Barrido espectral

Química. Espectrometría. Espectrofotometría Analito. Colorimetría. Transmitancia. Absorvancia. Concentraciones

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  • País: Chile Chile
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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 concentración de analito de una muestra mediante una serie de pasos. Esta serie de pasos son muy importantes para el análisis de analito. Una de las técnicas que vamos a conocer para el previo análisis es la colorimetría (se formara el complejo del hierro (III) con el tiociananto); y el barrido espectral del complejo para la determinación de un max para un posterior calculo de tarnsmitancia de las muestras de concentraciones conocidas y el de una muestra problema con quien trabajaremos para encontrar su concentración. El calculo de 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 A de 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 opera por el paso de un haz de luz a través de la muestra y mide la atenuación de su intensidad al alcanzar al detector. Este haz de luz se compone de fotones. Cuando el fotón se encuentra con el analito , existe la posibilidad que el fotón sea absorbido por el analito. Esto significa una disminución en el numero de fotones en 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 luz monocromática. 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 la absorbancia de luz depende de la longitud de onda de la luz. El espectro es un gráfico de transmitancia versus longitud de onda y es caracterizada por la longitud de onda (max) a la cual la transmitancia se minimiza. Es posible también medir una espectro usando absorvancia, donde la (max) corresponde a la maximización de la absorbancia.

Espectrofotometría: Se refiere a la medida de cantidades relativas de luz absorbida por una muestra, en función 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 y versatilidad en los últimos años con los avances de tecnología, y hoy se consideran indispensables en un laboratorio de química analítica.

Transmitancia: es la fracción de radiación incidente transmitida por el medio. Se representa con frecuencia 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 ala concentración 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, la absortividad 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 el analito 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 significativamente diferente de la señal del blanco, SAm- SAbl = 3bl.

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

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 siguientes soluciones 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:

    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 y luego 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 nm hasta 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

    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

    'Barrido espectral'

    'Barrido espectral'

    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

    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

    'Barrido espectral'

    'Barrido espectral'

    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

    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

    'Barrido espectral'

    'Barrido espectral'

    Ocupamos la longitud de onda igual a 470 nm para medir el % de Transmitancia, en el espectrofotómetro, a distintas concentraciones ya calculadas en el punto 1), como se observa en la tabla y posteriormente lo graficamos.

    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

    'Barrido espectral'

    'Barrido espectral'

    Medimos la transmitancia de la muestra problema Nº 3, dando un % de Transmitancia igual a 18. Por lo tanto la 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=

    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 - mXi

    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

     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

    'Barrido espectral'

    'Barrido espectral'

    Cuestionario

    1) Grafique transmitancia vs longitud de onda y absorbancia vs longitud de onda

    'Barrido espectral'

    'Barrido espectral'

    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 es visible, su finalidad es encontrar el  más adecuado para obtener un margen de error mínimo, es el valor en el cual 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 de hierro (III) usando este método?

  • Se eligió la longitud de onda para el Fe+3 de 470 nm porque se obtuvo (experimentalmente). Se obtuvo la longitud mínima en el caso de transmitancia y la longitud máxima en el caso de la absorbancia, como se ve en los gráficos anteriores.

    4) Grafique absorción vs concentración

    'Barrido espectral'

    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 esta concentraciones de analito, debido a que son concentraciones relativamente bajas, en este sentido, es una ley limite.

    Cuando nos encontramos con medio que contienen concentraciones de absorbente bajas, pero concentraciones altas de otras especies (electrolitos), ocurre que se altera la absortividad molar del absorbente por interacciones 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 su valor es:

    = 4986.05

    7) Grafique  vs concentración

    'Barrido espectral'

    8.- Proponga el procedimiento a seguir para determinar el porcentaje de hierro en una muestra por este 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

    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, un cambio 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