libro parte i (sétimo)

INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013

Artemio Chang C. y Silvia Klinar B.

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ANÁLISIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

EL ANÁLISIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

Una de las actividades más apasionantes que realiza el químico, es cuando se encuentra con

una sustancia desconocida; inmediatamente surge la interrogante ¿qué es? tratando de conocer su

identidad o estructura química. Si se trata de una sustancia conocida, trata de determinar su estado

de pureza; y si se trata de una mezcla, cuáles son sus componentes y cuánto hay de cada uno de

ellos. Las teorías y técnicas que forman parte de esta actividad es lo que se conoce como QUÍMICA

ANALÍTICA, y cuando las muestras son sustancias orgánicas, le denominamos ANÁLISIS DE

COMPUESTOS ORGÁNICOS.

Entonces, el Análisis de Compuestos Orgánicos lo podemos definir como la aplicación

sistemática de teorías y técnicas que permiten identificar y cuantificar a las sustancias orgánicas;

determinando sus estructuras, grado de pureza o composición porcentual.

De acuerdo al problema analítico a resolver, podemos considerar dos aspectos : El Análisis

Orgánico Cualitativo, que permite establecer la identidad de la especie química; y el Análisis

Orgánico cuantitativo, mediante el cual se determina la pureza de una sustancia conocida, la

composición porcentual de una mezcla o el número de grupos funcionales presentes en la molécula

de una sustancia desconocida.

Los métodos analíticos podemos clasificarlos como químicos y espectroscópicos. Hasta la

década de los 5O los métodos analíticos en química orgánica eran estrictamente químicos; con el

posterior desarrollo de las técnicas espectroscópicas en la investigación química, se ha logrado un

gran impulso en el avance del Análisis Orgánico Cualitativo, y en la actualidad la identificación de

compuestos orgánicos se realiza por la elucidación espectroscópica de las estructuras . En el

análisis cualitativo por métodos químicos, se empleaban reacciones específicas de los grupos

funcionales que involucran formación de productos coloreados, precipitados, desprendimiento de

gases y otras formas de ser percibidas sensorialmente. En el análisis cuantitativo, la espectroscopia

aún no ha logrado el mismo impacto, a excepción de la espectroscopía Ultravioleta-visible; aunque

se han desarrollado técnicas instrumentales como por ejemplo HPLC (Cromatografía líquida de alta

presión), aún son frecuentes los métodos químicos, en los cuales se emplean reacciones de



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estequiometría definida que involucran consumo o producción de ácidos, bases, etc. y que pueden

ser medidos en una determinación visual por uso de indicadores o potenciométricamente.

Los métodos espectroscópicos permiten elucidar estructuras orgánicas utilizando pequeñas

cantidades de muestra, y con una rapidez mucho mayor que los métodos químicos, la desventaja es

el elevado costo en la adquisición de equipos, en el manejo de las muestras y en su mantenimiento.

Los principales métodos espectroscópicos, para el análisis orgánico, son: Espectroscopia

Ultravioleta-Visible, Espectroscopia Infrarroja, Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear y

Espectrometría de Masa

IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

Una de las fases más importantes de la investigación en química, lo constituye el análisis de

compuestos orgánicos, que comprende la organización del conocimiento acumulado sobre las

propiedades físicas y espectroscópicas, las estructuras y las reacciones de miles de sustancias

orgánicas; dentro de un procedimiento sistemático de identificación lógica.

Las investigaciones que realiza el Químico Farmacéutico, se orientan principalmente a la

búsqueda de sustancias con nuevas o mejores acciones farmacológicas y que por lo general son

compuestos orgánicos, además resulta evidente que existe una estrecha relación entre la estructura

química y la acción biológica; de allí la necesidad de conocer la identidad o estructura de una

sustancia. Estas nuevas sustancias que luego se convierten en medicamentos, se obtienen de la

naturaleza o por síntesis química. En la actualidad tiene gran vigencia la separación e identificación

de principios activos en plantas medicinales; la riqueza de nuestra flora de uso en la medicina

tradicional nos obliga a una sistemática investigación de estos recursos naturales, cuya utilización

con el aporte científico y tecnológico coadyuven a la solución de nuestra problemática sanitaria. En

dicha investigación es de suma utilidad la identificación y cuantificación de los principios activos, que

permita un uso adecuado de ellos. Esta información la proporciona el análisis orgánico.

Es también de gran importancia la aplicación del análisis orgánico en la Bromatología,

Análisis Clínicos y Bioquímicos, Toxicología y en el Control de Calidad de sustancias orgánicas.

En suma el análisis de compuestos orgánicos, es base fundamental para introducirnos en el

campo de la investigación química y de la especialización en el área analítica.



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ANÁLISIS ORGÁNICO CUALITATIVO En la actualidad la identificación de compuestos orgánicos se realiza muy rápidamente,

utilizando métodos espectroscópicos tales como la espectroscopía Infrarroja que nos permite

determinar el grupo funcional en el caso de la identificación de una nueva sustancia, o como “huella

digital” para verificar la identidad de una sustancia conocida. La espectroscopía Ultravioleta-visible

nos da información de la estructura de compuestos que presentan grupos cromóforos, si bien se

trata de una técnica que no es aplicable a todos los compuestos orgánicos, lo cierto es que una gran

cantidad de medicamentos y sustancias naturales con potencial de bioactividad, incluyen cromóforos

en su estructura química, por lo tanto son susceptibles de ser analizadas con esta técnica

espectroscópica.

En la década de los 70, la espectrometría de masas se convirtió en la técnica más importante

para la elucidación de las estructuras de las nuevas sustancias orgánicas; en esa misma época se

desarrollan los equipos de Resonancia Magnética Nuclear y en la cual, los avances tecnológicos de

los últimos años han sido espectaculares, de tal manera que una gran cantidad de nuevas

sustancias, obtenidas de la naturaleza (principalmente del reino vegetal) o por síntesis química son

identificadas, es decir se elucida su estructura, utilizando únicamente la RMN.

