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LABORATORIO DE MÉTODOS INSTRUMENTALES
PRÁCTICA 1:
“DETERMINACIÓN DE FÓSFORO EN BEBIDAS DE COLA POR
ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS”
EQUIPO 2
DURAN GARCIA YAMILE DEL ROCIO
DZUL CANCHE EDWIN ISRAEL
MARTIN CHE CARLOS PATRICIO
QUINTAL RIVERA CRISTIAN MARTIN
SALÓN 8
MÉRIDA, YUCATÁN, MÉXICO
24 de Enero de 2013
INDICE
UADYFACULTAD DE
QUÍMICA.
Campus de Ciencias De la
Salud
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
METODOLOGIA
RESULTADOS
DISCUSIONES
CONLUSIONES
REFERENCIAS
Antecedentes
El estudio a nivel bioquímico de cualquier molécula requiere la utilización de
técnicas analíticas que permitan su determinación cualitativa y cuantitativa, así
como su caracterización físico-química y biológica. Uno de los métodos más
sencillos, accesibles, útiles y utilizados es la espectroscopia, en general, y la
espectroscopia ultravioleta-visible, en particular. Se puede identificar y
cuantificar biomoleculas en solución y en muestras biológicas, con el empleo
de reactivos específicos que reaccionan con el compuesto a analizar y forman
un producto coloreado que permite detectarlo en muestras complejas.1
El fundamento de la espectroscopia se debe a la capacidad de las moléculas
para absorber radiaciones, entre ellas las radiaciones dentro del espectro UV-
visible. Las longitudes de onda de las radiaciones que una molécula puede
absorber y la eficiencia con la que se absorben dependen de la estructura
atómica y de las condiciones del medio (pH, temperatura, fuerza iónica,
constante dieléctrica), por lo que dicha técnica constituye un valioso
instrumento para la determinación y caracterización de moléculas.1
Las moléculas pueden absorber energía luminosa y almacenarla en forma de
energía interna. Cuando la luz (considerada como energía) es absorbida por
una molécula se origina un salto desde un estado energético basal o
fundamental, a un estado de mayor energía (estado excitado) figura#1 y sólo
se absorberá la energía que permita el salto al estado excitado.1
Cada molécula tiene una seria de estados excitados (o bandas) que la
distingue del resto de las moléculas. Como consecuencia, la absorción que a
Figura#1. La absorción de energía hace que la molécula pase de estado basal a estado excitado
distintas longitudes de onda presenta una molécula esto es su espectro de
absorción, constituye una señal de identidad de la misma. Por último, la
molécula en forma excitada libera la energía absorbida hasta el estado
energético fundamental.
La ley de Lambert-beer expresa la relación entre absorbancia de la luz
monocromática (de longitud de onda fija) y concentración de un cromóforo en
solución: 1
A=εbc
La absorbancia de una solución es directamente proporcional a su
concentración a mayor número de moléculas mayor interacción de la luz con
ellas, también depende de la distancia que recorre la luz por la solución a igual
concentración.1
La medición de absorbancia de la luz por las moléculas se realiza en unos
aparatos llamados espectrofotómetros. Aunque pueden variar en diseño, en
especial con la incorporación de ordenadores para el análisis de datos, todos
los espectrofotómetros constan, según se indica la figura#2 de:1
1) Una fuente de energía radiante: lámpara de deuterio y tungsteno
2) Un monocromador para la selección de radiaciones de una determinada
longitud de onda: filtros, prismas, redes de difracción.
3) Un compartimiento donde se aloja un recipiente transparente (cubetas o
tubos) que contenga la muestra pueden ser de vidrio, cuarzo o plástico
transparente. Para medir en UV se deben usar las de cuarzo o sílice
fundido, porque el vidrio no transmite la radiación UV.
4) Un detector de luz y un amplificador convertidor de las señales
luminosas en señales eléctricas.
5) Un registrador o sistema de lectura de datos.1
A= absorbancia ε= coeficiente de extinción molar c= concentración
Figura#2 partes de un espectrofotómetro
Objetivos
Conocer las partes que conforman un espectrofotómetro de UV-VIS y la
funcionalidad del equipo.
Realizar una curva de calibración para cuantificar la concentración de
fosforo en una muestra obtenida en bebidas de cola mediante la técnica
de UV-VIS.
