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XXV CONGRESO DE LA SOCIEDAD MEXICANA DE ELECTROQUÍMICA
3RD MEETING OF THE MEXICAN SECTION ECS
824 31 DE MAYO – 4 DE JUNIO, 2010
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DETECCIÓN ELECTROQUÍMICA DE ÁCIDO-2-(p-isobutilfenil)propiónico IBUPROFENO
M. T. Ramírez Silva1*, G. Valdés Ramírez1*, M. Palomar Pardavé2. C. Galán Vidal3
1 Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. Depto. Química. Av. Michoacán y la
Purísima, Col. Vicentina. C.P. 09340. 2Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Depto Materiales. 3Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, C. Investigaciones Químicas
*[email protected], [email protected]
RESUMEN
Actualmente el objetivo de muchas investigaciones se centra en el desarrollo de nuevos
dispositivos y metodologías para detectar y cuantificar contaminantes en aire, suelo y agua. Con
la finalidad de ofrecer alternativas a los métodos de análisis (cromatográficos) acoplados a
diferentes detectores, las nuevas metodologías ha desarrollar debe cubrir ciertos requisitos tales
como: desarollo de dispositivos para análisis in-situ, utilizar pequeños volúmenes de muestra y
ser dispositivos de bajo costo. Los métodos electroquímicos son los de mayor éxito para lograr
estos objetivos. De esta forma en esta investigación se desarrolla una metodología electroquímica
para la cuantificación del ácido-2-(p-isobutilfenil)propiónico conocido comúnmente como
Ibuprofeno. El Ibuprofeno es uno de los fármacos antiinflamatorios no esteroideos (AINE) que se
encuentra dentro de los 10 más utilizados en el mundo, sus producto caducados se desechan
inadecuadamente llegando al manto freático generando la contaminación del agua, reflejándose
en el deterioro del medio ambiente. Para el desarrollo de esta investigación, se cuantifica el
Ibuprofeno a través de su señal de oxidación. Se utilizan electrodos serigrafiados constituidos por
un electrodo de Ag/AgCl como pseudorreferencia, grafito en el electrodo auxiliar y ftalocinina de
cobalto (II) como mediador electroquímico en el electrodo de trabajo. La metodología
desarrollada en esta investigación se aplica a la cuantificación de Ibuprofeno de un medicamento
comercial. Los resultados encontrados hasta el momento con la propuesta realizada, muestran que
se puede determinar Ibuprofeno en concentraciones de 9x10-5M.
Palabras Clave: Electrodos serigrafiados, Ftalocianina de cobalto (II), Ibuprofeno.
EA116 824 – 835
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1. INTRODUCCIÓN
Los medicamentos antiinflamatorios de tipo no-esteroidal (AINE) constituyen uno de los
grupos farmacéuticos más utilizados en el mundo. Son analgésicos ampliamente empleados para
tratar dolores considerados como leves en el ser humano (fiebre, cefalea, artritis entre otros) [1-
3]. Su producción anual se estima en varias kilotoneladas, son productos que se pueden adquirir
fácilmente sin receta médica por lo que su consumo es masivo. El resultado del elevado consumo
de esta clase de medicamentos así como de su farmacocinética en conjunto con la inadecuada
eliminación de los fármacos caducados, se ha traducido en concentraciones detectables de estos
en el medio ambiente, este efecto se refleja en la contaminación del manto acuífero, produciendo
efectos negativos en los ecosistemas acuáticos que se manifiestan en su deterioro [1-6].
Actualmente el objetivo de varias investigaciones es el implementar métodos que permitan
la degradación de los AINE y sus metabolitos. Dentro de estas investigaciones un punto
importante es diseñar metodologías alternativas a los métodos de HPLC y UV que ayuden a la
detección y cuantificación de estos, así como a sus metabolitos. Es por ello que el objetivo de esta
investigación es desarrollar una metodología electroquímica que permita la detección y
cuantificación del ácido 2-(4-isobutilfenil) propiónico comúnmente conocido como Ibuprofeno
[6-8].
