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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

ZACATECAS, MÉXICO

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



82531 DE MAYO – 4 DE JUNIO, 2010

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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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