0,005; -0,005; -0,001; 0,001; 0,002 Desviación estándar absoluta = 2,451 · 10-3 Sensibilidad = Pendiente de la recta de calibrado = 0,3123 Límite de detección = 3 · 2,451 · 10-3 = 2,354 · 10-2 mg/L 0,3123 7.5 Estudio de Recuperación Se preparan dos alícuotas iguales y a una de ellas se le adiciona una concentración conocida de potasio, en este caso 0,4 mg/L. Se quiere comprobar que la medida de las absorbancias indique realmente la presencia de 0,4 mg/L más. Muestra 14  M14: 1 mL muestra 1724 cristal  M14 + 0,4 mg/L de K: 1 mL muestra 1724 cristal + 1 mL disolución de 10 mg/L de potasio Ambas contienen también 1 mL de HCl (c), 2 mL de disolución LaCl3 (10%) y agua desionizada hasta completar el matraz de 25 mL. Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg/L K) M14 0,501 2,5 1,614 M14+ 0,4 mg/L 0,633 1,3 2,037 Tabla 3: Datos recuperación muestra 1724 cristal (M14) Las concentraciones de la tabla no tienen en cuenta la dilución de las muestras y han sido calculadas con la ecuación de la recta 1. % Recuperación: %6,105100 4,0 614,1037,2   Potasio 16 Muestra 10  M10: 1 mL muestra BO flowers cristal  M10 + 0,4 mg/L de K: 1 mL muestra BO flowers cristal + 1 mL disolución de 10 mg/L de potasio Ambas contienen además, 1 mL de HCl (c), 2 mL de disolución LaCl3 (10%) y agua desionizada hasta completar el matraz de 25 mL. Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg/L K) M10 0,131 1,1 0,430 M10+ 0,4 mg/L 0,269 3,3 0,873 Tabla 4: Datos recuperación muestra BO flowers cristal (M10) Las concentraciones de la tabla no tienen en cuenta la dilución de las muestras y han sido calculadas con la ecuación de la recta 1. % Recuperación: %6,110100 4,0 430,0873,0   7.6 Adición estándar Se preparan una serie de alícuotas de la muestra, a las que se le añaden distintas cantidades estándar de potasio. Con esto podemos calcular la concentración de la muestra y así compararla con el valor obtenido anteriormente de la concentración resultante con la recta de calibrado. Muestra 4  Muestra 4: 2 mL muestra + 1mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M4 +0,4 mg/L de K: 2 mL muestra + 1 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M4 +0,6 mg/L de K: 2 mL muestra + 1,5 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M4 +0,8 mg/L de K: 2 mL muestra + 2 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M4 + 1 mg/L de K: 2 mL muestra + 2,5 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La) Todos ellos enrasados con agua desionizada en matraces de 25 mL. Potasio 17 Muestra Absorbancia %RSD M4 0,157 0,9 M4 + 0,4 mg/L 0,255 2,1 M4 + 0,6 mg/L 0,304 0,2 M4 + 0,8 mg/L 0,347 1,6 M4 + 1 mg/L 0,408 2,5 Tabla 5: Datos adición estándar muestra Nordic lata (M4) Adición estándar K M.4 y = 0,247x + 0,1559 r = 0,9981 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Concentración mg/L Absorbancia 4. Adición estándar para M4 potasio Se despeja la x de la ecuación de la recta obtenida para y=0, obteniéndose la concentración de la muestra 4.  Concentración Muestra 4 con recta de calibrado: 0,5225 mg/L de potasio  Concentración Muestra 4 con adición estándar: 0,6311 mg/L de potasio Muestra 7  Muestra 7: 2 mL muestra + 1mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M7 + 0,4 mg/L de K: 2 mL muestra + 1 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M7 + 0,6 mg/L de K: 2 mL muestra + 1,5 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M7 + 0,8 mg/L de K: 2 mL muestra + 2 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M7 + 1 mg/L de K: 2 mL muestra + 2,5 mL solución 10 mg/L de k + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La) Todos ellos enrasados con agua desionizada en matraces de 25 mL. Potasio 18 Muestra Absorbancia %RSD M7 0,120 4,3 M7 + 0,4 mg/L 0,195 2,1 M7 + 0,6 mg/L 0,264 2,5 M7 + 0,8 mg/L 0,298 2,1 M7 + 1 mg/L 0,368 2,1 Tabla 6: Datos adición estándar muestra Schweppes limón lata (M7) Adición estándar K M.7 y = 0,2459x + 0,1113 r = 0,9853 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Concentración mg/L Absorbancia 5. Adición estándar para M7 potasio Se despeja la x de la ecuación de la recta obtenida para y=0, obteniéndose la concentración de la muestra 7.  