Debido
a su predominio como vehículos de la solución,
consideraremos algunas de las calidades especiales de
jarabes. Un jarabe es una solución concentrada
o casi saturada de sacarosa en agua. Un jarabe simple
contiene solamente sacarosa y agua purificada (por ejemplo
jarabe USP). Los jarabes que contienen las sustancias
de sabor agradable se conocen como jarabes saborizantes
(por ejemplo jarabe de cereza, jarabe de acacia, etc.
). Los jarabes medicinales son aquéllos a los
que se les han agregado compuestos terapéuticos
( por ejemplo jarabe de Guaifenesin).
El
jarabe, USP contiene 850 g de sacarosa y 450 ml de agua
en cada litro de jarabe. Aunque muy concentrada, la
solución no es saturada. Dado que 1 g de sacarosa
se disuelve en 0.5 ml de agua, sólo 425 ml de
agua serían suficientes para disolver 850 g de
sacarosa. Este leve exceso de agua realza la estabilidad
del jarabe sobre una gama de temperaturas, permitiendo
la conservación en cámara frigorífica
sin la cristalización.
La
alta solubilidad de la sacarosa indica un alto grado
de hidratación o de puentes de hidrógeno
entre la sacarosa y el agua. Esta asociación limita
la asociación posterior entre el agua y los solutos
adicionales. Por lo tanto, los jarabes tienen un poder
solvente menor y esto puede ser un problema.
PRESERVACIÓN
DE JARABES
El jarabe USP se encuentra protegido contra la contaminación
bacteriana en virtud de su alta concentración
del soluto. Sin embargo, jarabes más diluidos
constituyen buenos medios para el crecimiento microbiano
y requieren la adición de conservadores. Los
jarabes industriales formulados contienen a menudo ingredientes
para mejorar la solubilidad, estabilidad, gusto o aspecto
y que también contribuyan a la preservación
del producto. Es necesario, de un punto de vista económico,
considerar la aditividad de los efectos conservadores
de ingredientes tales como el alcohol, la glicerina,
el propilenglicol y otros sólidos disueltos.
El jarabe USP, teniendo una gravedad específica
de 1.313 y una concentración de 85% w/v es una
solución al 65% w/w. Este 65% en peso es la cantidad
mínima de sacarosa que preservará el jarabe
neutral. Si uno desea formular un jarabe que contenga
menos sacarosa, la cantidad de alcohol u otros conservadores,
puede ser estimado considerando el equivalente en jarabe
USP y el equivalente en agua libre. Se puede asumir
que el agua libre es preservada por 18% de alcohol.
Para
calcular el equivalente de agua libre, el volumen ocupado
por la sacarosa, el volumen preservado por la sacarosa
y el volumen ocupado y/o preservado por otros añadidos,
se deben restar del volumen total de la preparación.
En jarabe USP, 850 g de sacarosa ocupan un volumen aparente
de 550 ml; por lo tanto cada gramo de sacarosa ocupa
550/850 ó bien 0.647 ml. Si 850 g de sacarosa
preservan 450 ml de agua, entonces cada gramo de sacarosa
preserva 450/850 = 0.53 ml de agua.
Ejercicio:
¿Cuánto
alcohol USP se requiere para preservar 1L de jarabe
que contiene 500 g de sacarosa?
Volumen preservado por la sacarosa = 500 g x 0.53 ml/g
= 265 ml
Volumen ocupado por la sucrose = 500 g x 0.647 ml/g
= 324 ml
Equivalente de agua libre = 1000 ml - 265 ml - 324 ml
= 411 ml
Volumen de alcohol requerido para preservar el producto:
411 ml x 18% = 74 ml
74 ml de alcohol absoluto ÷ 95% = 78 ml de alcohol
USP
Si existen otros sólidos disueltos, se sustrae
su volumen (normalmente estimado) del volumen de agua
libre. Si hay glicerina presente, su volumen preserva
un volumen igual de agua libre. El propilenglicol se
considera equivalente al etanol.