Metodología
Se preparó 100 ml de la solución stock de P2O5 a 100 ppm a partir de KH2PO4
se pesó 0.0192 g y se aforo hasta 50 ml en un matraz de aforo, después se
preparó una solución de 25 ml a 4 ppm de la solución anterior. Seguidamente
se procedió a preparar la solución reductora a partir de pesar 0.159 g de
molibdato de amonio y disolviéndolo en 5 ml de agua destilada, se pesó 0.2190
g de ácido ascórbico que se disolvió en 10 ml de agua destilada y se preparó
una disolución de H2SO4 concentrado en 15 ml de agua destilada, luego se
mezclaron las tres mezclas en el orden de preparación y luego aforar a 50 ml.
Se preparó una curva de titulación con alícuotas tomadas de la solución de
trabajo de 4 ppm en 1, 2, 3, 4 y 5 ml, las cuales se le agregaron 4 ml de la
solución reductora y se aforaron hasta 10 ml con agua destilada.
Teniendo la muestra, Coca Cola, se tomó 10 ml de esta, los cuales fueron
desgasificados utilizando un baño de ultrasonido, de la muestra ya
desgasificada se tomó una alícuota de 1 ml y se le agrego 4 ml de la solución
reductora y se le aforo hasta 10 ml con agua destilada, la preparación de la
muestra se realizó por duplicado, a la par se preparó un blanco.
Las soluciones preparadas fueron calentadas a baño maría a 50° C durante 30
minutos, ya cumplido con el tiempo de calentamiento se retiraron del baño para
dejarlas enfriar. Las soluciones de trabajo junto con el blanco que en total
resultaron 9 fueron depositadas en celdas de plástico para su análisis. Las
muestras ya dispuestas en la celdas ya analizaron en el espectrofotómetro
Genesys 10S UV-Vis Spectrophotometer-ThermoScientific. Se realizó un
barrido entre el intervalo de 700 a 850 nm para determinar la longitud de onda
máxima en esa región se deseaba cuantificar la concentración de fosforo en la
muestra.
RESULTADOS-DISCUSIONES
1. Para la preparación de la solución stock de 100 mL con una
concentración de 100 ppm, se preparó a partir del KH2PO4, ya que el
P2O5 no existe en la naturaleza; para lo cual se hicieron los siguientes
cálculos a partir del KH2PO4:
100 ppm = 100 mg = 0.1 mg/mL
1000 mL
(0mg/mL)(100mL)(1g/1000 mL) = 0.01g de P2O5
0.01g de P2O5 X 1 mol de P2O5 X 4 mol KH2PO4 X 136.08g de KH2PO4 =
141.9446g de P2O5 2 mol de P2O5 1 mol KH2PO4
= 0.0191 g KH2PO4
Al realizar la pesada de 0.0191 g de KH2PO4 la cantidad varió por
diezmilésimas, nuestro valor real del peso fue de: 0.0192 g de KH2PO4
0.0191g de KH2PO4 0.01g de P2O5
0.0192g de KH2PO4 X
X = 0.01005 g de P2O5
Al variar la cantidad del peso, también la concentración se ve afectada,
por lo tanto nuestra nueva concentración fue la siguiente:
1 g ---------------- 1000 mg
0.01005 g ----------- X X = 10.05 mg de P2O5
ppm = 10.05 mg = 100.5 ppm
0.1 L
2. Para la preparación de una solución de trabajo de 25 mL con una
concentración de 4 ppm, se tomó 1 mL de la solución stock; debido al aumento
de la concentración de la solución stock, también se ven afectadas las
concentraciones de las siguientes alícuotas:
(100.5 ppm)(1 mL) = (25 mL)(ppm2)
ppm2 = (100.5 ppm)(1 mL) / 25 mL
ppm2 = 4.02 ppm
Concentraciones de las alícuotas:
(1 mL)(4.02 ppm) = (10 mL)(ppm)
ppm = (1 mL)(4.02 ppm) / 10 mL
ppm = 0.402 ppm Alícuota de 1 mL
ppm = (2 mL)(4.02 ppm) / 10 mL
ppm = 0.804 ppm Alícuota de 2 mL
ppm = (3 mL)(4.02 ppm) / 10 mL
ppm = 1.206 ppm Alícuota de 3 mL
ppm = (4 mL)(4.04 ppm) / 10 mL
ppm = 1.608 ppm Alícuota de 4 mL
ppm = (5 mL)(4.02 ppm) /10 mL
