UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO JOO DEL REICAMPUS ALTO PARAOPEBA

Anlise de cafena e cido benzoico em refrigerantes por espectrometriade absoro molecular no ultravioleta

Relatrio apresentado no curso de Anlise Instrumental sob orientao da professoraAna Maria de Oliveira.

Ana Cludia Almeida104500003

Luiza Lorrane Pereira RamosAdrianoUlhoa104500007104500028

Ouro Branco-MGMaio-2012Anlise de cafena e cido benzoico em refrigerantes por espectrometriade absoro molecular no ultravioletaRESUMOOs refrigerantes so compostos por uma mistura de variadas substncias, sendo o cido benzoico e a cafena alguns exemplos. A anlise dessas duas espcies em amostras de refrigerante, objetivo dessa prtica, possvel utilizando-se uma aplicao da tcnica espectrofotomtrica de absoro molecular que quantifica substncias presentes em misturas. Para essa determinao mediu-se os valores de absorbncia de amostras diludas em propores de 1:25 e 1:50 em dois comprimentos de onda mximo distintos, 230 nmpara a quantificao do cido benzoico e 273 nm para quantificao da cafena. Esses mx foram determinados fazendo-se a varredura de um dos padres de cada substncia no espectrofotmetro. Os padres a serem utilizados foram escolhidos indiscriminadamente, uma vez que todos possuam concentraes dentro da faixa linear do mtodo. A partir dos valores de absorbncia obtidos com a anlise dos padres de cido benzoico e de cafena preparados, construiu-se uma curva analtica por padronizao externa. A partir da curva de calibrao e dos valores de absorbncia que foram posteriormente determinados para as amostras diludas, a concentrao dos analitos foi calculada, sendo a mdia para a concentrao de cido benzoico igual a 209,3 mg L-1 (3,6x10-2) na amostra diluda de 1:25, e de 218,3mg L-1 (1,7x10-2) na diluio de 1:50. Os valores de mdia de concentrao obtidos na anlise da cafena foram 581,8 mg L-1 (5,0x10-2) e 619,5mg L-1 (1,4x10-2), para as amostras diludas de 1:25 e de 1:50, respectivamente. Comparando-se esses valores com os estabelecidos em legislao pela ANVISA, percebe-se que a concentrao de cido benzoico encontra-se dentre dos limites estabelecidos pela agncia, 500 mg L-1, entretanto os valores obtidos para a cafena foram cerca de trs vezes maiores que o permitido, 200 mg L-1. Em uma anlise dos desvios relativos das medidas de absorbncia das amostras, 3,6 e 1,7% para o cido benzoico e5,0 e 1,4% para a cafena, concluiu-se que a preciso da anlise encontra-se dentro da estabelecida pela tcnica, 1,0 a 3,0%, e, ainda, que esses valores foram alcanados devido a eficincia na escolha dos comprimentos de onda mximo utilizados na anlise, diminuindo significativamente a interferncia do espectro de absoro de uma espcie no outro. Dessa forma a tcnica utilizada foi satisfatria na quantificao das substncias.

INTRODUOOs refrigerantes so uma bebida no alcolica, carbonatada, com alto poder refrescante encontrada em diversos sabores, e possuem em sua composio, principalmente,uma mistura de gua, sulfatos, cloretos, cloro, fenis, metais, acar, concentrados, acidulante, cido ctrico, cido fosfrico, cido tartrico, antioxidante, conservante, edulcorante, dixido de carbono, cido benzoico e cafena (LIMA A. C. S. e AFONSO J. C., 2008).A anlise de componentes presentes em misturas, como por exemplo, o cido benzoico e a cafena encontrados no refrigerante, pode ser realizada utilizando-se tcnicas espectrofotomtricas, que so baseadas na medidade transmitncia ou absorbncia dos analitos que se deseja determinar. Aaplicao dessa tcnica em anlises de misturas mostra-se satisfatria quando os compostos que esto sendo analisados possuem comprimentos de onda mximos distintos, em que os valores de absortividade molar variam significativamente entre as substncias, sendo tambm necessrio garantir que os analitos presentes na mistura no interajam entre si(SKOOG et al., 2009).A espectrofotometria de absoro molecular no ultravioleta frequentemente utilizada para determinao do cido benzoico e da cafena, presentes na mistura, pela simplicidade do procedimento, e tambm pelo fato de todos os compostos orgnicos absorverem radiao eletromagntica, jque possuem eltrons de valncia que podem ser excitado a nveis de energia mais altos. Esses eltrons de valncia passveis de serem excitados, normalmente localizam-se em grupos funcionais da molcula orgnica, denominados grupos cromforos, e so estes os responsveis pela absoro de radiao na molcula. Vale frisar que a maioria das aplicaes desses compostos est pautada nas transaes eletrnicas do tipo pares de eltrons no compartilhados para pi excitados e pi fundamental para pi excitado (SKOOG et al., 2009).Os dois aditivos mencionados possuem finalidades distintas, sendo o cido benzoico adicionado ao refrigerante visando o combate de microorganismos,responsveis por provocarturvaes e alteraes no sabor e odor. Ele pouco solvel em gua, desta forma seu uso feito na forma de benzoato de sdio (LIMA A. C. S. e AFONSO J. C., 2008). J a cafena, uma substncia presente em vrias plantas, possui poder estimulante e classificada como um alcaloide.A estrutura qumica do cido benzoico e da cafena pode ser vista na Figura 1, ratificando a presena dos grupos cromforos que possibilitam a anlise dessas substncias utilizando a tcnica espectrofotomtrica.Figura 1: Estrutura das molculas de cido benzoico e cafena.

