Determinación voltamétrica de ácido ascórbico sobre electrodos de pasta de carbono

Introducción

Se realizó la determinación de ácido ascórbico en un suplemento vitamínico (Redoxon).El ácido ascórbico puede oxidarse a ácido dehidroascórbico electroquímicamente, con lo que se puede medir la cantidad de ácido ascórbico en una muestra mediante un método electroanalítico, en este caso se hizo mediante un método voltamperométrico.

Para realizar esta determinación se realizaron varios ensayos para determinar las condiciones más óptimas en las cuales se puede llevar a cabo la determinación electroquímica.

Se utilizaron dos tipos de sistemas electródicos, uno compuesto principalmente por un electrodo de trabajo de pasta de carbono realizado in situ, y otro compuesto por un sistema de electrodos serigrafiados comercial.

Procedimiento

Se realizaron varios ensayos con un electrodo de pasta de carbono preparado in situ como electrodo de trabajo. En este caso se usó, como electrodo auxiliar, un electrodo de platino y como referencia, un electrodo de plata/cloruro de plata. Los ensayos con estos electrodos fueron hechos en una celdilla de 20ml de volumen.

Otros ensayos se hicieron con electrodos serigrafiados DropSens, donde los electrodos auxiliar y de trabajo son de carbono y el de referencia es de plata.

En ambos casos, se utilizó un potenciostato µAutolab. La disolución buffer utilizada para fijar el pH en las medidas fue una Britton­Robbinson (0.1M en ácido acético y fosfórico), a partir de la cual se hicieron las demás disoluciones del pH adecuado, excepto la de pH 1 para la cual se utilizó una disolución de ácido sulfúrico 0.1M.Las disoluciones de ácido ascórbico que se usaron en las medidas fueron realizadas a partir de una disolución 1x10ˉ2 M en ácido sulfúrico.

● Estudio del efecto del pH

Este estudio se realizó con electrodo de pasta de carbono. Se utilizó una concentración en la celda constante de ácido ascórbico de 1x10ˉ4 M, y se fue variando el pH del medio en cada una de las medidas. Se hicieron medidas para pH 1, 3, 5, y 7.Este ensayo se hizo mediante una voltametría cíclica, variando el potencial desde un potencial inicial de 0V hasta un potencial final de 1V. La velocidad de barrido utilizada fue de 50mV/s.

● Estudio del efecto de la velocidad de barrido

Se realizó este ensayo usando una disolución de concentración conocida en ácido ascórbico de 1x10ˉ5 M, en un medio de pH óptimo determinado en el estudio anterior.Se llevaron a cabo medidas de la corriente de pico mediante voltametría cíclica, observando como se comportaba esa corriente variando la velocidad de barrido en estos valores: 10, 25, 50, 75, 100mV/s. Se utilizó los mismos valores para el potencial inicial y final que en el ensayo anterior, utilizando el sistema con electrodo de pasta de carbono.

● Estudio de la amplitud de pulso

Este estudio se hizo con el mismo sistema electródico y mismo potencial final e inicial, pero utilizando una diferente técnica como es la voltamperometría de pulso diferencial y midiendo en este caso, tanto la corriente de pico, como la anchura a la semialtura del pico.La concentración de ácido ascórbico utilizada fue de 1x10ˉ4 M y el pH del medio, el determinado en el primer estudio. Se utilizó la velocidad de barrido óptima determinada en el estudio anterior.En este caso, el parámetro variable era la amplitud del pulso diferencial, se tomaron medidas para cada una de estas amplitudes: 10, 25, 50, 75 y 100 mV.

● Calibrado con electrodo de pasta de carbono

El calibrado se realizó también mediante voltamperometría de pulso diferencial, utilizando concentraciones en aumento de ácido ascórbico en la celda. Las concentraciones reales utilizadas para el calibrado con el sistema de electrodo de pasta de carbono fueron de: 1x10ˉ6, 4.76x10ˉ6, 9.09x10ˉ6, 4.52x10ˉ5, 9.02x10ˉ5, 4.35x10ˉ4 y 8.34x10ˉ4M.La señal de medida utilizada fue la corriente de pico.Cómo parámetros (pH, velocidad de barrido, amplitud del pulso) se utilizaron los determinados como óptimos en los estudios anteriores. El potencial de inicio y el final fueron los mismos (0 y 1V respectivamente).

