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OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia UNIDAD 5: DISOLUCIONES Y DILUCIONES Laura Mª Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia CONCEPTOS GENERALES: 1. LA MATERIA Mat...

OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia UNIDAD 5: DISOLUCIONES Y DILUCIONES Laura Mª Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia CONCEPTOS GENERALES: 1. LA MATERIA Materia es todo aquello que: - Tiene volumen (ocupa espacio) - Tiene inercia (tendencia a continuar en su estado de reposo o de movimiento) - Produce gravedad (todo cuerpo con masa atrae a otros cuerpos con masa). Volumen: Espacio que ocupa un cuerpo. En el S.I. se mide en m3. Masa: Cantidad de materia de un cuerpo. Su unidad en el S.I es el kilogramo(kg)1 kg = 1000g. IMPORTANTE→La luz, las ondas de radio, wifi, las microondas, los rayos infrarrojos, los rayos UVA, rayos X, no son materia,sino radiación. No tienen masa y no ocupan volumen. 2. LA MEDIDA. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I.) Antiguamente, las unidades de medida que se usaban eran distintas en diferentes países, e incluso las que se llamaban igual tenían valores distintos de unaregión a otra. MAGNITUD Longitud UNIDAD metro SÍMBOLO m Masa Tiempo Temperatura Intensidad de corriente Intensidad luminosa Cantidad de sustancia kilogramo segundo kelvin amperio candela mol kg s K A cd mol En 1960 la comunidad científica se puso de acuerdo para usar todos las mismas unidades.Surgió así el Sistema Internacional de unidades (S.I.). 3. VOLUMEN: Espacio que ocupa un cuerpo. Tal y como hemos visto con la superficie, se escoge como unidad en el S.I. el volumen de un cubo de 1 m de lado. Su volumen será V = L3 = (1 m)3 = 1 m3 Al cambiar de una unidad de volumen a otra, en cada salto debemos multiplicar o dividir por 1000. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Otras unidades: Litro: 1 L = 1 dm3 = 1000 cm3 Mililitro: 1 mL = 1 cm3 Ejemplos: Un dado de parchís tiene un volumen de aproximadamente 1 cm3 = 1 mLLos bricks de leche o zumo suelen tener un volumen de 1L=1dm3 4. MASA: Cantidad de materia que tiene un cuerpo. La medimos con la balanza. La unidad de masa usada en el S.I. es el kilogramo (kg). También es muy usada un submúltiplo del kg:el gramo (g). Una unidad usada para grandes masas es la tonelada (t): 1 t = 1000 kg UNIDADES DE MASA kilogramo hectogramo decagramo gramo decigramo centigramo miligramo kg ·10 (coma a la derecha) hg dag dg cg : 10 (coma a la izquierda) mg 5. ¿ES LO MISMO MASA QUE VOLUMEN? LA DENSIDAD El volumen indica el espacio que ocupa. La masa indica la cantidad de materia. La densidad de un cuerpo (ρ) es el resultado de la división entre su masa y el volumen que ocupa: ρ= m / V Podemos conocer la masa o el volumen de una sustancia, si sabemos su densidad (ρ), mediante las siguientes fórmulas: V= m / ρ m=Vxρ Normalmente usaremos g/cm3, aunque en el S.I. se mide en kg/m3. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia La densidad de una sustancia obtenida al dividir su masa entre el volumen que ocupa se denomina densidad absoluta; si relacionamos la densidad absoluta con la de otra sustancia que tomamos como referencia, entonces recibe el nombre de densidad relativa o peso específico. La sustancia habitual de referencia es el agua, considerada a 4ºC y 1 atmósfera. Para calcular la densidad relativa (ρr) de cualquier sustancia (X) siempre se relacionará con ella: ρr (X) = Densidad absoluta (X) /densidad del agua (4ºC y 1 atmósfera) En el valor de la densidad influyen dos factores: la temperatura, puesto que el volumen que ocupa un líquido o un gas varía mucho en función de este parámetro; y la flotabilidad, ya que una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por tanto, densidad es la cantidad de materia por unidad de volumen. La densidad de una sustancia indica: o Cuántos g hay en cada cm3 de la sustancia. o Lo concentrada que está la materia en esa sustancia. La densidad es una propiedad característica: cada sustancia tiene su propia densidad, es decir, depende de la sustancia no de la cantidad que tengamos. En sólidos y líquidos, la densidad varía muy ligeramente con la temperatura (dilatación). En los gases, la densidad varía mucho con la temperatura y la presión. Ejemplos resueltos de cálculos de densidades: OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 6. DISOLUCIONES Una disolución es la mezcla homogénea de dos o más sustancias, de composición uniforme, cuyos componentes no pueden distinguirse a simple vista, ni con ayuda de un microscopio óptico. La disolución más sencilla está formada por la mezcla de dos componentes: Soluto: es el componente que tiene un estado de agregación distinto a la disolución, si ambos componentes tienen el mismo estado, será el que se encuentra en menor proporción. Disolvente: es el componente que tiene el mismo estado de agregación que la disolución, si ambos componentes tienen el mismo estado, será el que se encuentra en mayor proporción. Las disoluciones se nombran citando en primer lugar el soluto y, en segundo lugar, el disolvente. Ejemplo: sal en agua. La homogeneización→ es el proceso usado para conseguir que no se diferencian los componentes de una disolución. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia La solubilidad: Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud denominada solubilidad. La solubilidad de un soluto en un disolvente es la capacidad de disolver ese soluto que tiene el disolvente. La solubilidad, por tanto, nos informa de si es posible o no hacer una disolución con dos sustancias concretas. Así, diremos que el alcohol es soluble en agua, o que la vitamina D es soluble en aceite. Solido-líquido: Cuando mezclamos un sólido y un líquido, podemos obtener dos tipos de sistemas, dependiendo de la solubilidad: o Si el sólido es soluble en el líquido, obtenemos una disolución. o Si el sólido es insoluble en el líquido, obtendremos una suspensión. Líquido-liquido: Lo mismo sucede cuando mezclamos dos líquidos, aunque en este caso utilizamos una denominación distinta: - Si son solubles el uno en el otro decimos que son miscible, y su mezcla forma una disolución. - Si no son solubles el uno en el otro, decimos que son inmiscibles, y su mezcla forma una emulsión. Coeficiente de solubilidad: Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente, se alcanza un punto a partir del cual la disolución ya no admite más soluto; y si añadimos más, ya no se disolverá, sino que, quedará una suspensión o se depositará en el fondo del recipiente. El coeficiente de solubilidad es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en 100g de o en 100 ml de un determinado disolvente, a una OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia temperatura establecida. Nos sirve para expresar la solubilidad en términos cuantitativos. Por ejemplo, el Coeficiente de solubilidad del bicarbonato sódico en agua a 20ºC es de 9,6 g/100ml; esto significa que la máxima cantidad de bicarbonato sódico que podemos disolver en 100 ml de agua a 20ºC es de 9,6g; cualquier cantidad inferior a 9,6 gramos se disolverá sin problema, pero si añadimos más, se depositará en el fondo del recipiente. La saturación: Se distinguen, según el coeficiente de saturación: - Disolución Saturada: Es una disolución que contiene la cantidad máxima de soluto que puede admitir. Por ejemplo, una disolución de bicarbonato sódico en agua a 20ºC, será saturada cuando contenga 9.6g de bicarbonato sódico en 100ml de agua. - Disolución No Saturada: Es una disolución que aún puede disolver más soluto porque no ha alcanzado el coeficiente de solubilidad del soluto en el disolvente. En la disolución de bicarbonato sódico en agua, cualquier disolución a 20º C que contenga 100ml de agua y menos de 9,6 g de bicarbonato sódico, será no saturada. - Disolución Sobresaturada: Es una disolución inestable, ya que contiene más soluto que una disolución saturada, y el exceso de soluto tiende a precipitar. En la disolución de bicarbonato sódico en agua, cualquier disolución a 20 ºC que contenga 100ml de agua y más de 9,6 g de bicarbonato sódico será sobresaturada. IMPORTANTE: Para conseguir estas disoluciones se debe calentar el disolvente, agregar el soluto en exceso a temperatura elevada y dejar enfriar lentamente la disolución. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 7. LA CONCENTRACIÓN. La concentración de una disolución es la cantidad de soluto que hay en una determinada cantidad de disolución o disolvente. La concentración determina muchas de las características de las disoluciones y es imprescindible saber expresarla con corrección. Existen distintas formas de expresar la concentración. En todos los casos, deberemos hacer los cálculos prestando mucha atención a las unidades (las que corresponden a la expresión de la concentración, las de los instrumentos o equipos de medición, etc.) para no cometer errores. Formas de expresar la concentración. La concentración de una disolución constituye una de sus principales características, ya que muchas propiedades de las disoluciones dependen exclusivamente de la concentración. Por ejemplo, las propiedades medicamentosas de un jarabe van a depender totalmente de la concentración de principio activo que contenga. Se dice que una determinada disolución está concentrada cuando contiene mucho soluto, mientras que estará diluida cuando la cantidad de soluto es baja respecto a la de disolvente. Además, es habitual expresar la concentración directamente, mediante la relación entre el peso del soluto y el volumen de la disolución, utilizando distintas unidades según las necesidades. En estos casos debemos prestar atención a las unidades, puesto que podemos encontrar una gran variación: mg/ml, mg/l, ug/dl, etc. