U8- Caracterización e Identificación de Sustancias PDF

OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia UNIDAD 9: CARACTERIZACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUSTANCIAS. Laura Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia 1 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia ÍNDICE: 1. 2. 3....

OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia UNIDAD 9: CARACTERIZACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUSTANCIAS. Laura Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia 1 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia ÍNDICE: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Identificación y caracterización de sustancias. Exámenes preliminares. Determinación del punto de fusión. Determinación del punto de ebullición. Punto de solidificación. Viscosidad. Índice de refracción. 2 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 1. Identificación y caracterización de sustancias: En todos los laboratorios es necesario llevar a cabo operaciones para identificar o para establecer las características de algún protocolo: Identificación→ en el laboratorio puede ser necesario determinar qué es un producto desconocido, verificar que un producto es lo que indica su etiquetado, o determinar si una determinada sustancia está presente en un producto. En todos estos casos se aplican técnicas de identificación. Estas técnicas identifican la presencia del producto o la sustancia, pero no la cuantifican. Son por tanto técnicas cualitativas. Caracterización→ Tanto los productos que se utilizan como los que se elaboran en el laboratorio deben cumplir requisitos estrictos de calidad, y las características que deben tener están perfectamente definidas para cada tipo de producto. Así, estará regulado el porcentaje máximo de impurezas que puede tener una materia prima, el margen de pH dentro del cual debe encontrarse un reactivo, o el contenido en principio activo que debe tener una fórmula magistral. Es necesario, por tanto, cuantificar determinadas propiedades para ver si los valores resultantes están dentro de los márgenes permitidos. Estas técnicas, que son cuantitativas, entran en el ámbito del control de calidad de los productos. 1.1 PROPIEDADES GENERALES Y PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS: Las técnicas de identificación y caracterización se basan en ciertas propiedades de las sustancias, verificando si se cumplen o si sus valores se encuentran dentro de los márgenes previstos. En el caso de las identificaciones, no todas las propiedades se pueden usar con este objetivo, ya que hay propiedades que no definen a la sustancia. Teniendo esto en cuenta distinguimos entre propiedades generales y propiedades características. Propiedades generales: son propiedades que solo podemos atribuir a una sustancia o compuesto concreto, de forma individualizada. Por ejemplo, el peso es una orpoedad que solo podemos atribuir a una cierta cantidad de sustancia, y que podemos aumentar añadiendo más sustancia, o reducir, retirándola. Otros ejemplos son el volumen o la temperatura. Estas propiedades nos permiten describir la sustancia que tenemos, pero 3 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia no caracterizarla ni identificarla. Así, por ejemplo, podemos describir que tenemos 20 g de una sustancia que está a 22ºC, pero esta información no nos permite saber qué sustancia se trata. Propiedades características: estas propiedades son constantes y propias de cada sustancia o compuesto, a unas condiciones de temperatura y presión determinadas. Por ejemplo, el punto de ebullición del agua es de 100ºC, y cualquier muestra de agua puse se evapora a esta temperatura. Esto nos permite usar estas propiedades para la identificación de las sustancias. Los valores de estas propiedades se suelen dar para condiciones normales o estándar de temperatura y presión ambientales, es decir, 20ºC y 1 atm. Si cambian estas condiciones, cambiarán los valores de algunas propiedades, pero seguirán siendo constantes en las nuevas condiciones. Siguiendo con el ejemplo del punto de ebullición del agua: si hacemos el calentamiento con una presión de 2 atm, el punto de ebullición pasará a ser de 120ºC, y este será el valor para cualquier muestra de agua pura calentada en estas mismas condiciones. La medición de las distintas características de las sustancias y compuestos es un procedimiento cotidiano en los laboratorios. Las propiedades generales nos proporcionan información de la muestra concreta que tenemos (su peso, volumen, etc.), mientras que las propiedades características nos permiten la identificación y caracterización de la sustancia. 