TITULO

Métodos ópticos

FUNDAMENTO

En la actualidad las técnicas analíticas se pueden dividir en dos grupos principales:

• Métodos químicos clásicos: análisis por vía húmeda

• Métodos físicos de análisis químico: análisis instrumental

En los primeros, mediante la reacción química que se verifica, se deducen los datos cuantitativos, bien sea por pesada de un precipitado calcinado (gravimetría) o por medida de volumen gastado de una solución de concentración perfectamente conocida que contiene el reactivo (volumetría).

Estos métodos exigen operadores cualificados. La lentitud de los mismos, por otra parte, es tal que raramente se conocen los resultados con tiempo suficiente para intervenir en el proceso de producción.

El alcance y la precisión de los análisis clásicos pueden ampliarse con procedimientos eléctricos. Por ejemplo en el electroanálisis gravimétrico donde el elemento a determinar se deposita por electrolisis sobre un electrodo. O en las volumetrías, donde los puntos finales de las valoraciones se determinan bien controlando el Ph mediante un Ph-metro o bien midiendo el potencial de oxidación mediante un potenciómetro.

En los métodos fisicoquímicos, se obtiene la cantidad de constituyente de una muestra por medida de alguna propiedad cuya magnitud sea función de la masa. En general, estos métodos se fundamentan en la reacción entre alguna forma de energía (electroquímica, fotoeléctrica, etc.) y la masa.

Los métodos instrumentales son muy variados, pudiéndose indicar que casi todas las manifestaciones de energía tienen su correspondiente método analítico.

La medida de la propiedad física se puede realizar mediante técnicas instrumentales que se pueden resumir en los tres grupos siguientes:

• Métodos electroquímicos.

• Métodos ópticos.

• Otros métodos fisicoquímicos.

Como métodos ópticos se incluyen aquellos que se basan en fenómenos tales como emisión, difracción, dispersión, fluorescencia, etc. de la radiación electromagnética.

La radiación electromagnética es un tipo de energía que se transmite por el espacio a enormes velocidades. Adopta muchas formas, siendo las mas fácilmente reconocibles la luz y el calor radiante. Manifestaciones menos evidentes son Rayos X, la luz ultravioleta, microondas y radiaciones de radio.

Para caracterizar a muchas de las propiedades de la radiación electromagnética es conveniente adscribir una naturaleza ondulatoria a su propagación y describir estas ondas con parámetros como velocidad, frecuencia longitud de onda y amplitud. La radiación electromagnética no requiere medio de apoyo para su transmisión y pasa fácilmente por el vació.

Como onda electromagnética tiene una componente eléctrica y una magnética que oscilan en planos perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación de la radiación.

Longitud de onda ()

Es la distancia lineal entre máximos o mínimos sucesivos de una onda. Cuando la luz es de una sola longitud de onda se llama monocromática y si se compone de varias longitudes de onda distintas se le denomina policromatica. Se mide en metros

Frecuencia ()

Es el numero de longitudes de onda (oscilaciones del campo) por segundo. La frecuencia es determinada por la fuente y permanece invariable. En contraste la velocidad de propagación de una onda es la velocidad con que se desplaza la onda por un medio y depende de este y de la longitud de onda. En el vacío la velocidad de propagación de la radiación depende de la frecuencia y alcanza su máximo; c= 3%108 m/s.

La relación entre velocidad c, frecuencia v, y longitud de onda se relacionan por:

=c:

: Longitud de onda(m)

: Frecuencia en ciclos/s o s-1= Hertzios(Hz)

c: Velocidad de la luz en el vacío 3%108 m/s.

En cualquier otro medio, medio la velocidad de propagación es menor por ello:

=c:%n

: Longitud de onda(m)

: Frecuencia en ciclos/s o s-1= Hertzios(Hz)

c: Velocidad de la luz en el vacío 3%108 m/s

n: Índice de refracción del material

Periodo (T)

Es el tiempo necesario para el paso de máximos sucesivos ante un punto fijo. El tiempo requerido para el paso de una .

=1/T

: Frecuencia en s-1

T: Periodo en s

Número de onda (v)

Se define como el número de unidades de longitud de onda en un cm.

v= 1/=/c

: Longitud de onda(m)

: Frecuencia en ciclos/s o s-1= Hertzios(Hz)

c: Velocidad de la luz en el vacío 3%108 m/s

v: n° de onda en cm-1

Potencia

La potencia de un haz de radiación es la energía del haz que llega a un área dada por segundo.

