Universidad Interamericana de Puerto Rico Recinto de Fajardo Departamento de Ciencias y Tecnología Curso: Métodos de investigación Laboratorio de Microemulsión Trasfondo ________________________________________________________________ En la síntesis de nanopartículas se utiliza el método de microemulsión. Para esto se utilizan sistemas compuestos de agua (W) – aceite (O) – surfactante (S). Estos presentan, equilibrio, de una, dos, o tres fases, una de las cuales contiene la casi– totalidad del surfactante. Esta fase es una solución micelar (a baja concentración de surfactante), o sea una microemulsión cuando ciertas condiciones fisicoquímicas están satisfechas. Los micelios son pequeñas gotas hechas de moléculas anfipáticas, donde las partes polares están en la superficie y las partes no polares quedan inmersas en el interior de la micela en una disposición que elimina los contactos desfavorables entre el agua y las zonas hidrofóbicas y permite la solvatación de los grupos de las cadenas polares. En otro tipo de medios las moléculas amfipáticas se pueden organizar como micelas inversas. (Figura 1). Estas micelas pueden ser de diámetros entre micrómetros y nanómetros. Figura 1: A) Micela B) Micela inversa La agitación de un sistema tal conduce a una microemulsión en la cual la fase dispersante puede ser acuosa (emulsión O/W) u oleosa (emulsión W/O). Adoptando ciertos protocolos de fabricación particulares, se pueden preparar emulsiones múltiples O/W/O (ó W/OW) constituidos por gotitas de aceite (o de agua) dispersas dentro de gotas de 1 | Microemulsión Figura 2 : Ejemplo de emulsiones acuosas (O/W) y oleosas (W/O). agua (o de aceite) más gruesas, que están dispersas dentro de una fase continua oleosa (o acuosa). Se les llaman variables de composición a las proporciones relativas de los constituyentes principales de un sistema: el surfactante, el agua y el aceite. El surfactante es, por ejemplo, definido por la naturaleza química de su grupo hidrofílico y la longitud de su cadena lipofílica. En lo que concierne a la fase acuosa, ella contiene generalmente uno o más electrolitos donde el tipo y la concentración deben ser indicados. En cuanto a la fase oleosa, es frecuentemente el compuesto más difícil de describir en forma química, puesto que se deben indicar la longitud del esqueleto hidrocarbonado. A través del uso de espectrofotómetro se puede medir la encapsulación en las nanoparticulas. Los espectrofotómetros son útiles debido a la relación de la intensidad del color en una muestra y su relación a la cantidad de soluto dentro de la muestra. Por ejemplo, si usted utiliza una solución del colorante rojo del alimento en agua, y mide la cantidad de luz azul absorbida cuando pasa a través de la solución, una fluctuación mensurable del voltaje puede ser inducido en una fotocelda en el lado opuesto. Si ahora la solución del tinte rojo es diluida por la adición del agua el color será menos intenso. Así, hay una relación entre el voltaje y la cantidad de tinte en la muestra. El espectrofotómetro tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática (de una longitud de onda particular) a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le permite al experimentador realizar dos funciones: nos da información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra. Esto podemos lograrlo midiendo la absorbancia (Abs) a distintos largos de onda (l) y graficar estos valores en función del largo de onda, formando un espectrograma. Como cada sustancia tiene unas propiedades espectrales únicas, distintas sustancias producen distintos espectrogramas. Esto se debe a que cada sustancia tiene un arreglo de átomos tridimensional particular que hace que cada sustancia tenga características únicas. El espectrofotómetro mide la absorbancia de una muestra en los espectros de luz ultravioleta y visible (200 a 850 nm). El largo de onda es determinado por un prisma que descompone el rayo de luz de acuerdo al largo de onda escogido. Luego la luz pasa por una hendidura que determina la intensidad del haz. Este haz atraviesa la muestra y llega a un tubo fotográfico, donde es medido. La cantidad de luz que atraviesa la muestra es el porcentaje (%) de tramitancia. Podemos usar esta unidad o cambiarla a absorbancia usando la siguiente ecuación. • %T = - Log Abs. 2 | Microemulsión El espectrofotómetro nos puede dar ambos valores a la misma vez, ahorrando la necesidad de hacer los cálculos. (Tramitancia= cantidad de luz que atraviesa la mezcla). Una característica del instrumento es la necesidad de “blanquear” el aparato antes de cada lectura. Esto se hace colocando una cuveta con una solución control que tenga todos los componentes de la reacción menos la sustancia que va a ser medida en el instrumento y ajustando la lectura a cero absorbancia. El propósito de esto es eliminar el registro de absorbancia (background) que puedan presentar los demás componentes de la reacción a ese largo de onda particular. Todas las moléculas presentan absorbancia porque todas interfieren con el paso de la luz. Sólo que la absorbancia será óptima a un largo de onda de luz específico para cada tipo de sustancia. Descripción del experimento ________________________________________________________________ En este experimento los estudiantes aprenderán los conceptos básicos de microemulsión observando como ocurre el proceso usando una fase acuosa y una oleosa. El experimento se constará de la síntesis, espectrofotometría y dilución de las microemulsiones. Objetivos: ______________________________________________________ Al concluir el experimento los estudiantes podrán: 1. Sintetizar microemulsiones 2. Determinar la absorbancia y tramitancia de las microemulsiones. Antes del experimento ________________________________________________________________ 1. Lee el trasfondo y todas las instrucciones antes de comenzar el experimento. 