UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA METROPOLITANA
INGENIERIA EN QUIMICA
LABORATORIO ANALISIS INSTRUMENTAL.
INFORME N°1:
ESPECTROFOTOMETRÍA UV−VISIBLE
INTRODUCCION
En este laboratorio utilizaremos el método de la espectrofotometría con la cual analizaremos la concentraciónde analito de una muestra mediante una serie de pasos. Esta serie de pasos son muy importantes para elanálisis de analito. Una de las técnicas que vamos a conocer para el previo análisis es la colorimetría (seformara el complejo del hierro (III) con el tiociananto); y el barrido espectral del complejo para ladeterminación de un �max para un posterior calculo de tarnsmitancia de las muestras de concentracionesconocidas y el de una muestra problema con quien trabajaremos para encontrar su concentración. El calculode concentración desconocida lo haremos a través del método de los mínimos cuadrados.
PARTE TEORICA
La espectrometría de absorción molecular se basa en la medida de la transmitancia T o de la absorbancia Ade disoluciones que se encuentran en cubetas transparentes que tiene un camino óptico de b cm.Normalmente, la concentración C de un analito absorbente esta relacionada linealmente con la absorbancia.
Un espectrómetro es empleado para medir la cantidad de luz que una muestra absorve. El instrumento operapor el paso de un haz de luz a través de la muestra y mide la atenuación de su intensidad al alcanzar aldetector. Este haz de luz se compone de fotones. Cuando el fotón se encuentra con el analito , existe laposibilidad que el fotón sea absorbido por el analito. Esto significa una disminución en el numero de fotonesen el haz de luz, así se reduce la intensidad de la radiación Electromagnética inherente.
La absorción lumínica depende de la longitud de onda �. Es por eso que la espectrofotometría usa luzmonocromática. La luz monocromática es la luz en la cual todos los fotones tienen igual longitud de onda.
Para analizar una muestra se debe determinar la absorbancia. El espectro de absorbancia muestra como laabsorbancia de luz depende de la longitud de onda de la luz. El espectro es un gráfico de transmitancia versuslongitud de onda y es caracterizada por la longitud de onda (�max) a la cual la transmitancia se minimiza. Esposible también medir una espectro usando absorvancia, donde la (�max) corresponde a la maximización dela absorbancia.
Espectrofotometría: Se refiere a la medida de cantidades relativas de luz absorbida por una muestra, enfunción de la longitud de onda.
Las ventajas de la espectrofotometría sobre otros métodos analíticos de laboratorio son varias: es rápida,precisa, versátil, fácil de usar y eficiente en costo. Los espectrofotómetros se han mejorado en precisión yversatilidad en los últimos años con los avances de tecnología, y hoy se consideran indispensables en unlaboratorio de química analítica.
Transmitancia: es la fracción de radiación incidente transmitida por el medio. Se representa con frecuencia
1
como porcentaje.
T = P/P0
Donde P, P0 es la potencia radiante.
Absorbancia: la absorbancia A de una medio se define por la ecuación
A = −log T = −log (P/P0) = �bc
La absorbancia de un medio aumenta cuando la atenuación del haz de luz se hace mayor.
Ley de Beer: la absorvancia es directamente proporcional al camino óptico b a través del medio y alaconcentración c de la especie absorbente. Estas relaciones vienen dadas por:
A = abc
a: absortividad.
Cuando la concentración se expresa en moles por litro y la longitud de la cubeta en centímetros, laabsortividad se denomina absortividad molar y se representa por el símbolo �.
A = �bc
Curva de calibrado: es la relación grafica entre la señal analítica versus concentración.
Barrido espectral: es la variación de la longitud de onda., necesario para la búsqueda de una �max donde elanalito absorve más luz.
Sensibilidad analítica: este parámetro incluye la precisión en la medicion y se define por:
� = m/�
�: desviación estándar.
Limite de detección: se define como la concentración del analito que da una señal significativamentediferente de la señal del blanco, SAm− SAbl = 3�bl.