PREPARACIÓN DE JARABES
Los jarabes se deben preparar cuidadosamente en equipo
limpio para prevenir contaminaciones. Se pueden utilizar
tres métodos para preparar jarabes :
·
Disolución con calor
· Agitación sin calor
· Percolado
Aunque
el método caliente es el más rápido,
no es aplicable a jarabes cuyos ingredientes son termolábiles
o volátiles. Cuando se emplea calor, la temperatura
debe ser controlada cuidadosamente para evitar la descomposición
y el oscurecimiento del jarabe (caramelización).
Los
jarabes pueden ser preparados con otros azúcares,
no sólo con sacarosa (glucosa, fructosa), con
polioles no provenientes de azúcares (sorbitol,
glicerina, propilenglicol y manitol), o con edulcorantes
artificiales no nutritivos (aspartame, sacarina) que
se utilizan cuando se requiere una reducción
en el contenido calórico o glucogénico,
por ejemplo en el caso de enfermos de diabéticos.
Los Endulzantes no nutritivos no imparten la viscosidad
característica de los jarabes por lo que requieren
de la adición de otros ingredientes como metilcelulosa
para ajustar la viscosidad. A pesar de que los polioles
son menos dulces que la sacarosa, tienen la ventaja
de proveer una viscosidad favorable y reducen las probabilidades
de que la tapa del frasco de jarabe se “trabe”
(cosa que ocurre al cristalizarse la sacarosa) y en
algunos casos actúan como co-solventes y conservadores.
Existe una solución comercial de sorbitol al
70% que se usa principalmente como vehículo.
Los
monómeros son compuestos de bajo peso molecular
que pueden unirse a otras moléculas pequeñas
(ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas
de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.
Los polímeros son mezclas de macromoléculas
de distintos pesos moleculares. Por lo tanto no son
especies químicas puras y tampoco tienen un punto
de fusión definido. Cada una de las especies
que forman a un polímero sí tiene un peso
molecular determinado (Mi) y por lo tanto, para caracterizar
una muestra de polímero se busca caracterizar
la distribución de pesos moleculares de las moléculas
de las especies que lo conforman: la proporción
(generalmente en peso, wi) de cadenas de cada Mi que
forma la mezcla.
Pesos moleculares promedio
La distribución de pesos moleculares se obtiene
por medio de la técnica SEC (size exclusion cromatography).
Otras técnicas de caracterización proporcionan
valores promedio del peso molecular:}
PROMEDIO
SÍMBOLO
TÉCNICA
DEFINICIÓN
En
número
Mn
Osmometría
Viscoso
Mv
Viscosimetría
Capilar
En
peso
Mw
Difusión
de luz
z,
Tercer promedio
Mz
Ultracentrifugación
y Difusión
z+1,
Cuarto promedio
Mz+1
Ultracentrifugación
y Sedimentación
siendo Ni el número de macromoléculas
de peso molecular Mi. Teniendo en cuenta que la fracción
en peso de cada macromolécula es
los
promedios en número y en peso se pueden calcular
con las expresiones
Los promedios z y z+1 son los que menos se usan. El
promedio viscoso se aproxima al promedio en número
o al promedio en peso dependiendo del exponente a, que
es el parámetro de la ecuación viscosimétrica
de Mark-Houwink. La relación de valores de los
distintos promedios es:
Mn < Mv < Mw < Mz < Mz+1
Índice
de polidispersidad
Es el cociente entre el peso molecular promedio en peso
y el promedio en número:
Es siempre mayor que 1 y caracteriza la anchura de la
distribución de pesos moleculares. Cuando toma
valores próximos a 1 (1 Grado de Polimerización
Es el número de veces que se repite la unidad
monómerica en una cadena. Como en el caso del
peso molecular no es un valor exacto sino un promedio:
xn, xv, xw, xz o xz+1. Se calcula dividiendo el correspondiente
promedio del peso molecular entre el peso de la unidad
monómerica (M0) que, conociendo la fórmula
del polímero, se calcula como se explica en el
apartado siguiente. Obviamente, el índice de
polidispersidad se puede calcular también con
los promedios del grado de polimerización como:
r = xw / xn.
