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DETERMINACION
ESPECTROFOTOMETRICA DE COBRE EN
FORMULACIONES MEDICAS, SALVADO DE
TRIGO
Y AGUAS POTABLES
PEDRO LUIS LOPEZ-DE-ALBA*, LETICIA LOPEZ-
MARTINEZ Y
JUDITH AMADOR-HERNANDEZ
Instituto de Investigaciones Científicas, Universidad
de Guanajuato, Guanajuato, Gto., 36000, México
(Recibido: Abril 16, 1999 - Aceptado: Agosto 27,
1999)
RESUMEN
Se estudia espectrofotométricamente la formación del
complejo amarillo formado entre el ion Cu(II) y la
tiosemicarbazona del 2-carboxibenzaldehido
(2CBTSC), desarrollándose un nuevo método
fotométrico de determinación de cobre. El intervalo
útil de trabajo del método desarrollado está
comprendido entre 0,5 y 5,0 ppm del ion Cu(II) (máx
= 346 nm, e = 1,2 x 104 L·mol-1·cm-1) con un error
relativo de 1,12 % (para 3 ppm de Cu(II), n = 11, p =
0,05). Se han estudiado las interferencias de
numerosos iones. La estequiometría del complejo
formado resultó ser 1:1 (2CBTSC:Cu), determinado
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por métodos espectrofotométricos. El método se aplicó
al análisis de cobre en formulaciones médicas, agua
potable y salvado de trigo con buenos resultados.
PALABRAS CLAVES: Tiosemicarbazona, 2-
carboxibenzaldehido, cobre, espectrofotometría.
SUMMARY
The yellow complex formed betwen Cu(II) and
thiosemicarbazone of 2-carboxy benzaldehyde
(2CBTSC) was studied spectrophotometrically. The
use of 2CBTSC as an analytical reagent in photometric
estimation of Cu(II) is described. The method is
suitable in the range between 0.5 and 5.0 ppm of
Cu(II) (max = 346 nm, e = 1.2 x 104 L·mol-1·cm-1)
with a relative error of 1.12%. The interferences
caused by numerous ions have been studied. The
stoichiometry of the complex originated by the
2CBTSC with the ion Cu(II) has been determined by
spectrophotometric methods and it is 1:1
(reagent:cation). The method was applied to the
determination of copper in medic formulations,
drinking water and wheat bran with satisfactory
results.
KEY WORDS: Spectrophotometric,
thiosemicarbazone, 2-carboxybenzaldehyde, copper.
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* A quien debe dirigirse la correspondencia. E-mail:
[email protected] , fax: 52-473-26252
INTRODUCCION
El estudio de tiosemicarbazonas (TSC) como reactivos
analíticos ha sido en los últimos años un campo muy
fecundo de investigación sobre el que se han publicado
varias revisiones, bien desde el punto de vista
inorgánico1) o en relación con sus aplicaciones
analíticas2-4). Estos compuestos se comportan como
buenos reactivos analíticos de los cationes de los
metales de transición, y en muchos casos son comunes
sus reacciones con iones Ag(I), Hg(II), Cu(II) y Pd(II).
Si bien, la mayorìa de los métodos
espectrofotométricos para la determinación del ión
Cu(II), utilizan una etapa de extracción y separación
del complejo TSC-Metal en un disolvente adecuado5-
9), registrando el espectro de absorción del extracto
orgánico y midiendo en éste su absorbancia a
determinada longitud de onda. En medio homogéneo,
son pocos los métodos que permiten la determinación
por debajo de 6 µg/mL del ion cobre utilizando como
reactivo cromogénico alguna tiosemicabazona10-13).
El 2-carboxibenzaldehido (2CB) tiene un equilibrio
tautomérico14-16) (Figura 1), provocando que los
productos de la reacción de condensación entre este
aldehído y una amina primaria normalmente siempre
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reaccionarán formando un ftaluro; sin embargo, al
realizar la reacción de condensación entre el 2CB y la
tiosemicarbacida en disolución de ácido clorhídrico
0,1 M, se logró desplazar el equilibrio a la derecha
obteniéndose la respectiva base de Schiff
(Tiosemicarbazona del 2-carboxibenzaldehído,
2CBTSC).
