Símil del analizador de aliento

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Símil del analizador de aliento

Mensagem  Gabriela Meroni em Sab 04 Jul 2009, 12:35

Trabajo final del Curso Organización de Laboratorio

Instituto de Profesores Artigas
Organización de Laboratorio
Profesora Emy Soubirón

Símil del analizador
de aliento

Gabriela Meroni
3o. A - 2004

1. Preguntas de partida

Las preguntas de partida para este trabajo son:
¿Podemos determinar cuánto alcohol ha ingerido una persona analizando su aliento?
¿Podemos hacer algo similar en el laboratorio?


2. Fundamentación de la propuesta

En nuestro país más de la mitad de las muertes en accidentes de tránsito ocurren entre peatones y automovilistas que han bebido antes del accidente. Con la finalidad de reducir este índice diversos organismos han implementado campañas educativas con fuerte presencia en la vía pública. Así en 2003 los montevideanos pudimos ver en ómnibus y paradas afiches con el lema “Si bebe no conduzca, sea conductor solidario” y en 2004 otros con textos tales como “si no podés caminar no podés manejar” o “si tomás no manejes” en una apuesta que parece estar dirigida al público joven.
En tanto es problable que la mayoría de nuestros alumnos haya visto los mensajes de las campañas mencionadas y el tema alcoholes forma parte del programa de Química de 4º. año, creemos que es una oportunidad para abordar el tema vinculándolo con el contexto de los estudiantes de modo de favorecer la construcción de aprendizajes significativos.
Para ello proponemos una actividad introductoria trabajando con los afiches (o recreaciones de los mismos) que termine con la búsqueda de información acerca de los efectos del alcohol en el organismo para luego estudiar a qué se deben esos efectos, cuáles son las ingestas de alcohol que los provocan, cuáles las que impiden conducir de acuerdo a lo que establece nuestra legislación y como se puede determinar si un conductor ha bebido alcohol. De esta manera se estarían trabajando contenidos conceptuales (función alcohol, reacciones de alcoholes, efectos del alcohol en el organismo), procedimentales (realizar actividades de laboratorio) y actitudinales (prevención del consumo de alcohol, respeto por la vida, manejo de sustancias y materiales en el laboratorio).
Además podría coordinarse con los profesores de Dibujo para realizar afiches que pudieran luego usarse en actividades de prevención sobre los efectos del consumo de alcohol. En caso de existir equipos multidisciplinarios en la Institución o en la comunidad educativa podría abordarse el tema desde una perspectiva más amplia.

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Re: Símil del analizador de aliento

Mensagem  Gabriela Meroni em Sab 04 Jul 2009, 12:36

2a parte

3. Objetivos

• Construir un símil del analizador de aliento utilizado para determinar si un conductor ha ingerido alcohol

• Calibrar el instrumento construido


4.- Fundamento teórico

En términos cotidianos, cuando hablamos de alcohol nos referimos al alcohol etílico (etanol) de fórmula C2H5OH. Otros alcoholes como el metílico tienen alta toxicidad y en caso de ingerirse pueden causar la muerte.
El alcohol etílico se obtiene por fermentación frutas, cereales y caña de azúcar entre otros. La graduación de las bebidas alcohólicas corresponde al % m/v de etanol que contienen.
Hasta el siglo X se disponía de tecnología para producir bebidas alcohólicas de baja concentración (menos de 15° como la cerveza y vino). Los alquimistas árabes introdujeron en Europa el proceso de destilación de los productos obtenidos de la fermentación, permitiendo así la elaboración de bebidas con mayor contenido de alcohol (30 a 55° como el aguardiente, el coñac, el pisco, el whisky).