Fórmula
y peso de la unidad monomérica
Veamos como calcular el peso de la unidad monomérica
de algunos polímeros cuya fórmula Vd.
debe conocer:
Poliestireno
Peso de la unidad monomérica del poliestireno
= suma de las masas atómicas de todos los átomos
que la componen = (nº de carbonos x masa atómica
del carbono) + (nº de hidrógenos x masa
atómica del hidrógeno) = (8 x 12,01) +
(8 x 1,01) = 104,16 g/mol.
Por lo tanto, el grado de polimerización promedio
en peso de una muestra de PS cuyo peso molecular es
Mw = 5,4 106 g/mol, será:
xw
= 5,4 106 / 104 = 5,2 104.
Polietileno y Polipropileno
Peso de la unidad monomérica del polietileno
= suma de las masas atómicas de todos los átomos
que la componen = (nº de carbonos x masa atómica
del carbono) + (nº de hidrógenos x masa
atómica del hidrógeno) = (2 x 12,01) +
(4 x 1,01) = 28,06 g/mol
Polimetacrilato de metilo y poliacrilato de
metilo
Policloruro de vinilo
Polietilentereftalato
Nylon
Poliisobutileno, Poliisopreno y Polibutadieno
Términos comunes usados en polímeros
Termoplásticos
Define a los polímeros que al calentarse se funden
y al enfriarse se solidifican. Este tipo de materiales
puede ser fundido varias veces aunque en cada etapa
de calentamiento se rompen algunas cadenas poliméricas
y con ello se degrada paulatinamente el material.
Termofijos,
Termofijados y Termoestables
Estos
tres términos son equivalentes, son tres traducciones
del término inglés “thermoset”
que define a los polímeros entrecruzados que
una vez sólidos, no vuelven a ablandarse al calentarlos.
Es importante no confundir los polímeros termoestables
con los polímeros estables a altas temperaturas
porque los primeros son siempre entrecruzados mientras
que los últimos pueden ser termoplásticos
o termofijos.
Resina, elastómero, hidrogel
Estos tres tipos de polímeros son termofijos
pero tienen propiedades distintas.
Las resinas tienen un alto grado de entrecruzamiento
y una Tg superior a la temperatura de uso y por lo tanto,
son rígidas y apenas se hinchan en ningún
disolvente.
Los
elastómeros, gomas o cauchos, tienen un grado
de entrecruzamiento menor que el de las resinas y una
Tg inferior a la temperatura de uso. En consecuencia,
son flexibles y se hinchan considerablemente en algunos
disolventes.
Los
hidrogeles tienen un grado de entrecruzamiento del mismo
orden de magnitud que los elastómeros pero su
Tg suele ser más alta, aunque lo que más
los define es que son hidrofílicos y se hinchan
con masas de agua de entre 10 y 1000 veces su peso en
seco.
Mecanismos
y técnicas de polimerización
Son cosas distintas. Los distintos mecanismos se diferencian
en la especie activa en la reacción de polimerización
(radicálica, aniónica, catiónica,
por pasos,...) mientras que las técnicas de polimerización
se distinguen por el medio en el que la reacción
tiene lugar (en disolución, en bloque o en masa,
en suspensión, en emulsión,...).
Poliadición, policondensación, polimerización
por pasos, polimerización en cadena y de adición
son distintos mecanismos de polimerización que
debemos saber distinguir. La polimerización en
cadena se llama también polimerización
de adición. Este término no debe confundirse
con poliadición, que es un tipo especial de reacción
de policondensación en la que no se desprenden
compuestos de bajo peso molecular, en cada uno de los
pasos de la reacción.