El Ibuprofeno, es uno de los 10 AINE más utilizados en México y el mundo, por su carácter
antiinflamatorio, analgésico y antipirético no esteroidal, es ampliamente utilizado en tratamientos
contra la fiebre, cefalea y artritis principalmente. Se considera como uno de los contaminantes
farmacéuticos más importantes en las plantas de tratamiento de agua residual de los afluentes y
potencialmente dañino a la salud de los seres humanos, especialmente en zonas en que no hay
tratamiento de aguas [1-9].
Actualmente la detección y cuantificación de Ibuprofeno se realiza por métodos
tradicionales como HPLC, UV o Electroforesis Capilar [9-10]. La propuesta del presente trabajo
es desarrollar una metodología electroquímica que sea una alternativa viable para la detección y
cuantificación de este analito. Para lograr el objetivo se ha planteado utilizar electrodos
serigrafiados (SPE por sus siglas en inglés Screen Printed Electrodes) que, por su fácil
construcción y bajo costo son desde el punto de vista económico más accesibles que los métodos
tradicionales. El uso de SPE además ofrece la ventaja de ser fácilmente transportables y
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miniaturizable, se puede utilizar en una celda convencional en la que el SPE se encuentre inmerso
en solución o bien, se pueden utilizar en posición horizontal en la que se requiere cubrir con sólo
una gota de muestra los electrodos para realizar los análisis disminuyendo así los volúmenes de
muestra [11]. Para el desarrollo del proyecto, se utiliza el mediador electroquímico ftalocianina
de Cobalto (II) (CoPC) para recubrir la superficie del electrodo de trabajo. La CoPC se ha
estudiado como catalizador de muchas reacciones de electro-oxidación como cisteina, ácido
oxálico, nitritos y tioles [12-16].
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
2.1. Caracterización Electroquímica
2.1.1. Sistema Electroquímico y Electrodos de Trabajo (SPE)
Se utilizó una celda electroquímica convencional en la cual los electrodos serigrafiados
(SPE) se colocaron en posición vertical. Para los experimentos a la gota los SPE se utilizaron en
posición horizontal.
Las respuestas electroquímicas se obtuvieron utilizando electrodos SPE, la superficie del
electrodo de trabajo fue recubierta con el mediador electroquímico ftalocianina de cobalto (II); el
electrodo auxiliar del SPE esta formado a base de grafito y el electrodo de referencia por el par
Ag/AgCl, [11-13, 16].
Para la construcción de los SPE se utilizan placas de PVC como soporte. El primer paso es
colocar una película de plata (material conductor), este se deja secar a 60º C durante 45 minutos,
el procedimiento de secado se realiza después de aplicar cada película en los SPE.
La segunda capa que se coloca es de grafito, esta película da origen a las superficies del
electrodo auxiliar, en la tercer capa se coloca el mediador (CoPC) sobre la superficie que da
origen al electrodo de trabajo, posteriormente se coloca una capa de Ag/AgCl en el área
correspondiente al electrodo de referencia, por ultimo se coloca la película del material aislante
[13]. La Figura 1, muestra las etapas de construcción de los SPE.
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Figura 2. Etapas de construcción y esquema detallado de la posición de los electrodos de referencia, auxiliar y de
trabajo en los SPE.
2.1.2. Soluciones deTrabajo
Como electrolito soporte se utilizo buffer de fosfatos 0.1M en KCl 0.1M a pH 7.0 (PBS).
La solución estándar de Ibuprofeno se preparó diariamente en concentración 0.0187M (70% PBS,
30% metanol). Las soluciones de trabajo fueron preparadas utilizando reactivos de grado
analítico y agua desionizada (18.2MΩ).
2.1.3. Respuesta Electroquímica de los Electrodos de Trabajo (SPE)
Para obtener la respuesta debida a la presencia de la ftalocianina de cobalto (II) en los SPE,
se realizo voltamperometría cíclica (VC) en PBS; posteriormente se realizo VC en presencia de
diferentes concentraciones de Ibuprofeno. El experimento se repite a una concentración fija de
Ibuprofeno a diferentes velocidades de barrido. Los experimentos se realizaron a la gota y con
los SPE inmersos en PBS.