FIG. 1. Estructuras del 2-carboxibenzaldehído
(hidroxiftaluro), de la tiosemicarbacida y de su
respectiva tiosemicarbazona del 2-
carboxibenzaldehído, en donde se observa la
tautomería aldehído-ftaluro.
La 2CBTSC fue sintetizada y caracterizada por
primera vez por López-de-Alba17). Se estudiaron sus
propiedades de interés analítico, observándose algunas
reacciones coloreadas sensibles, entre ellas, han sido
ampliamente estudiadas las reacciones que ocurren
con los iones Ag(I)18) y Pd(II)19). También ha sido
estudiado su comportamiento electroanalítico20).
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos
del estudio de la reacción entre la tiosemicarbazona
del 2-carboxibenzaldehído (2CBTSC) y el ion Cu(II),
proponiéndose un nuevo método espectrofotométrico
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de determinación de este catión en medio homogéneo.
Aplicándose a la determinación de este catión en
salvado de trigo, formulaciones farmacéuticas y en la
especiación del ion Cu(II) en aguas, con buenos
resultados.
PARTE EXPERIMENTAL
Aparatos
-
-
-
Espectrofotómetro "Milton Roy
Spectronic 3000 Array", provisto de
cubetas de cuarzo de 1 cm de paso de luz
y el software "Rapid Scan" para el
tratamiento de los espectros.
pH-metro, "Corning mod. 240", con
electrodo combinado vidrio-
Calomelanos.
Espectrómetro de absorción atómica,
"Perkin Elmer" modelo 3100.
Disoluciones
-
-
-
Disolución de Cu(II) - Disolución de
cobre de 1005 µg/mL patrón para
E.A.A., "Sigma". A partir de esta
disolución, se preparan otras más
diluidas.
Disolución de 2CBTSC. Se prepara por
disolución de la cantidad necesaria de
2CBTSC en DMF, de acuerdo a las
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diferentes concentraciones requeridas.
Disolución reguladora de pH 8,2. Se
pesan 6,183 g de ácido bórico y se
disuelven en 50 mL de una disolución de
hidróxido de sodio 1 N, se afora la
mezcla a 500 mL. A esta mezcla se le
adicionan 293,2 mL de una disolución de
ácido clorhídrico 0,1 N.
Los demás reactivos utilizados son todos grado
análitico y el agua desionizada grado CLAR.
Estudio de las variables que tienen efecto sobre la
formación del complejo
Influencia del pH
Para estudiar esta variable, se prepara una serie de
muestras en matraces aforados de 25 mL conteniendo
6 ppm de Cu(II), 2,5 mL de una disolución 1 x 10-2 M
de 2CBTSC disuelta en DMF, cantidades variables de
ácido clorhídrico o hidróxido de amonio para obtener
diferentes valores de pH y agua desionizada hasta
completar los 25 mL. Con las muestras así preparadas,
se miden sus absorbancias a 346 nm frente un blanco
reactivo. Con los valores de absorbancia obtenidos
para cada muestra, se construye un gráfico de
absorbancias versus sus correspondientes valores de
pH.
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Influencia de la cantidad de reactivo
Para este estudio, se prepara una serie de muestras en
matraces aforados de 25 mL que contienen 8 ppm de
Cu(II), volúmenes variables de disolución de reactivo
disuelto en DMF, sin superar una concentración final
de DMF del 10%, 10 mL de disolución amortiguadora
de pH 8,2 y agua desionizada hasta enrase. Después se
mide la abosrbancia a 346 nm frente a blancos
idénticos sin Cu(II).