El punto de vista actual de los físicos, frente a experimentos aparentemente contradictorios, es aceptar el hecho de que la luz parece tener una doble naturaleza. Los fenómenos de propagación de la luz encuentran su mejor explicación dentro de la teoría ondulatoria electromagnética mientras que la acción mutua entre la luz y la materia, en los procesos de absorción y emisión, es un fenómeno corpuscular. A partir de la explicación del fenómeno fotoeléctrico por Einstein se considera a la radiación electromagnética constituida por fotones que tienen energías definidas y se desplazan en el espacio a la velocidad de la luz.

La energía de un fotón viene determinada por:

E= h% con =c/ E= h%c/

E: energía del fotón en ergios

: frecuencia en s-1

h: constante de Plank= 6´62% 10-27 ergios% s= 6´62% 10 -34 J%s; también se emplea como unidad de energía el electrón-voltio.

1ev= 1´6%10-12 ergios= 1´6%10-19 Julios

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético comprende una inmensa gama de longitudes de onda o energías, aunque en química tienen un especial interés la zona comprendida entre los rayos gamma, de alta energía hasta las ondas de radio, de muy baja energía. Estas son también radiaciones electromagnéticas y solo difieren de la luz visible en la frecuencia y por consiguiente en la energía.

Una línea espectral es producida y radiada cuando un electrón se mueve de una órbita o nivel energético, alrededor del núcleo del átomo hasta otra más cercana a ese núcleo. El cambio de una más próxima a otra más alejada, provocado por una adición de energía, da como resultado la adición de ésta, y con ello una línea de absorción (ausencia de línea) .

Puesto que cada elemento tiene átomos diferentes de los de cualquier otro elemento, en virtud de su diferente número de partículas nucleares, cada línea espectral es única para cada elemento determinado

ABSORCIÓN DE RADIACIÓN

Los átomos o moléculas excitados son de vida relativamente corta y tienden a volver a sus estados fundamentales al cabo de aproximadamente 10-8 seg., para que se produzca absorción de radiación la energía del fotón excitante debe igualar a la diferencia de energía entre el estado sin excitar y uno de los estados excitados de la especie absorbente.

ABSORCIÓN MOLECULAR

La absorción por moléculas poliatómicas, es un proceso más complejo, ya que aquí la energía total de una molécula viene dada por:

E. total = E. electrónica + E. vibratoria + E. rotatoria; donde:

• E. electrónica = salto de un electrón a un nivel de mayor energía

• E. vibratoria = se refiere a la energía de la molécula en su conjunto debido a las vibraciones interatómicas

• E. rotatoria = designa la energía asociada con la rotación de la molécula alrededor de su centro de gravedad

APARATOS EMPLEADOS

Espectroscopio, espectrógrafo, espectrómetro, espectrofotómetro. En los espectroscopios y espectrógrafos se observa de una sola vez el espectro completo de la radiación.

Un espectroscopio elemental consta de un colimador, que consiste en una rendija y una lente, para definir un haz delgado de radiación paralela; se hace pasar esta y se divide según las diversas longitudes de onda, mediante un prisma o una rejilla de difracción. El espectro se examina con un pequeño anteojo enfocado a la distancia de la rendija. Si no hubiera prisma y el anteojo estuviera enfocado directamente a la rendija, podría verse una imagen nítida de esta última. Cuando se coloca el prisma, el rayo se desvía según ángulos que dependen de las longitudes de onda, por lo que ya no se ve una imagen única de la rendija, sino una imagen por cada color. La nitidez depende de la anchura de la rendija, que normalmente se puede variar. Para una fuente de luz que disponga de todos los colores, por ejemplo la luz eléctrica ordinaria, el resultado es un espectro completo.

A menudo, el prisma o la rejilla están situadas en el centro de una pequeña plataforma circular graduada, alrededor de la cual pueden moverse concentricamente anteojo y colimador. Si la dispersión del espectro es grande, será necesario ir girando el anteojo, para examinar las diferentes zonas.

Si sustituimos el ojo humano por una placa de película o fotográfica, se obtiene un registro permanente del espectro y lo que se conoce como espectrógrafo. Este registro permanente puede medirse en un densímetro para obtener un gráfico del espectro, en

cuyo caso las líneas, vienen representadas por picos (líneas de emisión) o valles (líneas de absorción) en el gráfico.

Los espectros pueden ser de emisión o de absorción. Los espectros de emisión, como ya se ha dicho constan de una serie de colores brillantes aislados, en tanto que los de absorción se ven sobre un espectro completo de colores como si faltara alguno. Para muchos usos no es necesario vaporizar la muestra a fin de observar sus líneas de emisión. En lugar de ello se estudian las bandas de absorción molecular por medio de un espectrofotómetro. Este proporciona un gráfico de absorciones frente a longitudes de onda referente a una muestra normalmente líquida o gaseosa. Los primeros instrumentos empleaban una serie de filtros ópticos coloreados para aislar la parte seleccionada del espectro, la radiación atravesaba la muestra en forma líquida en una cubeta transparente, midiéndose la absorción de radiación (absorbancia) y comparándola con patrones conocidos, estos aparatos se llaman absorciómetro o colorímetro.