Concentración Muestra 7 con recta de calibrado: 0,3816 mg/L de potasio  Concentración Muestra 7 con adición estándar: 0,4526 mg/L de potasio Magnesio 19 8. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN MAGNESIO 8.1 Parámetros instrumentales  λ = 285,2 nm  Caudal de aire: 6 - 7 u.a.  Caudal de acetileno: 1 - 1,5 u.a.  Altura del mechero: 4 - 6 u.a.  Anchura de rendija: 0,5 nm  Intensidad de lámpara: 4,0 mA 8.2 Recta de calibrado A partir de la solución patrón de magnesio diluida (10 mg/L Mg), se preparan las siguientes soluciones:  Blanco: (0,0 mg/L de Mg): 4mL HCl concentrado + 8 mL LaCl3 (10%La) enrasada a 100 mL con agua desionizada.  0,1 mg/L de Mg: 0,5mL solución 10 mg/L de Mg + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,2 mg/L de Mg: 1 mL solución 10 mg/L de Mg + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,3 mg/L de Mg: 1,5mL solución 10 mg/L de Mg + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,4 mg/L de Mg: 2 mL solución 10 mg/L de Mg + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,6 mg/L de Mg: 3 mL solución 10 mg/L de Mg + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La) Todas ellas menos el blanco, en matraces de 50 mL y enrasadas con agua desionizada Concentración (mg/L) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 Absorbancia -0,004 0,119 0,243 0,384 0,508 0,790 1,027 % RSD 2.2 1,7 4,7 0,6 1,6 0,8 0,6 Tabla 7. Datos recta de calibrado de magnesio 1 Calcio 26 9. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN CALCIO 9.1 Parámetros instrumentales  λ = 422,7 nm  Caudal de aire: 6 - 7 u.a.  Caudal de acetileno: 1 - 1,5 u.a.  Altura del mechero: 1 - 3 u.a.  Anchura de rendija: 0,5 nm  Intensidad de lámpara: 10 mA 9.2 Recta de calibrado A partir de la solución patrón de calcio diluida (50 mg/L Ca), se preparan las siguientes soluciones:  Blanco: (0,0 mg/L de Ca): 4mL HCl concentrado + 8 mL LaCl3 (10%La) enrasada a 100 mL con agua desionizada.  0,5 mg/L de Ca: 0,5 mL solución 50 mg/L de Ca + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  1 mg/L de Ca: 1 mL solución 50 mg/L de Ca + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  2 mg/L de Ca: 2 mL solución 50 mg/L de Ca+ 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  3 mg/L de Ca: 3 mL solución 50 mg/L de Ca + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  4 mg/L de Ca: 4 mL solución 50 mg/L de Ca + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La) Todas ellas menos el blanco, en matraces de 50 mL y enrasadas con agua desionizada Concentración (mg/L) 0,0 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 Absorbancia -0,001 0,014 0,032 0,060 0,090 0,121 % RSD 7,0 10,5 5,1 5,1 4,3 0,5 Tabla 14: Datos recta de calibrado de calcio 1 Calcio 27 Recta Calibrado Calcio (1) y = 0,0303x - 0,0004 r = 0,9995 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 1 2 3 4 5 Concentración mg/L Absorbancia 10. Recta de calibrado de calcio 1 Con la ecuación de esta recta se calculan las concentraciones de las muestras. 