Estabilidad del complejo en disolución
La estabilidad se ha determinado midiendo la
absorbancia a 346 nm a diferentes intervalos de tiempo
de una muestra conteniendo 6 ppm de Cu(II), 2,5 mL
de disolución del reactivo 8 x 10-3 M disuelto en DMF,
10 mL de disolución reguladora de pH 8,2 y aforada
con agua desionizada a 25 mL.
Procedimiento recomendado para la determinación
fotométrica de Cu(II)
En matraces aforados de 25 mL, se adicionan 2,5 mL
de 2CBTSC 8 x 10-3 M disuelta en DMF, 10 mL de
disolución reguladora de pH 8,2 y diferentes alícuotas
de las muestras cuyo contenido de ion Cu(II) no debe
ser mayor de 5 µg·mL-1, se adiciona agua desionizada
hasta enrase. Las absorbancias se miden a 346 nm
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antes de veinte minutos de aforadas las muestras,
frente a un blanco reactivo.
Determinación de cobre en medicamentos
La determinación de cobre en los medicamentos, se
realizó en las formulaciones denominadas "Ascoxal"
(Laboratorio Astra Chemicals, S.A), antiséptico
bucofaríngeo y en "Cuprex" (Merck-México, S.A.),
parasiticida solución. Para la determinación de cobre
en el "Ascoxal" (peso promedio de las pastillas 0,4634
± 0,0083 g), se molieron 50 pastillas de las 100
contenidas en el frasco, se homogeniza la muestra y de
ésta, se pesan cantiddes exactamente pesadas próximas
a los 5 g. En el caso de "Cuprex" solución, se miden
exactamente 5 mL de la formulación. Una u otra
muestra, se transfieren a un matraz balón de 100 mL
con boca esmerilada y se les adicionan 20 mL de ácido
nítrico concentrado, 10 mL de ácido sulfúrico
concentrado (con precaución) y 20 mL de agua
desionizada. La mezcla se coloca a reflujo con
agitación constante por 60 minutos, se deja enfriar y se
filtra a través de papel filtro "Whatman # 2". Los
filtrados se recogen en un matraz aforado de 100 mL,
lavándose perfectamente el papel, recogiéndose los
lavados en el mismo matraz y aforando las muestras a
100 mL con agua desionizada. De estas disoluciones,
se toman las alícuotas para el análisis de cobre
prosiguiendo de acuerdo al método fotométrico
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propuesto. Se aplicó el método de adición de estándar
para la cuantificación.
Determinación de cobre en salvado de trigo
Se pesan cantidades exactamente pesadas próximas a
los 10 g de muestra de salvado de trigo en una cápsula
de porcelana. Se coloca la cápsula en un horno
eléctrico durante 30 minutos a una temperatura de
850°C. Se deja enfriar la cápsula y se le adicionan 15
mL de una disolución de ácido nítrico-agua (1:3). Se
lleva a ebullición durante 5 minutos, se filtra la mezcla
a través de un papel filtro "Whatman # 2"; los filtrados
se recogen en un matraz aforado de 50 mL, se lava
varias veces el papel filtro con agua caliente. Se deja
enfriar el filtrado y se enrasa hasta la marca con agua
desionizada. De esta disolución se toman las alícuotas
para el análisis de cobre, prosiguiendo de acuerdo al
método propuesto. Se utilizó el método de adición de
estándar para la cuantificación.
Determinación de cobre sobre agua potable
Preparación de la muestra. Se toma un litro de
muestra y se divide en dos submuestras de 500 mL
cada una. Con una se seguirá el procedimiento I y con
la otra el procedimiento II.
Procedimiento I (Determinación de cobre total). La
submuestra de agua (500 mL) se trata con 4 mL de
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ácido sulfúrico al 50% y 0,5 g de peroxidisulfato
amónico y se hierve la mezcla durante 10 minutos para
descomponer los ácidos fúlvicos y húmicos21). Se deja
enfriar a temperatura ambiente y se ajusta a un pH
aproximadamente de 3 con hidróxido de amonio. Se
concentra la muestra a un volumen aproximado de 80
mL, se transfiere a un matraz aforado de 100 mL, se
enrasa hasta la marca con agua ultrapura (tipo HPLC).