● Calibrado con electrodo serigrafiado de carbono

Para hacer el calibrado se prepararon disoluciones de medida de las siguientes concentraciones de ácido ascórbico: 1x10­6, 3x10­6, 5x10­6, 7x10­6, 1x10­5, 3x10­5, 5x10­5, 7x10­5, 1x10­4, 3x10­4, 5x10­4, 7x10­4, 1x10­3M. Estas disoluciones se prepararon en tubos eppendorf en medio del pH óptimo.Este calibrado se hizo utilizando las mismas condiciones que el anterior excepto que el potencial inicial fue de ­0.25V, ya que el electrodo de referencia es distinto.

Con estas condiciones se realizó un estudio de reproducibilidad intraelectródica, realizando 

la medida de la misma disolución de ácido ascórbico de 3x10­4M, utilizando diferentes electrodos serigrafiados.

● Medida de la muestra en electrodo serigrafiado de carbono

Para la preparación de la muestra se disolvió una pastilla del complejo vitamínico en 500ml de agua destilada. Se hizo una dilución de esta disolución, llevando 1ml de la anterior a 100ml con la buffer al pH óptimo ya determinado.Esta disolución de medida se midió en un electrodo serigrafiado, utilizando las mismas condiciones que en el caso del calibrado.

● Adiciones estándar en electrodo serigrafiado de carbono

Se hizo una nueva medida de la muestra en electrodo serigrafiado pero esta vez usando el método de las adiciones estándar, con las mismas condiciones que en la anterior medida de la muestra.Las concentraciones añadidas de ácido ascórbico a partir de la disolución de la muestra, fueron de: 0, 2x10­4, 4x10­4, 6x10­4, 8x10­4, 1x10­3M, utilizando la misma cantidad de muestra (10µl) en cada una de las disoluciones y llevando a un volumen igual (1ml) con la disolución buffer de pH óptimo.

● Adiciones estándar en electrodo de pasta de carbono

Se hizo la medida de la muestra sobre electrodo de pasta de carbono también por medio del método de adiciones estándar, usando las mismas condiciones que para la realización del calibrado sobre este electrodo.Las concentraciones añadidas de ácido ascórbico sobre la celda fueron de: 0, 1.94x10­4, 3.81x10­4, 5.60x10­4, 7.34x10­4, 9.01x10­4M.

Resultados y discusión

Estudio del efecto del pH

pH Ep (V) ip (µA)

1 0.713 7.230

3 0.594 64.60

5 0.472 5.260

7 0.524 5.000

Como se puede observar en las gráficas, tanto la corriente de pico como el potencial de pico del proceso de oxidación del ácido ascórbico disminuyen según se aumenta el pH.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

4.9

5.4

5.9

6.4

6.9

7.4

Efecto pH en i pico

pH

i pic

o (u

A)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

Efecto pH en E pico

pH

E p

ico

(V

)

Las condiciones más óptimas serían mayor valor para la corriente de pico (mejor sensibilidad) y menor valor para el potencial de pico, ya que se evitarían posibles interferencias a potenciales altos (mejor selectividad).Se eligió un pH óptimo de 5, ya que la corriente de pico no disminuye en gran medida y se tiene un valor bajo de potencial de pico.Estudio de la velocidad de barrido

Vel. barrido (mV/s)

Ep (V) ip (µA) raiz(vel. barrido)

10 0.446 0.274 3.16

25 0.449 0.273 5.00

50 0.501 0.346 7.07

75 0.573 ­ 8.66

100 0.501 0.484 10.00

La corriente de pico presenta el mismo comportamiento frente a la velocidad de barrido como frente a la raíz de la velocidad de barrido. Este comportamiento es prácticamente lineal, por lo que no se puede comprobar que el proceso sigue la difusión en lugar de la adsorción sobre el electrodo, aunque se conoce que sigue un proceso de difusión.

Por otra parte, según se aumenta la velocidad de barrido, aumenta la corriente de pico, pero se obtenían mayores interferencias con velocidades altas, por lo que se eligió para hacer los siguientes ensayos, una velocidad óptime de 50 mV/s.