7.2. LAS FARMACOPEAS: La certeza de que una identificación es válida, los parámetros que deben verificarse para cada producto o los márgenes de valores en que debe encontrarse el resultado para cada parámetro están perfectamente definidos y regulados. La calidad es un concepto esencial en cualquier laboratorio, y para garantizarla es necesario que toda la actividad que se realiza en él (los materiales, los productos y los métodos) cumpla las normas legalmente exigidas. El hecho de que los distintos laboratorios que desarrollan la misma actividad garanticen un mismo nivel de calidad permite que sus resultados sean homologables y comparables. 4 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia En el ámbito farmacéutico, la identificación también proporciona seguridad a las personas usuarias, ya que encontrarán la misma calidad mínima de producto en cualquier oficina de farmacia. Puesto que la principal actividad de laboratorio en las oficinas de farmacia es la formulación magistral, la información sobre qué tipo de comprobaciones deben hacerse para cada tipo de producto, y los valores de referencia que deben cumplir los distintos parámetros debe buscarse en las farmacopeas. Las farmacopeas son códigos de especificaciones que tanto los medicamentos como las materias primas con que se elaboran deben satisfacer. Las farmacopeas, como texto de categoría legal que son, tienen ámbitos de aplicación concretos. Así, existen muchas farmacopeas, como la Farmacopea norteamericana (USP), la Farmacopea británica, la alemana, la francesa, la belga, la japonesa o la Real Farmacopea Española (RFE), que es la de aplicación en nuestro país y que se basa en la Farmacopea Europea. 1.4 CAPITULOS GENERALES: Este bloque está dividido en distintos apartados, entre los cuales destacamos dos que nos interesan especialmente en este módulo, los métodos analíticos y los reactivos, disoluciones y sustancias de referencia. - Métodos analíticos: Esta dividido en varios subapartados, entre los cuales destacamos: o Métodos físicos y fisicoquímicos: permiten cuantificar el valor de distintas propiedades físicas o químicas. Por ejemplo; punto de ebullición, viscosidad, densidad relativa, índice de refracción, etc. o Reacciones de identificación: se trata de reacciones químicas que se consideran válidas para identificar la presencia de ciertas sustancias. El positivo a la reacción indica la presencia de esa sustancia, pero no permite cuantificar la cantidad presente. o Ensayos límite para impurezas inorgánicas: son los ensayos autorizados para determinar la cantidad presente en cada tipo de impureza inorgánica. Por ejemplo: de amonio, de fosfatos, etc. o Índices y métodos de valoración: los requisitos para algunos productos incluyen el margen de valores que pueden tener para determinados índices, como el 5 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia índice de acidez o el índice de saponificación. También se incluyen en este apartado algunos métodos de valoración específicos, como la combustión en presencia de oxígeno, la determinación de agua o el dióxido de carbono en gases. - Reactivos, disoluciones y sustancias de referencia: o Reactivos: son sustancias químicas que, por su capacidad de provocar determinadas reacciones, se utilizan en los laboratorios para descubrir la presencia de otra sustancia en una muestra, o para medir la cantidad, si la hay. o Disoluciones y sustancias de referencia: poseen unas propiedades físicas y químicas conocidas y estables, lo que permite usarlas para calibrar aparatos o para verificar los métodos de medición. 