Los actuales espectrofotómetros utilizan un prisma o una rejilla de difracción, para aislar un pequeño haz de radiación y mediante una segunda rejilla, seleccionar únicamente las longitudes de onda requeridas. Los espectrofotómetros que utilizan a menudo en análisis químicos y de gases, los que utilizan radiación ultravioleta y visible, se utilizan para determinar la concentración de muestras, y de absorción atómica que utilizan o disponen de una llama en la que se pulveriza la muestra. La absorción que tiene lugar proporciona una medida precisa de concentraciones muy bajas de elementos, incluso menos de una parte por millón (ppm).

PARTES FUNDAMENTALES DE UN ESPECTROFOTÓMETRO

Aunque los aparatos comerciales pueden ser muy complejos, todos los espectrofotómetros son variantes del diagrama de la figura, conteniendo los componentes siguientes:

Una fuente estable de energía radiante que puede variar de intensidad.

Un artificio que permite el empleo de una región restringida de longitudes de onda.

Recipientes para contener la muestra.

Un detector de radiación o transductor, que convierte la energía radiante en señal medible (generalmente eléctrica).

Un amplificador y un sistema de lectura.

• FUENTE DE RADIACIÓN-

La radiación debe cumplir ciertos requisitos como:

Generar un haz con suficiente potencia

La fuente debe proporcionar un espectro que contenga todas las longitudes de onda en la región que va a ser usada

La fuente debe ser estable

Visible

La fuente más común es la lámpara de filamento de tungsteno, siendo útil para la región de las longitudes de onda comprendida entre 320 y 2.500nm. Para que la radiación sea estable, se requiere un estrecho control del voltaje, empleándose transformadores de voltaje constante o reguladores de voltaje electrónicos. También se puede emplear una batería de 6v.

Ultravioleta

Se produce un espectro continuo en la región ultravioleta (180 a 375nm) por la excitación de hidrógeno a baja presión con una descarga eléctrica. También se emplea el deuterio, con la ventaja de producir las mismas radiaciones pero de intensidades más altas. Las lámparas están constituidas por un par de electrodos colocados dentro de un tubo de vidrio con una ventana de cuarzo, y lleno de hidrógeno o deuterio a baja presión.

Infrarroja

Cuando se calientan sólidos hasta la incandescencia, se emite radiación continua que es más característica de la temperatura de la superficie emisora que del material de que está compuesta. Radiación de esta clase llamada radiación de cuerpo negro es producida por las innumerables oscilaciones atómicas y moleculares excitadas en el sólido. La fuente ideal de energía IR se aproxima a la que emite un cuerpo negro. Se utilizan el filamento de Nernst y la lámpara de Globar.

• MONOCROMADORES-

Un monocromador es un aparato que descompone la radiación en sus longitudes de onda componentes y permite el aislamiento de cualquier porción deseada del resto. En general un monocromador contiene un sistema de ranuras y lentes y un elemento dispersante que puede ser un prisma o una rejilla de difracción.

• RECIPIENTES PARA CONTENER LA MUESTRA-

Las células que contienen las muestras deben ser de material que deje, pasar la radiación en la región espectral que interese. Para la región visible, se emplea el vidrio común o bien el cuarzo. Si se trata de celdas para soluciones suelen tener una longitud que va de 1 a 10cm., mientras que para gases varía entre 0´01 y 10cm. Las celdas para la ultravioleta son materiales de cuarzo o sílice fundido. En la región del infrarrojo no valen los materiales anteriores por lo que es más complicado y además las celdas varían si la muestra es sólida, líquida o gaseosa.

Muestra sólida, se muele finamente y se mezcla con unas 100 veces su peso de bromuro potásico anhídrido, igualmente finamente dividido. Se forma un comprimido aplicando presión.

Los líquidos se colocan entre dos placas de NaCl, KBr o CaF2, en forma de compuesto puro o como solución en diluyentes orgánicos exentos de agua, puesto que disolvería el cristal de la sal. El espesor de la celda suele ser de 0´005 a 1mm.

Si la muestra es gaseosa, se emplean tubos cilíndricos de vidrio con ventanas de NaCl, KBr oCaF2. El tubo se llena de gas a baja presión.

