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Derivatización de Bisfenol A con Fe3+/[Fe(CN)₆]3− para su Determinación
Espectrofotométrica en Agua y Papel Térmico
Derivatization of Bisphenol a With Fe3+/[Fe(CN)₆]3− for its
Spectrophotometric Determination in Water and Thermal Paper
Judith Amador-Hernández
judith.amador@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0000-0003-1873-024X
Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas, Saltillo, Coahuila
México
Miguel Velázquez-Manzanares
miguel_velazquez@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-5125-1040
Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas, Saltillo, Coahuila
México
Blanca Yulissa Bazaldua-Bazaldua
bbazaldua@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0000-0003-0967-045X
Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas, Saltillo, Coahuila
México
Artículo recibido: 9 de junio del 2023
Aceptado para publicación: 16 de julio 2023
Conflictos de Intereses: Ninguno que declarar
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RESUMEN
El bisfenol A es un contaminante emergente y disruptor endócrino; por ello, es pertinente el
desarrollo continuo de métodos analíticos para su determinación. En este trabajo, se propone
un nuevo método espectrofotométrico para la determinación de bisfenol A en agua y papel
térmico, basado en una reacción con Fe3+ y Fe(CN)63-, dando como producto el azul de
Turnbull; estas reacciones han sido ya documentadas. Mediante el método propuesto, fue
posible la cuantificación indirecta de este compuesto en el intervalo de 100 a 1 500 μg/L. La
exactitud se estimó en 94 ± 15, calculada como el promedio ± desviación estándar en el
recobro de 13 muestras sintéticas. Los límites de detección y determinación fueron de 28 y 94
μg/L, respectivamente. Finalmente, el método se aplicó al análisis de muestras de agua
contenidas en recipientes de policarbonato, antes y después de su exposición a radiación de
microondas, estando la concentración de BPA por debajo del límite de detección en todos los
casos. También se analizaron recibos expedidos en papel térmico entre 2018 y 2019 en
Saltillo, Coahuila, encontrándose concentraciones entre 0.8 y 2.7%, equiparables a las
reportadas por otros autores para este tipo de muestras.
Palabras clave: BPA, espectrofotometría UV-Visible, contaminante ambiental, xenobiótico
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ABSTRACT
Bisphenol A is an emerging contaminant and endocrine disruptor; therefore, the continuous
development of analytical methods for its determination is pertinent. In this work, a new
spectrophotometric method for the determination of bisphenol A in water and thermal paper
is proposed, based on a reaction with Fe3+ and Fe(CN)63-, giving Turnbull blue as a product;
these reactions have already been documented. Using the proposed method, indirect
quantification of this compound in the range of 100 to 1 500 μg/L was possible. The accuracy
was estimated to be 94 ± 15, calculated as the average ± standard deviation in the recovery of
13 synthetic samples. The limits of detection and determination were 28 and 94 μg/L,
respectively. Finally, the method was applied to the analysis of water samples contained in
polycarbonate containers, before and after exposure to microwave radiation, the BPA
concentration being in all cases below the detection limit. Receipts issued in thermal paper
between 2018 and 2019 in Saltillo, Coahuila, were also analyzed, finding concentrations
between 0.8 and 2.7%, comparable to those reported by other authors for this type of
samples.
Keywords: BPA, UV-Vis spectrophotometry, environmental contaminant, xenobiotic
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INTRODUCCIÓN
El bisfenol A (BPA, por sus siglas en inglés) es el 4-[2-(4-hidroxifenil)propan-2-il]fenol
(véase Figura 1). Es un compuesto químico que se emplea en la producción de gran variedad
de polímeros de uso comercial, tales como:
Plásticos de policarbonato, para la fabricación de botellas de agua, objetos de cocina,
recipientes de uso deportivo, autopartes, electrodomésticos, etc.
Resinas epóxicas, usadas en revestimientos de latas para alimentos y tuberías,
selladores dentales, entre otros (National Center for Biotechnology Information
[NCBI], 2024; Corrales et al., 2015).
Figura 1: Estructura química del BPA.
Es el compuesto más representativo del grupo de los bisfenoles (BP). Se clasifica como
disruptor endócrino, al actuar como sustancia exógena al organismo que altera la función del
sistema endócrino y consecuentemente causa efectos adversos en su salud. Se considera un
compuesto xenoestrogénico, ya que se une a los receptores de estrógeno y compite con esta
hormona natural. En el ser humano, actualmente se le relaciona con efectos reproductivos
adversos en ambos sexos, enfermedades cardiovasculares, alteraciones del sistema nervioso
central, obesidad, diabetes tipo 2, cáncer, entre otros (Ma et al., 2019; La Merrill et al., 2020;
Cimmino et al., 2020).