2. EXÁMENES PRELIMINARES: Para identificar una sustancia, esta es sometida a diversos exámenes preliminares, entre las cuales se analiza también su aspecto, color, olor, solubilidad e identificación. A. ASPECTO→ La identificación de una sustancia comienza con la observación de su estado (sólido o líquido). A veces, cuando el punto de fusión del compuesto está próximo a la temperatura ambiente (20ºC), es posible que en inverno se encuentro en estado sólido, y en verano, en estado líquido. Si la temperatura del laboratorio está muy próxima a su punto de fusión, es posible que aparezca como una mezcla de dos sustancias: una sólida y otra líquida. El aspecto de un líquido nos puede indicar si contiene impureza o no. Las impurezas visibles suelen tener el aspecto de motas o sólidos suspendidos en la materia prima líquida. De esta manera, el examen del aspecto de un sólido cristalino va encaminado a observar si todos los cristales tienen un aspecto y forma semejante. B. COLOR→ la coloración de un compuesto puede ser un valioso dato para su correcta identificación y además se puede utilizar como una buena medida cualitativa de la pureza de este. Si el compuesto es líquido, el grado de transparencia, es decir, la capacidad para ver a su través es grande, pero si presenta algún tipo de impureza, la transparencia y el color se pueden ver alterados. C. OLOR→ Una vez determinados el estado de agregación y el color, se debe observar con mucho cuidado el olor del compuesto. Existen dos técnicas para detectar el olor sin que resulten agobiantes; la primera es destapar el envase y agitarlo frente a la nariz, y la segunda es destapar y mover la mano por encima. La información que suministran el 6 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia olor es de tipo cualitativo, pero en ocasiones puede ser valiosa para la identificación de un compuesto. ´ D. SOLUBILIDAD→ La solubilidad de los compuestos también es un dato que utiliza en su identificación. Se suelen emplear varios ensayos para clasificar la solubilidad; en agua, en hidróxido sódico acuoso, en bicarbonato sódico acuoso, en ácido clorhídrico acuoso, en etanol, en éter y en ácido sulfúrico concentrado. Si el compuesto es muy soluble en agua, es importante comprobar el pH de la disolución con papel indicador. E. IDENTIFICACIÓN→ En los certificados de análisis, además de las técnicas nombradas anteriormente, se encuentra el apartado correspondiente a la identificación. Hace referencia al tipo de determinaciones indicadas por la legislación que se realicen para comprobar su identidad. Otras técnicas de identificación y pureza pueden ser: Punto de fusión: PF Índice de refracción: IR Punto de ebullición: PE Viscosidad Punto de solidificación Densidad y pH 3. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN: Cuando una sustancia pura se calienta, llega un momento en el que las fuerzas de unión de sus átomos o moléculas se debilitan y pierden su estructura inicial al fundirse. A la temperatura de licuefacción se le llama también punto de fusión y se define como “la temperatura a la que una sustancia se licúa, es decir, pasa de estado sólido a líquido a 760 mm de Hg (1atm). A la temperatura de fusión, la fase sólida y líquida de la sustancia están en equilibrio y la temperatura permanece constante durante todo el proceso. De esta manera, el punto de fusión es una constante muy utilizada en la identificación de sólidos, debido a que en una sustancia pura el cambio de estado es rápido y la temperatura permanece constante. 7 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia La presencia de impurezas solubles en una sustancia va a disminuir el punto de fusión, de la misma, mientras que la presencia de impurezas insolubles en esta no afecta a la temperatura de fusión. El caso de que un sólido presente impurezas soluble, su comportamiento durante la fusión es diferente en dos aspectos: Empieza a fundir a una temperatura inferior al punto de fusión. La temperatura aumenta durante la fusión, de manera que el sólido impuro funde en un rango de temperaturas cuyo límite superior es menor que la temperatura de fusión del compuesto puro. Por tanto, podemos decir que el proceso de fusión ya no es tan rápido, sino que tiene lugar en un intervalo de temperaturas mayor, llamado rango de fusión. Para verificar la pureza de un sólido se emplea como criterio el rango de fusión que como máximo es 1 o 2ºC. 3.1 MÉTODOS DE DETERMINACIÓN: Para la determinación de una sustancia se pueden utilizar varias métodos: El tubo de Thiele→ es un tubo de vidrio con un acodamiento en forma de U unido al cuerpo, de forma que los líquidos introducidos pueden circular por él. A medida que se calienta el brazo lateral, el calor se distribuye por el líquido interior por convención y conducción. El brazo lateral permite la circulación del líquido hacia el tubo de ensayo, de modo que la calefacción y el proceso de circulación continúa, mientras se manifieste el aporte de calor. Se trata de un método eficaz para lograr una calefacción uniforme, sin necesidad de introducir un agitador. Hay modelos con unos orificios laterales que sirven para introducir los capilares con el sólido problema. Método del tubo capilar en el baño líquido (RFE). Determinación en aparatos de calefacción eléctricos en bloque metálico. 