9.3 Análisis de muestras Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg/L) 1 0,020 4,3 8,415 2 0,013 5,2 5,528 3 0,011 4,0 4,703 4 0,052 2,8 21,62 5 0,038 2,5 15,84 6 0,024 5,1 10,06 7 0,012 5,9 5,115 8 0,053 5,8 22,03 9 0,011 3,0 4,703 10 0,017 0,8 14,35 11 0,005 7,2 2,227 12 0,045 1,7 18,73 13 0,076 3,9 31,52 14 0,008 7,7 3,465 15 0,008 8.0 3,465 16 0,132 4,3 109,2 17 0,072 1,2 59,73 18 0,095 2,0 78.71 Tabla 15: Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para el calcio Calcio 28 9.4 Límite de detección Se calcula a partir de la desviación estándar del blanco y de la sensibilidad. Siendo: Límite de detección = 3 · Desviación estándar absoluta del blanco Sensibilidad  Valores de absorbancia para el blanco: -0,001; -0,001; -0,002; -0,002; -0,002; -0,002; -0,002; -0,003; -0,003; -0,003 Desviación estándar absoluta = 6,666· 10-4 Sensibilidad = Pendiente de la recta de calibrado = 0,0303 Límite de detección = 3 · 6,666 · 10-4 = 6,600 · 10-2 mg/L 0,0303 9.5 Estudio de Recuperación Se preparan dos alícuotas iguales y a una de ellas se le adiciona una concentración conocida de calcio, en este caso 1 mg/L. Se quiere comprobar que la medida de las absorbancias indique realmente la presencia de 1 mg/L más. Concentración (mg/L) 0,5 1,0 2,0 4,0 Absorbancia 0,013 0,021 0,040 0,072 % RSD 2,2 0,7 2,7 1,4 Tabla 16: Datos recta de calibrado de calcio 2 Calcio 29 Recta Calibrado Calcio (2) y = 0,0169x + 0,0047 r = 0,9987 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0 1 2 3 4 5 Concentración mg/L Absorbancia 11. Recta de calibrado de calcio 2 Con la ecuación de esta recta 2 se calculan las concentraciones de las recuperaciones. Muestra 8  M8: 1 mL muestra Nordic plástico  M8 + 1 mg/L de Ca: 1 mL muestra Nordic plástico + 0,5 mL disolución de 50 mg/L de calcio Ambas contienen también 1 mL de HCl (c), 2 mL de disolución LaCl3 (10%) y agua desionizada hasta completar el matraz de 25 mL. Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg/L Ca) M8 0,017 8,8 0,828 M8+ 1 mg/L 0,037 2,7 1,893 Tabla 17: Datos recuperación muestra Nordic plástico (M8) Las concentraciones de la tabla no tienen en cuenta la dilución de las muestras y han sido calculadas con la ecuación de la recta 2. % Recuperación: %5,106100 1 828,0893,1   Calcio 30 Muestra 13  M13: 1 mL muestra Indi cristal  M13 + 1 mg/L de Ca: 1 mL muestra Indi cristal + 0,5 mL disolución de 50 mg/L de calcio Ambas contienen además, 1 mL de HCl (c), 2 mL de disolución LaCl3 (10%) y agua desionizada hasta completar el matraz de 25 mL. Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg/L Ca) M13 0,025 0,7 1,183 M13+ 1 mg/L 0,049 5,2 2,130 Tabla 18: Datos recuperación muestra Indi cristal (M13) Las concentraciones de la tabla no tienen en cuenta la dilución de las muestras y han sido calculadas con la ecuación de la recta 2. % Recuperación: %67,94100 1 183,1130,2   9.6 Adición estándar Se preparan una serie de alícuotas de la muestra, a las que se le añaden distintas cantidades estándar de calcio. Con esto podemos calcular la concentración de la muestra y así compararla con el valor obtenido anteriormente de la concentración resultante con la recta de calibrado. Muestra 9  Muestra 9: 2 mL muestra + 1mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M9 + 0,5 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 0,25 mL solución 50 mg/L de Ca + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M9 + 1 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 0,5 mL solución 50 mg/L de Ca + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M9 + 1,5 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 0,75 mL solución 50 mg/L de Ca + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M9 + 2 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 1 mL solución 50 mg/L de Ca+ 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La) Todos ellos enrasados con agua desionizada en matraces de 25 mL. Calcio 31 Muestra Absorbancia %RSD M9 0,014 0,9 M9 + 0,5 mg/L 0,029 1,5 M9 + 1 mg/L 0,045 2,1 M9 + 1,5 mg/L 0,062 0,3 M9 + 2 mg/L 0,077 1,8 Tabla 19: Datos adición estándar muestra Schweppes Premium cristal (M9) Adición estándar Ca M9 y = 0,0318x + 0,0136 r = 0,9996 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Concentración mg/L Absorbancia 12. Adición estándar para M9 calcio Se despeja la x de la ecuación de la recta obtenida para y=0, obteniéndose la concentración de la muestra 9.  