1. OBJETIVODeterminar o teor de cafena e cido benzoico em refrigerantes.

3. MATERIAIS E MTODOS3.1Materiais e reagentes Refringente Sprite Soluo estoque de cido benzoico 100 mg L-1 Soluo estoque de cafena 200 mg L-1 Soluo de cido clordrico 0,10 mol L-1 Papel de filtro quantitativo Funil de vidro Pipeta graduada de 10 mL Pipetas volumtricas de 2, 10 e 20 mL Balo volumtrico de 100 mL Bquer de 100 mL Basto de vidro Placa de aquecimento

3.2 Instrumentos Espectrmetro de absoro molecular no UV/VIS Shimadzu UV 3600.

3.3 ProcedimentoPreparou-se cinco padres de referncia de cido benzoico, com as concentraes de 2, 4, 6, 8 e 10 mg L-1, e de cafena, com as concentraes de 4, 8, 12, 16 e 20 mg L-1. Foi adicionado 10mL de soluo de cido clordrico 0,10 mol L-1 a cada padro.Uma alquota de 20 mL da amostra de Soda foi aquecida e filtrada com papel filtro. Pipetou-se 4,00 mL e 2,00 mL da amostra em dois bales volumtricos de 100 mL com a adio de 10 mL de soluo de cido clordrico 0,10 molL-1. A linha de base do procedimento fora registrada na faixa de 210 a 350 nm e registrou-se o espectro de absoro para cada composto. Anotou-se o comprimento de onda mximo de cada um. Subtraiu-se desse valor a linha base. Produziu-se a curva analtica por padronizao externa e pela relao matemtica determinada encontrou-se a concentrao de cafena e cido na amostra original.

4.RESULTADOS E DISCUSSO

Os refrigerantes possuem em sua composio uma mistura de aditivos com diferentes finalidades na estabilizao dessa bebida. O cido benzoico, empregado no combate antimicrobiano,e a cafena, um estimulante,absorvem radiao na regio do ultravioleta e podem ser determinados utilizando-se espectroscopia de absoro molecular no UV/VIS.Para a quantificao desses analitos a partir da absorbncia molecular medida no espectrofotmetro, construiu-se uma curva de calibrao utilizando o mtodo do padro externo, uma vez que o branco e os padres utilizados foram tambm preparados pela adio dos mesmos reagentes usados durante a preparao da amostra, evitando dessa forma a ocorrncia de efeitos de matriz (HOLLER et al., 2009).

Determinao do cido benzoico:

O cido benzoico (C6H5COOH) pouco solvel em gua, e por esse motivo frequentemente utilizado na forma de benzoato de sdio, havendo um equilbrio de hidrlise envolvendo o cido benzoico (LIMA A. C. S. e AFONSO J. C., 2008).A adio de cido clordrico amostra e s solues padro foi feita com o intuito de provocar o deslocamento no equilbrio de hidrlise do on benzoato, gerando cido benzoico. As reaes envolvidas na formao de cido benzoico so descritas abaixo, pelas Equaes 1 e 2.C6H5COONa(aq) C6H5COO-(aq) + Na+(aq)Equao 1C6H5COO-(aq) + H2O(l)C6H5COOH(aq) Equao 2As solues padro de cido benzoico foram submetidas leitura no comprimento de onda de mxima absoro do analito, sendo este igual a 230nm. Tal comprimento de onda mximo foi obtido pela varredura de uma das solues padro, que em funo da baixa concentrao, est dentro da faixa dinmica linear do mtodo, permitindo que a varredura para a determinao do comprimento de onda fosse realizada com qualquer uma das solues (SKOOG et al., 2007).Os valores das medidas de absorbncia das solues padro de cido benzoico foram listados na Tabela 1.Tabela 1: Valores de absorbncia das solues padro de cido benzoico e mdia das absorbncias.Concentrao (mg L-1)2,04,06,08,010

1a replicata0,3030,5940,8761,1641,444

2 a replicata0,2970,6320,8851,1651,446

3 a replicata0,3010,6060,8781,1581,445

Mdia0,3000,6110,8801,1621,445

A partir dos valores de concentrao e mdia das absorbncias apresentados na Tabela 1, construiu-se o grfico (Figura 2), absorbncia x concentrao dos padres de cido benzoico.