La calidad de los datos de absorbancia depende críticamente de la forma en que se usan y mantienen las células. Huellas dactilares, grasas u otros depósitos sobre la pared de la célula alteran el resultado. Así es importante la limpieza y después de su uso, no debe tocarse la superficie de la ventana durante la manipulación de las células.

• DETECCIÓN DE LA RADIACIÓN-

Los primeros instrumentos para medir la absorción de radiación requerían métodos visuales o fotográficos. Estos métodos han sido casi completamente suplantados por aparatos fotoeléctricos que convierten la energía radiante en una señal eléctrica. Los aparatos más importantes para la detección de radiación son: células fotoeléctricas de vacío o fototubo, células fotovoltaicas, tubos fotomultiplicadores, célula fotoconductora.

Célula fotoeléctrica (tubo de rayos catódicos)

Está constituido por un cátodo semicilíndrico y un ánodo de alambre, todo ello encerrado en una ampolla de vidrio o cuarzo en la que se ha hecho el vacío. Cuando aumenta el potencial aplicado a través de los dos electrodos del tubo, aumenta rápidamente la fracción de los electrones emitidos que llegan al ánodo. Cuando se alcanza el potencial de saturación todos los electrones se reúnen en el ánodo: en la saturación la corriente se hace independiente del potencial y directamente proporcional a la potencia radiante, es decir de electrones emitidos de una superficie fotoemisora es directamente proporcional a la potencia radiante del haz que incide en la superficie. Las células fotoeléctricas son sensibles en todo el intervalo de longitud de onda visible.

Tubo fotomultiplicador

Utilizado cuando la potencia radiante es baja. Similar a la célula fotoeléctrica el tubo contiene también electrodos llamados dinodos. Cada dinodo es de potencial superior al anterior, los electrones del dinodo uno son acelerados hacia el dinodo dos que es que es el doble que el anterior y así sucesivamente. Cuando este proceso se ha repetido 9 veces se han formado 106-107 e- por cada fotón inicial. Con lo cual hemos logrado ampliar la intensidad de corriente. La corriente potenciada y recogida en el ánodo se hace pasar después por la resistencia y puede ser amplificada y medida.

Celda fotovoltaica

La celda fotovoltaica consta de un electrodo plano de hierro o cobre sobre el cual se deposita una capa de material semiconductor, como selenio. La superficie externa se recubre con oro o plata y todo el conjunto se protege con una envoltura que sea transparente. La ventaja de esta celda es que no requiere una fuente externa de energía eléctrica, usándose por tanto en instrumentos portátiles y sencillos para la radiación visible.

• AMPLIFICACIÓN Y LECTURA-

Una vez que la señal eléctrica sale del detector, es recogida por el amplificador que la convierte en otra mucho mayor que la de entrada. Los sistemas de lectura empleados pueden ser: galvanómetro, lectura digital, registro gráfico, máquina impresora o computador.

Las unidades en que se expresa la lectura de un análisis espectrofotométrico suelen ser de tres tipos: transmitancia, absorbancia y concentración. La lectura directa es siempre la transmitancia, ya que refleja la señal recibida por el detector y es lo que deja pasar la muestra. La absorbancia es A = log 1/T por tanto por medio de un convertidor puede tenerse una lectura en absorbancia, a su vez esta está relacionada con la concentración de este modo con un ajuste y calibración mediante patrones se puede obtener la concentración.

LEY DE BEER - Lambert

Si intercalamos una disolución coloreada en el camino de un rayo de luz monocromática, se produce en la intensidad de éste un cambio al atravesarla. La palabra transmisión sirve para denominar la relación existente entre la intensidad de la luz transmitida y la luz incidente.

T = It / Ii = Transmisión; Transmitancia: % de la transmisión.

Al logaritmo de la relación entre la intensidad de la radiación incidente y la transmitida, se le denomina absorbancia. La absorbancia esta relacionada con concentración de la sustancia a analizar, según la ley de Beer - Lambert.

A =  % l % c

A: absorbancia de la solución

: índice de absorción del medio. Varía con la longitud de onda de la radiación incidente, puede ser molar o en %, según que la concentración de la disolución la demos en estos términos

l: espesor de la cubeta en cm

c: concentración molar de la sustancia a analizar

CURVAS ESPECTRALES

Se pueden considerar dos tipos de curvas para cada sustancia a analizar:

Curva Longitud de onda - absorbancia

Sirve para seleccionar la banda de máxima absorbancia o mínima transmisión de luz a través de solución coloreada. Los datos espectrales se representan gráficamente, tomando en el eje de abscisas la longitud de onda mientras que en eje de ordenadas se expresa usualmente en unidades de absorbancia.