Concentración Muestra 9 con recta de calibrado: 0,3762 mg/L de calcio  Concentración Muestra 9 con adición estándar: 0,4276 mg/L de calcio Calcio 32 Muestra 13  Muestra 13: 2 mL muestra + 1mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M13 + 0,5 mg/L de Ca: 2 mL muestra +0,25 mL solución 50 mg/L de Ca + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M13 + 1 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 0,5 mL solución 50 mg/L de Ca + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M13 + 1,5 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 0,75 mL solución 50 mg/L de Ca + 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La)  M13 + 2 mg/L de Ca: 2 mL muestra + 1 mL solución 50 mg/L de Ca+ 1 mL HCl (c) + 2 mL LaCl3 (10%La) Todos ellos enrasados con agua desionizada en matraces de 25 mL. Muestra Absorbancia %RSD M13 0,094 2,1 M13 + 0,5 mg/L 0,102 3,6 M13 + 1 mg/L 0,116 1,3 M13 + 1,5 mg/L 0,140 0,7 M13 + 2 mg/L 0,158 2,0 Tabla 20: Datos adición estándar muestra Indi cristal (M13) Adición estándar Ca M13 y = 0,0332x + 0,0888 r = 0,9703 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Concentración mg/L Absorbancia 13. Adición estándar para M13 calcio. Se despeja la x de la ecuación de la recta obtenida para y=0, obteniéndose la concentración de la muestra 13.  Concentración Muestra 13 con recta de calibrado: 2,2514 mg/L de calcio  Concentración Muestra 13 con adición estándar: 2,6746 mg/L de calcio Sodio 33 10. ESTUDIO DEL CONTENIDO EN SODIO 10.1 Parámetros instrumentales  λ = 589,6 nm  Caudal de aire: 6 - 7 u.a.  Caudal de acetileno: 1 - 1,5 u.a.  Altura del mechero: 2 - 4 u.a.  Anchura de rendija: 0,5 nm  Intensidad de lámpara: 5,0 mA 10.2 Recta de calibrado A partir de la solución patrón de calcio diluida (10 mg/L Na), se preparan las siguientes soluciones:  Blanco: (0,0 mg/L de Ca): 4mL HCl concentrado + 8 mL LaCl3 (10%La) enrasada a 100 mL con agua desionizada.  0,4 mg/L de Ca: 2mL solución 10 mg/L de Na + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,6 mg/L de Ca: 3 mL solución 10 mg/L de Na + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  0,8 mg/L de Ca: 4 mL solución 10 mg/L de Na+ 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  1 mg/L de Ca: 5 mL solución 10 mg/L de Na + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La)  2 mg/L de Ca: 10 mL solución 10 mg/L de Na + 2 mL HCl (c) + 4 mL LaCl3 (10%La) Todas ellas menos el blanco, en matraces de 50 mL y enrasadas con agua desionizada. Concentración (mg/L) 0,0 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 Absorbancia -0,001 0,050 0,072 0,094 0,117 0,226 % RSD 77,7 0,6 0,8 1,0 1,0 0,4 Tabla 21: Datos recta de calibrado de sodio 1 Sodio 34 Recta Calibrado Na (1) y = 0,1125x + 0,003 r = 0,999 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Concentración mg/L Absorbancia 14. Recta de calibrado de sodio 1 Con la ecuación de esta recta se calculan las concentraciones de las muestras. 