Actualmente, en la Comunidad Europea se prohíbe el uso de BPA en la fabricación de
biberones y contenedores de alimento infantil, además que desde 2018 se ha establecido el
límite específico de migración (SML, por sus siglas en inglés) en 0.05 mg de BPA/kg de
alimento, el cual se aplica a diversos materiales que contengan BPA y que entren en contacto
con alimentos (Comisión Europea, 2018). Por otro lado, a partir de 2023 se declaró a nivel
europeo la ingesta diaria tolerable para el BPA en 0.2 ng/kg de peso corporal/día (EFSA CEP
et al., 2023). Dada su toxicidad, el BPA se considera hoy en día un contaminante emergente
en el rubro de plastificantes (Rosenfeld & Feng, 2011).
O
H
O
H
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El BPA también se usa como revelador de color en el papel térmico, de uso generalizado
actualmente en la emisión de comprobantes de transacciones bancarias y comerciales,
etiquetas y boletos, entre otros. En este tipo de papel se imprime por calor -no por tinta-, por
lo que la impresión es rápida, silenciosa, de bajo costo y de calidad garantizada. Tan sólo en
2023 se estimó en 4.16 billones de dólares americanos el mercado mundial del papel térmico
y se proyecta que tenga un incremento anual del 4.3% del 2024 al 2030 (Grand View
Research, 2024).
Desafortunadamente, el contenido de BPA en este tipo de materiales es alarmantemente alto.
Por ejemplo, Geens et al. (2012) reportaron BPA en 44 muestras de papel térmico colectadas
en Bélgica, con concentraciones entre 0.9 y 2.1% peso/peso (p/p); de acuerdo con sus
estimaciones, esto representó una media de exposición de 0.44 g de BPA por día para la
población en general. En otro trabajo, Babu et al. (2015) reportaron BPA en la mayoría de las
muestras analizadas de papel térmico de recibos comerciales recolectados en Estados Unidos
(n=164), con concentraciones en el intervalo de 0.45 a 4.26% p/p. Además, Frankowski et al.
(2020) encontraron el BPA en 69% de las muestras de papel térmico colectadas en 39 países,
de mayo del 2018 a mayo del 2019. Ante tales hallazgos, desde 2016 la Unión Europea
promovió la restricción de BPA en papel térmico, fijando su concentración máxima permitida
en 0.02% p/p a partir de enero de 2020 (Comisión Europea, 2016).
Desde el punto de vista analítico, la cuantificación de BPA en matrices lidas y líquidas se
lleva a cabo principalmente por técnicas cromatográficas, siendo la espectrometría de masas
la técnica de detección más común (Salgueiro-González et al., 2017). Además, el análisis de
muestras ambientales está evolucionando rápidamente hacia la Química Analítica
Sustentable, en la que además de priorizarse la reducción en el uso de reactivos y disolventes
tóxicos, disminuyen los residuos generados por análisis y baja su costo total. Con fines de
preconcentración en muestras líquidas, la técnica más usada es la extracción en fase sólida,
seguida de microextracción líquido-líquido dispersiva; para el tratamiento de muestras
sólidas, las técnicas más usadas son QuEChERS, así como la extracción asistida por
ultrasonido o microondas (Pérez-Fernández et al., 2017; Casado-Carmona et al., 2023).
Tanto en muestras sólidas como quidas, la determinación de BPA normalmente se lleva a
cabo sin el desarrollo de reacciones químicas previas; sin embargo, la derivatización es una
estrategia que permita alcanzar una mayor sensibilidad o selectividad en el análisis (Atapattu
& Rosenfeld, 2022). Así, Park et al. (2016) han propuesto la reacción de BPA con hierro III
(Fe3+) y el anión ferricianuro [[Fe(CN)6]3-] en la construcción de un microdispositivo para su
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cuantificación, si bien éste es poco sensible debido al uso de imágenes con fines de detección.
De manera análoga, diversos autores han propuesto la determinación espectrofotométrica de
salbutamol y aciclovir (Basavaiah et al., 2003), meloxicam (Vasiliki et al., 2007) y vitamina
E (Jadoon et al., 2010) mediante su derivatización con estos reactivos.