Curva concentración - absorbancia

A partir de la longitud de onda que produce máxima absorbancia se puede trazar la curva a distintas concentraciones de la sustancia objeto del análisis; comprobando que, en tales condiciones, se obtiene una gráfica lineal cumpliendo la ley de Beer - Lambert mientras que para longitudes de onda que no dan la máxima absorbancia la curva de concentraciones se desvía de este comportamiento.

CURVA DE CALIBRADO

Aunque de forma genérica se le llama curva de calibrado, realmente el algoritmo que se emplea es el de gráficas de función lineal. En toda función lineal:

y = bx + a

b: pendiente de la recta

a: ordenada en el origen

y: variable dependiente (absorbancia)

x: variable independiente (concentración)

La variable aleatorio siempre corresponde a un valor medido del experimento, mientras que las variables no aleatorias corresponden a los valores de las condiciones prefijadas para realizar el experimento. El coeficiente de correlación nos da una idea de la simetría de las distancias si es uno, r2 será uno. De una manera indirecta ayuda a ajustar la recta porque el coeficiente de correlación indica si la distancia de los puntos a la recta son simétricos.

Se pueden determinar los valores de los coeficientes “a” y “b” buscando la mejor aproximación posible entre la recta y los puntos experimentales por minimización de la suma de los cuadrados de los residuos; método de los mínimos cuadrados; que es el que empleamos cuando usamos la calculadora. La diferencia entre los valores observados y los valores estimados para cada experimento se denominan residuos (errores no correlacionados).

PRÁCTICA N °1 DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA DE MÁXIMA ABSORBANCIA PARA EL MnO4-

Objetivos

Aprender el manejo del espectofotómetro (Lambda 2)

Confirmar la ley de Lambert - Beer

Determinar la longitud de onda de máxima absorbancia del MnO4-

Fundamento

En esta práctica se va a verificar la ley de Lambert - Beer que dice que la absorbancia de una disolución es proporcional a su concentración.

A =  % l % c

Para ello, se trabajará con una disolución de permanganato potásico a la que se irá variando su concentración.

El aparato que se utilizara para realizar la practica será el espectrofotómetro Lambda 2.

Espectrofotómetro: Lambda 2 (Perkin Elmer).

• Introducción:

El espectrofotómetro Lambda 2 es un aparato eléctrico y parcialmente informatizado. Posee grandes ventajas sobre el espectrofotómetro convencional, algunas de las cuales son:

• Doble haz de luz

• Comprende una amplia gama de longitudes de onda de 190-1100 nm.

• Velocidad de lectura de 7´5nm/min. a 2880nm/min.

• Porta cubetas doble, con capacidad para dos cubetas

• Posibilidad de imprimir los resultados así como gráficas de calibrado y barrido

• Posee cinco métodos de trabajo memorizados

• Posibilidad de almacenar los propios métodos de trabajo

• Realiza la corrección de fondo, que simultáneamente el análisis compara la muestra a realizar con el blanco, restando la absorbancia de este último a la muestra

• Rango de error entre medidas muy bajo

• Métodos de trabajo:

El Lambda 2, posee en su memoria interna cinco métodos de trabajo, que son:

• Método Waveprogram: mide la absorbancia de una muestra hasta en veinte longitudes de onda diferentes y a la vez

• Método Scan/man: mide el espectro de la sustancia problema entre dos longitudes de ondas dadas (barridos)

• Método Time Drive: calcula la absorbancia de una muestra en función del tiempo. Por ejemplo, para medir el espectro de una muestra mientras ésta decanta

• Método de Concentración 1: obtiene las concentraciones de las muestras a partir de sus absorbancias y en varias unidades

• Métodos de Concentración 2: calcula las concentraciones de las muestras por medio de la segunda deriva

• Generación de un método de trabajo:

En la memoria del aparato existen noventa y nueve espacios para guardar métodos de trabajo, los cinco primeros están ocupados por los métodos propios del aparato, en los espacios siguientes introduciremos nuestros propios métodos, siempre basándonos en los cinco ya citados.

• Generar un método:

Encendido del aparato. Aparecerá en la pantalla:

LAMBDA 2 VERSION 1.5

BUSY

Cuando el aparato se caliente y esté preparado aparecerá en la pantalla el siguiente mensaje:

500.0 nm 0.000 ABS

IMPUT > <

Introducir en el espacio deseado el nuevo método. Para ello, escribir el número y pulsar la tecla METHOD. En la pantalla aparecerán varias opciones y nosotros elegiremos la de NEW METHOD.

Aparecerán en la pantalla el método que hemos generado y solo tendremos que cambiar los parámetros según nuestras necesidades.