Una vez ingerido, el alcohol efectúa el siguiente recorrido en el organismo:
a. Absorción: el alcohol es absorbido directamente a través de la mucosa del estómago y del intestino delgado. La absorción es rápida, pudiendo alcanzar el algunos casos concentración máxima en la sangre en sólo 10 a 20 minutos, aunque habitualmente dicha concentración máxima en la sangre se obtiene después de 30 a 60 minutos. El factor de mayor influencia sobre la velocidad de absorción es la cantidad de alimento que se encuentra en el estómago en el momento que llega el alcohol a él. De este modo, los aperitivos y otras formas de ingestión en ayunas permiten un rápido paso del alcohol al torrente sanguíneo, mientras que el beber inmediatamente después de una comida abundante (sobre todo si es rica en grasa) hacen que el alcohol llegue a la sangre más lentamente y que por lo tanto alcance un nivel de alcoholemia menor.
b. Distribución: El alcohol viaja por la sangre a todos los lugares del organismo, difundiéndose fácilmente hacia las células de los distintos órganos y tejidos. La cantidad de alcohol que pasa a las células, y por ende su efecto en el organismo, dependen de su concentración en la sangre o alcoholemia. De gran significado es el hecho que el alcohol se distribuya con facilidad hacia el sistema nervioso central, donde ejerce un efecto depresor de sus funciones.
c. Metabolización: Alrededor del 90% del alcohol absorbido es metabolizado en el hígado, gracias a la acción de enzimas que lo transforman en acetaldehido, ácido acético y finalmente en anhídrido carbónico y agua. La velocidad de desintoxicación del alcohol depende en gran medida de esa función hepática. Se estima que en el hígado de una persona adulta, de sexo masculino, sana, de 70 Kg. de peso, puede metabolizar aproximadamente 15 mL de alcohol absoluto por hora. En la mujer, este proceso es más lento y solamente se metaboliza el 10 a 12 mL de alcohol por hora.
d. Eliminación: el 10% del alcohol restante es eliminado directamente, sin transformación, a través del aire expirado y la orina. Cantidades pequeñas son eliminadas también por la transpiración, las lágrimas y la leche materna. El hecho que el alcohol sea eliminado en esta forma ha permitido desarrollar métodos que posibilitan su detección en el aire expirado, la orina y las lágrimas y así poder estimar de manera bastante aproximada el nivel de alcoholemia.

El alcohol provoca diferentes efectos según la cantidad consumida, la frecuencia y la sensi-bilidad del sistema nervioso central.
La ingesta de pequeñas cantidades puede:
 perturbar la razón y el juicio
 retardar los reflejos
 dificultar el habla y el control muscular
 provocar la pérdida del equilibrio
 disminuir la agudeza visual y auditiva
 relajar y disminuir la ansiedad
 dificultar la capacidad de reacción
 desinhibir, provocar sensación de euforia, locuacidad
 irritar las paredes del estómago e intestino
 provocar náuseas y vómitos por irritación de las paredes del estómago
 alterar la absorción de sustancias nutritivas, especialmente las vitaminas b
 dilatar o expandir los capilares de la piel.
En grandes cantidades puede:
 provocar pérdida de conocimiento
 dificultar la respiración
 producir gastritis crónica
 alterar el funcionamiento general del hígado provocando un daño celular que se traduce, finalmente, en cirrosis hepática
 provocar una hepatitis aguda, que eventualmente puede llevar a la muerte
 provocar hemorragia digestiva
 causar la muerte por parálisis respiratoria y compromiso cardiovascular


La relación entre tragos consumidos y nivel de alcohol en sangre para un bebedor moderado de 70 kg de peso se muestra en el siguiente cuadro.

No. de tragos
(*) Nivel de alcohol en sangre
(% m/v) g/L (*) un trago equivale a
30 mL de whisky
360 mL de cerveza (1 botella chica)
150 mL de vino (1 copa)

2 0.05 0.5
4 0.10 1.0
6 0.15 1.5
10 0.30 3.0
20 0.50 5.0


Alcohol en sangre
(g EtOH/L de sangre) Estado mental Conducta Movimientos
y percepciones
0 - 0.5 Leve alegría Apropiada Leve lentitud y/o torpeza
0.5 – 1 Alegría,
menor juicio,
menor concentración Desinhibición social Lentitud,
torpeza, disminución del campo visual
1 - 1.5 Emociones inestables,
confusión Descontrol (mal genio)
agresividad Lengua traposa,
andar tambaleante,
visión doble
1.5 – 2 Incoherencia,
tristeza,
rabia Mayor descontrol,
mareo / vómitos Dificultad
para hablar y caminar
2 – 3 Escasa conciencia Apatía e inercia
Incontinencia de esfínteres Incapacidad
de hablar y caminar
3 – 4 Coma (inconciencia) Ausente Ausencia
de reflejos y sensibilidad