10.3 Análisis de muestras Muestra Absorbancia %RSD Concentración (mg(L) 1 0,030 1,4 6,000 2 0,212 1,2 46,44 3 0,030 1,9 6,000 4 0,054 0,1 11,33 5 0,138 0,3 30,00 6 0,223 0,2 48,88 7 0,032 2,0 6,444 8 0,061 1,0 12,88 9 0,033 0,4 6,666 10 0,237 0,5 52,00 11 0,174 1,0 38,00 12 0,054 0,6 11,33 13 0,179 0,8 78,22 14 0,231 0,5 101,3 15 0,137 0,7 29,77 16 0,132 0,3 57,33 17 0,045 1,2 9,333 18 0,137 0,3 29,77 Tabla 22: Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para el sodio Sodio 35 10.4 Límite de detección Se calcula a partir de la desviación estándar del blanco y de la sensibilidad. Siendo: Límite de detección = 3 · Desviación estándar absoluta del blanco Sensibilidad  Valores de absorbancia para el blanco: -0,004; -0,004; -0,004; -0,004; -0,004; -0,004; -0,004; -0,004; -0,004; -0,004 Desviación estándar absoluta = 9,1428· 10-19 Sensibilidad = Pendiente de la recta de calibrado = 0,0303 Límite de detección = 3 · 9,1428· 10-19 = 2,43808· 10-17 mg/L 0,1125 10.5 Estudio de Recuperación Se preparan dos alícuotas iguales y a una de ellas se le adiciona una concentración conocida de sodio, en este caso 0,4 mg/L. Se quiere comprobar que la medida de las absorbancias indique realmente la presencia de 0,4 mg/L más. Concentración (mg/L) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Absorbancia 0,047 0,077 0,116 0,149 0,183 % RSD 2,7 2,0 2,3 1,0 1,4 Tabla 23: Datos recta de calibrado de sodio 2 Conclusiones 42 11.4 Comparación concentraciones bibliográficas y experimentales Se han encontrado valores bibliográficos sólo para aguas tónicas clásicas, que se comparan con los valores experimentales. Datos Aguas Tónicas K Mg Ca Na Clásicas 3,890 – 53,49 0,999 – 4,125 4,703– 22,03 6,000 – 48,88 Premium 2,569 – 40,36 0,272 – 5,579 2,227 – 31,52 6,666 - 101,3 Experimentales Light 25,86 1,849 5,528 46,44 Limón 4,771 – 50,37 2,028 – 6,326 5,115 – 78,71 6,444 – 29,72 Sabores 8,733 – 14,37 9,471 – 22,36 14,35 – 109,2 52,00 – 57,33 Bibliográficos [9] Clásicas - - - 90,00 Bibliográficos [10, 11] Clásicas 0,0 0,0 30,00 30,00 Tabla 31: Comparativa concentraciones bibliográficas y experimentales, en mg/L (considerando la dilución) Conclusiones 43 11.5 Concentraciones de elementos según el tipo de muestra Se han clasificado las aguas tónicas de la siguiente manera:  Clásicas  Premium  Light  Limón  Otros sabores  Por marca: Schweppes  Por tipo de envase: Nordic en lata y en botella de plástico. A continuación, tras la representación de cada gráfica, se comentan las excepciones y muestras con valores más altos para cada elemento. Aguas tónicas clásicas 0 10 20 30 40 50 60 Blue Kas Schweppes Hacendado Berta Nordic mg/L K Mg Ca Na 18. Concentración de elementos en aguas tónicas clásicas Como se puede observar en el gráfico, destaca la tónica Hacendado por su elevado contenido en potasio respecto de las demás muestras. También se puede destacar el contenido de sodio en la muestra de Berta, superior al de Hacendado. En cuanto a los valores de calcio, la muestra de Nordic tiene el más alto de las muestras comparadas. Respecto al magnesio se encuentran valores bajos en todas las muestras respecto de los otros elementos analizados. Conclusiones 44 Aguas tónicas Premium 0 10 20 30 40 50 60 Schweppes premium Original Seagrams Indi 1724 Me tonic Fever Tree mg/L K Mg Ca Na 19. Concentración de elementos en aguas tónicas Premium En cuanto a potasio, llama la atención la concentración obtenida en la muestra 1724, muy superior al resto. Ésta misma muestra contiene también el valor más alto de sodio, seguida por Indi y muy de cerca Original. Respecto al calcio, se observa que la muestra Indi contiene su mayor valor, seguida por Fever Tree y Seagrams. El resto de muestras tiene un contenido de calcio muy inferior a las antes nombradas. Para magnesio, encontramos valores pequeños respecto de los otros elementos. Entre estas tónicas las diferencias de concentración sobre todo de calcio y sodio son mayores, debido a las diferencias de elaboración y por tanto de composición. Agua tónica light 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 Schweppes light mg/L K Mg Ca Na 20. Concentración de elementos en agua tónica Light. Conclusiones 45 En cuanto a