8 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 4. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN: Las moléculas de un líquido se encuentran continuamente en movimiento y su energía cinética siempre está cambiando. Así, en cualquier momento las moléculas de la superficie de un líquido adquieren en suficiente energía para pasar a la fase gaseosa, por la que se produce el fenómeno de evaporación. Asimismo, si el líquido está en un recipiente cerrado y lo calentamos, la velocidad de evaporación aumenta y las moléculas gaseosas que se han producido chocarán unas con otras, y algunas de ellas regresarán a la fase líquida, por la que se produce la condensación. De esta manera, se llama presión de vapor a la presión ejercida por las moléculas gaseosas, a una determinada temperatura, cuando se encuentran en equilibrio con el líquido, es decir, cuando el número de moléculas gaseosas que pasan a la fase líquida es el mismo que el número de moléculas líquidas que pasan a la fase gaseosa a una temperatura concreta. El punto de ebullición (PE) se define como “la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica existente sobre ese líquido. También se puede definir el punto de ebullición como la temperatura a la que hierve el líquido cuando la presión exterior es de 760 mm de Hg (1atm). La influencia de las impurezas en la determinación del PE depende mucho de la naturaleza de estas; a veces la presencia de impurezas provoca aumento en el PE introduciendo errores que pueden interferir en el valor real de estos. En caso de haber diferencias notables entre los puntos de ebullición teóricos y experimentales, se debe realizar una purificación para eliminar las impurezas. Cada líquido tiene un PE característico, que se puede usar para su identificación, pero dado que el PE varía con la presión y con el tipo de impurezas que lleve disueltas es menos seguro y útil en identificaciones de sustancias y es menos utilizado como criterio de pureza que el PE. 9 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 4.1 MÉTODOS DE DETERMINACIÓN: Son distintos los métodos que se emplean para determinar el punto de ebullición, sin embargo, el método del mmicrorreflujo y el de Siwoloboff se utilizan en caso de tener poca muestra. Método de microrreflujo. Micrométodo o métodod de Siwoloboff. Macrométodo con destilador. Macrométodo recomendado por la RFE (destilador). 5. PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN: La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura. Es el proceso inverso a la fusión. En general, los compuestos disminuyen de volumen al solidificarse, aunque en el caso del agua aumenta. Por tanto, podemos definir el punto de solidificación o punto de congelación de un líquido como la temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada se transforma en sólido. El punto de solidificación de un líquido puro es en esencia el mismo que el punto de fusión de la misma sustancia en su estado sólido, y se puede definir como la temperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en equilibrio. 10 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 5.1 SOBREENFRIAMIENTO DE LOS LÍQUIDOS: Todos los sólidos se funden al calentarse y alcanzar sus respectivos puntos de fusión, pero la mayoría de los líquidos pueden permanecer en este estado, aunque se enfríen por debajo de su punto de solidificación. Así, un líquido puede permanecer en este estado de sobreenfriamiento durante cierto tiempo. Se define el sobreenfriamiento como el descanso de la temperatura por debajo del punto de congelación antes de la solidificación de la sustancia. Este fenómeno se explica por la teoría molecular, que define a las moléculas de los sólidos como moléculas ordenadas, y a las de los líquidos, desordenadas. Para que un líquido se solidifique, necesita tener un núcleo alrededor del cual pueden cristalizar las moléculas desordenadas. La formación de un núcleo depende del azar, pero una vez formado, el líquido sobreenfriado se solidificará raídamente. 