En este trabajo, se presenta la puesta a punto de un método espectrofotométrico para la
determinación de BPA a nivel de trazas mediante su derivación con Fe3+/[Fe(CN)₆]3−] y su
aplicación en agua y papel térmico.
METODOLOGÍA
Instrumentación
Se utilizó un espectrofotómetro UV-Vis Cary 300 de Agilent Technologies, controlado por el
software Cary WinUV v. 4.20. Para el tratamiento de datos, se utilizó el programa OriginPro
SR0 de Origin Lab Corporation y Statgraphics Centurion 19 de Statgraphics Technologies.
Reactivos y materiales
Todos los reactivos fueron al menos grado analítico. El BPA (pureza > 99.8%) fue de Sigma-
Aldrich, al igual que los bisfenoles S, F, AF, B y M. El metanol (MeOH) y acetonitrilo
(ACN) fueron grado HPLC de JT Baker. Se utilizó agua tridestilada marca Jalmek.
Se preparó una disolución patrón de BPA de 100 mg/L disuelto en MeOH, la cual se
almacenó a 4°C protegidas de la luz. Las disoluciones de trabajo se prepararon diariamente
por dilución adecuada.
Los cartuchos de Extracción en Fase Sólida (SPE, por sus siglas en inglés) fueron de C18
(Supelclean ENVI-18) para su operación en fase reversa, con 1 g de adsorbente y cuerpo de
jeringa de 6 mL, de Sigma-Aldrich.
Procedimiento
Para la reacción de derivatización, en matraces volumétricos de 10 mL se adicionaron
volúmenes adecuados de Fe2(SO4)3 y K3Fe(CN)6 para obtener concentraciones finales de 10
mg/L y 30 mg/L, respectivamente; después de agregó BPA en MeOH, la muestra acuosa o
bien el extracto de papel térmico en MeOH. Igualmente, se añadió MeOH para alcanzar una
concentración final del 15% v/v y se completó el volumen con agua tridestilada hasta el
aforo. Se esperaron 30 min para el desarrollo de la reacción, a temperatura ambiente.
Posteriormente, se registraron los espectros de absorción de 350 a 850 nm, frente a un blanco
reactivo, con una resolución de 1 nm.
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Para la extracción del BPA en el papel térmico, se adaptó el procedimiento descrito por
Jurek,& Leitner (2018). En tubos para centrífuga de vidrio con fondo cónico de 15 mL, se
agregaron muestras de papel térmico de 100 mg aproximadamente, en fragmentos pequeños,
mas 2 mL de MeOH en cada caso. Las muestras se llevaron al baño ultrasónico por 15 min y
se tomó 1 mL del sobrenadante para llevar a la reacción de derivatización.
Para la preconcentración de BPA en agua, cada cartucho de SPE se acondicionó con 10 mL
de MeOH y 10 mL de agua tridestilada. La muestra acuosa de 100 mL se pasó a través del
cartucho a razón de 10 mL/min aproximadamente, para después eluir el analito con 2 mL de
MeOH.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El procedimiento se sustenta en tres reacciones químicas (Burriel et al., 1994):
   
 (Reacción 1)
 󰇛󰇜
  󰇛󰇜
 (Reacción 2)
 󰇛󰇜
 󰇟󰇛󰇜󰇠 (Reacción 3)
donde BP representa a un bisfenol, mientras que BPox re refiere a su producto oxidado.
Finalmente, se forma un complejo entre el producto oxidado del bisfenol con el producto de
la última reacción, de color azul intenso, conocido como azul de Turnbull.
Optimización de la derivatización
En la Tabla 1 se muestran las variables estudiadas para el desarrollo de la reacción con BPA
como analito, así como las condiciones elegidas. En primera instancia, fue necesario
reconocer las concentraciones de Fe2(SO4)3 y K3Fe(CN)6 para el desarrollo de la reacción.
Para ello, se prepararon una serie de disoluciones con variaciones en la concentración de la
sal férrica y de la sal de ferricianuro siguiendo un diseño experimental del tipo factorial
completo 32, con dos réplicas por condición.
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Tabla 1. Variables estudiadas en el desarrollo de la derivatización de BPA.
