Destilador automático de nitrógeno

La posibilidad de cuantificar el contenido de nitrógeno en diversas muestras se ha vuelto cada vez más representativo dada la importancia de este elemento para muchos campos tales como: la agricultura, la farmacéutica, la producción de alimentos, entre otros.

Pero ¿Qué hace tan importante al nitrógeno?

•  En la agricultura: se cuantifica el nitrógeno disponible en los suelos ya que este elemento es vital para determinar la disponibilidad ya que el exceso puede afectar el desarrollo de flores frutos y bulbos y la deficiencia limitaría el desarrollo de toda la parte aérea de la planta, en caso de no contar con las cantidades requeridas se realiza un enriquecimiento adicionando fertilizantes (comerciales o mezclas que cumplen con los requerimientos específicos del campo), también es posible obtener cantidades de nitrógeno de fuentes de agua utilizadas para riego de los cultivos y nacimientos naturales dentro de los sembrados.

Dependiendo de la biodisponibilidad del nitrógeno en los campos de cultivo el fruto obtenido será nutricionalmente más rico, sin dejar de lado la importancia de la ubicación geográfica y el estrés oxidativo al que este expuesta tanto la planta como el fruto en su proceso de maduración.

• En el campo farmacéutico: la mayoría de los medicamentos provienen en gran parte de fuentes naturales como lo son las partes de la planta (raíce, tallo, hojas, frutos, extractos, entre otros) razón por la cual la sana producción agrícola afectara directamente las cantidades obtenidas al procesar las plantas para la producción de medicamentos.

• En los alimentos:  las proteínas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno, las cuales desempeñan un papel fundamental en el organismo ya que son indispensables para el crecimiento por su contenido de nitrógeno, adicionalmente ayudan a transportar gases a través del torrente sanguíneo como el oxígeno y dióxido de carbono, y ayuda a mantener el equilibrio ácido-base y la presión del plasma.

Pero dicho esto queda claro las razones por las que se debe analizar y cuantificar su presencia, pero ¿Cuál es el proceso utilizado para cuantificar nitrógeno?

Para comprender la tecnología que nos permite destilar nitrógeno debemos empezar por los conceptos más básicos que nos permitan entender como finalmente podemos operar este fantástico instrumento automático en un análisis como el método Kjeldahl.

¿Qué es la destilación?

 Es una técnica que nos permite separa de forma física componentes de una mezcla liquida utilizando la ebullición de los compuestos (se recomienda que tengan una diferencia mínima entre las temperaturas de ebullición de 5°C, a mayor diferencia mayor eficiencia y pureza de la extracción resultante) y seguidamente la condensación, pasará primero a la fase de vapor la sustancia que tenga menor punto de ebullición, luego esta misma sustancia en fase gaseosa se enfriará y condensará pasando nuevamente estado líquido en otro recipiente donde se considera que el producto obtenido tiene mayor grado de pureza.

Se cree que los inicios del proceso de destilación datan de 3000 A.C. en aplicaciones en la perfumería de la cultura egipcia, pero fue con la evolución de la alquimia hacia la ciencia de la química, que se pudieron evidenciar cambios significativos, pero solo hasta principios del siglo XIX se desarrollaron los conceptos básicos de las técnicas modernas, donde se clasifica la destilación en:

• Destilación simple: el método más sencillo utilizado cuando la diferencia en los puntos de ebullición son mínimo 25°C, para garantizar la eficiencia en la separación, se identifica que el condensador utilizado es de estructura lineal, rodeada normalmente de agua fría para ayudar a la condensación de los vapores. (ver figura 1.)

• Destilación fraccionada: incluye dentro del montaje una columna de fraccionamiento, la cual mejora los tiempos y el proceso de destilación, gracias a las obstrucciones presentadas al interior de la columna que ayudan a prolongar los tiempos de recorrido de los vapores de la mezcla.

• Destilación al vacío: se utiliza la reducción de la presión interna como método para reducir las temperaturas de ebullición de los componentes de la mezcla, ya que a menor presión menor temperatura de ebullición de las sustancias (es importante destacar que todo el sistema funciona en vacío)

• Destilación por arrastre de vapor: los componentes volátiles o altamente sensibles a la temperatura se pueden separar mediante inyección directa de vapor.

• Destilación seca: se da cuando la mezcla está compuesta solo de materiales solidos los cuales al calentarse producen gases que pueden ser condensados en otro recipiente.

Como podemos ver existen diferentes clases de destilación, cada una de ellas útil dependiendo de la muestra que se desee separar y cuál es el producto de interés en la separación ya que la temperatura puede afectar el producto final si este es sensible a las altas temperaturas, es por esta razón que uno de los métodos más utilizados es,  la destilación por arrastre de vapor ya que permite manejar temperaturas más bajas reduciendo el deterioro de los productos deseados, entre los cuales podemos contemplar el nitrógeno que no solo cuenta con un método particular de destilación (por arrastre de vapor) sino que también es cuantificado gracias al método Kjeldahl (el cual analizaremos paso a paso en otro de nuestros artículos).

En los inicios de la aplicación del método Kjeldahl se utilizaban sistemas constituidos de piezas de vidrio las cuales eran muy delicadas y podían verse afectadas con los cambios bruscos de temperatura, adicionalmente tomaba mucho tiempo lograr realizar las extracciones y el consumo de era muy alto ya que los condensadores requerían un flujo constante para garantizar la condensación de los vapores.

Pero es ahora donde los avances tecnológicos nos permiten contar con equipos automatizados con múltiples aplicación que tienen como función principal la destilación por arrastre de vapor, pero que de forma paralela han sido diseñados para permitirnos realizar adiciones de forma controlada de agua, bases y ácidos, lo que nos permite utilizarlos para la identificación y cuantificación de nitrógeno amoniacal, determinación de proteínas, contenido de nitrógeno (Kjeldahl o destilación alcalina directa), nitrógeno nítrico, fenoles, ácidos volátiles, cianuros y contenidos de alcohol.

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Publicación: 25/Junio/2021

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Fuente:
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