De esta disolución se toman las alícuotas para el
análisis de cobre, prosiguiendo de acuerdo al método
propuesto.
Procedimiento II (Determinación de cobre libre y
cobre unido a ligandos inorgánicos). La submuestra se
concentra hasta un volumen próximo a los 80 mL y se
enrasa hasta la marca con agua ultrapura (tipo HPLC).
De esta disolución se toman las alícuotas para el
análisis de cobre, prosiguiendo de acuerdo al método
propuesto.
En ambos procedimientos se utilizó el método de
adición de estándar.
RESULTADOS Y DISCUSION
En la Figura 2, se representan los espectros de
absorción del complejo formado con el ion Cu(II) y la
2CBTSC en las condiciones óptimas establecidas en el
método propuesto registrado el espectro frente a un
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blanco reactivo; también se incluye en esta figura el
espectro de absorción que presenta el reactivo en estas
condiciones, donde se observa un sólo máximo de
absorción a 346 nm para el complejo y uno a 307 nm
para el reactivo.
En la Figura 3, se muestran los resultados obtenidos
del estudio de la influencia de la acidez del medio
sobre la formación del complejo en donde se observa
que la zona óptima de pH para la formación del
mismo, es la comprendida entre 7,8 y 10. Se
seleccionó un valor de pH de 8,2 para posteriores
estudios.
FIG. 2 Espectros de absorción de
la tiosemicarbazona del 2-
carboxibenzaldehído y del
complejo formado con el ion
Cu(II) a un valor de pH de 8,2.
FIG. 3. Efecto del valor de pH
inicial sobre la formación del
complejo 2CBTSC-Cu.
Con el objeto de fijar el valor de pH a 8,2, se
estudiaron diferentes disoluciones amortiguadoras,
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eligiéndose la preparada con Na2B2O7/HCl como la
óptima.
De los resultados obtenidos del estudio del efecto de la
concentración de reactivo sobre la formación del
complejo, se concluye que a partir de una
concentración 2,7 x 10-4 M de 2CBTSC la absorbancia
es máxima y permanece prácticamente constante hasta
3,75 x 10-3 M de reactivo. En lo sucesivo, se utilizará
una concentración de reactivo 8 x 10-4 M.
Del estudio de estabiliad del complejo, al obtener la
representación gráfica de las absorbancias en función
del tiempo, Figura 4, se pone de manifiesto que
durante los primeros 18 minutos de preparada la
muestra, el valor de la absorbancia prácticamente se
mantiene constante y a partir de este tiempo, ésta sufre
un decremento considerable hasta aproximadamente
45 minutos. Después de este tiempo, comienza a
observarse una turbidez que se incrementa con el
tiempo, independientemente de la concentración de
DMF que se tenga en el medio. Por tanto, se
recomienda medir el valor de absorbancia de las
muestras antes de los 15 minutos de preparadas éstas.
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FIG. 4. Estabilidad del complejo 2CBTSC-Cu, formado en las
condiciones óptimas de reacción indicadas en el método propuesto.
Además de las variables indicadas anteriormente, se
estudió el efecto de la concentración de DMF y de
disolución amortiguadora, así como el efecto del orden
de adición de los reactivos. Se observó que el orden de
adición de reactivos no tiene efecto sobre la formación
del complejo y las concentraciones óptimas para la
formación del mismo, son en 10% de DMF y la
adición de 10 mL de disolución amortiguadora.
Cálculo de la estequiometría del complejo
Para estudiar la estequiometría del complejo, se
aplicaron los métodos de Job22) y de Yoe-Jones23). En
todos lo csos, los resultados indican la formación de
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un sólo complejo en relación metal:ligando, 1:1
(Figura 5). Esta estequiometría fue confirmada al
aplicar el método de Román y colaboradores24); la
constante de estabilidad aparente se determinó por este
mismo método, obteniéndose un valor de 4,09 x 105.