Conformación y configuración
Las
distintas conformaciones de una macromolécula
son las distribuciones espaciales que pueden adoptar
sus átomos. Cuanto mayor es el grado de polimerización,
mayor es el número de conformaciones posibles
de una cadena aunque, a veces, sólo son posibles
una o un número limitado de ellas (hélice,
bastón, ovillo,...) que alcanzan una mayor estabilidad
por la formación de enlaces de hidrógeno,
interacciones hidrofóbicas,... Las conformaciones
se interconvierten unas en otras por rotación
en torno a los enlaces que forman el esqueleto.
Las
distintas configuraciones de una macromolécula
son sus estereoisómeros, es decir, son distribuciones
espaciales distintas de los átomos que sólo
se pueden interconvertir rompiendo enlaces, nunca por
rotación.
20-04-2003
Adquisición, Empleo, y Mantenimiento de la Instrumentación de Análisis Químico
Adquisición,
Empleo, y Mantenimiento de la Instrumentación de Análisis Químico
Fuente: J. Benjamín Esquivel H. Ph.D. / Editorial QuimiNet
Es
difícil evaluar el porcentaje de análisis químicos que
se realiza por medios instrumentales comparado con lo que llamamos "métodos
tradicionales" (también conocidos como "por vía húmeda").
Dependiendo de los recursos disponibles y de las necesidades analíticas,
seguramente existe todo un espectro de situaciones en las cuales métodos
de ambos tipos coexisten en la operación diaria de laboratorios. Creo
también que en la actualidad los métodos instrumentales predominan
en la mayoría de los casos.
Los primeros instrumentos
que tuve a mi disposición eran muy sencillos, generalmente tenían
muy pocos controles y sus manuales de instrucción (de quizás no
mas de 25 paginas) podían leerse en su totalidad en no mas de una hora.
En contraste a lo anterior, hoy día encaramos situaciones muy diferentes.
Los instrumentos aunque complejos y con mucha versatilidad, son superficialmente
simples, no tienen muchos controles o indicadores visibles, generalmente todo
es controlado por computadoras y los manuales son inmensos, usualmente en varios
volúmenes, y desgraciadamente en ingles, o lo que es aun peor, mal traducidos
de otros idiomas a el ingles. Una historia que he escuchado mucho entre mis
colegas (en tono de burla y frustración) es que los manuales de instrumentos
japoneses son traducidos del japonés, a el ruso, después a el
hebreo, de vuelta al japonés y finalmente al ingles.
El químico de hoy
día enfrenta opciones múltiples y situaciones complejas al adquirir
o emplear un instrumento. Es el propósito de esta columna el ilustrar
algunos aspectos de esas situaciones, y expresar ideas y recomendaciones sobre
los puntos críticos de la adquisición, mantenimiento, y manejo
de dicha instrumentación. Los comentarios aquí ofrecidos están
basados en mi experiencia y en las observaciones que he podido hacer al hablar
con usuarios de diversos países. Estas opiniones son también áreas
que usualmente discuto al impartir cursos sobre diferentes temas analíticos.
Los puntos que deseo tratar están resaltados en los párrafos a
continuación.
No es conveniente adquirir
demasiado o muy poco instrumento - El costo de la instrumentación
puede ser muy considerable. Dependiendo del tipo de instrumento y de los deseos
de uso, el gasto puede ser desde 15 o 30 mil dólares por limite bajo
en los casos de cromatógrafos o espectrofotómetros simples, y
hasta de 200 o 300 mil dólares o mas en los casos de espectrómetros
muy complejos. Es por estas consideraciones que conviene definir bien las necesidades
que se desean cubrir con la adquisición, y el explorar a fondo las opciones
disponibles en términos de fabricantes y accesorios necesarios. También
conviene recordar que la mayoría de la instrumentación es diseñada
para satisfacer las necesidades científicas de laboratorios y países
tecnológicamente avanzados. Hasta donde he conocido, muy poco se ha hecho
por fabricar instrumentación simple y mejor adaptada a los requerimientos
de países en desarrollo. Por estas razones es muy frecuente que la instrumentación
que usualmente se adquiere tiene características y capacidades que sobrepasan
los requerimientos reales del usuario típico. Un error común en
este punto es el caso en donde se adquieren accesorios que nunca podrán
utilizarse por ser superfluos o erróneos para las necesidades analíticas.