este tipo de tónica solo se dispone de una muestra, en la cual destaca el contenido en sodio, seguido del de potasio. Aguas tónicas Limón 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Schweppes limon Fever Tree lemon mg/L K Mg Ca Na 21. Concentración de elementos en aguas tónicas al limón Cabe destacar el alto contenido en calcio que presenta la muestra Fever Tree lemon en comparación con Schweppes. Fever tree lemon también contiene un valor elevado de potasio y sodio. En las dos muestras se observan valores similares de magnesio para cada una de ellas siendo un poco superior en la muestra Fever Tree lemon. Aguas tónicas Sabores 0 20 40 60 80 100 120 Bo Flowers Bo Fruits mg/L K Mg Ca Na 22. Concentración de elementos en aguas tónicas sabores Se observan valores parecidos de potasio y sodio en ambas muestras. En la muestra BO Fruits destaca el alto contenido en calcio respecto de la otra. En cuanto a magnesio, es superior en contenido en la muestra BO Fruits. Conclusiones 46 Comparativa Schweppes 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Schweppes Schweppes premium Schweppes light Schweppes limon mg/L K Mg Ca Na 23. Concentración de elementos en aguas tónicas de la misma marca Se observa una alta concentración de sodio y de potasio en la versión Light de la marca, respecto de las otras versiones. En cuanto a las versiones Clásica, Premium y limón se puede ver un contenido similar tanto para sodio como para magnesio. La versión Premium tiene un contenido inferior en potasio respecto de las demás. La versión limón es la que menor contenido en calcio presenta. Comparativa tipo de envase 0 5 10 15 20 25 Nordic lata Nordic plástico mg/L K Mg Ca Na 24. Concentración de elementos en aguas tónicas con distinto envase Las diferencias no son significativas y tampoco se puede dar una conclusión con dos muestras. Conclusiones 47 11.6 Comparativa valores medios Comparativa valores medios 0 10 20 30 40 50 60 70 Clásicas Premium Light Sabores Limón mg/L K Mg Ca Na 25. Concentración media de elementos en aguas tónicas según clasificación Las diferencias más notables se encuentran en la Light y las de sabores, teniendo éstas el mayor contenido en magnesio, calcio y sodio. Para el sodio, el orden es el siguiente: Limón < Clásicas < Premium < Light < Sabores Para el magnesio: Light < Premium < Clásicas < Limón < Sabores Para el calcio: Limón< Light < Premium < Clásicas < Sabores Cabe destacar que el calcio en las de sabores es más alto que en el resto, pero teniendo en cuenta que las concentraciones de las dos muestras estudiadas son muy diferentes entre si y lo que aparece en la gráfica es el valor medio (15110). Para el potasio el orden es Premium < Sabores < Clásicas < Light < Limón Las diferencias entre las Clásicas y las Premium estaría fundamentalmente en el mayor contenido de sodio y menor de potasio de éstas últimas. Bibliografía 48 12. BIBLIOGRAFÍA [1] Wikipedia: aguas tónicas (1/07/2014) [2] Nutrición clínica y dietética Hospitalaria. 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Sociedad Española de Hipertensión - Liga Española para la lucha contra la hipertensión arterial [ref. de 2/07/2014]. www.seh-lelha.org/busalimento.aspx/ Índice de tablas 49 13. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Datos recta de calibrado de potasio 1……………………………………………………...13 Tabla 2. Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para potasio……14 Tabla 3. Datos recuperación muestra 1724 cristal (M14)………………………………………….15 Tabla 4. Datos recuperación muestra BO fruits cristal (M10)……………………………………...16 Tabla 5. Datos adición estándar muestra Nordic lata (M4)………………………………………...17 Tabla 6. Datos adición estándar muestra Schweppes limón lata (M7)…………………………...18 Tabla 7. Datos recta de calibrado de magnesio 1…………………………………………………..19 Tabla 8. Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para magnesio…20 Tabla 9. Datos recta de calibrado de magnesio 2…………………………………………………..21 Tabla 10. Datos recuperación muestra Nordic lata (M4)…………………………………………...22 Tabla 11. Datos recuperación muestra Berta lata (M6)…………………………………………….23 Tabla 12. Datos adición estándar muestra Blue Kas lata (M1)……………………………………24 Tabla 13. Datos adición estándar muestra Schweppes lata (M3)…………………………………25 Tabla 14. Datos recta de calibrado de calcio 1……………………………………………………...26 Tabla 15. Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para calcio…….27 Tabla 16. Datos recta de calibrado de calcio 2……………………………………………………...28 Tabla 17. Datos recuperación muestra Nordic plástico (M8)………………………………………29 Tabla 18. Datos recuperación muestra Indi cristal (M13)…………………………………………..30 Tabla 19. Datos adición estándar muestra Schweppes Premium cristal (M9) ...………………..31 Tabla 20. Datos adición estándar muestra Indi cristal (M13)………………………………………32 Tabla 21. Datos recta de calibrado de sodio 1 con λ= 589,6 nm………………………………….33 Tabla 22. Datos y concentraciones (considerada la dilución de las muestras) para sodio…….34 Tabla 23. Datos recta de calibrado de sodio 2………………………………………………………35 Tabla 24. Datos recuperación muestra Schweppes Premium cristal (M9)……………………….36 Tabla 25. Datos recuperación muestra Seagrams cristal (M12)………………………………..…37 Tabla 26. Datos adición estándar muestra Blue Kas lata (M1)……………………………………38 Tabla 27. Datos adición estándar muestra Schweppes lata……………………………………….39 Tabla 28. Resumen rectas de calibrado………………………………………………..……………40 Tabla 29. Resumen estudios de recuperación………………………………………………………40 Índice de tablas 50 Tabla 30. Resumen adiciones estándar, concentraciones en mg/L (sin considerar dilución)….41 Tabla 31. Comparativa concentraciones bibliográficas y experimentales, en mg/L (considerando la dilución) ……………………………………………………………………………..42 Índice de figuras 51 14. ÍNDICE DE FIGURAS 1. Espectrómetro de absorción y emisión atómica de llama (Agilent Technologies)……………..7 2.1 Blue Tonic Kas lata (M1)…………………………………………………………………..9 2.2 Schweppes Light lata (M2)………………………………………………………………...9 2.3 Schweppes lata (M3)……………………….……………………………………………...9 2.4 Nordic lata (M4)……………………………………………………………………………..9 2.5 Hacendado tónica lata (M5).……………………………………....................................9 2.6 Berta tónica lata (M6)……………………………………………………………………...9 2.7 Schweppes Limón Lata (M7)………………………………………………………………9 2.8 Nordic botella plástico (M8)………………………………………………………………..9 2.9 Schweppes Original Premium cristal (M9)………………………………………………9 2.10 BO Tonic water flowers cristal (M10) …………………………………………………..9 2.11 Original cristal (M11)……………………………………………………………………...9 2.12 Seagrams cristal (M12)…………………………………………………………………...9 2.13 INDI cristal (M13)………………………………………………………………………...10 2.14 1724 cristal (M14) ……………………………………………………………………….10 2.15 ME tonic cristal (M15)…………………………………………………………………...10 2.16 BO tonic water fruits Cristal (M16)……………………………………………………..10 2.17 Fever-Tree cristal (M17)………………………………………………………………...10 2.18 Fever-Tree lemon cristal (M18)………………………………………………………...10 3. Recta de calibrado de potasio 1……………………………………………………………………14 4. Adición estándar para M4 potasio………………………………………………………………….17 5. Adición estándar para M7 potasio …………………………………………………………………18 6. Recta de calibrado de magnesio…………………………………………………………………...20 7. Recta de calibrado de magnesio 2…………………………………………………………………22 8. Adición estándar para M1 magnesio ……………………………………………………………...24 9. Adición estándar para M3 magnesio……………………………………………………………….25 10. Recta de calibrado de calcio 1…………………………………………………………………….27 11. Recta de calibrado de calcio 2…………………………………………………………………….29