INFORME Determinacion de La Viscosidad y de La Masa Molecular Media de La Pectina Comercial

DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD INTRÍNSICA I NTRÍNSICA Y MASA MOLECULAR DE PECTINA COMERCIAL

I OBJETIVOS -

Conoc Conocer er los los fundam fundament entos os del uso uso del viscos viscosíme ímetro tro capi capilar lar Canon Canon Fensk Fenske e en la determinación determinación de la viscosidad intrínseca

-

Estimar el valor de la masa molecular media de cualquier sustancia orgánica, basada en el volumen hidrodinámico que puede ocupar una partícula de la misma.

II FUND FUNDAM AMEN ENTO TO TEÓ TEÓRI RICO CO La viscosidad y el peso molecular m olecular de la pectina

La viscosidad y el peso molecular de la pectina La viscosidad de las soluciones de  pectina de HM es muy dependiente del número de variables, grado de esterifi esterificaci cación, ón, longit longitud ud de la molécul molécula, a, concent concentraci ración ón de electrol electrolito itos, s, pH y temperatura. Conc Concen entra traci cion ones es difer diferen entes tes de un azúc azúcar ar y dife diferen rentes tes azúc azúcare aress afect afectan an a la viscosidad de manera diferente. La viscosidad se incrementa marcadamente a medida que la temperatura se acerca a la temperatura de ebullición.  l peso molecular de la pectina, relacionado con la longitud de la cadena, es una cara caract cter er!s !sti tica ca muy muy impo import rtan ante te de la que que depe depend nden en la visc viscos osid idad ad de sus sus diso disolu luci cion ones es y su comp compor orta tami mien ento to en la geli gelifi fica caci ción ón de las las "ale "aleas as.. La determinación cuidadosa del peso molecular es dif!cil, parcialmente debido a la e#trema $eterogeneidad de las muestras y parcialmente debido a la tendencia de las pectinas a agregarse,, aún ba"o condiciones no favorables a la gelación. Los pesos moleculares de pectinas pueden ser e#presados tanto como el valor del  peso promedio %M&' como el del número promedio %Mn', siendo(

donde )# es el número de moléculas de peso molecular M# presente %*ic$ards, +-'. /iferentes técnicas e#perimentales dan diferentes pesos moleculares  promedio. Hace cuarenta a0os los pesos moleculares de pectinas y su distribución fueron estudiados sistem1ticamente por 2&ens et al., %+3-' por viscosimetr!a y determinaron que los pesos moleculares variaban de 4 a 5. n dispersiones de pectina, una propiedad muy útil de la viscosidad es la resistencia de la pectina soluto a fluir en relación al agua conteniendo un electrolito. l ob"eto del electrolito es la de disminuir la ionización de los grupos carbo#ilos de la pectina. La pectina, entonces pasa a ser un pol!mero neutro %6als y Hermans, +74', en vez de comportarse como un electrolito con gran efecto electroviscoso. Los viscos!metros operan con muc$os principios b1sicos. Los dise0os capilar y rotacional $an sido los m1s frecuentemente aplicados a la pectina. n la viscosimetr!a capilar, el flu"o se inicia a través de una columna de vidrio vertical capilar a presión y temperatura constante. Los datos son tratados para obtener la viscosidad intr!nseca 89:. La unidad de viscosidad intr!nseca se e#presa como volumen;peso %Carpenter and midsrod y Hang %+=+' descubrieron un método implicando 89: y fuerza iónica en un test comparativo de la rigidez de las cadenas del polielectrolito en respuesta a la concentración salina de la disolución.  La viscosidad intr!nseca 89:, se relaciona con el peso molecular a través de la ecuación de Mar?@Hou&in?( %A#elos y B$ibault, ++'

donde M& es el peso molecular promedio %illmeyeer, +-3'. n forma logar!tmica, al representar ln 89: frente a ln M& se obtiene una recta, cuya ordenada en el origen es ln D y la pendiente es el par1metro a. La ecuación es v1lida a alrededor de +7 g;mol %Anger y ert$, +-E'. l e#ponente es variable

entre ,7 para pol!meros enrollados y +,= para moléculas e#tendidas y r!gidas. Los diferentes disolventes, pol!meros y temperaturas afectan al e#ponente a %/aniels et al., +7E, +='.

Aparte de los métodos citados de determinación del peso molecular de pectina por  + difusión de luz %Fordan y rant, +=-' y el viscosimétrico, se usan también ampliamente el método de cromatograf!a de filtración molecular en columna %Gis$man et al., +-' y el de cromatograf!a l!quida de alta resolución %método de control de calidad de pectina de Copen$agen 6ectin,++'. l peso molecular  medio de las pectinas comerciales de manzana es de - %6ilni? y *ombouts +-7'. a ma!oría de los m"todos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se basa en las ecuaciones de #oiseuille o de $tokes. a ecuación de #oiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es%

donde & es el volumen  del liquido de viscosidad

que flu!e en el tiempo t a

trav"s de un tubo capilar de radio r ! la longitud  ba'o una presión de # dinas por centímetro cuadrado. $e mide el tiempo de flu'o de los líquidos, ! puesto que las presiones son proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como%

as cantidades t( ! t) se miden mas adecuadamente con un viscosímetro de *st+ald. na cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato ! luego se hace pasar por succión al bulbo  hasta

que el nivel del liquido este sobre una marca a. $e de'a escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca b ! se mide con un cronometro. El viscosímetro se limpia, luego se aade el liquido de referencia ! se repite la operación. Con este procedimiento se obtienen t( ! t) ! la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior.