El cerebro es influenciado por el alcohol mucho más que otros órganos del cuerpo. Las capacidades de reacción, de coordinación y de atención también se ven afectadas por pequeñas cantidades de alcohol. Éste disminuye la velocidad de procesamiento de información en el cerebro: si hay dos o más estímulos con varias respuestas posibles, el tiempo de reacción se prolonga significativamente. Los conductores afectados por el alcohol necesitan más tiempo para leer una señal de tránsito o para reconocer y actuar frente a una luz de semáforo; en consecuencia, cuentan con menos fuentes de información y por ende adquieren, en comparación con un conductor sobrio, una información total mucho menor. Conducir un vehículo es una tarea relativamente difícil: el conductor debe ser capaz de mantenerlo al interior de su vía de circulación y en la dirección correcta además de, en forma simultánea, dividir su atención y percatarse de otras informaciones importantes como la presencia, dirección y velocidad de otros vehículos, la presencia de peatones y de señales.
Por otra parte, la mayoría de las personas puede no notar reducción de la visión después de tomarse unos tragos y eso puede ser así en lo que se refiere a la visión directa o concéntrica. Sin embargo, lo que los conductores que han bebido alcohol muchas veces no notan, es que la visión periférica disminuye, siendo ésta la que permite mantener la orientación espacial, detectar movimientos, luminosidad, estimación de distancias y la señalización para el conductor.
A mayores concentraciones de alcohol el empeoramiento de la visión es evidente, sobre todo en forma de visión doble. Los músculos de cada ojo trabajan peor juntos y los músculos del cristalino funcionan en forma deficiente, lo que dificulta enfocar la mirada.
La visión periférica, la atención y la capacidad de interpretación y decisión se ven influidas antes que la parte motriz; es decir, las funciones verdaderamente decisivas a la hora de conducir un vehículo se ven afectadas antes de que el sujeto empiece a darse cuenta de lo afectado que se encuentra.

En nuestro país la ley 16585, del 22 de Setiembre de 1994, en su artículo 24 establece que cuando la concentración de alcohol en la sangre sea superior a ocho decigramos de alcohol por litro de sangre o su equivalente en términos de espirometría la persona se encuentra inhabilitada para conducir vehículos de cualquier tipo que se desplacen por la vía pública. Estos niveles se alcanzan con la ingesta de 2 medidas de whisky, 2 copas de vino o poco más de una botella pequeña de cerveza.

Los dispositivos comerciales para determinar si una persona ha ingerido alcohol -que en nuestro país comunmente se los llama “espirómetros”- se basan en un proceso redox.
El etanol presente en el aliento reacciona con dicromato de potasio en medio ácido de acuerdo a la ecuación:

3 CH3CH2OH(g)+2 K2Cr2O7(ac)+8 H2SO4(ac)CH3COOH(ac)+2 Cr2(SO4)3(ac)+2 K2SO4 (ac)+11 H2O(l)
anaranjado verde

Con estos dispositivos se mide la absorbancia (proporcional a la concentración de Cr2(SO4)3 formado) y mediante una curva de calibración se determina la cantidad de alcohol que reaccionó. El instrumento expresa directamente el contenido de alcohol en sangre.

En este trabajo se propone construir un símil de esos dispositivos que basado en la misma reacción permita medir la concentración de ion Cr3+ obtenida como consecuencia de la oxidación del etanol empleando un método fotométrico. Dicho método se basa en la absorción de energía radiante por parte de una solución ya que, de acuerdo a la ley de Lambert Beer, dicha absorbancia es proporcional a la concentración de la especie que absorbe. Cuando se trabaja en el espectro visible la relación entre el color que se absorbe, la longitud de onda y el color que se observa es:

color que se absorbe  (nm) color que se observa
violeta 380-450 amarillo-verdoso
azul 450-495 amarillo
verde 495-570 violeta - rojo violáceo
amarillo 570-590 azul
naranja 590-620 verde azulado
rojo 620-750 azul verdoso
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Re: Símil del analizador de aliento

Mensagem  Gabriela Meroni em Sab 04 Jul 2009, 12:37

última parte

5.- Diseño experimental

5.1- Diseño del laboratorio

El laboratorio debe ser amplio, iluminado, con buena ventilación y salidas de emergencia con puertas que abran hacia afuera.
Debe contar con cañerías de agua y gas adecuadamente identificadas, mesas resistentes a sustancias corrosivas, campana de extracción de gases, extintores, ducha de emergencia, lavaojos y una cartelera bien visible con los teléfonos de emergencia.
Las sustancias deben guardarse correctamente identificadas siguiendo las normas de almacenamiento especificadas en la hoja de seguridad de cada una de ellas.