Objetivos.
Aprender el uso de la técnica colorimétrica.• Determinar el espectro de absorbancia de la muestra (�max).• Aprender la construcción de una curva de calibración.• Determinar la concentración de una muestra problema a través de uan curva de calibración.•
Parte experimental.
Materiales Reactivos
Tubos de ensayo Solución de tiocianato 1M
Gradillas de tubos Solución de hierro(III) 5,0 *10−4
2
Espectrofotómetro UV−vis Agua destilada
Matraces aforados de 50 mL Ácido clorhídrico concentrado
Pipetas volumétricas
Cubetas para e espectrofotómetro.
Procedimiento experimental.
Se preparó 1L de una solución de Fe+3 de 5.0*10−4 M.• Se preparó 2L de HCl al 1%.• Se preparó 1L de una solución de SCN− de 1M• Curva de Calibración•
Se tiene que preparar a partir de la solución Fe+3 de 5.0*10−4 M (solucion stock; ss), las siguientessoluciones todas aforadas con HCl 1%.
Solución A: 1 mL de ss, aforar a 50mL
Solución B: 2 mL de ss, aforar a 50mL
Solución C: 5 mL de ss, aforar a 50mL
Solucion D: 10 mL de ss, aforar a 50mL
Solución E: 15 mL de ss, aforar a 50mL
Solución F: 20 mL de ss, aforar a 50mL
Para sacar la concentración de cada solución ocupamos la formula:
C1V1 = C2V2
C1 = C2V2
V1
Solución A:
C = 5*10−4 M x 1 mL C= 1*10−5 M
50 mL
Solución B:
C = 5*10−4 M x 2 mL C= 2*10−5 M
50 mL
Solución C:
3
C = 5*10−4 M x 5 mL C= 5*10−5 M
50 mL
Solución D:
C = 5*10−4 M x 10 mL C= 1*10−4 M
50 mL
Solución E:
C = 5*10−4 M x 15 mL C= 1.5*10−4 M
50 mL
Solución F:
C = 5*10−4 M x 20 mL C= 2*10−4 M
50 mL
(A cada concentración mediremos el % de transmitancia donde sacaremos la transmitancia, absorbancia yluego lo graficaremos, todos estos detalles se encontraran en las próximas hojas)
2) Barrido de espectro.
Se tomaron tres tubos de ensayos:
Al 1° tubo se le agregó 5 ml de H2O + 5 ml SCN−
Al 2° tubo se le agregó 5 ml de Fe+3 + 5 ml SCN−
Al 3° tubo se le agregó 5 ml de H2O+ 5 ml SCN−
Luego se le midió el % de Transmitancia a cada tubo con ditintas longitudes de ondas partiendo de 400 nmhasta 600 nm, de 10 en 10 como se ve a continuación:
TUBO Nº1: 5 ml de H2O + 5 ml SCN−
Transmitancia: T = %Transmitancia
100
Absorbancia. A = −Log T
Longitud de onda % Transmitancia Transmitancia Absorbancia
400 99.600 0.9960 0.001741
410 98.400 0.9840 0.007005
420 99.200 0.9920 0.003488
430 94.800 0.9480 0.02319
4
440 97.200 0.9720 0.01233
450 96.200 0.9620 0.01682
460 98.200 0.9820 0.007889
470 92.800 0.9280 0.03245
480 95.800 0.9580 0.01863
490 95.000 0.9500 0.02228
500 96.600 0.9660 0.01502
510 97.600 0.9760 0.01055
520 100.000 1.000 0
530 98.400 0.9840 0.007005
540 98.200 0.9820 0.007889
550 94.600 0.9460 0.02411
560 97.600 0.9760 0.01055
570 99.400 0.9940 0.002614
580 92.400 0.9240 0.03433
590 99.200 0.9920 0.003488
600 100.000 1.000 0
5
6
TUBO Nº2: 5 ml de Fe+3 + 5 ml SCN−
Transmitancia: T = %Transmitancia
100
Absorbancia. A = −Log T
Longitud de onda % Transmitancia Transmitancia Absorbancia
400.00000 53.000 0.5300 0.2757
410.00000 49.800 0.4980 0.3028
420.00000 45.600 0.4560 0.3410
430.00000 41.200 0.4120 0.3851
440.00000 37.600 0.3760 0.4248