Para avanzar de página se pulsa PARAMETER.

Para introducir un nuevo parámetro, escribirlo y pulsar ENTER para fijarlo en la memoria.

Los signos < > en la pantalla indica que se debe presionar las teclas de desplazamiento para seleccionar un valor interno.

Para volver una página atrás en los parámetros se pulsa - PARAMETER.

Para comenzar un análisis se pulsa START.

10) Para volver a la página inicial se pulsa STOP

Materiales

Espectrofotómetro Lambda2

Cubetas de vidrio

Reactivos

Ácido sulfúrico del 96%

Permanganato potásico Q.P

Metanol

Procedimientos

Se prepara el material

Se preparan 50cc. de disolución de KMnO4 0´003M en H2SO4

Se enciende el Lambda 2

Se coloca en método Scan/Man

Se coloca al opción con la que vamos a trabajar (%T)

La longitud de onda máxima del barrido (700nm)

La longitud de onda mínima del barrido (400nm)

La velocidad de realización del barrido (120nm/min)

La atenuación (2nm)

La lámpara que va a ser empleada (Visible)

Eliminar el ruido de fondo (Yes)

N° de muestras

N° de la primera muestra

Selección de cuantas veces se quiere analizar (1)

Tiempo entre cada ciclo

Si queremos gráfica (Yes)

Ordenada máxima en la gráfica %T: 100 y 3 en Absorbancia

Ordenada mínima en la gráfica las dos 0

Escala de la gráfica en nm/cm (20)

Emparrillado de gráfica (Yes)

Superponer espectros (No)

Overlay (No)

Imprimir los resultados (Yes)

Umbral (0´1)

Imprimir el método y sus parámetros (Yes)

N° de operador

N° de muestra

Se meten las 2 cubetas con Ác. Sulfúrico 1´5N bien limpias, se puede usar metanol para mejorar su limpieza y por el lado correcto, que el haz de en la parte transparente. Es importante que las cubetas estén en buenas condiciones

Se enciende la impresora

Se pulsa START

Se deja la cubeta del fondo con el blanco y se saca la otra

Se vierte la disolución madre de KMnO4 0´003M en H2SO4 en la cubeta, homogeneizando bien y sin burbujas

Se quita el parámetro de corrección de fondo y se calcula la %T pulsando START

Se repite en Absorbancia

A partir de la madre se realizan disoluciones hija de 50cc. De concentraciones 1/5, 1/10 y 1/20

Se repite el proceso anterior con las disoluciones hija

Se construyen las gráficas de Absorbancia - Longitud de onda y Transmitancia - Longitud de onda averiguando la mejor 

Se realiza la curva de calibrado comprobando la ley de Beer - Lambert

Se coloca el Lambda 2 en el método Conc 1

Se coloca al opción con la que vamos a trabajar (Abs)

Selecciona las longitudes de onda en las que vamos a medir su abs. para calcular la concentración

N° de estándar

Unidades de concentración (mmol)

Concentraciones de los patrones

Sirve para tener en cuenta o no los patrones

Absorbancia de los patrones

Gráfica de calibrado (Yes)

Ampliar la lectura del instrumento (Yes)

Tiempo entre la lectura (1seg)

Lámpara (Vis)

Provoca un autocero (No)

N° de muestras

N° muestra

N° análisis

Tiempo entre análisis (1seg)

Imprimir resultados (Yes)

Imprimir datos estándar (Yes)

Imprime los parámetros (Yes)

N° operador

N° muestra

Se introduce en la cubeta la disolución problema y se pulsa START

Se anotan los resultados

Se calcula el error conociendo el valor de concentración real

Se limpia y se recoge el material

Cálculos y Resultados

Los resultados impresos por el espectrofotómetro de esta práctica se pueden observar en el informe de mi compañero de trabajo Guillermo Rodríguez.

% Error en la medición de concentración de sustancia problema:

Concentración real = 0´236 MMOL

Concentración medida = 0´3 MMOL

% Error = -21´3

Equipo	L. de onda	y = a + bx	r r2	Concentración Real	Concentración Analizada	Error
Belén Zirats	550.0nm	2011x - 0.00185	0.999 0.999	2.4•10-4M	2.4•10-4M	0%
Aintzane Nerea	550.0nm	1971.9x - 0.0245	0.9997 0.9994	4.28•10-4M	4.33•10-4M	+1.17%
Ainara Aitziber	530.0nm	2219x - 0.003	0.9997 0.9995	2.4•10-4M	2.36•10-4M	-1.16%
Lorena Araceli	520.0nm	2181x - 0.005	0.9998 0.9996	2•10-4M	1.85•10-4M	-7.15%
Amaiur Jone	550.0nm	2067x - 0.0105	0.9999 0.9998	2.64•10-4M	2.54•10-4M	-3.78%
Guillermo Diego	525.3nm	2355.7x - 0.0635	0.9999 0.9998	3•10-4M	2.36•10-4M	-21.3%
M° Carmen Sergio	525.3nm	2328x - 0.0565	0.9998 0.9998	2.4•10-4M	1.8•10-4M	-25%
Joana Fátima	525.2nm	2449x - 0.0545	0.9998 0.9996	3•10-4M	2.25•10-4M	-25%