FIG. 5. Determinacción
de la estequiometría del
complejo.(a) Método de
Yoe-Jones y (b) método de
Job.
Determinación espectrofotométrica de Cu(II)
Se ha estudiado la influencia de la concentración de
Cu(II) en el intervalo de concentraciones de 0,1 a 6
ppm. En los espectros de absorción obtenidos se
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observa un sólo máximo de absorción a 346 nm en
todos los casos.
Con los datos de absorbancia a 346 nm, se ha
comprobado el cumplimiento de la ley de Beer. El
sistema obedece dicha ley entre 0,2 y 6 ppm. La
absortividad molar a esa longitud de onda resulta ser
de 1,2 x 104 L·mol-1·cm-1. El intervalo de
concentración óptimo, evaluado por el método de
Ringbom es de 0,5 a 5 ppm de Cu(II). El error relativo
para 3 ppm de Cu(II) es de 1,12% para un intervalo de
confianza del 95% (n=11). El límite de detección
obtenido fue de 0,07 ppm25) y el de cuantificación25)
resultó ser de 0,24 ppm.
Interferencias de los iones extraños
Para observar el efecto de interferencia de iones
extraños sobre la deteminación de cobre aplicando el
método propuesto, éste se realizó sobre disolucione
conteniendo todas ellas 2,5 ppm de Cu(II) y
concentraciones diferentes del ion extraño. Se fijó
como límite de tolerancia aquella concentración del
ion extraño (peso a peso, w/w) que no produce más de
un 5% de variación en el valor de la absorbancia del
complejo cuando está ausente el ion extraño. Los
resultados obtenidos se muestran en la Tabla I.
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TABLA I. Interferencias de diversos iones en la
determinación fotométrica de Cu(II) con 2CBTSC.
*En presencia de fluoruros u ortofosfato
Aplicaciones
El método propuesto se aplicó a la determinación de
cobre en salvado de trigo, en los medicamentos
"Cuprex y Ascoxal" y en aguas potables, los resultados
obtenidos se resumen en las Tablas II y III. En todos
los casos, el contenido de cobre en las muestras
también fue determinado por absorción atómica de
flama (EAAF) (aire-acetileno), midiendo las
absorbancias a 324,8 nm como método de
comparación. Se aplicaron las pruebas estadísticas "t"
y "F" para comparar los resultados en precisión y
exactitud. En todos los casos los valores de "t" y "F"
calculados fueron menores que los valores teóricos
observados para un 95% de confianza, por lo que, se
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concluye que ambos métodos tienen precisión y
exactitud semejantes; esto es, no existen diferencias
estadísticamente significativas entre los resultados
obtenidos con el método propuesto y los obtenidos por
EAAF. Se calcularon los porcentajes de recuperación
para cada muestra analizada a través del método de
adición de estándar; los resultados de recuperación
obtenidos en todos los casos están comprendidos entre
95,6 y 103,8%.
TABLA II. Contenido de cobre en salvado y
medicamentos.
Determinación de cobre en agua potable
TABLA III. Resultados del contenido de cobre en las
muestras de agua.
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I, CUtotal II, CUlibre + CUinorgánico or, CUorgánico = CUI -
CUII
*Promedio de tres determinaciones.
· Los resultados en negrillas corresponden a los
obtenidos por E.A.A. flama.
CONCLUSIONES
A través de la aplicación del método propuesto, se
logró determinar satisfactoriamente el contenido de
cobre en muestras de salvado, en los medicamentos
antes mencionados y en aguas potables, no existiendo
diferencias estadísticamente significativas en precisión
y en exactitud al comparar el método propuesto con la
EAAF, técnica ampliamente utilizada en el análisis de
iones metálicos.
También se logró la especiación del co bre presente en
las muestras de agua, determinándose el contenido de
cobre total, el cobre libre + el cobre ligado a complejos
inorgánicos (fácilmente disociable) y por diferencia
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simple, cobre ligado a complejos orgánicos como
ácidos húmico y fúlvico (difícilmente disociable)21).