450.00000 35.200 0.3520 0.4535
7
460.00000 33.200 0.3320 0.4789
470.00000 30.600 0.3060 0.5143
480.00000 31.800 0.3180 0.4976
490.00000 33.000 0.3300 0.4815
500.00000 34.200 0.3420 0.4660
510.00000 36.800 0.3680 0.4342
520.00000 40.200 0.4020 0.3958
530.00000 44.200 0.4420 0.3546
540.00000 47.800 0.4780 0.3206
550.00000 52.000 0.5200 0.2840
560.00000 57.600 0.5760 0.2396
570.00000 64.000 0.6400 0.1938
580.00000 67.000 0.6700 0.1739
590.00000 74.800 0.7480 0.1261
600.00000 79.200 0.7920 0.1013
8
9
TUBO Nº3: 5 ml de Fe+3 + 5 ml H2o
Transmitancia: T = %Transmitancia
100
Absorbancia. A = −Log T
Longitud de onda % Transmitancia Transmitancia Absorbancia
400.00000 97.000 0.9700 0.01323
410.00000 91.200 0.9120 0.04001
420.00000 97.600 0.9760 0.01055
430.00000 93.000 0.9300 0.03152
440.00000 94.400 0.9440 0.02503
450.00000 96.800 0.9680 0.01412
10
460.00000 97.600 0.9760 0.01055
470.00000 94.600 0.9460 0.02411
480.00000 95.000 0.9500 0.02228
490.00000 94.400 0.9440 0.02503
500.00000 94.200 0.9420 0.02595
510.00000 94.400 0.9440 0.02503
520.00000 96.000 0.9600 0.01773
530.00000 98.200 0.9820 0.007889
540.00000 96.400 0.9640 0.01592
550.00000 92.200 0.9220 0.03527
560.00000 97.800 0.9780 0.009661
570.00000 96.200 0.9620 0.01682
580.00000 94.600 0.9460 0.02411
590.00000 95.800 0.9580 0.01863
600.00000 99.400 0.9940 0.002614
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12
Ocupamos la longitud de onda igual a 470 nm para medir el % de Transmitancia, en el espectrofotómetro, adistintas concentraciones ya calculadas en el punto 1), como se observa en la tabla y posteriormente lograficamos.
Concentración % Transmitancia Transmitancia Absorbancia
0.00001 90.200 0.9020 0.04479
0.00002 80.000 0.8000 0.09691
0.00005 57.600 0.5760 0.2396
0.00010 32.200 0.3220 0.4921
0.00015 17.400 0.1740 0.7595
0.00020 10.400 0.1040 0.9830
13
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Medimos la transmitancia de la muestra problema Nº 3, dando un % de Transmitancia igual a 18. Por lo tantola transmitancia es 0.18 y la absorbancia es 0.745
TABLA DE MINIMOS CUADRADOS
Solución(n)
[ ] (Xi) A (Yi) Xi2 Yi2 Xi*Yi
1 0.00001 0.04479 1*10−10 2.006*10−3 4.479*10−7
2 0.00002 0.09691 4*10−10 9.392*10−3 1.938*10−6
3 0.00005 0.2396 2.5*10−9 0.057 1.198*10−5
4 0.00010 0.4921 1*10−8 0.242 4.921*10−5
5 0.00015 0.7595 2.25*10−8 0.577 1.139*10−4
6 0.00020 0.9830 4*10−8 0.966 1.966*10−4
N=6 �Xi= 0.00053 �Yi= 2.6159 � Xi2 = 7.55*10−8 �Yi2= 1.854 � Xi*Yi=
15
3.741*10−4
Sensibilidad:
� Xi*Yi − �Xi*�Yi
�= N
� Xi2− (�Xi)2
N
3.741*10−4 − 0.00053*2.6159
�= 6
7.55*10−8 − (0.00053)2
6
1.43*10−4
�=
2.868*10−8
�= 4986.05
Y= mX+b
b= Y−mX
b= �Yi − m�Xi
N N
b= 2.6159 − 4986.05*0.00053
6•
b= −4.45*10−3
Determinar C si A= 0.745
0.745=4986.05*C −4.45*10−3
C= 1.49*10−4
La concentración del muestra problema Nº 3 es 1.49*10−4 M
Coeficiente de correlación (r): entrega el nivel de asociación lineal existente entre estas dos variables
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� Xi*Yi − �Xi*�Yi
r = N
� Xi2− (�Xi)2 * � Yi2− (�Yi)2
N N
1.43*10−4
r =
( 2.868*10−8 * 0.7135 )1/2