Al observar la tabla se puede apreciar que los mayores errores son los de los últimos tres equipos, que son los que trabajaron con las disoluciones realizadas un día antes de su análisis y en el espectrofotómetro “Lambda 2”.

Tras esta práctica se realizo un análisis de control al espectrofotómetro “Lambda 2” para comprobar su funcionamiento.

Observaciones

• Las disoluciones de Permanganato han de guardarse en botella color topacio

• La elección de las cubetas es un factor muy importante para la correcta medición, han de estar lo mejor posible

• No es necesario llenar las cubetas, sino asegurarse que la zona con disolución este a la altura de el haz de luz; al llenarlas existe riesgo de derrames involuntarios

• Una vez terminada la práctica ha de recogerse perfectamente el material para sus posteriores usos

PRÁCTICA N °2 DETERMINACIÓN DE NITRITOS EN UNA MUESTRA AGUA

Objetivos

Aprender a manejar el espectrofotómetro (Spectronic 20)

Determinar la concentración de nitritos que contienen diversas muestras de agua.

Fundamento

El Spectronic 20 es un espectrofotómetro de haz sencillo, con un rango total de longitud de onda de 340 nm a 950 nm. El ancho de ranura espectral nominal es 20 nm constante en todo el rango.

El rango básico de longitud de onda de 340 a 600 nm, se extiende a 950 nm, añadiendo un filtro y cambiando el fototubo. La combinación, permite operación continua de 400 nm a 700 nm sin hacer cambio de fototubo. El accesorio juego de filtros ofrece la capacidad de extender el rango de longitud de onda.

Según el origen de las aguas, la cantidad de nitritos es bastante variable. El “método de reactivo Zambelli” puede aplicarse para contenidos en iones NO2- superiores a 50g/l. Bajo la acción de fenómenos biológicos, el equilibrio entre el amoniaco, los nitritos y los nitratos puede variar rápidamente.

Los nitritos son compuestos no deseados en la composición de las aguas potables de consumo público. Su presencia puede deberse a una oxidación incompleta del amoníaco o a la reducción de nitratos existentes en el agua. La reducción de nitratos a nitritos puede llevarse a efecto por la acción bacteriana. El agua que contenga nitritos puede considerarse sospechosa de una contaminación reciente por materias fecales.

Algunas aguas, debido a los terrenos por donde discurren o a las condiciones de almacenamiento pobre en oxígeno, pueden presentar cierto contenidos de nitritos.

En lo que respecta a la vigilancia de las aguas de consumo público, la determinación cualitativa o cuantitativa de nitritos nos permite detectar posibles variaciones de calidad, ya que la presencia de nitritos se considera un buen indicador de contaminación.

Los nitritos existentes en un agua pueden tener un efecto perjudicial sobre la salud de quien la consuma; sobre todo si se trata de niños, porque los nitritos son responsables de la formación de metahemoglobina, reduciéndose el poder de absorción de oxígeno por la sangre. La enfermedad producida por la ingestión de nitritos se denomina metahemoglobinemia.

La reglamentación española establece como valor orientador de calidad la ausencia de nitritos en un agua de consumo; y como nivel máximo tolerable hasta 0,1 mg/l expresado como NO2-. Cantidades superiores a ésta hacen suponer que el agua es rica en materia orgánica en vía de oxidación.

Las aguas depuradas o tratadas que tienen cloro libre residual y tricloruro de nitrógeno no tienen nitritos al ser incompatibles con los anteriores.

En aguas suficientemente oxigenadas se transforman en nitratos por medio de bacterias nitrificantes; en aguas eutróficas, carentes de oxígeno, el proceso es el de reducción a amoniaco, a través de bacterias desnitrificantes.

NITRIFICACIÓN: (OXIDACIÓN)

Amoniaco Nitrito Nitrato

DESNITRIFICACIÓN:

Nitrato Nitrito Amonio

La cantidad de nitritos presentes en el agua variará dependiendo de la calidad de los vertidos y de la contaminación en general. Es conveniente determinar los nitritos de una muestra lo más rápidamente posible. Si esto no fuera posible se añadirían 40 mg/l de HgCl2 conservándose a 4°C, hasta su análisis.