ANÁLISIS ORGÁNICO CUANTITATIVO Los problemas analíticos cuantitativos que debemos resolver con mayor frecuencia son:

1. Determinar la cantidad o porcentaje de pureza de una sustancia conocida.

2. Determinar la composición porcentual de una mezcla.

3. Determinar el peso equivalente o el número de grupos funcionales de una muestra

desconocida. En este caso, el análisis cuantitativo es un auxiliar en la identificación de dicha

muestra.

En el análisis cuantitativo, los métodos instrumentales van desplazando a los métodos químicos; sin

embargo, estos últimos aún se utilizan con frecuencia por la rapidez, precisión y bajo costo de los

procedimientos. En el presente curso, trataremos de las determinaciones cuantitativas por métodos

químicos y por espectroscopía UV-visible.


Los métodos químicos se fundamentan en el uso de reacciones que consumen o producen ácidos,

bases, precipitados, etc., que puedan ser medidos con exactitud; además, la reacción analítica debe

ser estequiométrica, es decir el equilibrio desplazado hacia los productos; específica para una

especie química o para un grupo funcional y tener una velocidad de reacción adecuada, que

permita la medida cuantitativa.

Las medidas cuantitativas se basan en el hecho que en el punto final de la reacción analítica se

cumple:

meq de muestra = meq de valorante

En el caso de los métodos gravimétricos, los meq de muestra = meq del producto insoluble.

En el caso de la producción de gases, meq de muestra = meq de gas producido.

Los tipos de reacción analítica más frecuentes son las siguientes:

1.- Consumo de ácido:

RNH2 + HClO4 RNH3+

ClO4 -

El ácido perclórico es el valorante (solución estándar) y el punto final se detecta con

un indicador visual o potenciométricamente.

2.- Producción de ácido:

R2CO + NH2OH.HCl R2C=NOH + HCl + H2O

El ácido producido se mide con un álcali estándar.

3.- Consumo de base: RCOOR´ + NaOH RCOONa + R´OH

El álcali es el valorante, el punto final se detecta visual o potenciométricamente.

4.- Producción de base:

RCONH2 + NaOH RCOONa + NH3

El amoníaco se mide con un ácido estándar.

5.- Consumo de oxidante:

R-CHOH-CHOH-R´ + HIO4 RCHO + R´CHO + HIO3 + H2O

La cantidad de oxidante consumido se determina por la producción de yodo en una

reacción adicional. El yodo se mide con tiosulfato de sodio estándar.


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6.- Consumo de reductor: RC≡CH + AgNO3 RC≡CAg + HNO3

El reductor (AgNO3) es el valorante.

7.- Gas producido:

R-OH + CH3MgI RO.MgI + CH4

El gas desprendido se mide en una bureta de gas.


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ANÁLISIS CUANTITATIVO DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

EL ANÁLISIS CUANTITATIVO Es el análisis que nos permite determinar la cantidad de una sustancia orgánica. Si la muestra que

analizamos es una sustancia conocida, el análisis cuantitativo nos permite calcular su porcentaje de

pureza y si está en una mezcla, podemos determinar la cantidad de cada uno de los componentes

de la mezcla. Si la muestra es una sustancia desconocida, el análisis cuantitativo proporciona

información complementaria para la elucidación de la estructura, ya que se puede calcular el peso

equivalente, o el número de grupos funcionales presentes en la molécula.

El análisis cuantitativo se fundamenta en reacciones químicas que deben cumplir los siguientes

requisitos:

• Debe ser específica para un grupo funcional o para una especie química (ejm. EtOH

en licores)

• Debe ser estequiométrica, es decir que la reacción debe estar desplazada

completamente hacia los productos (derecha).

• Alguno de los reactantes o de los productos debe ser fácilmente medible.

• La velocidad de reacción debe ser adecuada, es decir, debe ser ni muy rápida o

violenta que no permita la medida cuantitativa, ni muy lenta que prolongue demasiado

el tiempo del análisis.

Las reacciones pueden ser representadas:

A + B C + D

En un perfecto equilibrio

A + B C + D A + B C + D

Equilibrios desplazados parcialmente

A + B C + D

Equilibrio desplazado completamente hacia los productos (derecha) = Rx Estequiométrica


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Si la reacción no está desplazada completamente hacia los productos, esto se puede lograr

mediante el uso de reactivos o catalizadores adecuados.

A + B C + D

Para la medida cuantitativa, se requiere que uno de los reactantes o de los productos sea un ácido o

una base, o capaz de reducirse o de oxidarse; de tal manera que se midan fácilmente por

valoraciones de neutralización o de óxido reducción, o también que uno de los productos precipite y

pueda ser medido gravimétricamente. La formación de un gas como producto también permite una

medida cuantitativa utilizando una bureta de gases y controlando presión y temperatura. Si uno de

los productos es coloreado o absorbe en la región UV, entonces podemos utilizar la Espectrometría

UV-Vis.

En conclusión el Análisis Cuantitativo puede ser:

- Volumétrico, cuando se mide el volumen (normalmente se utilizan soluciones)

- Gravimétrico, cuando se mide el peso

- Espectrofotométrico, cuando se mide la absorción (emisión) de la radiación.

En el desarrollo del curso vamos a revisar métodos y técnicas principalmente volumétricas y algunas

gravimétrica. Para diseñar o aplicar métodos o técnicas espectrofotométricas, se requiere conocer

las teorías y fundamentos de los fenómenos espectroscópicos.


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CÁLCULOS EN EL ANÁLISIS ORGÁNICO CUANTITATIVO

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES

Concentración: La concentración se expresa en una base física (peso o volumen) o en una base

química (fórmula o poder de combinación).