5.2- Normas de seguridad

Protección personal (usar guantes, lentes y túnica) y colectiva (campana).
Las características y precauciones específicas para las distintas sustancias se presentan a continuación.


Ácido Sulfúrico H2SO4

Características de peligrosidad: corrosivo

Símbolos de peligro
C

Clase almacenamiento: 8B (sustancias no combustibles corrosivas)

Clase tóxico: 2 (Tóxicos muy fuertes)

Frases R 35 (provoca quemaduras graves)

Frases S 26 (en caso de contacto con los ojos lávelos inmediatamente con agua y acuda al
médico)
30 (no echar agua jamás al producto)
35 (este material y su envase deben desecharse de manera segura)


Etanol CH3CH2OH

Sinónimos: alcohol etilíco

Características de peligrosidad: fácilmente inflamable

Símbolos de peligro
F

Clase almacenamiento: 3A (sustancias líquidas inflamables)

Frases R 11 (fácilmente inflamable)

Frases S 7 (manténgase el recipiente bien cerrado)
16 (conservar alejado de toda llama o fuente de chispas. No fumar)


Dicromato de potasio K2Cr2O7

Características de peligrosidad: cancerígeno, mutagénico, muy tóxico, irritante, sensibilizante, peligroso para el medio ambiente

Símbolos de peligro
T+ N

Clase almacenamiento: 6.1 B (sustancias no combustibles tóxicas)



Frases R 46 (puede causar alteracones genéticas hereditarias)
49 (puede causar cáncer por inhalación)
37/38 (irrita las vías respiratorias y la piel)
41 (riesgo de lesiones oculares graves)
43 (posibilidad de sensibilización en contacto con la piel)
50/53 (muy tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo
efectos negativos en el medio ambiente acuático)

Frases S 53 (evítese la exposición, recábese instrucciones especiales antes del uso)
45 (en caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico y si es
posible muéstrele la etiqueta)
60 (elimínese el producto y su recipiente como residuos peligrosos)
61 (evítese su liberación al medio ambiente. Recábese instrucciones específicas de la
ficha de datos de seguridad)


5.3- Materiales y sustancias

Etanol 96% matraz con tapón monoperforado
H2SO4 fotocolorímetro o espectrofotómetro
H2O destilada vaso de vidriol
K2Cr2O7 tubo acodado
Cr2(SO4)3 (u otra sal soluble de Cr III ) papel secante
trípode
placa calefactora
gradilla y tubos de ensayo
pinza de madera


5.4- Técnica

a) Preparar 50 mL de mezcla sulfocrómica (anexo 1).
b) Diluir la mezcla sulfocrómica (tomar 1mL y llevar a 100 con agua destilada).
c) Colocar etanol en el matraz, taparlo, colocarlo en el vaso de bohemia con agua y armar un dispositivo como el que se muestra en la figura 1.
d) Encender la placa calefactora y cuando el etanol alcanza la ebullición recoger el destilado sobre la mezcla sulfocrómica diluida durante 10 minutos.
e) Dejar en reposo 10 minutos
f) Medir la absorbancia a  380-450nm.
g) Preparar soluciones acuosas de Cr2(SO4)3 de distinta concentración y medir su absorbancia.
h) Construir una curva de calibración.
i) Calcular la [Cr3+] en las soluciones del símil del analizador de aliento.

Figura 1.

6.- Aspectos prácticos a tener en cuenta

 El volumen de mezcla sulfocrómica a colocar en el tubo debe ser suficiente para que el destilado barbotee pero no demasiado para que no vuelque al aumentar por el volumen condensado.
 Asegurarse que el etanol alcance la ebullición (cuando se recogieron vapores sin que el etanol estuviera en ebullición no se consiguió decolorar la mezcla sulfocrómica por lo que se descartó la posibilidad de usar la temperatura como variable independiente y relacionar con la presión de vapor del etanol).


