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

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

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

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

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

Cuestionario

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

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

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

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