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2.1.4. Curvas de Calibración para la Cuantificación de ibuprofeno
Una vez obtenida la respuesta de oxidación del Ibuprofeno se realiza amperometría, el
potencial aplicado es el potencial de pico de oxidación. El experimento se realiza con el SPE
inmerso en PBS y adiciones sucesivas de Ibuprofeno, para los experimentos a la gota los SPE se
colocan en posición horizontal, se recubre la superficie de los tres electrodos con una gota de
solución de Ibuprofeno de concentración conocida. Posteriormente se obtienen las curvas de
calibración, de las graficas de intensidad de corriente como función de la concentración de
Ibuprofeno. Las pruebas se realizan utilizando diversos SPE construidos baja las mismas
condiciones.
2.1.5. Cuantificación de ibuprofeno en una muestra real
Para la cuantificación de Ibuprofeno en una muestra de medicamento, se pulverizo una
pastilla de (ADVIL) y se tomaron muestras disolviéndose en Metanol y adicionando
posteriormente PBS teniendo una mezcla final 30/70%. Los residuos de la capa entérica se
eliminaron por filtración. De la disolución obtenida se toman alícuotas para oxidarse
electroquímicamente en el potencial elegido, la cantidad de Ibuprofeno presente en la muestra se
obtuvo por interpolación de los resultados en las curva de calibración.
Todos los experimentos se realizaron a temperatura ambiente y presión atmosférica, cada
muestra se realiza 4 veces pero solo se presenta el promedio de los resultados.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Figura 2 se muestra los voltamperogramas cíclicos típicos para los SPE con y sin
CoPC en presencia y ausencia de Ibuprofeno (Experimentos realizados a la gota). En el
voltamperograma para los SPE sin CoPC no se observan procesos de reducción ni oxidación en el
intervalo de potencial estudiado (-1.2V a 1.2 V). En el mismo intervalo de potencial para los SPE
con CoPC en PBS se observan dos picos de reducción (I, V) en -0.57 V y -0.1V y tres picos de
oxidación (II, III y IV) en los potenciales de 0.06, 0.32 y 0.44 V. Los cinco picos son asociados a
los procesos de reducción y oxidación del mediador electroquímico, (I) CoIIPC/CoIPC,
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(II)CoIPC/CoIIPC, (III) y (IV)CoIIPC/CoIIIPC, (V)CoIIIPC/CoIIPC como lo han descrito
anteriormente Toledo y Canevari en sus respectivos trabajos [14-15]. Para los voltamperogramas
mostrados, el barrido de potencial comienza en el potencial de corriente nula E0 = 0.0V en sentido
negativo a velocidad de barrido de 0.1V/s. Cabe señalar que el pico (V) sólo se observa una vez
que se ha completado un ciclo de barrido. Así mismo si el barrido de potencial se realiza en
sentido positivo, el pico (II) solo se observa después de un ciclo de barrido de potencial. Por otra
parte, el voltamperograma obtenido para los SPE con CoPC en PBS en presencia de Ibuprofeno
muestra un sexto pico (VI) en un potencial de 0.8V el cual, es asociado a la oxidación irreversible
de Ibuprofeno. Asimismo, se obtienen los cinco picos asociados a los procesos redox de CoPC
antes mencionados, los picos (II, III, IV y V) se mantienen en los mismos potenciales mientras
que el pico (I) se desplaza 0.1V hacia potenciales menos negativos lo cual se atribuye a un
posible complejo formado entre el Ibuprofeno y CoPC.
Figura 2. Voltamperograma cíclico para los SPE con y sin CoPC en PBS en presencia y ausencia de
Ibuprofeno 8 x 10-4 M. v = 0.1 Vs-1, E0= 0.0 V (Experimentos realizados a la gota).
Para los experimentos con los SPE inmersos en solución (PBS) también se obtuvieron los
cinco picos asociados a los procesos de oxidación y reducción de CoPC de igual forma en
presencia de Ibuprofeno se obtienen un pico de oxidación en 0.8V. Los resultados se presentan en
la Figura 3.
