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UNIVERSIDAD DEL QUÍNDIO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE QUÍMICA

DETERMINACIÓN DE CAFEÍNA EN BEBIDAS ENERGIZANTES POR CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA EFICIENCIA (HPLC)

PRESENTADO POR: ALEJANDRA GONZÁLEZ HERRERA DANIEL FELIPE VÉLEZ GUZMÁN

AL PROFESOR: GUSTAVO ADOLFO OSPINA EN EL ESPACIO ACADÉMICO ANÁLISIS INSTRUMENTAL II

ARMENIA, DICIEMBRE 1 DEL 2017

DETERMINACIÓN DE CAFEÍNA EN BEBIDAS ENERGIZANTES POR CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA EFICIENCIA (HPLC) 1. RESULTADOS EXPERIMENTALES 1.1 PREPARACIÓN DE LOS ESTÁNDARES 1.1.1

ESTANDAR MADRE DE CAFEÍNA

Como primera medida para efectuar la determinación de cafeína por cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC), se preparó una solución madre de 1000 ppm de cafeína partiendo de una muestra solida comprada en el mercado.

Figura 1 Muestra sólida de cafeína. Para la preparación del estándar madre se tomó aproximadamente 1 mg de la muestra solida de cafeína (en este caso 1,05 mg) como se aprecia en la Fig 2.A posterior a esto, se adicionó agua hasta aproximadamente 1 g (en este caso 1,00955 g) como se aprecia en la Fig 2.B.

2

A

B

Figura 2 Preparación del estándar madre de cafeína. Se realizó una corrección para la concentración del estándar madre efectuando los siguientes cálculos:

Cafeína∗1000 mg =1,05 mgCafeína 1g agua∗1 L =1,0095∗10−3 Lagua ρ agua ≅ 1 ∴ 1,00955 g agua ≅1,00955 mL 1000 mL 0,00105 g

[ Cafeína ] ppm=

m ( mg ) Cafeína 1,05 mg = =1040,07 ppm V ( L ) agua 1,00955∗10−3

[ Cafeína ] madre=1040,07 ppm

3 Figura 3 Solución madre de cafeína de 1040,07 ppm

En la Fig 3. Se aprecia la solución madre con una concentración de 1040,07 ppm 1.1.2

ESTANDARES HIJOS DE LA CAFEÍNA Se construyó una curva de calibración para la cafeína partiendo de 5 estándares de 10, 20, 30, 40 y 50 ppm como se aprecia en la Fig 4. Para la preparación de dichos estándares, se partió de la matriz de cafeína que tenía una concentración de 1040,07 ppm y mediante la ecuación de dilución se determinaron los volúmenes adecuados para las concentraciones indicadas.

C1∗V 1=C 2∗V 2 → V 1=

C2∗V 2 C1

10 ppm∗1 mL ∗1000 μL 1040,07 ppm =9,6147 μLde estándar madre V 1= 1 mL 20 ppm∗1 mL ∗1000 μL 1040,07 ppm =19,2294 μLde estándar madre V 1= 1 mL 30 ppm∗1 mL ∗1000 μL 1040,07 ppm =28,8442 μL de estándar madre V 1= 1 mL 40 ppm∗1 mL ∗1000 μL 1040,07 ppm V 1= =38,4589 μLde estándar madre 1 mL 50 ppm∗1 mL ∗1000 μL 1040,07 ppm =48,0736 μL de estándar madre V 1= 1 mL

Figura 4 Estándar madre y estándares hijos. 4

Una vez calculado el volumen de estándar madre para la preparación de los estándares hijos, se tomó un vial de cromatografía, el cual se puso sobre una balanza analítica, se taró, se le adicionó el volumen de estándar madre y se procedió a aforar con agua hasta que la balanza marcara aproximadamente 1 g, se sabe que por su densidad, fue aproximadamente 1 mL. Adicional a esto, se hizo una corrección de la concentración para cada uno de los estándares. Tabla 1. Corrección de concentración para estándares hijos usados en la curva de calibración. V estándar madre ( [ ] estándar madre [ ] real estándar [ ] ideal de estándar (ppm) (ppm) (ppm) μL¿ 10 9,6147 1040,07 9,71 20 19,2294 1040,07 19,43 30 28,8442 1040,07 29,14 40 38,4589 1040,07 39,07 50 48,0736 1040,07 49,23 1.2 PREPARACIÓN DE MUESTRAS PROBLEMA Para las muestras problema, se usaron tres bebidas, Coca-Cola, Vive100 acaí y SpeedMax, éstas son bebidas energizantes de alto consumo por su compuesto de interés, la cafeína. Estas bebidas se diluyeron tomando 1 mL de muestra y aforando hasta 10 mÑ como se aprecia en la Fig 5.