Influencia e la !e"#e$a!u$a El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un líquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas/ mientras en este 0ltimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminu!en invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. $e han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad ! temperatura como por e'emplo%

1onde 2 !  son constantes para el liquido dado/ se deduce que el diagrama de log3 4 frente a (56 seta una línea recta. $e pensó en otro tiempo que la variación de la fluide7 con la temperatura resultaría más fundamental que la del coeficiente de viscosidad/ pero el uso de una e8presión e8ponencial hace que la opción care7ca de importancia.

La e!e$"inaci%n e la &i'c('ia in!$)n'eca * "a'a "(lecula$ "eia a determinación de la masa molecular media a trav"s de la viscosidad intrínseca, requiere de mucha atención durante el control de la temperatura, limpie7a del viscosímetro, ! sobre todo un riguroso control del tiempo. 1eterminar la viscosidad intrínseca a trav"s del m"todo de 9uggins, donde está relacionada dilución

al volumen

hidrodinámico

infinita, esto es / el espacio

interaccionando con el solvente.

η 

:ed3dl 5 gr.4

η 

; <

de la macromol"cula

en una

que una macromol"cula ocuparía

=.==

=.=>)? =.()? =.)?= =.?== ; < 3g 5 dl4

Finalmente calcular la masa molecular por la relación de @ark-9ou+ink$aturada.

[ ] =KM

v

a

1onde% A, a

B Constantes

@v

B @asa molecular viscosim"trica media

 2

B ( 3si se usa he8ametafosfato de sodio (.=4

A

B D. 8 (=-? 3si se usa he8ametafosfato de sodio (.=4

a

B =. 3si se usa solución de cloruro de sodio =.(@ p9B.=4

A

B G.??8(=-Ddl5g 3para solución de cloruro de sodio =.(@, p9B.=4

III MATERIALES Y M+TODOS ,. MATERIALES -

&iscosímetro capilar Cannon Fenske

-

alones de vidrio de ?=ml

-

6ermómetro

-

alan7a analítica

-

ao maría

-

&aguetas

-

&asos de precipitados de ?=ml

-

Erlenme!ers de )?=ml

-

Cronómetro

-

#ignómetros

,/ REACTIVOS -

@uestras de pectina comercial 3soluciones al =.?/ =.)?/ =.()? ! =.=>)? en HaCl =.(@ p9 B .= a )?IC4

-

Cloruro de sodio

-

2gua destilada

IV PROCEDIMIENTO (

$e preparó previamente las soluciones de cloruro de sodio =.(@ p9 B .= a )?IC, pectina al =.?/ =.)?/ =.()? ! =.=>)?

/ uego se limpió el viscosímetro lavando previamente con agua destilada, , 0

luego con alcohol. Colocó en la estufa a fin de evaporar los posibles restos de alcohol , periódicamente pueden acumularse tra7as de materia orgánica ,por lo que debe lavarse cada cierto tiempo con solución de ácido crómico. $e armó el equipo necesario con trípode ! bao @aría a fin de regular  correctamente la temperatura.

1 $e colocó el viscosímetro dentro del bao ! mantenerlo a temperatura constante.

2 uego se colocó apro8imadamente (= ml. 1e solvente en el viscosímetro ! determinar el tiempo de flu'o del mismo, tomando ) veces el tiempo.



#ara la determinación de la densidad se utili7ó el m"todo del picnómetro, pesando respectivamente este vació, con agua, con el cloruro de sodio ! con las muestras con diferentes concentraciones.

3 J se calculó la viscosidad cinemática

, utili7ando para ello

el factor de

calibración correspondiente a cada viscosímetro , se indica continuación%

Ta4la N5. Rango de Tamaño

Constantes

viscosidad 

aproximadas

cinemática

(centistokes/segundos

(centistokes)

 )

/1

=.==)

=.? - ).=

1<

=.==D

=.L - =.D

=1

=.==L

(.L - L.=

. g B(,==)g5ml ?=,=(? ml

à Vi'c('ia a4'(lu!a B (.==) 8 (.(? B (.)DDcp à Vi'c('ia $ela!i&a B (.)DDcp B(,)=DL  

(.=GG)cp

à Vi'c('ia e'#ec)fica B (.)DD - (.=GG) B =.)=DL (.=GG)

à Vi'c('ia $eucia B =.)=DL B (.>LD   =.()?

S(luci%n De Pec!ina M ?,L)4 B ?=,>=D g

À Den'ia  1 B ?=,>=D g B (.=()=L g5ml  

?=ml

à Vi'c('ia a4'(lu!a B (.=()=L 8 (,?B (.>> cp à Vi'c('ia $ela!i&a B (.>> cp B (.)D cp  

(.=GG)cp

à Vi'c('ia e'#ec)fica B (.>> - (.=GG) B =.)D)G (.=GG)

à Vi'c('ia $eucia B =.)D)G B =,G(>  

=.)?=

S(luci%n De Pec!ina