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia IMPORTANTE: No confundir la concentración expresada como la relación entre el peso del soluto y el volumen de la disolución con la densidad de la disolución. En ambos casos, se relaciona peso con volumen, pero mientras en la concentración el peso se refiere al soluto, en la densidad se refiere a la disolución. Así, una concentración 1,5 mg/ml significa que en 1ml de disolución hay 1,5 g de soluto, mientras que una densidad de 1,5mg/ml significa que 1ml de la disolución pesa 1,5mg. CONCEPTOS: Un mol es la cantidad de una sustancia que contiene 6,022 x 1023 partículas (átomos, moléculas, iones, etc.) de esa sustancia. Por ejemplo, 1 mol de Na es la cantidad de producto que contiene 6,022 x 1023 átomos de Na. 1 mol de HF es la cantidad de producto que contiene 6,022 x 1023 moléculas de HF. Para saber el número de moles de una sustancia debemos tener en cuenta si es una sustancia o un compuesto, ya que en un caso la partícula será el átomo y en el otro, la molécula. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Las sustancias simples. En la tabla periódica encontramos la masa atómica de cada sustancia simple. Para hacer el cálculo del número de moles solo debemos tener en cuenta que 1 mol equivale a la masa atómica en gramos. Por ejemplo, viendo en la tabla periódica que la masa atómica del carbono es 12,011 u podemos afirmar que: 1 mol de C equivale a 12,011 g de C. En 12,011 g de C hay 6,022 x 1023 átomos de C. Por tanto, para saber el número de moles que corresponden a un determinado peso solo hemos de dividir el peso por la masa atómica. Moles (mol) = masa (g) / masa atómica (u) Los compuestos. En este caso la partícula es una molécula. Su masa, que se denomina masa o peso molecular, se calcula sumando las masas de todos los átomos que la forman. Por ejemplo, para conocer la masamolecular del agua (H2O) debemos sumar la masa atómica de dos átomos de hidrógeno más la masaatómica de un átomo de oxígeno: 1,0079 * 2 + 15,9999= 18,0157 u Para calcular los moles, en este caso tendremos en cuenta que 1 mol equivale a la masa molecular en gramos. Siguiendo con el ejemplo: En 18,0157 g de H2O hay 6,022 x 1023 moléculas de H2O Para saber la cantidad moles de una sustancia que corresponden a un determinado peso, seguiremos elmismo procedimiento que en el caso de las sustancias simples, dividiendo el peso en gramos por la masa molecular. Moles (mol) = masa (g) /masa molecular (u) El cálculo de la molaridad. En la práctica, para calcular la molaridad seguimos tres pasos: 1. Calculamos la masa atómica o molecular del soluto. 2. Calculamos la cantidad de moles de soluto. 3. Aplicamos la fórmula de la molaridad. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia En cualquier laboratorio preparamos disoluciones: para muestras, para realizar análisis, incluso para los detergentes o desinfectantes que usaremos. Es necesario, por tanto, dominar el procedimiento y aplicarlo con la máxima corrección, de forma que obtengamos una disolución homogénea, y con la concentración deseada. Procedimiento básico de preparación de una disolución: En la preparación de una disolución, debemos seguir las siguientes etapas: 1- Preparación del material: debemos seleccionar el material necesario y comprobar que está limpio y seco. 2- Cálculo de las cantidades de soluto y disolvente: calculamos que cantidad de cada disolvente debemos usar para conseguir la concentración que deseamos. Para hacerlo, debemos tener en cuenta las especificaciones del etiquetado del producto comercial donde vendrán indicados, entre otros datos, la fórmula, la masa molecular, la riqueza y la densidad. 3- Preparación del soluto y del disolvente: la cantidad de soluto debe ser medida con la mayor precisión posible: Si el soluto es sólido, lo pesamos en una balanza analítica o de precisión y lo transferimos a un vaso de precipitados. Si el soluto es líquido, tomamos la cantidad necesaria utilizando un material volumétrico de precisión adecuada, como pipetas aforadas o graduadas o probetas, y la transferimos a un vaso de precipitado. El disolvente debe tener la mayor pureza posible; cuando se utiliza agua se aconseja que sea destilada o desionizada. No es necesario hacer una medición precisa, así que, pondremos la cantidad (aproximada) en un recipiente adecuado para verter. 