Física: % peso: g de soluto en 100 g de solución

% volumen: mL de soluto en 100 mL de solución

% peso/volumen: g de soluto en 100 mL de solución

mg %: mg de soluto en 100 mL de solución

ppm: g de soluto en 106 g de solución

Química: Molaridad (M): moles de soluto en 1 000 mL de solución

Normalidad (N): equivalentes de soluto en 1 000 mL de solución

Molalidad (m): moles de soluto en 1 000 g de solución

Un peso (masa) de una sustancia pura puede expresarse en peso molecular-

gramo (moles) o peso equivalente-gramo (equivalentes).

PM g 1 mol

P g x mol P g mg x mol = m mol = PM g PM


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PE g 1 Eq

P g x Eq P g mg x Eq = meq = PE g PE


Preparando soluciones:

Hemos establecido que:

mg mg m mol = y meq = PM PE


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De las definiciones de normalidad y molaridad se desprende que:

meq = V x N y m mol = V x M

En una solución, independiente de las modificaciones del volumen, el número de mmol o de meq siempre se mantiene; es decir:

meq = meq mmol = mmol

lo que puede representarse reemplazando por las ecuaciones anteriores, es decir:

mg 1a = V x N 1b Vc x Nc = Vd x Nd

PE

mg 2a = V x M 2b Vc x Mc = Vd x Md

PM

Entonces, para preparar soluciones normales o molares a partir de una sustancia

pura, se calcula el peso necesario aplicando las ecuaciones 1 a ó 2 a y se diluye hasta

el volumen apropiado con el solvente.

Ejm. Si queremos preparar una solución acuosa 0,2 N de NaOH en un volumen de 50

mL,

El primer paso consiste en calcular el peso en mg, aplicando la ecuación 1 a, donde :

mg = V x N x PE

V (volumen en mL) = 50 mL

N (normalidad) = 0,2

PE (del NaOH) = 40

mg = 50 x 0,2 x 40 = 400

Entonces tomamos 400 mg de NaOH y diluimos con agua hasta completar un

volumen de 50 mL.


También se pueden preparar soluciones normales o molares a partir de soluciones

más concentradas. En este caso se calcula el volumen necesario de solución

concentrada aplicando las fórmulas 1 b ó 2 b y luego se diluye hasta el volumen

deseado.

Ejm. Preparar 50 mL de una solución acuosa 0,2 N de NaOH a partir de una solución

1 N.

Aplicando la ecuación 1 b calculamos el volumen necesario de solución 1 N

Vd x Nd = Vc x Nc

Vd = 50 mL

Nd = 0 ,2

Vc = ?

Nc = 1

Entonces: V x N 50 x 0.2 d d Vc = = 10 Vc =

Nc 1

Es decir, tomamos 10 mL de la solución 1N de NaOH y diluimos con agua hasta

completar un volumen de 50 mL y obtenemos una solución 0,2 N de NaOH.


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CÁLCULOS EN EL ANÁLISIS VOLUMÉTRICO En el punto final de una valoración:

meq valorante = meq muestra

esta ecuación es la base para los cálculos volumétricos.

Podemos reemplazar meq , de la siguiente manera:

El valorante siempre es una solución, por tanto:

meq valorante = Vv x Nv

Si queremos conocer la cantidad de una muestra, entonces: mg (muestra)

meq de muestra = PE (muestra)


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Si queremos conocer la concentración de una muestra, entonces:

meq muestra = Vm x Nm

De lo cual podemos deducir las ecuaciones:

mg (muestra) = Vv x Nv

PE (muestra)

mg (m) = Vv x Nv x PE (m)

y

Vm x Nm = Vv x Nv

Vv x Nv Nm =

Vm

Estas ecuaciones se aplican en las valoraciones directas, es decir, aquellas en

las que interviene una sola reacción analítica.

Ejemplos:

- Valoración de NaOH con HCl

NaOH + HCl NaCl + H2O

- Valoración de ácido acético con NaOH

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O


En las valoraciones indirectas (por retroceso), los cálculos son más fáciles de

comprender mediante el diseño de diagramas de valoración, que son

representaciones lineales del proceso y permite establecer la relación entre la

muestra y el valorante.

Ejemplo:

- En una valoración de amoníaco, se trata la muestra con exceso de HCl y

luego se mide el HCl que no ha reaccionado con NaOH

meq de NH3


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meq de HCl meq de NaOH

Entonces : meq de NH3 = meq de HCl - meq de NaOH

En una valoración indirecta, puede utilizarse el control para corregir errores e

impedir el uso de dos soluciones estandarizadas.

meq de NH3 meq de HCl MUESTRA meq de NaOH meq de HCl

CONTROL meq de NaOH

Entonces: meq de NH3 = (meq de NaOH)c - (meq de NaOH)m



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TÉCNICAS PARA EL ANALISIS CUANTITATIVO DE COMPUESTOS ORGANICOS

Revisaremos las siguientes técnicas analíticas:

1. Valoración ácido-base en medio acuoso 2. Valoración ácido-base en medio no acuoso 3. Análisis cuantitativo por el método de la saponificación 4. Análisis de vitamina C por el método iodométrico. 5. Análisis de vitamina C por espectrofotometría UV-visible. 6. Análisis de antocianinas totales por espectrofotometría UV-visible.

7. Análisis de polifenoles totales por espectrofotometría UV-visible.


1. Valoración ácido-base en medio acuoso

Fundamento

Existen compuestos orgánicos que tienen la suficiente fuerza ácida o básica, para ser

medidos cuantitativamente mediante una valoración ácido-base (neutralización) en medio

acuoso, utilizando un ácido fuerte como valorante en el caso de las sustancias básicas, o una

base fuerte como valorante para medir sustancias orgánicas ácidas.

Los ácidos carboxílicos son los suficientemente fuertes (pka entre 3 a 6) para ser valorados

con una base fuerte. El método frecuente consiste en una valoración en solución acuosa

utilizando como valorante NaOH o KOH estándar y detección visual del punto final utilizando

fenolftaleina como indicador.