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al CONACyT el apoyo
financiero para la realización de este trabajo. Proyecto
28118-E.
REFERENCIAS
1. S. Padhyé y G.B. Kauffman. Coord. Chem. Rev., 63,
127 (1985). [ Links ]
2. S.K. Singh, B.S. Garg y R.P. Singh. Talanta, 25,
619 (1978). [ Links ]
3. B.S. Garg y V.K. Jain. Microchem. J., 38, 144
(1988). [ Links ]
4. R.B. Singh and H. Ishii. Critical Rev. Anal. Chem.,
22, 381 (1991). [ Links ]
5. K.M.M.S. Prakash, L.D. Prabhakar y D.V. Reddy.
Curr. Sci., 55(2), 563 (1986). [ Links ]
6. L.C. Calzolari y otros. Ann. Chim., 63, 363
(1973). [ Links ]
7. T. Kato y H. Akira. Bunseki Kagaku, 31(10), 579
(1982). [ Links ]
Page 20
8. K.H. Reddy y Y.K. Reddy. Talanta, 33(7), 617
(1986). [ Links ]
9. T. Kumagai y otros. Kenkyu Hokoku-Himeji Kogyo
Kaigaku, 41A, 18-23 (1988). [ Links ]
C. Abst.: 112(10):90607m.
10. H.K. Reddy y otros. Indian J. Chem., Sect. A.,
25A(10), 982 (1986). [ Links ]
11. M.P. Martínez, M. Valcárcel y F. Pino. Anal.
Chim. Acta, 81, 157 (1976). [ Links ]
12. A. Asuero, A.N. Jiménez y M.A. Herrador. Ann.
Chim., 79(5-6), 305 (1989). [ Links ]
13. K.H. Reddy y otros. Indian J. Chem., Sect. A.,
26A(8), 712 (1987). [ Links ]
14. J.F. Grove y H.A. Willis. J. Chem. Soc., 857,883
(1957). [ Links ]
15. E. Bernatek. Acta Chem. Scandinav., 14, 785
(1960). [ Links ]
16. J. Kogan. J. Org. Chem., 32, 4060
(1967). [ Links ]
17. P.L. López-de-Alba. "Aplicaciones analíticas de la
tiosemicarbazona del 2-carboxi benzaldehido y de la
2-(2'-carboxifenil)-3-hidroxi-4-oxo-1,2,3,4-
Page 21
tetrahidroquinazolina", Ph.D. thesis, Universidad de
Extremadura (1992). [ Links ]
18. F. Salinas, A. Espinosa-Mansilla y P.L. López-de-
Alba. Analyst, 120, 2857 (1995). [ Links ]
19. F. Salinas, A. Espinosa-Mansilla, L. López-
Martínez y P.L. López-de-Alba. The Analyst, en
revisión. [ Links ]
20. A. Guiberteau-Cabanillas, A. Espinosa-Mansilla,
F. Salinas y P.L. López-de-Alba. Electroanalysis, 7,
55 (1995). [ Links ]
21. A.I. Samchuk, Y.E. Kazakevich, E.Y. Danilova,
T.A. Khabazova, L.V. Wets y T.K. Kokot. Zh. Anal.
Khim., 43, 629 (1988). [ Links ]
22. W.C. Vosburgh y G.R. Cooper. J. Am. Chem. Soc.,
63, 437 (1941). [ Links ]
23. J.A. Yoe y A.L. Jones. Ing. Eng. Chem. Anal., 16,
111 (1944). [ Links ]
24. D.V. González García, A. Arrebola Ramírez y M.
Román-Ceba. Talanta, 26, 215 (1979). [ Links ]
25. IUPAC Analytical Chemistry Division. Pure Appl.
Chem., 45(2), 88 (1976). [ Links ] ACS
Committee on Environmental Improvement,
Page 22
Subcommittees on Environmental Analytical
Chemistry. Anal Chem., 52, 2242 (1980).