Figura 5 Muestras problema. 1.3 ANÁLISIS CROMATOGRÁFICO

5

El análisis se realizó por cromatografía liquida de alta eficiencia (HPLC) en el equipo HPLC Thermo Scientific Ultimate 3000 del laboratorio de Análisis instrumental de la Universidad del Quindío el cual se aprecia en la Fig 6.

Figura 6 Equipo HPLC usado en la práctica. Para el análisis de las muestras se trabajó en las condiciones enunciadas a continuación. Tabla 2. Condiciones del equipo para el análisis. Fase móvil Metanol – agua (proporción 1:1) Detector Arreglo de diodos (λ: 273 nm) Flujo 0,5 mL/min Temperatura 25 °C 1.3.1

CROMATOGRAMA DEL ESTÁNDAR DE 50 PPM DE CAFEÍNA

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Figura 7 Cromatograma del estándar de cafeína de 10 ppm. El estándar de 10 ppm de cafeína representa un tiempo de retención de 4,993 minutos, un área bajo la curva de 3,177 mAU*min y una altura de pico de 11,444 mAU, lo que corresponde a una concentración de 10,537 mg/L de cafeína. Estos datos se toman como referencia para realizar los demás análisis. 1.3.2

CURVA DE CALIBRACIÓN En la Fig 8. Se puede apreciar la curva de calibración arrojada por el equipo de cromatografía líquida de alta resolución con un coeficiente de correlación de 0,9975, lo que nos proporciona la certeza de una buena preparación en los estándares. La curva de calibración es proporcionada por la relación entre las áreas en los picos de los estándares de cafeína y la concentración en ppm.

7

1.3.3

Figura 8 Curva de calibración para la cafeína. ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS PROBLEMA

Figura 9 Resultado del análisis cromatográfico de las muestras problema.

Con la curva de calibración lista, se procedió a analizar las tres muestras problema cuya información se muestra en la Fig.9, las muestras problemas de Coca-Cola, Vive100 acaí y SpeedMax arrojaron la siguiente información: Tabla 3. Resultados de las muestra problema Tiempo de Área bajo la curva Muestra retención (minutos) Estándar de 10 4,993 3,177 ppm Coca-Cola 4,887 1,222 Vive100 acaí 4,887 3,906 SpeedMax 4,877 2,037

Altura del pico

Concentración (mg/L)

10,538

10,538

4,456 14,409 7,152

4,051 12,954 6,755

En la Tabla 3, se puede apreciar una similitud en los tiempos de retención, lo que asegura el análisis de la cafeína. Se tuvo en cuenta un factor de dilución. Se comparó el análisis realizado con los datos enunciados en los envoltorios de las bebidas comerciales analizadas.

A B Figura 10 Contenido de cafeína en las etiquetas de SpeedMax (A) y Vive100 acaí (B)

16 mg ∗1000 mL mg 100 mL =160 L 1L 32 mg ∗1000 mL mg 100 mL =32 0 L 1L 2. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Se puede apreciar que aunque el Vive100 acaí es la bebida energizante que mayor concentración de cafeína contiene, ninguno se acerca a la concentración enunciada en el envoltorio. Se reporta en el análisis una concentración de 4,051 mg/L de cafeína en la Coca-Cola, una concentración de 12,954 mg/L de cafeína en el Vive100 acaí y una concentración de 6,755 mg/mL en el SpeedMax. 3. CONCLUSIONES 9

4.

Se obtuvo una curva de calibración con un coeficiente de linealidad de 0,9975. Se obtuvo una concentración de cafeína de 4,051 mg/L para la bebida Coca-Cola. Se obtuvo una concentración de cafeína de 6,755 mg/L para la bebida SpeedMax. Se obtuvo una concentración de cafeína de 12,954 para la bebida Vive100 acaí. BIBLIOGRAFÍAS Ospina Gómez, Gustavo Adolfo; Martínez Yepes, Pedro Nel; García De Ossa, Jhon Jairo. Análisis Instrumental II Fundamentación Experimental. Armenia-Quindío. Ospina Gómez, Gustavo Adolfo; Martínez Yepes, Pedro Nel; García De Ossa, Jhon Jairo. Gravimetría y volumetría-Fundamentación experimental en Química Analítica. Armenia-Quindío.

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