r = 0.9996
r es aproximadamente igual a 1, eso significa que existe una asociación lineal perfecta.
INTERPOLANDO
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18
Cuestionario
1) Grafique transmitancia vs longitud de onda y absorbancia vs longitud de onda
19
20
2) Indique la finalidad del barrido de los espectros entre 400 y 600 nm
El barrido de espectro entre los 400 y los 600 nm es debido que en ese rango de longitud de onda la luz esvisible, su finalidad es encontrar el � más adecuado para obtener un margen de error mínimo, es el valor en elcual la transmitancia presenta su punto mas bajo, por ende, en la absorbancia el punto mas alto.
Indique y justifique ¿Qué longitud de onda elegiría en determinaciones cuantitativas posteriores dehierro (III) usando este método?
•
Se eligió la longitud de onda para el Fe+3 de 470 nm porque se obtuvo (experimentalmente). Se obtuvo lalongitud mínima en el caso de transmitancia y la longitud máxima en el caso de la absorbancia, como se ve enlos gráficos anteriores.
4) Grafique absorción vs concentración
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5) Indique y justifique si se cumple la ley de Beer en los rangos de concentración dados en el práctico.
La ley de Beer describe de forma correcta el comportamiento de absorción del medio que tiene estaconcentraciones de analito, debido a que son concentraciones relativamente bajas, en este sentido, es una leylimite.
Cuando nos encontramos con medio que contienen concentraciones de absorbente bajas, pero concentracionesaltas de otras especies (electrolitos), ocurre que se altera la absortividad molar del absorbente porinteracciones electrostática, este efecto se reduce mediante dilución.
6) Calcule el coeficiente de absortividad molar .
El � se calcula con el método de los mínimos cuadrados. La absortividad ya fue calculada anteriormente y suvalor es:
�= 4986.05
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7) Grafique � vs concentración
8.− Proponga el procedimiento a seguir para determinar el porcentaje de hierro en una muestra poreste método.
Primero: debemos encontrar le longitud de onda máxima a través de un barrido de espectro.
Segundo: realizar la curva de calibración entre la señal analítica y las concentraciones conocidas de muestras.
Tercero: determinar la concentración de la muestra problema (desconocido Fe+3).
9.− indique como podria determinar el % de hierro en una muestra por un metodo
visual?
Una técnica es la colorimetría que colorea al analito para hacerlo visible
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frente a la luz UV−visible. Con ella podemos determinar la concentración de hierro
con la espectrofotometria.
Visualmente, un método práctico es la volumetría , con la cual determinamos, con el cambio de color, uncambio de pH y a la vez de concentración.
BIBLIOGRAFÍA
Principios de Análisis Instrumental, Skoog−Holler−Nieman. Quinta edición.
Editorial Mc Graw Hill.
Página web: www.frlp.utn.ar/materias/qcasis/mostarcion2.html
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