FENOL

          Los compuestos fenólicos son una clase de compuestos orgánicos que tienen al menos un hidroxilo directamente unido a uno o más anillos aromáticos (anillos de benceno). El primer miembro de las sustancias químicas que pertenecen a esta categoría de compuestos orgánicos se llama fenol, también conocido como ácido carbólico, benzofenol o hidroxibenceno con la fórmula química C6H5OH.

Producidos de forma natural o por procesos antropogénicos, los compuestos fenólicos se pueden encontrar en los alimentos, en la materia orgánica en descomposición, así como en las heces y la orina de animales, incluido el hombre. A lo largo de los años se han desarrollado diversas metodologías para la síntesis industrial de fenol, siendo la oxidación de cumeno y tolueno (hidrocarburos) las principales rutas sintéticas (Oliveira, 2015). La presencia de compuestos fenólicos en cuerpos de agua se debe principalmente al vertido de efluentes industriales de las actividades productivas de: plásticos, tintes, pinturas, antioxidantes, polímeros sintéticos, resinas, pesticidas, detergentes, desinfectantes, refinerías de petróleo y principalmente pulpa y papel, así como la minería del carbón o incluso los residuos domésticos.

La mayoría de los compuestos fenólicos tienen efectos tóxicos en humanos y animales, ya que penetran en la piel y las membranas celulares, provocando efectos graves a corto y largo plazo. Debido a su alta toxicidad y persistencia en el medio ambiente, estos compuestos están listados como contaminantes de preocupación prioritaria por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

DETERMINACIÓN DE FENOLES

Esta aplicación describe la destilación de muestras que contienen fenol y su posterior determinación de acuerdo con la metodología descrita en Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (2012).

Las muestras de aguas residuales y efluentes deben almacenarse a 4°C o menos (CÁMARA DE CONSERVACIÓN TE-385) a menos que se analicen dentro de las 4 horas posteriores a la recolección, con el fin de evitar la oxidación química, además de acidificarse con 2 mL ácido sulfúrico (1: 1). Analizar las muestras conservadas y almacenadas dentro de los 28 días posteriores a la recolección.

      La determinación de compuestos fenólicos se realiza por el método de 4-aminoantipirina, que implica una destilación preliminar con el Destilador de Fenol TE-1256, donde los fenoles se separan de las impurezas no volátiles. Posteriormente, el destilado (que contiene fenol) reaccionará con 4-aminoantipirina en presencia de ferrocianuro de potasio (en medio alcalino), formando la antipirina, cuya absorbancia se lee en un espectrofotómetro, según como los métodos a continuación:

•       Método indirecto (extracción con cloroformo) (A): altamente sensible, recomendado para muestras con baja concentración de fenol, que contengan menos de 1 mg de fenol/L. El límite de detección para el método indirecto es 0,001 mg/L.
• Método directo (B): tiene menos sensibilidad que el método anterior, recomendado para muestras con mayor concentración de fenol. El límite de detección para el método directo es de 0,01 mg/L.

Este método determina fenol, orto y meta sustituido, y a un pH apropiado, para sustituidos, en el que los sustituyentes son un carboxilo, halógeno, metoxi o ácido sulfónico (APHA, 2005). El procedimiento recomendado por la legislación es el método colorimétrico con 4 - aminoantipirina. Este procedimiento permite cuantificar y analizar alguna tendencia de estos compuestos en el residuo.

DESTILACIÓN

-En un vaso de precipitado, añadir 500 mL de muestra y ajustar el pH a 4,0 con solución de ácido fosfórico (H3PO4) utilizando el MEDIDOR MICROPROCESADO DE PH R-TEC-7/1-MP y transferir el contenido al matraz de destilación de fenol. Si la muestra se ha conservado como se describe anteriormente, ajuste el pH a 4.0 con NaOH 2.5N.

-Montar los condensadores utilizando las garras de fijación. Montar los balones aforados de destilación. Verificar la conexión del condensador con el balón aforado para evitar fugas de vapor. Conecte la manguera de silicona en la entrada y salida de agua al baño termostático, modelo TE-183 o TE-186, para enfriamento de los condensadores, proporcionando economia de agua.

-Destilar 450 mL de muestra, detener la destilación y, cuando cese la ebullición, añadir 50 mL de agua caliente al matraz de destilación. Continuar la destilación hasta que se hayan recogido un total de 500 mL de muestra. 

- Si el destilado permanece turbio, acidificar con una solución de ácido fosfórico y realizar de nuevo el proceso descrito anteriormente.

- Si el segundo destilado aún está turbio, proceda con el tratamiento que se describe a continuación:

Tratamiento cuando el 2º destilado está turbio: añadir 4 gotas de indicador de metilo naranja al destilado. Ajuste el pH con ácido sulfúrico 1N (hasta que se ponga rojo). Pasar a un embudo de decantación y añadir 150 g de cloruro de sodio. Agitar y agregar 5 porciones de cloroformo sucesivamente, con 40 ml en la primera y 25 ml en la siguiente, intercalando con agitación vigorosa. Transferir la capa de cloroformo a un segundo embudo de decantación y agitar con tres porciones sucesivas de hidróxido de sodio (2,5 N), utilizando 4,0 ml en la primera porción y 3,0 ml en las demás. Separar el extracto alcalino y llevarlo al baño-María (BAÑO-MARIA DIGITAL TE-056-MAG) para eliminar el cloroformo residual. Diluir a 500 mL con agua destilada.