RCOOH + KOH RCOOK + H2O

Aplicación en el análisis de compuestos orgánicos Los ácidos carboxílicos, los ácidos sulfónicos, las bases orgánicas fuertes y en general todos

los compuestos orgánicos con la suficiente fuerza ácida o básica; pueden medirse por este

método.

En el presente curso, revisaremos la aplicación en el caso de los ácidos carboxílicos;

debemos tener en cuenta que la fuerza ácida es mayor en los ácidos carboxílicos alifáticos de

bajo peso molecular, en ácidos carboxílicos aromáticos mono o disustituidos, también se

incrementa la acidez en presencia de mayor número de grupos COOH.

Interferencias.- En el caso de los ácidos carboxílicos, las interferencias que impiden la medida cuantitativa

son impurezas ácidas u otros componentes ácidos en casos de mezclas, por ejemplo el ácido

acetilsalicílico (Aspirina) que se obtiene por esterificación a partir del ácido salicílico y ácido

acético, normalmente contiene como impurezas los ácidos que la originan, por tanto el

método no es aplicable ya que en la medida cuantitativa, los resultados serían la suma de

aspirina + sus impurezas.

También debemos tener en cuenta los casos en que solventes o reactivos consumen el

valorante, en estos casos el problema se resuelve realizando un blanco.


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Esquema de la valoración.- La medida de un ácido carboxílico utilizando una base fuerte estándar (KOH o NaOH) como

valorante, es una valoración directa.

meq de R - COOH


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meq de NaOH o KOH

donde:

meq RCOOH = meq KOH o NaOH

El PE (peso equivalente es:

PM PEm =

Nº de COOH

Presentación de resultados.- Al PE (Peso equivalente) de los ácidos carboxílicos determinados en una valoración directa

con álcali estándar, también se le denomina EQUIVALENTE DE NEUTRALIZACIÓN.

En caso de una muestra de un ácido carboxílico único, se determina la cantidad o porcentaje

de pureza de la muestra.

En el caso de una mezcla, en caso que dicha mezcla no presente otros componentes ácidos,

se determina la cantidad o porcentaje del ácido en la mezcla.

En el caso de una muestra pura, desconocida, se determina el número de grupos funcionales

(COOH) presentes en la molécula.

Cuando se trata de mezclas complejas como las grasas (mezcla de ácidos carboxílicos y sus

ésteres), la medida cuantitativa se da como ÍNDICE DE ACIDEZ, que es el número de

miligramos de KOH necesarios para neutralizar los ácidos de un gramo de muestra.


Ejercicio 1.- Una muestra de ácido p-metil-benzoico se analiza de la siguiente manera: 117 mg se

diluyen con 20 mL de agua, se agregan 2 gotas de solución de fenolftaleina y se valora con

solución 0.1082 N de KOH, consumiendo 7 mL hasta el punto final de la valoración. Calcular

el porcentaje de pureza de la muestra.

Solución De acuerdo al esquema de la valoración: meq de ácido p-metil-benzoico = meq de KOH

recordando: meq = V x N

por tanto: meq de ácido p-metil-benzoico = 7 x 0.1082 = 0.7574

Sabemos que meq = mg/P.E, entonces mg = meq x P.E.

Para calcular la cantidad (en mg) de ácido p-metil-benzoico, debemos calcular el Peso

Equivalente PM

PEm = Nº de COOH


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El ácido p-metil-benzoico tiene su F.G. = C8H8O2, por tanto P.M. = 136

Entonces: 136

PE = = 136 1 Por lo tanto mg de ácido p-metil-benzoico = meq de a. p-metil-benzoico (0.7574) x P.E. del a. p-metil-

benzoico (136) = 103.006

Calculando el porcentaje.- Si en 117 mg (cantidad de muestra analizada) tenemos 103.006

mg de ácido p-metil-benzoico, entonces en 100 mg tendremos 88.03 mg (Porcentaje).

Respuesta.- La muestra de ácido p-metil-benzoico tiene 88% de pureza


2. Valoración ácido-base en medio no acuoso

Fundamento.- Existen compuestos orgánicos que se comportan como ácidos o bases débiles, estos

compuestos pueden ser medidos cuantitativamente mediante una valoración ácido-base en

medio no acuoso.

Los fenoles son compuestos menos ácidos que los ácidos carboxílicos. Este comportamiento

permite valorar a los fenoles utilizando medios no acuosos. Los solventes deben ser bases

más fuertes que el agua para incrementar la acidez del fenol, es decir, incrementar su

disociación ácida; se emplea piridina u otras bases orgánicas como solventes.

Se recomienda como valorante el hidróxido de tetrabutil amonio (Bu4 N)+ OH-, el punto final

se puede determinar mediante el uso de azul de timol como indicador, aunque resulta

impreciso por lo que se recomienda la detección potenciométrica de dicho punto final.

Piridina

Ar - OH + (Bu4 N)+ OH- Ar - O- (Bu4 N)+ + H2O

Existen muchas sustancias orgánicas que se comportan como bases débiles, como las

aminas, los alcaloides, etc., que disueltas en un ácido, como el ácido acético glacial,

incrementan su carácter básico y se pueden valora con ácido perclórico estándar y cristal

violeta como indicador. Ac. acético

R- NH2 + HClO4 RNH3+ ClO4

-

Aplicación en el análisis de compuestos orgánicos

Las sustancias orgánicas que se comportan como ácidos débiles (por ejemplo fenoles o

ácidos carboxílicos muy débiles) y las sustancias orgánicas que se comportan como bases

débiles (por ejemplo aminas, purinas, alcaloides); pueden medirse por este método.

Interferencias.- La presencia de impurezas u otros componentes en casos de mezclas que reaccionen con el

valorante. En el caso de ácidos las interferencias son las impurezas o sustancias ácidas y en

el caso de las muestras básicas, las impurezas o sustancias básicas.


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Al igual que en las valoraciones ácido-base en medio acuoso, también debemos tener en

cuenta los casos en que solventes o reactivos consumen el valorante.