3 | Microemulsión 2. Escribe una hipótesis que refleje el experimento y prediga los resultados del mismo en tu libreta de laboratorio. Pre-evaluación ________________________________________________________________ 1. Evalúa tu habilidad para formular una hipótesis para este experimento utilizando una escala del 1 al 5 según se indica: Pre-avalúo de la habilidad para formular una hipótesis Valor Significado 1 2 3 No tengo idea de dónde empezar Puedo sólo señalar las variables del experimento. Puedo identificar las variables del experimento pero desconozco cómo hacer inferencias o predicciones con éstas. Sólo puedo señalar las variables y hacer una hipótesis en forma de pregunta. Puedo formular una hipótesis que recoja las variables que considerará el experimento y unos resultados esperados. 4 5 Auto preevaluación 2. Evalúa tu habilidad para sintetizar micromulsiones y analizarlas en espectrofotometría antes de empezar el experimento. Coloca una marca bajo la alternativa que mejor describe tu habilidad o dominio de la destreza. 4 | Microemulsión Pre-avalúo del grado de dominio de las destrezas Analizar datos de espectrofotometria Determinar la tramitancia Encapsular tintes en micelas Grado de Dominio de la Destreza Preparar microemulsion Uso de la micropipeta Destrezas 1. No tengo idea de cómo realizar la tarea. 2. Aunque completo la tarea me toma más tiempo del asignado y cometo muchos errores. 3. Realizo la tarea completa me toma más tiempo y aún cometo algunos errores. 4. Puedo realizar la tarea esperada y en el tiempo máximo asignado. Los resultados son buenos y no suelo comentar errores. 5. Domino la tarea en un tiempo mínimo. Los resultados son excelentes. Me siento seguro(a) realizando la tarea. Medidas de seguridad ________________________________________________________________ Siempre debes utilizar guantes y gafas de seguridad cuando trabajas con reactivos químicos. También debes utilizar rutinariamente tu bata de laboratorio y zapatos cerrados al frente. 5 | Microemulsión Procedimientos experimentales ________________________________________________________________ Sintesis 1. En un beaker (A) coloque 20 mL de aceite. Introduzca un agitador de cristal . 2. En otro envase (B) mezcle 20 ml de agua destilada o ultrapura con 1 o 2 gotas del tinte. 3. Añada el agua con tinte (B) con un gotero o micropipeta poco a poco al aceite a la vez que otro compañero va agitando con el agitador de cristal. 4. Agite de 5 a 10 min. Saque una muestra de 800uL y coloque en cuveta de espectrofotómetro. 5. En otro beaker (C) coloque 20 mL de aceite. Introduzca un magneto (stirer) y coloque sobre plancha con stirer. 6. Encienda la plancha con stirer a velocidad moderada. 7. Añada el agua con tinte del (B) con un gotero poco a poco al aceite que está en la plancha agitándose con el stirer. 8. Deje que se mezclen poco a poco alrededor de 5-10 min. 9. Anote sus observaciones en la libreta. 10. Saque una muestra de 800uL con micropipeta y coloque en otra cuveta de espectrofotómetro. 11. Ahora añada una gota detergente a la emulsion que se está agitando. 12. Saque una muestra de 800uL con micropipeta y coloque en otra cuveta de espectrofotómetro. 13. Realice en microtubos 2 diluciones 1:2 de esta emulsion con micropipeta. Ejemplo 200uL de emulsion en 400uL de agua. 14. En otro beaker (D) coloque 20 mL de agua. Introduzca un magneto (stirer) y coloque sobre plancha con stirer a velocidad moderada. 15. Añada el tinte al agua. Luego con un gotero añada poco a poco el aceite (20mL). 16. Saque una muestra de 800uL y coloque en otra cuveta de espectrofotómetro 17. Realice en microtubos 2 diluciones 1:2 de esta emulsion. Ejemplo 200uL de emulsion en 400uL de agua. Espectrofotometría 1. Coloque el blanco correspondiente aceite o agua dependiendo de la emulsión. 2. Mida la absorbancia de cada una de las muestras y calcule la tramitancia. 6 | Microemulsión Post-evaluación ____________________________________________________________ Post-avalúo del grado de dominio de las destrezas Analizar datos de espectrofotometria Determinar la tramitancia Encapsular tintes en micelas Preparar microemulsion Grado de Dominio de la Destreza Uso de la micropipeta Destrezas 1. No tengo idea de cómo realizar la tarea. 2. Aunque completo la tarea me toma más tiempo del asignado y cometo muchos errores. 3. Realizo la tarea completa me toma más tiempo y aún cometo algunos errores. 4. Puedo realizar la tarea esperada y en el tiempo máximo asignado. Los resultados son buenos y no suelo comentar errores. 5. Domino la tarea en un tiempo mínimo. Los resultados son excelentes. Me siento seguro(a) realizando la tarea. 1. Evalúa tu habilidad para sintetizar micromulsiones y analizarlas en espectrofotometría despues de realizar el experimento. Coloca una marca bajo la alternativa que mejor describe tu habilidad o dominio de la destreza. Datos 1. Prepare una tabla en su libreta con la descripción de la muestra y el valor de la absorbancia de cada una. 7 | Microemulsión Referencias Jean-Louis Salager, Raquel Antón, José Anderez, Jean-Marie Aubry. Formulación de Microemulsiones por el Método del HLD (versión española en preparación)Traducido de: Techniques de l’Ingénieur, Vol. Génie des Procédés, artículo J2 157, 1-20 (2001) Creado por: Dra. Millie L. González MLG:01-24-15 8 | Microemulsión