5.2 CRIOSCOPIA: Si se disuelve un soluto no volátil en un líquido, el punto de solidificación de la disolución resultante es menor que el del disolvente puro. A esta diferencia de temperatura se le llama descenso crioscópico. Para disoluciones muy diluidas, el descenso crioscópico depende del número de moléculas de soluto con respecto al número de moléculas del disolvente, característica que puede utilizarse para conocer el número de moles de soluto presente en una masa de disolvente. La cantidad a la que desciende el punto de solidificación depende de la concentración molecular del soluto y de que la disolución sea un electrolito. Las disoluciones no electrolíticas tienen puntos de solidificación más altos, en una concentración dada de soluto, que los electrolitos. 5.3 MEZCLAS FRIGORÍFICAS: Una mezcla frigorífica está formada por un cuerpo sólido que puede disolverse en otro y producir un descenso de temperatura a causa del cambio de estado del cuerpo sólido, originando una mezcla frigorífica. 11 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 6. ÍNDICE DE REFRACCIÓN: El índice de refracción (IR) es una determinación física muy utilizada en la identificación de sustancias líquidas y se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz al atravesar una sustancia. Por ejemplo, el IR para el agua es 1,33; para la acetona es 1,358; para el cloroformo es 1,446. En general, el índice de refracción es exacto para dos cifras decimales y en muchas ocasiones para tres y cuatro, por lo que se emplea a menudo para distinguir entre varias sustancias posibles. Asimismo, el IR es sensible a las impurezas y a la temperatura. El aparato con el que se mide el índice de refracción se llama refractómetro. 6.1 LA REFRACTOMETRÍA: La refractometría es una técnica analítica que se basa en la medida del IR de un líquido con el fin de investigar su pureza o su composición. Cuando un rayo de luz atraviesa oblicuamente desde un medo a otro de diferente densidad, cambia su dirección al traspasar la superficie de separación entre ambos medios. Este cambio en la dirección se llama refracción. Además, hemos de considerar que: Cuando el segundo medio es más denso que el primero, el rayo de luz se aproxima a la línea perpendicular trazada sobre la superficie divisoria en el punto de incidencia. La causa fundamental de este cambio de dirección es la variación de velocidad que experimenta el rayo de luz cuando pasa de un medio menos denso a otros más denso. El ángulo que forma el rayo en el primer medio y la perpendicular se llama ángulo de incidencia mientras que el correspondiente ángulo en el segundo medio se denomina ángulo de refracción. 6.2 REFRACTÓMETROS: La parte esencial de estos apartados es el prisma de IR conocido que se pone en contacto con el líquido a examinar. Hoy en día, ecisten varias clases de refractómetros de uso corriente como: o Refractómetro manual o portátil: muy manejables, nos permiten conocer el IR y, además, la concentración de sólidos disueltos en disoluciones acuosas. o Refractómetro de Abbe-Spencer o de mesa: consta de ujna fuente de luz 12 OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia monocromática (una lámpara de sodio), un baño de temperatura constante para que la temperatura del material pueda mantenerse y una pieza óptica. 7. VISCOSIDAD: La viscosidad es la medida de la resistencia que opone un sistema a fluir bajo una fuerza aplicada. La resistencia surge del rozamiento interno que se produce entre las moléculas de fluido adyacentes. Cuanto más viscoso es un líquido, mayor fuerza se debe aplicar para que fluya a una determinada velocidad. F/S = η · dv/dr F/S = fuerza por unidad de área que se requiere para un sistema fluya. dv/dr = es la velocidad de deslizamiento. η = es el coeficiente de viscosidad, conocido generalmente como viscosidad absoluta o dinámica. 7.1 FORMAS DE EXPRESAR EL VALOR DE LA VISCOSIDAD: El valor de viscosidad se puede expresar como: VISCOSIDAD ABSOLUTA: La unidad tradicional de medida de la viscosidad absoluta o dinámica es el poise (P), que se define como la fuerza de deslizamiento en dinas requerida para producir una velocidad de 1 cm/ seg entre dos planos paralelos de un líquido, cada uno de 1 cm2 de área y separados por una distancia de 1 cm. VISCOSIDAD RELATIVA: Se define como la relación entre viscosidad absoluta y densidad del fluido. Se expresa en Stokes (St). 7.2 VISCOSÍMETROS: Los equipos que se utilizan en los laboratorios para medir la viscosidad se denominan viscosímetros. Existen numerosos modelos de viscosímetros como el de Engler, Ostwald, Ubbelohde, de copa, rotarios y de caída de bola, entre otros. 13