Variable
Intervalo estudiado
Valor elegido
Concentración de Fe2(SO4)3
10 a 50 mg/L
10 mg/L
Concentración de K3Fe(CN)6
10 a 50 mg/L
50 mg/L
Naturaleza y concentración de ácido
mineral
H2SO4 y HCl, 0 al 10% v/v
No se requiere
Temperatura
25 a 80 °C
25 °C
Tiempo de reacción
1 a 120 min
30 min
MeOH
0 a 1.5 mL
1.5 mL
La superficie de respuesta con tales resultados se muestra en la Figura 2, donde puede
observarse que las concentraciones de 10 mg/L para Fe2(SO4)3 y de 50 mg/L para K3Fe(CN)6
son las recomendadas para el desarrollo de la reacción. Para este modelo, la ecuación
propuesta fue Absorbancia=0.294863 - 0.0534618*Ion férrico + 0.0550548*Ion ferricianuro
+ 0.00124414*Ion férrico^2 - 0.000858763*Ion férrico*Ion ferricianuro - 0.000251294*Ion
ferricianuro^2, la cual explica el 77% de la variabilidad en absorbancia.
Figura 2: Superficie de respuesta para la concentración de las sales férricas en el diseño 32
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Por otro lado, en la Tabla 2 se presenta el Análisis de Varianza, mediante el cual se aprecia
que la concentración de la especie Fe(CN)63-, el término cuadrático asociado a la especie Fe3+
y la interacción entre ambos factores son significativos. El promedio de los residuos
correspondió a 0.18242.
En segunda instancia, se evaluó la influencia de la acidez del medio en la reacción, utilizando
para ello disoluciones de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico a diferentes concentraciones,
cuya presencia no favoreció el desarrollo de la reacción. También se exploró la presencia de
medio básico con la ayuda de hidróxido de sodio, observándose que apareció un precipitado
de color anaranjado en lugar del complejo azul esperado. Ante estos resultados, se decidió
realizar la reacción sin la adición de reactivos para el ajuste del pH. Posteriormente, se
analizó el efecto de la temperatura sobre el desarrollo del producto de derivatización. Para
ello, se calentaron tres réplicas a 50 y 80 °C durante 30 min, apareciendo un precipitado no
deseable. Ante este hecho, el resto de los experimentos se llevaron a cabo a temperatura
ambiente.
Tabla 2. Análisis de Varianza para el diseño factorial 32.
Suma de
Cuadrados
Gl
Cuadrado
Medio
Razón-F
Valor-P
0.100526
1
0.100526
1.34
0.2745
0.862065
1
0.862065
11.46
0.0069
0.849123
1
0.849123
11.29
0.0072
0.943965
1
0.943965
12.55
0.0053
0.0387986
1
0.0387986
0.52
0.4891
0.0356287
1
0.0356287
0.47
0.5070
0.752181
10
0.0752181
3.32343
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Otra variable estudiada fue el tiempo de reacción, que equivale al periodo de espera necesario
para que la reacción se desarrolle hasta llegar a una señal analítica constante. En la Figura 3a
se presenta la tendencia observada en la absorbancia registrada a 800.5 nm, para una
concentración de BPA de 5 mg/L. Tal como puede observarse, se tiene un incremento
exponencial en la absorbancia hasta llegar a 30 min, donde se estabiliza la señal analítica. Por
ello, el tiempo de reacción se fijó a este valor. Finalmente, en la Figura 3b se observa el
espectro de absorción del producto de la reacción a partir del BPA.
Figura 3. Cinética de derivatización del BPA por espectrofotometría UV-Vis (a) y espectro
de absorción en la región visible del producto derivado (b).
Calibración y validación del método
En las condiciones óptimas elegidas, se preparó una serie de 18 muestras para la calibración
de BPA, considerando nueve niveles de concentración por duplicado. El intervalo lineal de
trabajo fue de 100 a 1 500 µg/L; la ecuación de la curva de calibración estimada fue A800 =
1.8787x10-4[BPA, µg L-1] + 0.0128, con un coeficiente de correlación de 0.991. También se
realizó un análisis de datos residuales (diferencias entre las señales registradas y las esperadas
por el modelo de calibración a las concentraciones dadas), encontrando que la elección del
modelo lineal fue pertinente.