Esquema de la valoración.- Es una valoración directa donde la relación es:

meq muestra (fenol, amina, alcaloide, etc,) = meq valorante

meq de muestra


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meq de valorante

donde:

El PE (peso equivalente de la muestra) es:

PM PE m =

N° de grupo funcional ácido o básico Presentación de resultados.- En caso de una muestra única, se determina la cantidad o porcentaje de pureza de la

muestra.

En el caso de una mezcla, en caso que no presente otros componentes ácidos o bases, se

determina la cantidad o porcentaje del ácido o la base, según sea el caso, en la mezcla.

En el caso de una muestra pura, desconocida, se determina el número de grupos funcionales

presentes en la molécula.


Ejercicio 1.- Una muestra de anilina se analiza de la siguiente manera: 168 mg se diluyen con 20 mL

de ácido acético glacial, se agregan 2 gotas de solución de cristal violeta (violeta de

genciana) y se valora con solución 0.1181 N de ácido perclórico, consumiendo 13 mL hasta el

punto final de la valoración. Calcular el porcentaje de pureza de la muestra.

Solución De acuerdo al esquema de la valoración: meq de anilina = meq de HClO4


por tanto: meq de anilina = 13 x 0.1181 = 1.5353


Para calcular la cantidad (en mg) de anilina, debemos calcular el Peso Equivalente PM

PEm = Nº de NH2


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La anilina tiene su F.G. = C6H7 N, por tanto P.M. = 93

Entonces: 93

PE = = 93

NH2

Anilina

1 Por lo tanto mg de anilina = meq de anilina (1.5353) x P.E. de anilina (93) = 142.7829


mg de anilina, entonces en 100 mg tendremos 84.98 mg, que redondeamos a 85

(Porcentaje).

Respuesta.- La muestra de anilina tiene 85% de pureza


3. Análisis cuantitativo por el método de la saponificación (Hidrólisis alcalina)

Fundamento

Saponificación = Hidrólisis alcalina de ésteres

Los ésteres y las amidas pueden ser determinados cuantitativamente mediante la hidrólisis

alcalina, empleando un exceso de álcali, se somete a reflujo y luego se mide el exceso con un

ácido fuerte estándar. El solvente es agua cuando el éster es soluble y alcoholes (metanol,

etanol, propanol) cuando son insolubles en agua.

Como reactivo alcalino, se emplean soluciones de NaOH (0.1 – 1 N), HCl como valorante y

fenolftaleína como indicador.

Se realiza un ensayo control.

R-CO.OR’ + N a OH R-COONa + R’O H

R-CO.NR2 + N a OH R-COONa + R2N

NaOH + H C l NaCl + H2O

Esquema de la valoración meq de M


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meq de NaOH MUESTRA meq de HCl

meq de NaOH

meq de HCl CONTROL

donde:

meq M = meq HClc – meq HClm

El PE (peso equivalente es: PM

PEm = Nº de grupos éster o amido



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Aplicación en el análisis de compuestos orgánicos.- Este método se aplica para la determinación cuantitativa de ésteres de ácidos carboxílicos y

amidas.

Interferencias.- Son interferencias los grupos funcionales o sustancias que consumen álcali. Presentación de resultados.- En caso de una muestra única, se determina la cantidad o porcentaje de pureza de la

muestra. En el caso de una mezcla, se determina la cantidad o porcentaje del compuesto en

la mezcla.

En este análisis, al peso equivalente del éster también se le conoce como EQUIVALENTE DE SAPONIFICACIÓN.

En el caso de grasas, (mezclas complejas de ácido libres y sus ésteres) los resultados se

expresan como índice de éster o índice de saponificación.

ÍNDICE DE ÉSTER, es el número de miligramos de KOH requeridos para saponificar los

ésteres de 1 gramo de muestra. Por lo general, se aplica a mezclas complejas de ésteres

(grasas, que son mezclas de ésteres glicéridos; así también como a los aceites cuya

composición es poco definida).

ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN, es el número de miligramos de KOH requeridos para

neutralizar los ácidos libres y saponificar los ésteres de 1 gramo de muestra. Se aplica a

mezclas de ésteres con grupos ácidos libres.


Ejercicio 1.- Una muestra de acetato de etilo se analiza por el método de la saponificación, de la

siguiente manera: a 123 mg se le agrega un exceso de KOH en solución, se somete a reflujo

hasta completar la hidrólisis alcalina y luego se mide el exceso de KOH con HCl 0.1320 N,

consumiendo 12 mL hasta el punto final de la valoración. El control consume 21 mL del

valorante. Calcular el porcentaje de pureza de la muestra.

Solución

El esquema de la valoración indica: meq de acetato de etilo = meq de HClC – meq HClM

Donde:

meq de HClC = meq de HCl consumidos en el control

meq HCl M = meq de HCl consumidos en la muestra


entonces meq HCl = (VC– VM) x N

Donde:

VC = volumen de HCl consumidos en el control

VM = volumen de HCl consumidos en la muestra

N = normalidad del HCl

por tanto: meq de HCl = (21 – 12) x 0.1320 = 1.188


Para calcular el Peso Equivalente de la muestra, sabemos que: PM

PE del acetato de etilo = N° de grupos éster


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El acetato de etilo tiene su F.G. = C4H8O2, por tanto P.M. = 88

Entonces:

88 PE de la muestra = = 88

CH3 C O CH2 CH3

O

Acetato de etilo

1



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Por lo tanto mg de acetato de etilo = meq de acetato de etilo (1.188) x P.E. de acetato de etilo (88) =

104.54 mg


mg de acetato de etilo, entonces en 100 mg tendremos 84.99 mg, que se redondea a 85

(Porcentaje).

Respuesta.- La muestra de acetato de etilo tiene 85% de pureza


4. Análisis de vitamina C por el método iodométrico.

Fundamento Valoración por óxido reducción. La vitamina C o ácido ascórbico reacciona rápidamente con

el Yodo, oxidándose a ácido dehidroascórbico.