Después de la destilación, proceda con la determinación utilizando uno de los métodos siguientes, de acuerdo con la concentración de la muestra.

A) Método indirecto (extracción con cloroformo)

- Colocar 500 mL del destilado, o una cantidad adecuada que no contenga más de 50 µg de fenol, diluido a 500 mL en un vaso de precipitados de 1 litro.

- Preparar el blanco (500 mL de agua destilada) y una serie de patrones de 500 mL que contengan 5, 10, 20, 30, 40 y 50 µg de fenol.

-Agregar la muestra, el blanco y los patrones  12.0 ml de hidróxido de amonio (0.5 N) e inmediatamente ajuste el pH a 7.9 ± 0.1 con tampón fosfato. En algunas circunstancias, se puede necesitar un pH más alto.

- Transferir a un embudo de decantación de 1 litro, añadir 3,0 ml de solución de 4-aminoantipirina y mezclar bien.

- Adicionar 3,0 ml de solución de ferricianuro de potasio, mezcle bien y deje que se desarrolle el color durante 15 minutos. La solución debe ser transparente y de color amarillo claro.

- Extraer inmediatamente con cloroformo, usando 25 mL para cubetas de 1 a 5 cm y 50 mL para cubetas de 10 cm.

- Agitar el embudo de separación al menos 10 veces, deje que el cloroformo se asiente, agite nuevamente 10 veces y deje que el cloroformo se asiente nuevamente.

- Filtrar cada extracto de cloroformo a través de un papel de filtro que contenga 5 g de sulfato de sodio anhidro.

- Recolectar los extractos secos en cubetas limpias para medir la absorbancia en un espectrofotómetro (no agregue más cloroformo ni lave los papeles de filtro y embudos).

- Leer la absorbancia de la muestra y los patrones contra el blanco a la longitud de onda a 460 nm. Construir la curva de calibración y verificar cada curva periódicamente para asegurar la reproducibilidad.

 Cálculo 1

Donde: A = µg fenol en la muestra patrón de la curva de calibración, y B = mL de la muestra original

Para análisis poco frecuentes: preparar 500 mL de solución patrón de fenol con una concentración aproximadamente igual al contenido fenólico de la porción de la muestra original utilizada para el análisis final. También prepare un blanco con 500 mL de agua destilada. Continúe como se describió anteriormente, pero mida la absorbancia de la muestra y el patrón de fenol contra el blanco a 460 nm.

Cálculo 2

Donde, C = µg de la solución patrón de fenol, D= absorbancia de la muestra, E= absorbancia de la solución patrón de fenol, y B= mL de la muestra original.

B) Método directo

- Colocar 100 mL del destilado, o una porción que contenga hasta 0,5 mg de fenol diluido en 100 mL, en un vaso de precipitados de 250 ml.

- Preparar un blanco de 100 mL de agua destilada y una serie de soluciones patrón de fenol (100 mL) que contengan 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 y 0,5 mg de fenol.

- Adicionar 2,5 ml de hidróxido de amonio (0,5 N) a la muestra, el blanco y lo patrones,  y ajustar inmediatamente el pH a 7,9 ± 0,1 con tampón fosfato.

- Adicionar 1,0 ml de solución de 4-aminoantipirina y mezclar.

- Adicionar 1.0 ml de la solución de ferricianuro de potasio y mezclar.

- Después de 15 minutos, transferir para las cubetas. Leer la absorbancia de la muestra y de los patrones frente al blanco a una longitud de onda de 500 nm.

- Calcular la concentración de fenol de la muestra a partir de la curva de calibración, de manera similar a la descrita para el método A.

- Determinar la concentración de fenol, a través del Cálculo 1

- Cálculo 2: Uso de un solo patrón de fenol

CONSIDERACIONES FINALES

            Entre las principales técnicas disponibles para la determinación de compuestos fenólicos, el método descrito tiene la ventaja de ser fácil, de bajo costo y fácilmente reproducible, premisas importantes  para los procedimientos analíticos. Además, estas premisas son importantes porque permiten analizar esta clase de sustancias de extrema preocupación porque presentan toxicidad, bioacumulación en las cadenas alimentarias y persistencia en el medio. 

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REFERENCIAS

Associação Brasileira de Normas Técnicas. Água – Determinação de fenol total – Método Colorimétrico. NBR 10740. Rio de Janeiro, 1989.

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº 430, de 13 de maio de 201 Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho.

Oliveira, Pedro Henrique R. de. Métodos de preparação industrial de solventes e reagentes químicos: Fenol. Revista Virtual de Química, v. 7, n. 4, p.339-343, abr. 2015. Disponible en: <http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/v7n4a31.pdf>. Acceso en: 23 diciembre de 2020.

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. E.W. Rice, R.B. Baird, A.D. Eaton, L.S. Clesceri, editors. 22ª ed. Washington: American Public Health Association, 2012. 1496p. Method 5530  – PHENOLS.