Estudio de la amplitud del pulso

E (mV) ip (µA) Ep (V) W1/2 (V)

10 0.134 0.347 0.191

25 0.260 0.307 0.176

50 0.566 0.302 0.176

75 0.859 0.287 0.181

100 1.139 0.277 0.188

Al aumentar la amplitud del pulso en la voltamperometría de pulso diferencial, la corriente de pico aumenta.Teniendo en cuenta la variación de la anchura a la semialtura según varía la amplitud, se debería elegir la amplitud que obtuviera menor valor de la anchura 

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

¿Proceso de difusión?

raiz vel. barrido

i pic

o (

uA

)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

¿Proceso de adsorción?

velocidad barrido (mV/s)

i pic

o (

uA

)

0 20 40 60 80 100 120

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Amplitud vs intensidad pico

AE (mV)

Aip

(u

A)

0 20 40 60 80 100 120

0.165

0.170

0.175

0.180

0.185

0.190

0.195

Amplitud vs anchura a la semialtura

AE (mV)

w1/

2 (V

)

a la semilatura y mayor corriente de pico, ya que se obtendría una mejor selectividad y una mayor sensibilidad, respectivamente.Se eligió un valor óptimo de 75 mV de amplitud de pulso.

Calibrado con electrodo de pasta de carbono

[ascórbico] (M) ip (µA)

1x10­6 0.057

9.09x10­6 0.253

4.53x10­5 0.560

9.02x10­5 1.044

4.35x10­4 5.454

8.34x10­4 8.813

ip = 10737 + 0.165∙[ascórbico]r = 0.996

Se obtiene una recta con una buena linealidad en aproximadamente 3 órdenes de magnitud.

Calibrado con electrodo serigrafiados

[ascórbico] (M) ip (µA)

1x10­6 0.076

3x10­6 0.091

5x10­6 0.097

7x10­6 0.109

1x10­5 0.135

5x10­5 0.527

7x10­5 0.946

1x10­4 1.476

3x10­4 6.379

5x10­4 11.450

7x10­4 15.910

ip = 22990.5 – 0.268∙[ascórbico]r = 0.998

Igualmente que en el caso anterior se obtiene una buena linealidad en casi 3 órdenes de 

0.00E+00 2.00E-04 4.00E-04 6.00E-04 8.00E-04 1.00E-03

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

Calibrado pasta de carbono

[ac, ascorbico] (M)

Aip

(u

A)

0.00E+00 2.00E-04 4.00E-04 6.00E-04

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

f(x) = 22990.502x - 0.268R² = 0.997

Calibrado con serigrafiado

[ac. ascorbico] (M)

Aip

(u

A)

magnitud.

Reproducibilidad intraelectródica

Se obtiene un reproducibilidad intraelectródica del 4.0 %, con dos medidas de la misma concentración en dos electrodos serigrafiados distintos.

Determinación de ácido ascórbico sobre electrodo serigrafiado

 ip (µA) mg ascórbico en muestra

Muestra 1 3.398 1404

Muestra 2 2.613 1103

Muestra 3 3.152 1309

Con los datos obtenidos en la determinación se obtuvo un cantidad media de ácido ascórbico en la tableta del complejo vitamínico de: 1272 ± 15 mg.

Adiciones estándar con electrodo serigrafiado

[ascórbico]ad (M) ip (µA)

0 6.26

2x10­4 6.40

4x10­4 7.57

6x10­4 4.71

8x10­4 3.98

1x10­3 ­

Se obtuvieron unos datos no esperados según se iba aumentando la concentración de ácido ascórbico. Esto fue así porque hubo un error en los cálculos de la concentración y en realidad no se añadieron esas concentraciones sino que se añadieron concentraciones dos órdenes de magnitud menores (~10­6), por lo que se obtuvo una corriente de pico que no aumentaba apenas.

No se pudo obtener la concentración de la muestra, debido a este error.

[ascorbico] (M) señalMedida 1 3,556Medida 2 3,362

Adiciones estándar con electrodo de pasta de carbono

[ascórbico]ad (M) ip (µA)

0 4.48

2x10­4 26.39

4x10­4 47.85

6x10­4 51.97

8x10­4 56.43

1x10­3 60.15

En este caso, mientras que las concentraciones añadidas fueron las correctas, se obtuvo en las tres últimas medidas dos picos en el voltamperograma debido a que el ácido ascórbico había evolucionado en otra especie.

Por esta razón los datos obtenidos fueron erróneos, ya que no se obtuvo la señal total que se obtendría si sólo hubiera ácido ascórbico en la celda. Por consiguiente no pudo determinarse la concentración de ácido ascórbico en la muestra.