Figura2: Curva de calibrao, absorbncia x concentrao de cido benzoico, por padronizao externa.

O coeficiente de correlao linear obtido foi de 0,999, um valor muito prximo da unidade, o que garante que a reta de regresso obtida para essa padronizao satisfatria (HARRIS, 2005).As medidas deabsorbncia e o desvio padro para a amostra quando a diluio ocorreu na proporo de 1:25foram de 1,177; 1,231 e 1,246 (3,6x10-2).Utilizando-se a reta de regresso obtida calculou-se o valor da concentrao de cido benzoico na amostra. Para o primeiro valor de absorbncia, encontrou-se a seguinte concentrao: y= 0,1421x + 0,02731,177 = 0,1421x + 0,0273x1 = 8,09 mg L-1Procedendo-se da mesma forma para os demais valores de absorbncia da amostra obteve-se x2 = 8,47 mg L-1e x3 = 8,58 mg L-1.Considerando a diluio da amostra possvel encontrar aconcentrao de cido benzoicopela Equao 3.Ci x Vi = Cf x VfEquao 3Ci =8,09x 100 / 4Ci = 202,25 mg L-1Para os demais valores de concentrao encontrou-se 211,25 mg L-1e 214,50mg L-1 respectivamente. A partir da mdia dessas concentraes possvel encontrar a concentrao inicial de cido benzoico na amostra de refrigerante, sendo esta igual a 209,3mg L-1.As medidas de absorbncia e o desvio padro para a diluio da amostrana proporo de 1:50foram de 0,633, 0,644 e 0,667 (1,7x10-2).Utilizando-se novamente a reta de regresso obtida para o clculo da concentrao de cido benzoico na amostra,obtiveram-se os seguintes valores: x1 = 4,26 mg L-1, x2 = 4,34 mg L-1 ex3 = 4,50 mg L-1.Considerando-se a diluio de 1:50, calculou-se a concentrao do analito na amostra inicial pela Equao 3.Ci x Vi = Cf x VfCi = 4,26x 100 / 2 Ci = 213,0 mg L-1Os demais valores de concentrao de cido benzoico na amostra foram 217,0 mg L-1 e 225 mg L-1. A mdia para esses valores de 218,3 mg L-1. Essa a concentrao inicial de cido benzoico na amostra.O limite mximo desse aditivo em refrigerantes, permitido pela ANVISA de 500 mg L-1. Dessa forma a quantidade de benzoato presente nesse refrigerante, tanto a encontrada na diluio de 1:25, 209,3 mg L-1, bem como na de 1:50, 218,3 mg L-1, est de acordo com as normas determinadas pela legislao (ANVISA, 2012).Por se tratar da mesma amostra de refrigerante esperava-se que os valores de concentrao encontrados nas duas diluies seriam prximos. Entretanto o valor para a concentrao de cido benzoico obtida na amostra mais diluda maior. Esse fato pode ser explicado pela diminuio dos efeitos de matriz devido diluio, durante a anlise.

Determinao da cafena:

As solues padro de cafena (C8H10N4O2) foram submetidas leitura no comprimento de onda de 273 nm, onde se tm a mxima absoro do analito.A Tabela 2 lista os valores das medidas de absorbncia das solues padro de cafena.Tabela 2: Valores de absorbncia das solues padro de cafena e mdia das absorbncias.Concentrao (mg L-1)4,08,0121620

1a replicata0,2410,4720,6910,9191,147

2 a replicata0,2360,4690,6960,9141,133

3 a replicata0,2390,4710,6920,9151,137

Mdia0,2390,4710,6930,9161,139

A partir dos valores de concentrao e mdia das absorbncias apresentados na tabela, construiu-se o grfico (Figura 3), absorbncia x concentrao dos padres de cafena.

Figura3: Curva de calibrao, absorbncia x concentrao de cafena, por padronizao externa.