ppm = 2.01 ppm Alícuota de 5 mL
Valores obtenidos en el espectrofotómetro:
Tabla 1. Valores de la curva de calibración
Solución de 10 mL
Alícuotas mL
Concentración de P2O5
(ppm)
Absorbancia
835 nm
1 0.402 0.099
2 0.804 0.280
3 1.206 0.467
4 1.608 0.649
5 2.010 0.767
CARACTERISTICAS DE LA CURVA DE CALIBRACION DADAS POR EL
EQUIPO
AJUSTE DE CURVA LINEAL
Pendiente: 0.424 Desviación estándar: 2.41x10-02
Intercepto: - 0.0591 Coeficiente de correlación: 9.97x10-01
Tabla 2. Absorbancia y concentración de la muestra
Muestra Absorbancia a 835 nm Concentración (ppm)
1 0.232 0.686
2 0.367 1.005
Niveles de fósforo presentes en las muestras de cola a partir de las
concentraciones en ppm de P2O5 utilizando el factor gravimétrico:
ppm P2 = (X ppm de P2O5) (50) (10) (62 g de P2 / 142 de P2O5)
Muestra 1
ppm P2 = (0.686 ppm) (50) (10) (0.4366)
ppm P2 = 149.75 mg/L
Muestra 2
ppm de P2 = (1.005 ppm) (50) (10) (0.4366)
ppm de P2 = 219.39 mg/L
Para determinar la presencia de fosforo en la bebida de cola se realiza con un
método llamado azul de molibdeno. Para ello el fosforo pasa de un estado
inorgánico a un complejo fosfómolibdato. Durante la determinación no se
determina el fosforo directamente ya que no es posible, el complejo formado es
el que se cuantifica y basándose en la absorbancia del complejo fosfomolibdato
debe ser proporcional a la cantidad de fosforo presente en la bebida.3
Los resultados obtenidos se puede observar un incremento exponencial de la
absorbancia conforme aumenta la concentración ya que según la ley de
Bouguer-Beer la absorbancia es directamente proporcional a la concentración
de la muestra.2
Ley de Bouguer-Beer2
A=ƐbC donde: A=absorbancia
Ɛ=coeficiente de extinción molar
b b= densidad óptica
C=concentración
El contenido de fosforo en la muestra en la segunda muestra fue de 219 ppm,
de acuerdo a la literatura el contenido de fosforo en Coca – Cola es de 215
ppm. La diferencia se puede deber a longitud de onda utilizada ya que en el
laboratorio se usó una longitud de onda de 835 nm y en la literatura se usa una
longitud de 830 nm, estos pudo influir en la variación de resultados, de igual
forma se pudo cometer errores durante la medición de la muestra o al momento
de aforar. Otra posible interferencia pudo ser la solución reductora, en la
literatura nos menciona que la solución reductora se tiene que almacenar por lo
menos una semana antes de usarla. 4
Conclusión:
Se logró el objetivo de conocer las partes del espectrofotómetro de UV-Vis y de
igual se logró realizar un curva de calibración de UV-Vis para la determinación
de fosforo en la bebida de cola. Se llegó a la conclusión de que la cantidad de
fosforo en el refresco de cola no presenta peligro para el cuerpo ya que no se
encuentra en grandes cantidades.
Referencias
1) Díaz N, A., Ruiz A, B., Reyes E, F., Cejudo A, G., Novo J, J., Fiñana I, T,
espectrofotometría: espectros de absorción y cuantificación colorimétrica
de biomoleculas. Departamento de bioquímica y biología molecular,
campus universitario de rabanales, facultad de medicina.
2) A. L. Underwood. R. A. Day, Jr. Química Analítica y Cuantitativa.
Espectrofotometría, editorial Pearson Educación. 5ta edición. Pp 469-
473.
3) http://www.linear.es/ficheros/archivos/1148010C.pdf (revisado enero
2013)
4) Cavazos, N.; Zárate, L.; Torres, E.; Determinación de fósforo y cafeína
en bebidas de cola. Educación Química. 2001, 12, 2. Pp. 116-120