7.- Resultados obtenidos

Recogiendo el destilado durante 10 minutos se observó que la mezcla sulfocrómica diluida pasó de su color anaranjado original a transparente primero y luego a una leve tonalidad verde.
Sin embargo la concentración de Cr3+ no pudo ser detectada mediante medidas de absorbancia en el fotocolorímetro empleando alcohol como blanco.
Al intentar su determinación en el espectrofotómetro no fue posible encontrar el pico de máxima absorción (se probaron barridos entre 380-450, 400-600 y 500-700 nm). En todos los casos el mayor valor de absorbancia que se obtuvo fue 0.013.


8.- Conclusiones

Esta propuesta para construir un símil del analizador de aliento podría aplicarse si se consigue aumentar la cantidad de Cr3+ obtenido de modo de poder determinar su concentración empleando el espectrofotómetro.
Para lograrlo pensamos que podrían probarse las siguientes opciones:
 aumentar el tiempo de destilación (se probaron 10 y 20 minutos sin que variaran los resultados)
 aumentar el tiempo de reposo agitando con un vortex para favorecer la reacción.
 disminuir la concentración de cr2o72- empleando mezclas sulfocrómicas más diluidas.
 concentrar la solución una vez recogido el destilado.

9.- Bibliografía

 Alegría, M. et al. 1999. Química II. Argentina. Santillana S.A.
 Burns, R.A. 1996. Fundamentos de Química. 2ª Edición, México,Pearson Education.
 Chang, R. 1999. Química 6ª. Edición. México. Mc Graw Hill.
 CONACE. Chile. http://www.conacedrogas.cl/inicio/alcohol/inicio/alcohol_efectos1.php consultada el 17.10.2004.
 Fritz, J. y Schenk, G. 1989. Química Analítica Cuantitativa. México. Limusa.
 Garritz, A. y Chamizo, J.A. 1994. Química, Estados Unidos de América, Addison-Wesley Iberoamericana, S.A.
 Intendencia Municipal de Colonia. Si bebe no conduzca y si conduce no beba. Uruguay. http://www.imc.gub.uy/transito.htm consultada el 12.5.2003.
 IPA. Uruguay. Carpeta de Organización de Laboratorio.
 Lazzerini, S. y Sulé, P. 2001. Guía Básica. Laboratorio de Química en Educación Media. Uruguay. Departamento de Proveeduría de Educación Secundaria.
 Martínez Irujo, J.J. Curso de Seguridad en el Laboratorio. Universidad de Navarra. España. http://www.unav.es/seglab/pquimicos.htm consultada el 25.6.2004.
 Merck Base de datos químicos. Alemania. http://chemdat.merck.de consultada el 25.6.2004.
 Ministerio de Educación. Chile. http://www.mineduc.cl/prevencion/efectos/alcohol.htm consultada el 17.10.2004.
 Ministerio de Salud y Consumo. España. http://www.msc.es/Diseno/proteccionSalud/proteccion_adolescencia.htm consultada el 17.10.2004.
 Poder Legislativo. Uruguay. Ley 16585. http://www.parlamento.gub.uy/Leyes/Ley16585.htm consultada el 20.10.204
 Pontificia Universidad Católica. Chile. http://www.puc.cl/ucsaludable/htm/articulos_tabaco_otras/tabaco_y_otras2.htm consultada el 18.10.2004.
 Skoog, D. y Leary, J. 1994. Análisis Instrumental. 4a. Edición. España. Mc Graw Hill.
 Sosa, A. 2002. Construcción de un espirómetro. Trabajo final del Curso Organización de Laboratorio. Uruguay. Instituto de Profesores Artigas.
 Universidad de Barcelona. Programa alcohol. España. http://www.ub.es/sacu/alcohol/contingut consultada el 18.10.2004


10.- Agradecimientos

A Alejandro Sosa que me facilitó los antecedentes de este trabajo y a Inés Pappa por su ayuda en la búsqueda bibliográfica.

ANEXO 1

Preparación de la mezcla sulfocrómica

1. Mezclar en un recipiente resistente al calor 100 g de K2Cr2O7 con 250 mL de agua.
2. Añadir muy lentamente H2SO4 concentrado agitando en forma continua hasta 500 mL.
3. Tapar y dejar enfriar.
4. Transferir a una botella y guardar en lugar seguro.

Precauciones
Trabajar en campana y usar guantes y lentes de seguridad.
No calentar a más de 70 ºC
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