Como valorante se utiliza una solución estandarizada de Yodo, el punto final se detecta con

solución de almidón, por cambio de coloración a azul intenso por formación del complejo

Iodo-almidón.

Esquema de la valoración.- Es una valoración directa donde la relación es:

meq de vitamina C = meq Iodo

meq de Vit. C


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meq de Iodo

La reacción entre el yodo y el ácido ascórbico presenta una estequiometría 1:1.

Es importante tener en cuenta que si la muestra contiene otras sustancias reductoras además

del ácido ascórbico, también reaccionaran con el Yodo y el volumen del valorante estará

aumentado. Además debemos recordar que la vitamina C es oxidada fácilmente por el aire,

por tanto, las disoluciones que contienen vitamina C deben ser preparadas inmediatamente

antes de ser tituladas, con el fin de obtener resultados fiables.


Técnica

Preparación del Valorante 1.4 g de Yodo metálico se disuelven en una solución que contiene 3.6 g de IK, en 10 mL de

agua destilada, se agrega 3 gotas de HCl y luego se completa a 100 mL en una fiola.

8I- + IO3- + 6H+ 3 I3 - + 3H2O

Preparación del estándar Pesar aproximadamente 50 mg de Vit C USP, agregar 10 mL de agua destilada y 2.5 mL de

ácido sulfúrico o fosfórico 2N.

Valoración del estándar Al estándar preparado se le agregan 0.5 mL de solución de almidón 5%, y se procede a

valorar con el valorante hasta el punto final (aparición de color azul, permanente). Anotar los

mL de valorante consumidos (mLE)

Preparación de la muestra Pesar de 2 a 3 g de la muestra, diluir con 10 mL de agua destilada y 2.5 mL de ácido sulfúrico

o fosfórico 2N

Determinación cuantitativa A la muestra preparada se le agregan 0.5 mL de solución de almidón 5%, y se procede a

valorar con el valorante hasta el punto final (aparición de color azul, permanente)

Cálculos Se aplica la siguiente fórmula: % de Vitamina C = mLM x mg Vit. C x 100 / mLE x mg M

Donde: mL M = mL de valorante consumidos en la muestra

mg Vit. C = cantidad de vitamina C estándar en mg. mL E = mL de valorante consumidos en el estándar (Vitamina C) mg M = Cantidad de muestra, en mg.


25



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Ejercicio 1

1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de jugo de maracuyá por el método

iodométrico, se obtuvieron los siguientes resultados:

Estándar: 50 mg de vitamina C estándar se valoraron con solución de Yodo 0.1 N,

consumiendo 26.8 mL del valorante.

Muestra: 20 mL (que pesaron 20 g) del jugo de maracuyá se valoraron con solución de Yodo

0.1 N, consumiendo 3.22 mL del valorante.

Calcular el contenido de vitamina C.

Solución Para los cálculos, aplicamos la formula:

Se aplica la siguiente fórmula: % de Vitamina C = mLM x mg Vit. C x 100 / mLE x mg M

Donde: mL M = 3.22 mL

mg Vit. C = 50 mg. mL E = 26.8 mL mg M = 20,000 mg.

% de Vitamina C = 3.22 x 50 x 100 / 26.8 x 20000

Respuesta: % de Vitamina C = 0.03 (30 mg de vitamina C en 100 mL de jugo de maracuyá

Ejercicio 2

1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de tabletas de vitamina C, con un

contenido etiquetado de 500 mg; por el método iodométrico, se obtuvieron los siguientes

resultados:

Peso Promedio de la tableta: 620 mg

Estándar: 50 mg de vitamina C estándar se valoraron con solución de Yodo 0.1 N,




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Muestra: 50 mg de las tabletas pulverizadas se valoraron con solución de Yodo 0.1 N,


Calcular el contenido de vitamina C por tableta.


% de Vitamina C = mLM x mg Vit. C x 100 / mLE x mg M

Donde: mL M = 21.35 mL

mg Vit. C = 50 mg. mL E = 26.8 mL mg M = 50 mg.

% de Vitamina C = 21.35 x 50 x 100 / 26.8 x 50

Respuesta: % de Vitamina C = 79.66

Entonces, el contenido de vitamina C en 100 mg es de 79.66 mg

Por tanto en 1 tableta hay 493.92 mg de vitamina C


5. Análisis de vitamina C por espectrofotometría UV-visible.

Fundamento Determinación cuantitativa por espectroscopía Ultravioleta - visible. Se basa en las

propiedades espectroscópicas de la vitamina C o ácido

ascórbico, en la región ultravioleta – visible. Funcionalmente el

ácido ascórbico es una lactona α-β-insaturada, por lo tanto

presenta una conjugación entre el grupo carbonilo del éster

lactónico (C=O) y el doble enlace C=C, originando una banda K

en el espectro UV. Normalmente encontramos la vitamina C

como una mezcla de ácidos ascórbico y dehidroascórbico; este

último es producto de la oxidación inicial y reversible del ácido

ascórbico y mantiene las características y propiedades de la

Vitamina C. Funcionalmente el ácido dehidroascórbico es una

lactona con dos grupos carbonilos en conjugación cruzada, el

C=O del éster lactónico conjugado con un C=O cetónico y los dos C=O cetónicos conjugados

entre si. Entonces, la absorción máxima de la vitamina C (λmax) va a depender de las

concentraciones de ácido ascórbico y dehidroascórbico; por tanto del pH.

O O

OHOH

CHCH2

OH

OH

Ácido ascórbico

O O

OO

CHCH2

OH

OH

Ácido dehidroascórbico

Máximos de absorbancia (λmax) de la banda K del ácido ascórbico según el pH:

A pH 2 λmax = 244 nm

A pH 6 a 10 λmax = 266 nm

A pH > 10 λmax = 294 nm

Técnica

Medida del Estándar de vitamina C Diluir la vitamina C estándar en agua destilada y desionizada a una concentración de 1 mg en

100 mL

En el espectrofotómetro UV-vis, leer la Absorbancia a λ = 244 nm, 266 nm y 294 nm. Realizar

3 ensayos y obtener el promedio. Comparar las lecturas y seleccionar la λ de mayor

Absorbancia promedio, para utilizar dicha λ en la determinación de vitamina C en la muestra

analítica.