4. Mezcla del soluto en el disolvente: el procedimiento es sencillo, tomamos el vaso de precipitado con el soluto, le añadimos una pequeña cantidad de disolvente y mezclamos con la varilla. Luego, vamos incorporando más disolvente, con cuidado. En esta etapa, utilizamos la menor cantidad posible de disolvente (en todo caso, menor al volumen de disolución que vamos a preparar) y siempre, reservaremos disolvente para ajustar el volumen a final del proceso. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Cuando trabajemos con ácidos y bases, NUNCA se puede verter agua sobre un ácido o una base. El procedimiento correcto es siempre verter el ácido sobre el agua. El proceso de disolución puede desprender calor, por lo que el recipiente en el que se realiza puede sufrir un aumento de temperatura muy notable. De ahí que este proceso no pueda hacerse en material volumétrico de precisión, ya que el calentamiento podría alterar su calibración de volumen. 5. Enrase: una vez que el soluto está bien disuelto, transferimos la disolución, con ayuda de un embudo, del vaso de precipitado a un matraz aforado cuyo volumen sea el volumen total de la disolución que debemos elaborar. Antes de hacerlo, debemos asegurarnos de que la disolución está a temperatura ambiente. Seguidamente, vamos añadiendo disolvente hasta enrasar, los últimos mililitros los añadiremos a gota a gota con cuentagotas o pipeta Pasteur. El matraz aforado nos permitirá enrasar hasta el volumen final de disolución con precisión. 6. Homogeneización: Por último, homogeneizamos la disolución, tomando el matraz por el cuello y haciendo movimientos circulares con la muñeca para que la última aportación de disolvente se reparta bien. También, se puede usar un agitador magnético. Otra opción: si el matraz dispone de tapón puedo agitarlo suavemente. 7. Envasado y etiquetado: las disoluciones que hemos preparado deben acondicionarse de forma adecuada a en envases de plástico o cristal con cierre hermético. Para las disoluciones que contengan algún componente sensible a la luz, usaremos de color topacio. Las que requieran conservación en frio, las guardaremos en la nevera. Todas las disoluciones deben estar debidamente etiquetadas indicando, al menos, la cantidad total de la disolución, la composición cualitativa, y cuantitativa, la fecha de elaboración y las condiciones de conservación. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia MEZCLA DE SOLUTO Y DISOLVENTE: El proceso de disolución puede desprender calor, por lo que el recipiente en que haremos la mezcla soluto disolvente puede sufrir un aumento de temperatura que en algunos casos puede ser muy grande. Por esta razón no podemos hacer este proceso en un instrumento volumétrico de precisión, ya que el calentamiento alteraría su calibrado de volumen. Utilizaremos siempre un vaso de precipitados o un instrumento similar. La agitación con una varilla nos ayudará a hacer la mezcla. El procedimiento general para mezclar soluto y disolvente es sencillo. Colocamos el soluto en un vaso de precipitado, añadimos una pequeña cantidad de disolvente y mezclamos bien con la varilla. Luego vamos incorporando más disolvente con cuidado. En esta etapa utilizaremos la menor cantidad de disolvente posible (en todo caso menor al volumen de disolución que vamos a preparar) y reservaremos disolvente para ajustar el volumen al final del proceso. En caso necesario, filtramos la disolución con el filtro adecuado. Para hacerlo, colocamos el filtro en un embudo y hacemos pasar la disolución a través de él. Normalmente, la mezcla del soluto y el disolvente se lleva a cabo con una varilla a temperatura ambiente; sin embargo, si la mezcla es demasiado lenta o simplemente queremos acelerar el proceso, recurriremos a equipos agitadores y/o aplicación de calor. 8. DILUCIONES: Realizar una dilución es tomar un volumen de una disolución y añadirle disolvente, consiguiendo así aumentar el volumen y reducir la concentración. Así, al diluir una disolución, estamos aportando más disolvente, sin modificar la cantidad de soluto presente. La dilución es una operación que se practica muy a menudo en los laboratorios, debido a que, a menudo se necesitan disoluciones con una concentración muy baja. Prepararlas, directamente, supone tener que pesar cantidades muy pequeñas de soluto, y el riesgo de error es en estas pesadas es más alto que en cantidades mayores. Por eso, se preparar una dilución más concentrada, y a partir de ella, se toma la cantidad necesaria y se diluye hasta obtener la cantidad deseada. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Estas disoluciones concentradas preparadas para realizar diluciones a partir de ellas, se denominan dilución madre o stok. El uso de estas disoluciones tiene además la ventaja de que se conservan mejor que las disoluciones de muy baja concentración. La Nueva Concentración: En términos numéricos, la relación entre volumen y la concentración de la disolución inicial y los que obtenemos después de incorporarle más disolvente es la siguiente: VD x CD = V 1 x C1 Siendo VD y CD el volumen y la concentración de la disolución de origen y, V1 y C1 el volumen y la concentración resultante. Los datos de la disolución inicial los conocemos, y el volumen final que damos a la disolución, también. Por tanto, el cálculo de la disolución resultante es sencillo: Debemos tener en cuenta que ambos volúmenes se deben medir en las mismas unidades, y que la concentración que obtendremos tendrá las mismas unidades que la inicial. La expresión de las disoluciones: Cualquiera actividad que se realice en el laboratorio, debemos expresarlo de forma inequívoca. En el caso de las diluciones, lo que se tiene en cuenta es el valor en que aumenta el volumen. ✓ El valor de dilución (F) es el número total de volúmenes al que se lleva un volumen previo de disolución madre. El factor de dilución es el inverso de la dilución. Por ejemplo, si hemos aumentado el volumen 10 veces expresaremos esa dilución como 1:10; si OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia lo hubiéramos aumentado 100 veces, seria 1:100, y así, sucesivamente. Las diluciones se pueden expresar… Como una fracción (VD/V1). En el numerador va el volumen inicial (VD) y en el denominador el volumen resultante tras la dilución (V1), que será la suma del volumen inicial más el volumen del disolvente añadido. Como cifras separadas por dos puntos (VD:V1). Como porcentaje volumen-volumen en que, por ejemplo, una dilución 1/10 será una dilución al 10%: Por ejemplo, si a un volumen de inicial de 10ml le añadimos 90ml de disolvente para obtener 100ml de disolución diluida, podemos expresar la dilución: Diluciones seriadas o banco de diluciones: Un banco de diluciones es una serie de diluciones realizada a partir de una disolución madre, en que el factor de dilución es el mismo en cada caso. PREPARACIÓN DE UN BANCO DE DILUCIONES: OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Por ejemplo, preparamos un banco de 5 diluciones con un factor de dilución 2 a partir de una disolución madre con concentración CD. Para hacerlo, seguimos los siguientes pasos: 1. Numeramos los tubos de dilución del 1 al 5. 2. Ponemos 1 ml de diluyente para cada uno de ellos. Para facilitar los cálculos, usamos el volumen necesario para que, añadiéndole 1 ml luego la dilución sea la deseada. En este caso, para obtener una dilución 1:2 a partir de 1 ml de disolución madre, la cantidad de diluyente necesario es de 1 ml. 3. Traspasamos 1 ml de la disolución madre al tubo número 1: este volumen que traspasamos de cada tubo al siguiente lo denominamos volumen paso (Vp). Agitamos para homogeneizar. Traspasamos 1 ml del tubo 1 al tubo 2, y agitamos. Hacemos lo mismo con los tubos 2- 3, 3-4, y 4- 5. 4. Al acabar, los tubos de 1-4 contendrán 1ml de dilución, que denominamos volumen final (V1), y que coincidirá con el volumen de diluyente que hemos puesto al principio en cada tubo. El tubo 5, en cambio contendrá 2ml; lo habitual es extraer el volumen sobrante para que este tubo también quede con el volumen final. 5. Las concentraciones de cada tubo serán las de la siguiente tabla: OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia APLICACIONES DE LOS BANCOS DE DILUCIONES: Se emplea en inmunología, hematología, microbiología y bioquímica. Diluciones seriadas en microbiología: Un ejemplo muy común de procedimiento de disoluciones es la preparación de las diluciones decimales para el análisis microbiológico. Para cuantificar la contaminación bacteriana en una muestra se hace una muestra en placa Petri y, posteriormente, se hace el recuento del número de colonias que han aparecido. Para que el procedimiento sea correcto debe haber un número adecuado de colonias; si hay muchas, se apelotonarán y, si por el contrario, hay pocas, el resultado dependerá del azar, es decir de cuantas colonias se pillen al hacer el recuento. Por eso, cuando llega al laboratorio una muestra de la que se sospecha que está muy contaminada, se prepara con ella una serie de diluciones decimales: la primera, es la muestra original; la segunda, está diluida 1:10, la tercera, 1:100 y la cuarta, a 1:1000. Esta serie de diluciones es la que se dispone en placas Petri. Una vez que han aparecido las colonias, se intenta el recuento en la placa que tenga una cantidad adecuada de colonias. Si, por ejemplo, se consigue en la tercera, el resultado obtenido tendrá que multiplicarse por 100, que es la dilución que se había aplicado a la muestra.