Investigador desarrolla material a microescala como estrategia didáctica 

En la práctica científica, la experimentación tiene el objetivo de consolidar una hipótesis o refutarla, también es útil para discernir entre dos interpretaciones de un mismo fenómeno. No obstante, los procedimientos tradicionales requieren de equipos complejos y, muchas veces, costosos, así como de grandes cantidades de reactivos que pueden ser peligrosos. 

Ante este panorama, muchos laboratorios de instrucción implementaron la “Química a microescala”, un conjunto de técnicas y métodos, cuyo objetivo es reducir a la mínima escala los componentes utilizados en equipo convencional para obtener resultados estadísticamente equivalentes.  

El doctor Arturo de Jesús García Mendoza, académico de la FES Cuautitlán, aprendió las bondades de esta técnica durante su formación académica, por lo cual una de sus líneas de trabajo está dedicada al “Desarrollo de metodología analítica a microescala”, con la finalidad de fomentar entre sus alumnos la capacidad inventiva, para que con su conocimiento sobre el funcionamiento del equipo y los materiales a su alcance sean capaces de innovar. 

Enseñanza experimental en electroquímica analítica 

La química analítica estudia la composición de un material o muestra, mediante diferentes metodologías. De acuerdo con el doctor García, la enseñanza convencional de esta disciplina requiere de la implementación de instrumentos sofisticados, interfaces simples y el análisis de múltiples muestras. 

Sin embargo, algunos equipos se caracterizan por sus altos costos de adquisición y operación, “lo que hace que los estudiantes los conciban como cajas negras de funcionamiento desconocido”, opinó.  Eventualmente esto repercutirá en la pérdida de su discernimiento, por lo que el académico y su equipo de trabajo proponen el desarrollo de material reducido al tamaño más pequeño para usarlo durante la enseñanza experimental en electroquímica analítica. 

El investigador detalló que gracias al uso de la microescala los universitarios han logrado un aprendizaje significativo, transitando por las diferentes técnicas electroanalíticas, como la potenciometría, un método analítico con el que se puede determinar la concentración de una especie electroactiva en una disolución, utilizando un electrodo de referencia, uno de trabajo y un potenciómetro.

Construcción y caracterización de sensores 

Bajo la coordinación del doctor García, los académicos han comprobado que con la implementación de materiales de bajo costo se puede montar todo un equipo de experimentación que les permita seguir una curva de titulación, es decir, las representaciones gráficas de la variación del pH durante el transcurso de la valoración, tal como si se hiciera con equipo convencional, pero sin depender de los proveedores de instrumental. 

Recientemente, colaboraron con la Química Deborah Valencia Gutiérrez Núñez, para construir y caracterizar sensores no membranales en estado sólido, a fin de determinar los niveles de acidez en muestras lácteas, y con esto demostrar que es posible crear un diseño robusto y duradero, capaz de proponer metodologías analíticas mediante valoraciones potenciométricas. 

El académico comentó que éstos son utilizados en gran parte de la industria alimentaria para llevar a cabo pruebas analíticas de control de calidad, basadas en el uso de sensores que convierten la actividad de un ion específico disuelto en una solución de potencial eléctrico, con el propósito de elegir, clasificar y controlar la materia prima usada para elaborar productos, así como para monitorear cambios fisicoquímicos que tiene la matriz alimenticia durante este proceso. 

Con ese fin, se emplea el electrodo combinado de vidrio, la desventaja del comercial es su fragilidad y costo. Además, siguiendo la normativa mexicana vigente, se usa en  muestras directas que repercuten en su durabilidad, precisión y exactitud de la respuesta potencial obtenida, lo cual se debe a que absorbe proteínas en la membrana que compone el elemento de reconocimiento químico. 

A diferencia de los anteriores, los electrodos propuestos se construyeron a base de wolframio y sus óxidos insolubles, haciéndolos sensibles a la actividad del protón que está solvatado (interacción entre las moléculas de un solvente y las de un soluto formando agregados) en disolución acuosa. Por tanto, son candidatos a posibles aplicaciones a nivel académico e industrial. 

La capa de óxidos de wolframio fue generada por anodización y en total se construyeron seis modelos que fueron caracterizados en términos de su evaluación y desempeño. Se determinó la reversibilidad de sus reacciones potenciométricas y se compararon estadísticamente las respuestas con las obtenidas mediante un electrodo combinado de vidrio convencional. 

Hacia una química sostenible 

Todos los prospectos elaborados con materiales de fácil adquisición y en variedad de su función. Fueron evaluados electroquímicamente (resultado-estabilidad) verificados con ayuda de un estándar interno con propiedades redox (reacción de oxidación-reducción). Al final se mostró que aquellos fabricados con óxidos generados en medio ácido obtuvieron una mejor reacción y se comprobó que existe una interacción entre el protón y los óxidos de wolframio, aun cuando tengan un recubrimiento polimérico de Nafión. 

Asimismo, al determinar la acidez en muestras lácteas, se obtuvieron cifras confiables por la asociación de las funciones de “Gran” a la respuesta dada por los electrodos de wolframio construidos. De igual forma, se corroboró que existe una diferencia significativa en la acidez determinada entre la dilución de la muestra de leche con agua y sin diluir.

Hasta este punto, el grupo de trabajo comentó que la implementación de la microescala influye en la disminución de costos de operación, el consumo de reactivos y disolventes, el espacio de almacenamiento, la cantidad de desechos y el tiempo y los riesgos de operación. Otra de sus ventajas es que favorece el trabajo de campo y en el aula, el equipamiento y la reparación rápida a bajo costo.  

Además, posibilita alcanzar todas las metas del trabajo práctico, ofrece mayor aprovechamiento del tiempo en actividades prácticas, en el proceso de enseñanza y aprendizaje. También, promueve la integración de la experiencia en el laboratorio con la teoría, presenta mejores logros, mayor oportunidad a múltiples ensayos y fomenta la química verde y la igualdad de contexto. 

Sin embargo, “la introducción de microescala analítica debe ser clara, no tratamos de reemplazar la instrumentación convencional. Queremos complementar mediante la primera presentación de un material que el alumno pueda usar sin temor y con plena libertad hasta adquirir la pericia necesaria”, explicó el doctor García.

María Dolores Elizondo Alvarado