28



29

Preparación de la muestra.- Si la muestra es un vegetal o derivado (fruta, hortaliza, jugos, nectares, pulpa, etc.) se diluye

con agua destilada y desionizada a la concentración de 100 mg por 100 mL . Si la muestra es

un producto farmacéutico con alta concentración de vitamina C (mayor de 20%), la

concentración de la solución debe ser de 1 mg por 100 mL.

Si la muestra vegetal contiene pequeñas concentraciones de vitamina C, será necesario

duplicar las concentraciones del y de la muestra. Cuando la muestra es líquida se realizan la

dilución directamente, si la muestra es pulpa de fruta o un sólido (por ejemplo tabletas de

vitamina C), 1 g. de dicha muestra se trituran en un mortero, se agrega 50 mL de agua

destilada y desionizada, se agita durante 5 minutos, se filtra, se enrasa a 50 mL y se realiza

las dilución respectiva.

La absorbancia de la muestra se lee en el espectrofotómetro UV-vis a la λ seleccionada en

las determinaciones con el estándar de vitamina C.

Cálculos Se aplica la siguiente fórmula:

Para vegetales: % de Vitamina C = ApM / ApE

Para productos farmacéuticos (u otros con 20% o más de vitamina C): % de Vitamina C = 100 x ApM / ApE

Donde: ApM = Absorbancia promedio de la muestra ApE = Absorbancia promedio del estándar



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Ejercicio 1

1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de tabletas de vitamina C, con un

contenido etiquetado de 500 mg; por el método espectroscópico UV, se obtuvieron los

siguientes resultados:

Peso Promedio de la tableta: 620 mg

Medida del Estándar de vitamina C La vitamina C estándar se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 1

mg en 100 mL; y se lee (3 veces) a las λ = 244 nm, 266 nm y 294 nm.

Absorbancia:

A la λ = 244 nm: 0.267, 0.275 y 0.249. Promedio = 0.2636



La mayor absorbancia se presenta a la λ de 266 nm

Preparación de la muestra.- La muestra se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 1 mg en 100

mL; y se lee (3 veces) a la λ = 266 nm

Absorbancia a λ = 266 nm: 0.46, 0.447 y 0.455. Promedio = 0.454



% de Vitamina C = 100 x ApM / ApE

Donde: ApM = 0.454

ApE = 0.5662 % de Vitamina C = 100 x 0.454 / 0.5662

Respuesta: % de Vitamina C = 80.18

Entonces, el contenido de vitamina C en 100 mg es de 80.18 mg

Por tanto en 1 tableta hay 497.12 mg de vitamina C



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Ejercicio 2

1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de jugo de maracuyá por el método

espectroscópico UV, se obtuvieron los siguientes resultados:

Medida del Estándar de vitamina C La vitamina C estándar se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 2

mg en 100 mL; y se lee (3 veces) a las λ = 244 nm, 266 nm y 294 nm.

Absorbancia:




La mayor absorbancia se presenta a la λ de 266 nm

Preparación de la muestra.- La muestra se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 200 mg en

100 mL; y se lee (3 veces) a la λ = 266 nm

Absorbancia a λ = 266 nm: 0.0334, 0.0322 y 0.039. Promedio = 0.0348



% de Vitamina C = ApM / ApE

Donde: ApM = 0.454

ApE = 0.5662 % de Vitamina C = 0.0348 / 1.1606

Respuesta: % de Vitamina C = 0.03 (30 mg de vitamina C en 100 mL de jugo de maracuyá


6. Análisis de antocianinas totales por espectrofotometría UV-visible.

Fundamento La determinación cuantitativa de antocianinas se realiza por espectroscopía visible. Se basa

en las propiedades espectroscópicas de las antocianinas, en la región ultravioleta – visible.

Funcionalmente las antocianinas

corresponden al grupo de los flavonoides;

y son glucósidos de las antocianidinas. El

término antocianina fue propuesto en

1835 por el farmacéutico alemán Ludwig

Clamor Marquart para describir el

pigmento azul de la col lombarda

(Brassica oleracea). Las antocianinas

también son responsables de los colores

rojos y violetas presentes en las flores y

frutos de las plantas.

Estructura general de antocianinas

R = OH, H, Azúcar

En su estructura presenta el ión flavilio, una amplia conjugación que origina una banda K por

encima de 500 nm, por lo tanto, ubicada en la región visible. En la determinación de

antocianinas totales, los resultados se expresan en función a la antocianina principal.

Técnica

Preparación de la Muestra

La muestra se diluye con agua destilada y desionizada, en la proporción 1:10 (Factor de

dilución = 10), 1:20 (Factor de dilución = 20) y 1:30 (Factor de dilución = 30). Las muestras

sólidas se trituran en un mortero antes de la dilución y luego se agitan por 15 minutos, se

filtran y se enrasan al volumen correspondiente.

La absorbancia de las muestras se lee en el espectrofotómetro UV-vis a la λ que corresponda

a la antocianina principal (cianidina-3-glicósido λ = 510 nm y pelargonidina λ = 520 nm)

La Absorbancia será el promedio de las 3 lecturas en cada dilución.


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Cálculos

Aplicar la fórmula:

A x P.M. x F dil. x 1000 mg/L o Kg antocianinas totales = Emax.