-9.0E-05
-7.0E-05
-5.0E-05
-3.0E-05
-1.0E-05
1.0E-05
3.0E-05
5.0E-05
-1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
i / A
E / V (vs Ag/AgCl)
SPE + PBS
SPE + PBS + Ibuprofeno
SPE(CoPC) + PBS
SPE(CoPC) + PBS + Ibuprofeno
I
II III IV
VI
V
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Figura 3. Voltamperograma cíclico para los SPE con y sin CoPC en PBS en presencia (línea continua) y ausencia
(línea punteada) de Ibuprofeno (1.2 x 10-3 M. v = 0.1 Vs-1, E0= 0.0 V (Experimentos realizados con SPE inmersos en PBS).
Como se observa en las Figuras 2 y 3, para los experimentos con SPE a la gota e inmersos
en PBS se obtienen comportamientos similares en los que se puede asociar un pico de oxidación
en 0.8V debido a la presencia de Ibuprofeno en la solución analizada.
Para comprobar que la señal de oxidación en 0.8 V incrementa al aumentar la
concentración de Ibuprofeno en la muestra analizada, se realizo VC en soluciones de PBS +
Ibuprofeno (en diferentes concentraciones) manteniéndose agitación constante de 300 rpm.
En la Figura 4 se muestran los voltamperogramas para diferentes concentraciones de
Ibuprofeno, observándose incrementos en la corriente de pico al aumentar la concentración
Ibuprofeno en la solución (Experimentos realizados con SPE inmersos en PBS).
Después de cada experimentos los SPE se lavan al chorro de agua desionizada,
posteriormente se realiza VC en PBS para verificar que se obtengan solo las señales redox de
CoPC y comprobar con ello que el Ibuprofeno y/o sus productos de oxidación no se adhieran a la
superficie de los electrodos.
-8.0E-05
-6.0E-05
-4.0E-05
-2.0E-05
0.0E+00
2.0E-05
4.0E-05
6.0E-05
8.0E-05
-1.05 -0.80 -0.55 -0.30 -0.05 0.20 0.45 0.70 0.95 1.20
i / A
E / V (vs Ag/AgCl)
SPE (CoPC) + PBS
SPE (CoPC) + PBS + Ibuprofeno
I
III IVII
V
VI
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0
5
10
15
20
25
30
35
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
I/A
E / V (vs Ag/AgCl)
Incr
emen
to e
n la
co
ncen
trac
ión
de Ib
upro
feno
0
M -
7.8
x10-4
M
Figura 4. Voltamperograma cíclico para los SPE + Ibuprofeno en diferentes concentraciones (Experimentos realizados con SPE inmersos en PBS).
Para la cuantificación de Ibuprofeno se elige trabajar a 0.8V y realizar amperometría en
soluciones de PBS + Iburofeno en diferentes concentraciones. En la Figura 5 se muestran los
resultados de corriente como función de la concentración de Ibuprofeno. Se observan dos
regiones lineales, la primera para concentraciones menores a 4.75 x 10-4 M en donde el cambio
en la corriente debida a cambios en la concentración de ibuprofeno se puede describir en base a la
ecuación (1)
5 10 5 10 (1)
La segunda región para concentraciones mayores a 4.75 x 10-4 M y hasta 1.55 x 10-3 M se
puede describir por la ecuación (2)
3 10 1 10 (2)
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y = 0.0003x + 1E-07R² = 0.997
y = 0.0005x - 5E-09R² = 0.9983
1.0E-08
1.1E-07
2.1E-07
3.1E-07
4.1E-07
5.1E-07
8.2E-05 2.8E-04 4.8E-04 6.8E-04 8.8E-04 1.1E-03 1.3E-03 1.5E-03
i / A
[Ibuprofeno] M
Figura 5. Curva de calibración para Ibuprofeno. Corriente vs [Ibuprofeno] (A vs mol L-1). (Experimentos realizados con SPE inmersos en PBS).
Cada punto de la Figura 5 es el promedio de 4 diferentes mediciones, en al gráfico se
muestra la desviación estándar de cada punto observándose que la mas grande no es mayor al
4.8%.