Posteriormente, se continuó con la validación del método a través de la estimación de la
exactitud y precisión. Para la exactitud, se prepararon 13 muestras de concentración conocida
de BPA en el intervalo de 40 a 750 µg/L, las cuales se sometieron al proceso de
derivatización y se analizaron bajo las condiciones instrumentales antes descritas, para
estimar sus porcentajes de recobro correspondientes. A partir de estos datos se calculó un
promedio ± desviación estándar de 94 ± 15% de BPA. Complementariamente, para la
015 30 45 60
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Absorbancia
Tiempo, min
a)
450 550 650 750 850
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Absorbancia
Longitud de onda, nm
b)
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precisión en términos de repetibilidad se prepararon dos series de muestras, a 500 y a 1 100
µg/L de BPA, expresándose el resultado de ésta como desviación estándar relativa en
porcentaje, también conocida como coeficiente de variación, la cual se estimó en 14 y 10%,
respectivamente.
En cuanto a la sensibilidad del método, se preparó una serie de seis muestras blanco para la
estimación de los límites de detección y determinación, los cuales fueron de 28 y 94 µg/L de
BPA, respectivamente.
Respecto a la selectividad de la reacción, el metanol interfiere en la determinación en una
razón de 1:1 000 000, al igual que el etanol; por ello es importante fijar su concentración final
en el medio de reacción. Por otro lado, los bisfenoles S, F, B, M y AF reaccionan en las
mismas condiciones de derivatización que el BPA, pero con distinta velocidad de reacción,
en el orden:
bisfenol F > bisfenol B > bisfenol M > bisfenol AF > bisfenol S
Si bien se forma el mismo producto de reacción tras la derivatización, se reconocen cinéticas
distintas, así como máximos de absorción en los espectros con desplazamientos batocrómicos
o hipocrómicos respecto a la longitud de onda del máximo del derivado del BPA.
Cuantificación de BPA en agua
Para la aplicación del método, se analizaron siete muestras de agua tridestilada que se
almacenaron en recipientes de policarbonato de uso alimentario, las cuales se resguardaron
cuatro semanas protegidas de la luz a temperatura ambiente. Las muestras fueron analizadas
antes y después de su calentamiento por 10 min en horno de microondas de uso doméstico, a
la potencia máxima.
Cada una de estas muestras se preconcentró por SPE con la finalidad de incrementar la
concentración de BPA en el lixiviado, si éste migrase del recipiente de policarbonato de uso
alimentario a la matriz acuosa. De acuerdo con los análisis realizados, en todos los casos el
BPA estuvo por debajo del límite de detección del método y por lo tanto por debajo del SLM
de 0.05 mg de BPA/kg de alimento (Comisión Europea, 2018), por lo cual se consideró
seguro el uso de estos recipientes en relación a la presencia de BPA.
Cuantificación de BPA en papel térmico
También se analizaron fragmentos de papel térmico de recibos comerciales expedidos en
2018 y 2019 en Saltillo, Coahuila, México. Una vez realizada la extracción del BPA de
acuerdo con el procedimiento descrito en la Metodología, se realizó la reacción de
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derivatización y su determinación espectrofotométrica. En la Tabla 3 se presentan los
resultados del análisis de cinco muestras de papel térmico provenientes de distintos
establecimientos comerciales.
Tabla 3. Cuantificación de BPA extraído de papel térmico para impresión de recibos
comerciales.
Muestra
Concentración, % p/p
Recibo comercial 1
0.8 ± 0.2
Recibo comercial 2
2.9 ± 0.1
Recibo comercial 3
1.3 ± 0.3
Recibo comercial 4
1.8 ± 0.1
Recibo comercial 5
2.7 ± 0.3
De acuerdo con estos resultados, las concentraciones estimadas estuvieron en el mismo orden
de concentraciones que las reportadas por otros autores (Liao & Kannan, 2011; Geens et al.,
2012; Babu et al., 2015; Frankowski et al., 2020).
CONCLUSIONES
En este trabajo, se presentó la determinación indirecta de BPA, a través de su oxidación con
sales férricas que finalizó con la formación del colorante conocido como azul de Turnbull,
cuya señal de absorbancia a 800 nm fue proporcional a la concentración de BPA a niveles
traza. La exactitud y precisión del método fueron aceptables, considerando el orden de
concentración del analito. Sin embargo, debe reconocerse que su selectividad fue limitada, ya
que otros compuestos orgánicos con carácter reductor pueden oxidarse en las condiciones
propuestas. Por ello, su aplicación se recomienda en el análisis de matrices simples o estando
el BPA entre los compuestos mayoritarios. Se sugiere su uso como prueba simple y de bajo
costo para la cuantificación de BPA, antes de una prueba cromatográfica para su
confirmación.
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AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la UAdeC por las facilidades otorgadas para la realización de este
trabajo.
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