Observando-se o coeficiente de correlao, r= 0,9999, verifica-se que a reta de regresso satisfatria. As medidas deabsorbncia obtidas para a amostra foram de 1,267; 1,345 e 1,359 quando a diluio ocorreu na proporo de 1:25.O desvio padro dessas medidas foi de 5,0x10-2.A partir da reta de regresso obteve-se a concentrao de cafena na amostra. Para o primeiro valor de absorbncia, encontrou-se a seguinte concentrao: y= 0,0561x + 0,01811,267= 0,0561x + 0,0181x1 = 22, 26 mg L-1Da mesma maneira, encontrou-se os demais valores de absorbncia da amostra iguais a x2 = 23,65 mg L-1e x3 = 23,90 mg L-1.Considerando a diluio da amostra e usando a Equao 3 encontrou-se valores de concentraes iguais a 556,5 mg L-1; 591,25 mg L-1 e 597,5 mg L-1. A mdia encontrada para a concentrao de cafena na amostra inicial foi 581,8mg L-1.As medidas de absorbncia obtidas considerando a diluio da amostra na proporo de 1:50 foram de 0,692, 0,702 e 0,719, sendo o desvio padro igual a 1,4x10-2. Utilizando-se novamente a reta de regresso obtida para o clculo da concentrao do analito na amostra obtiveram-se os seguintes valores: x1 = 12,01 mg L-1, x2 = 12,19 mg L-1 e x3 = 12,49 mg L-1. Considerando-se a diluio de 1:50, calculou-se a concentrao do analito na amostra inicial pela Equao 3.Ci x Vi = Cf x Vf Ci = 12,01 x 100 / 2 Ci = 600,5 mg L-1Os demais valores de concentrao encontrados para a cafena foram609,5 mg L-1 e 624,5 mg L-1, sendo a mdia para esses valores 619,5 mg L-1.Novamente o valor de concentrao encontrado para a cafena na amostra diluda de 1:50 relativamente maior que aquele encontrado na diluio de 1:25, sendo tambm possvel explicar esse fato pela reduo do efeito de matriz que ocorre em solues mais diludas.A ANVISA, por meio do Decreto n 2.314, regulamenta que a quantidade mxima de cafena presente no refrigerante deve ser igual a 200 mg L-1. A anlise dos dados de concentrao obtida para a cafena mostra que esta se encontra em concentrao cerca de trs vezes maior que a permitida (???????).Uma anlise dos valores de desvio padro relativo encontrados para as absorbncias das amostras na determinao do cido benzoico, 3,6 e 1,7%, e da cafena, 5,0 e 1,4%, em que os primeiros valores em ambas as determinao so para a diluio de 1:25 e os segundos de 1:50, permite uma avaliao da preciso da tcnica utilizada. Da literatura sabe-se que a preciso na espectrofotometria de absoro molecular encontra-se entre 1,0 e 3,0%. Unicamente os valores obtidos para a absorbncia das replicatas da amostra, diludas de 1:25, na determinao da cafena possuem preciso relativamente fora da permitida pela tcnica.5. CONCLUSESA espectrofotometria de absoro molecular no ultravioleta mostrou-se satisfatria na quantificao do cido benzoico e da cafena em amostras de refrigerante, uma vez que a despeito da praticidade e do baixo custo dessa tcnica, foi possvel obter comprimentos de ondas de absoro mxima em que as absortividades molares das duas substncias em anlise diferiram substancialmente, levando assim a medidas cuja interferncia dos espectros de absoro dos dois analitos era a menor possvel. E ainda a preciso,3,6 e 1,7% para o cido benzoico e5,0 e 1,4% para a cafena, dos valores encontrados nas medidas de absorbncia das replicatas encontram-se dentro dos permitidos pela tcnica, 1,0 a 3,0%. Dessa forma pode-se dizer que a anlise espectrofotomtrica realizada foi relativamente precisa na quantificao dos analitos.6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICASANVISA. Disponvel em: http://www4.anvisa.gov.br/base/visadoc/CP/CP%5B7772-1-0%5D.PDF>. Acesso em: 28 de abr. de 2012.HARRIS, D.C. Anlise Qumica Quantitativa. 6 edio, Rio de Janeiro: LTC, 2005. 876 p.HOLLER, J. F. SKOOG D.A.; STANLEY C. R.; Princpios de anlise instrumental. 6 edio, Campinas: Porto Alegre: Boookman 2009. 1055 p.LIMA A. C. S.; AFONSO J. C. A Qumica do Refrigerante. Qumica Nova na Escola. v.31, n.3, p. 210 215, 2008.SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R. Fundamentos de QumicaAnaltica. 8a Edio, So Paulo: Thomson, 2007. 999 p.

CAFEINA (http://www.scielo.br/pdf/cta/v24n1/20037.pdf)