Donde: A = Absorbancia (Promedio de 3 lecturas)

P.M. = Peso molecular de la antocianina principal

F dil. = Factor de dilución

Emax = Constante de extinción molar de la antocianina principal


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Ejercicio

1.- Al analizar el contenido de antocianinas totales en una muestra de cáscara de manzanas

por el método espectroscópico UV, se obtuvieron los siguientes resultados:

Preparación de la muestra.- 1 g de cáscara de manzanas se trituro en un mortero, se agregó 20 mL de agua destilada y

desionizada, luego se agitó por 15 minutos, se filtro y enrasó a 20 mL, luego se prepararon

las diluciones en las proporciones: 1:10 (Factor de dilución = 10), 1:20 (Factor de dilución =

20) y 1:30 (Factor de dilución = 30).

El contenido de antocianinas lo expresaremos como cianidina-3-glicósido, por lo tanto la

absorbancia de las muestras fueron leídas en el espectrofotómetro UV-vis a la λ = 510 nm y

se considera el P.M. = 449.2 y el Emax = 26,900

Absorbancia promedio de 3 lecturas en cada dilución, a la λ = 510 nm.

Factor de dilución = 30. 0.179, 0.167 y 0.169. Promedio = 0.1716



Calcular el contenido de antocianinas totales en cáscara de manzanas, expresado como

cianidina-3-glicósido


A x P.M. x F dil. x 1000 mg/ Kg antocianinas totales = Emax.

y calculamos los resultados de las 3 diluciones, el promedio es el resultado final A = 0.1716 (F.D. = 30), 0.3521 (F.D. = 20) y 0.6206 (F.D. = 10)

P.M. = 449.2 F dil. = 10, 20 y 39 Emax = 26,900

Respuesta: mg/ Kg de antocianinas totales: 103.63 (F.D. = 30), 117.59 (F.D. = 20) y 85.97 (F.D. = 10)

mg/ Kg de antocianinas totales, como cianidina-3-glicósido : 102.40


34



35

7. Análisis de polifenoles totales por espectrofotometría UV-visible.

Fundamento La determinación cuantitativa de polifenoles se realiza por espectroscopía visible.

Los compuestos fenólicos, llamados Polifenoles ya que presentan más de un grupo fenol (OH

unido al anillo aromático) se han constituido en el grupo más importante de antioxidantes

naturales.

Los Polifenoles se encuentran en los vegetales, el término polifenoles comprende un gran

número de metabolitos secundarios, que se agrupan en:

- ácidos hidroxibenzoicos,

- ácidos hidroxicinámicos,

- taninos,

- flavonoides, principalmente:

o flavonoles,

o proantocianinas, y

o antocianinas

El contenido de Polifenoles totales, se determina por el método de Folin Ciocalteu, método

espectrofotométrico que se fundamenta en la reacción de los polifenoles con fosfotungstato-

fosfomolibdato, el cual se reduce formando un complejo azul que se mide en el

espectrofotómetro a λ de 765 nm, se utiliza ácido gálico como estándar de referencia y los

resultados se expresan como % de Polifenoles, mg de Polifenoles en 100 g, o en mg de

Polifenoles en 1 Kg o en 1 L; expresados como ácido gálico.

Técnica

Preparación de la muestra.- Tomar 100 mg (si la muestra es sólida, triturar en mortero) y agregar 20 mL de agua

destilada y desionizada; agitar durante 15 minutos. Tomar 0.5 mL de la solución muestra,


agregar 0.2 mL de Reactivo de Folin Ciocalteu y 1 mL de solución de carbonato de sodio

7.5%. Dejar reaccionar durante 20 minutos. Filtrar y leer la absorbancia a 765 nm.

Cálculos Se prepara una curva de calibración con ácido gálico a concentraciones de 5, 10, 15, 20 y

25 mg/L.

Se elige la absorbancia de la curva de ácido gálico, más próxima a la absorbancia obtenida

de la muestra y se aplica la siguiente fórmula:

Cest. x Am x Vdm x 0.1

% de Polifenoles expresados como ácido gálico =

Aest. x Pdm

Donde:

- Cest .- concentración de ácido gálico en mg/L, en la Absorbancia elegida

- Am .- lectura de la absorbancia de la muestra (promedio de 3 ensayos)

- Vdm .- mL de solvente utilizados en la dilución de la muestra.

- Aest.- Absorbancia elegida del ácido gálico.

- Pdm.- mg de muestra, utilizados en la dilución.


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Ejercicio 1.- Al determinar el contenido de polifenoles totales en una muestra de pulpa de tomate por el

método espectroscópico UV, se obtuvieron los siguientes resultados:

Preparación de la muestra.- 100 mg de pulpa de tomate se trituro en un mortero, se agregó 20 mL de agua destilada y

desionizada, luego se agitó por 15 minutos, se tomaron 0.5 mL y se agregó 0.2 mL de

Reactivo de Folin Ciocalteu y 1 mL de solución de carbonato de sodio 7.5%. Se dejó

reaccionar durante 20 minutos; luego se filtró. Se hizo la lectura a 765 nm.

Se preparó una curva de calibración con ácido gálico a concentraciones de 5, 10, 15, 20 y

25 mg/L.

Curva de calibración del ácido gálico

0

0.193

0.339

0.49

0.803

0.636 R2 = 0.9982

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 5 10 15 20 25 30

Concentración en mg/L

Abs

orba

ncia

Absorbancia promedio de 3 lecturas a la λ = 765 nm

0.345, 0.351 y 0.348. Promedio = 0.348

Calcular el contenido de polifenoles totales en pulpa de tomate, expresado como ácido gálico.


Solución Para los cálculos, aplicamos la fórmula:

Cest. x Am x Vdm x 0.1


Aest. x Pdm


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Donde:

- Aest.- 0.339 - Cest .- 10 mg/L

- Am .- 0.348 - Vdm .- 20

- Pdm.- 100

10 x 0.348 x 20 x 0.1


0.339 x 100

Respuesta: La pulpa de tomate analizada contiene 0.21% de Polifenoles expresados como ácido gálico

La pulpa de tomate analizada contiene 210 mg/100g de Polifenoles expresados como ácido

gálico

La pulpa de tomate analizada contiene 2100 mg/Kg de Polifenoles expresados como ácido

gálico

libro parte i (sétimo)

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