El efecto de la velocidad de barrido (ν) en los voltamperogramas fue evaluada en
concentración fija de Ibuprofeno (1.38 x 10-3 M), los resultados se muestran en la Figura 6. Se
observa que la corriente de pico anódico incrementa en al aumentar la velocidad de barrido. El
grafico de la corriente (i) como función de la raíz cuadrada de la velocidad de barrido (ν1/2)
muestra un comportamiento lineal indicando que el proceso es de transporte de masa limitado por
la difusión del Ibuprofeno en disolución hacia la interface disolución-electrodo.
Para los SPE en posición horizontal (experimentos a la gota), se realizaron las mismas series
de experimento encontrándose resultados similares (No se presentan los resultados en el trabajo).
Una vez caracterizada la respuesta de Oxidación a 0.8 V, se procedió a cuantificar el
Ibuprofeno presente en una gragea de medicamento (ADVIL), con los resultados de corriente
obtenidos para la muestra de medicamento y las curvas de calibración del Ibuprofeno se encontró
la concentración de ibuprofeno, los resultados se muestran en la Tabla I, los resultados son el
promedio de 4 muestras realizadas bajo las misma condiciones experimentales.
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Figura 6. Grafico de corriente como función de la raíz cuadrada de la velocidad de barrido. (i vs ν 1/2).
(Experimentos realizados con SPE inmersos en PBS).
Tabla I. Concentración de ibuprofeno encontrada en muestras reales PBS/Metanol 70/30% v/v. Contenido en una gragea de medicamento comercial (promedio de 4 muestras realizadas bajo las mismas condiciones experimentales).
SPE a la gota SPE inmerso en
PBS Concentración en el
marbete
212.4 ± 3.5 mg 204.4 ± 6.7 mg 200 mg
Como se observa los resultados para la cuantificación de Ibuprofeno en una muestra de
medicamento muestran concentraciones mayores a los reportados en el marbete por el fabricante,
esto se atribuye al método de preparación de la muestra problema. Si bien los resultados no son
100% satisfactorios si muestran que con el procedimiento realizado en este trabajo se puede
realizar la cuantificación de Ibuprofeno en condiciones de pH 7.0 y KCl 0.1 M.
y = 4.02E-06x + 1.04E-05R² = 9.92E-01
2.0E-05
2.5E-05
3.0E-05
3.5E-05
4.0E-05
4.5E-05
5.0E-05
5.5E-05
3 4 5 6 7 8 9 10 11
i / A
v 1/2
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4. CONCLUSIONES
En este trabajo se ha presentado una alternativa electroquímica para la cuantificación de
Ibuprofeno en condiciones de trabajo de pH 7.0 y 0.1 M KCl. Se han utilizado electrodos
serigrafiados (SPE) que pueden ser utilizados en una celda convencional sumergiendo los tres
electrodos en la solución de trabajo o bien en posición horizontal cubriendo los electrodos con
una gota de la solución de trabajo con lo cual, se disminuyen los volúmenes de muestra en el
análisis. La cuantificación electroquímica de Ibuprofeno ha sido posible por la presencia del
medidor electroquímico Ftalocianina de Cobalto (II) (CoPC) presente en la superficie del
electrodo de trabajo. Por otra parte ha sido posible detectar la presencia de Ibuprofeno en
concentraciones de 1x10-4M sin embargo, queda trabajo por realizar para disminuir estos limites
de detección.
5. TRABAJO POR REALIZAR
El trabajo por realizar en esta investigación es observar si bajo otras condiciones de pH es
posible realizar la cuantificación de Ibuprofeno. Asimismo hay que realizar estudios para
proponer el mecanismo de reacción que explique la presencia del pico de oxidación en 0.8 V que
permite la cuantificación de Ibuprofeno. De igual forma hay que realizar estudios con fármacos
que pueden encontrarse en aguas residuales las cuales son el objetivo final de aplicación de los
sensores
6. AGRADECIMIENTOS
Los autores externan su gratitud PROMEP por la red SIATA y a CONACyT por el
proyecto 82932 por el apoyo financiero otorgado para el desarrollo de esta investigación. Al
doctor Jean-Louis Marty por los SPE proporcionados.
7. REFERENCIAS
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