Es responsabilidad de el comprador o analista el limitar lo superfluo o lujoso
y optimizar lo necesario y básico en la adquisición.
Es por todas las razones
arriba mencionadas que la decisión sobre compras debe hacerse responsablemente.
Aquí influyen mucho las opiniones y asesoráis de los fabricantes
de instrumentación cuando sugieren o definen el instrumento recomendable
para un uso determinado. Sobre esto deseo mencionar que si bien esas opiniones
son valiosas, no deben constituir el total de el criterio empleado en la adquisición,
y debemos estar seguros que esas opiniones son en verdad útiles y adecuadas
a nuestros propósitos. Cliente y vendedor deben establecer una línea
de comunicación y confianza mutua que ayude a lograr éxito reciproco.
No olvidemos que los
instrumentos requieren de algo mas que electricidad para funcionar - Si
bien los instrumentos modernos son muy sofisticados y útiles, estos son
solamente una parte de lo necesario para obtener resultados. Siempre se necesita
de operadores capacitados, elementos de consumo, partes de repuesto, y de servicio
técnico. Por esto, es una idea muy buena , el reservar algo de los presupuestos
de compra de instrumentos, para la adquisición de todo aquello que es
esencial para su operación y mantenimiento. No debemos permitir que un
instrumento que cuesta 50 o 100 mil dólares no funcione por falta de
algo que cuesta un 2 % o 3% del total. Con pena he observado situaciones en
las que un instrumento moderno y costoso, no puede ser empleado por falta de
implementos simples como son reactivos especiales, algún material o parte
de consumo, o por la ausencia de personal capacitado y experto.
Aquí también
conviene recordar que la educación universitaria generalmente no es suficiente
para capacitar a los profesionales sobre el uso de instrumentos, y que aun cuando
el usuario tiene una base adecuada de conocimientos, siempre va a tomarle tiempo
el desarrollar experiencia con la instrumentación. Los cursos de análisis
instrumental, ponen solamente una capa de conocimientos muy ligera y muy general
en la preparación de los graduados. Afortunadamente, existen organizaciones
como son las sociedades químicas, empresas privadas e institutos y universidades,
dedicadas a impartir cursos de capacitación especializada, y a ofrecer
ayuda técnica,. Este aspecto es también parcialmente cubierto
por las empresas fabricantes de instrumentos, pero desgraciadamente muy pocas
de ellas cuentan con personal de habla hispana realmente capacitado y con la
experiencia adecuada para ser de utilidad a los usuarios.
Todo instrumento tiene
una longevidad limitada - Si reducimos un instrumento de análisis
a sus elementos básicos, vemos que es una combinación ingeniosa
y funcional de partes mecánicas, componentes ópticos, circuitos
electrónicos, y algoritmos de computación. Con el tiempo y el
uso todas esas partes sufren deterioro y desgaste, o bien el instrumento se
vuelve obsoleto cuando se introducen tecnologías mas avanzadas. Puede
también suceder que cuando un instrumento esta aun en uso, su mantenimiento
puede ser muy problemático por escasez de partes o por sufrir descomposturas
muy frecuentes. Un caso que conozco bien, es el de uso y mantenimiento de los
instrumentos de cromatografía. En mi experiencia, creo que es razonable
esperar que un cromatógrafo de gases debe de funcionar por lo menos durante
15 o 20 años y uno de líquidos por 12 o 15, siempre que su empleo
y mantenimiento haya sido el recomendado. Inevitablemente, todo instrumento
necesita ser descartado y es nuestra responsabilidad el reconocer cuando ese
momento ha llegado.
Después del ciclo
de producción de un instrumento, las empresas fabricantes mantienen repuestos
solamente por un periodo determinado, usualmente de 4 o 5 años. Al termino
de este tiempo, los fabricantes solamente prometen "hacer un esfuerzo máximo
por mantener partes" o algo parecido. Sobre este punto recuerdo una ocasión
en la cual escuche de boca de personas de una de estas empresas, que "esfuerzo
máximo" puede significar "no esfuerzo". Aun hoy día
no entiendo bien como es que alguien puede distorsionar el lenguaje en esa forma.
Lo ultimo o mas avanzado
en tecnología no es necesariamente la opción mas adecuada
- Siempre es una tentación muy grande el obtener lo mas moderno y avanzado
en tecnología al momento de adquirir un instrumento. En principio no
hay nada erróneo en esto, pero puede haber problemas en hacerlo, y mi
experiencia me ha mostrado la necesidad de ser cauteloso.
Hace algunos años
tuve que hacer la decisión de adquirir 6 instrumentos por emplearse en
un proyecto de biotecnología. El propósito era el análisis
de 1000 muestras diarias y las partes criticas del plan incluían la instalación
y funcionamiento de esos instrumentos a una fecha determinada. Al examinar las
opciones del caso, el fabricante seleccionado ofreció lo ultimo en diseño
y novedad en uno de los componentes de la instrumentación, los argumentos
me convencieron, y la decisión fue tomada de efectuar la adquisición.
Cuando las unidades se instalaron sucedió que en el lapso de aproximadamente
30 días, todas las unidades fallaron en ese componente supuestamente
muy avanzado y novedoso, las fallas fueron tales que una unidad tuvo que ser
reemplazada completamente. Eventualmente todos los problemas se solucionaron,
pero la etapa inicial del proyecto tuvo que retrasarse. Si bien 30 días
puede decirse no es un tiempo muy largo para resolver problemas cabe recordar
que esto sucedió en un país donde todo esta a la mano, los envíos
de partes de repuesto tardan 24 horas o menos, y donde existe contacto con un
conjunto muy apreciable de expertos. En países en desarrollo, problemas
de este tipo son seguramente mas difíciles de resolver.
El fabricante involucrado
en el ejemplo anterior nunca explico el porque de las fallas, pero fue evidente
que en las prisas por llevar algo nuevo a el mercado, los diseñadores
no tuvieron tiempo suficiente para probar dichos componentes y el instrumento
en total en donde estaban incorporados. Es por experiencias como esta que siempre
recomiendo el esperar uno o dos años después de la introducción
de un instrumento antes de adquirirlo. En ese tiempo, los problemas originales
serán detectados y las soluciones serán adecuadamente comprobadas.
También puedo agregar que un periodo de espera como este, seguramente
no va a retrasar en mucho el progreso o trabajo que comúnmente hacemos,
y si puede evitar problemas serios además de la frustración que
estos implican.
En esta columna de artículos
sobre Química Analítica el Dr. Esquivel discute muchos tópicos
y problemas asociados a su especialidad. Si tiene algún comentario, sugerencia
o preguntas específicas sobre algún problema, si desea contactar
al autor o le interesa que se aborde algún tema en particular, favor
de dejarnos sus comentarios o datos haciendo clic aquí.
Información sobre
el Autor. - El Dr. J. Benjamín Esquivel H. ha trabajado como investigador
durante 21 años en laboratorios industriales de análisis químicos.
Así mismo ha ocupado posiciones académicas y con empresas fabricantes
de instrumentación. Su especialidad profesional es el campo de las separaciones
cromatográficas y la espectroscopia. Es conferencista frecuente en congresos
internacionales donde imparte cursos de cromatografía y charlas de sesiones
plenarias.
En QuimiNet / e-Industria puede encontrar Proveedores, Oportunidades de Compra y Venta, Noticias e Información para:
Industria Petroquímica
Industria Química
Industria del Plástico
Industria del Empaque
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