El método del reactivo Zambelli se basa en que el ácido sulfanílico en medio clorhídrico, en presencia de ion amonio y de fenol, forma con los iones NO2- un complejo coloreado amarillo cuya intensidad es proporcional a la concentración en nitritos.

Materiales

Espectrofotómetro (Spectronic 20)

Cubetas de vidrio

Reactivos

Nitrito sódico (NaNO2: 97% , P.m = 69, Para análisis)

Ácido clorhídrico (HCl: 35% , P.m = 36´46 , d = 1´185 gr/cc)

Fenol (C6H5OH: P.m = 94´11, Purísimo)

Muestras de diferentes aguas:

1: Agua tortugas profesora Belén

2: Agua tortugas Belén

3: Agua acuario Aitziber

4: Agua acuario Nerea

5: Agua Red

Procedimientos

Se prepara el material.

Se prepara el reactivo Zambelli del siguiente modo:

Se introduce en un matraz de 1 litro 260cc de HCl y 625cc de agua desionizada.

Se disuelven 5gr. de ác. sulfalínico y 7´5 gr. de fenol en el matraz, calentando ligeramente a baño maría hasta disolución completa.

Se añaden 135gr. de NH4Cl.

Se agita hasta disolución.

Se deja enfriar y se enrasa con agua desionizada hasta 1 litro.

Se prepara 1 litro de disolución madre patrón de NO2- de concentración 0´23 gr/l. (230ppm).

Se preparan 100cc de la disolución hija de NO2- 2´3ppm a partir de la primera.

Se enciende el espectrofotómetro.

Se añade a 6 matraces aforados de 50cc las siguientes sustancias y cantidades en cc:

N° de matraces	Testigo	I	II	III	IV	V
NO2- 2´3 ppm	0	1	5	10	15	20
Agua desionizada	50	49	45	40	35	30

Se pasan las disoluciones a erlenmeyers correctamente rotulados.

Se añaden 2cc de reactivo Zambelli a cada erlenmeyer.

Se espera 10 minutos y se añaden 2cc de amoniaco a cada erlenmeyer.

Se ajusta el espectrofotómetro siguiendo las instrucciones del manual, con  = 435 nm., la absorbancia a cero con el matraz testigo.

Se introducen los patrones de menor a mayor concentración y se anota su absorbancia.

Se calcula la recta de calibrado.

Se añaden de igual modo 2cc de Zambelli y 2cc de amoniaco a 50 cc de muestra.

Se introducen la muestras anotando su absorbancia, para calcular sus concentraciones.

Se limpia y se recoge el material.

Cálculos y resultados

Disolución hija: 230ppm • V = 2´3 • 100cc

V = 2´3 • 100 /230 = 1cc a tomar

Patrón I: 0´046 ppm 0´012 U.A

Patrón II: 0´23 ppm 0´119 U.A

Patrón III: 0´46 ppm 0´249 U.A

Patrón IV: 0´69 ppm 0´37 U.A

Patrón V: 0´92 ppm 0´50 U.A

Recta de calibrado: y = 0´5554x - 0´0105; r = 0´9999; r2 = 0´9998

M1: Agua tortugas profesora Belén: 0´00 U.A 0´019 ppm

M2: Agua tortugas Belén: 0´235 U.A 0´442 ppm

M3: Agua acuario Aitziber: 0´099 U.A 0´197 ppm

M4 :Agua acuario Nerea: 0´00 U.A 0´019 ppm

M5: Agua Red: 0´00 U.A 0´019 ppm

Equipo	Recta de calibrado	r r2	Muestra 1 (ppm)	Muestra 2 (ppm)	Muestra 3 (ppm)	Muestra 4 (ppm)	Muestra 5 (ppm)
Belén Nerea Aintzane	0.5123x -0.0002	0.9999 0.9999	0.062	0.4328	0.1938	0.0204	0
Ainara Aitziber	0.5021x - 0.016	0.9998 0.9997	7.17•10-3	0.5608	0.1884	0.0112	3.18•10-3
Araceli Lorena	0.496x - 0.0099	0.9999 0.9999	0.021	0.455	0.2135	0.0280	0.020
Jone Zirats Amaiur	0.319x - 0.00194	0.9999 0.9999	0.012	0.4210	0.1870	0.0150	0.010
M°Carmen Sergio Guillermo	0.3195x - 0.0071	0.9983 0.9966	0.015	0.4786	0.2000	0.0034	0.015
Diego Fátima Joana	0.5554x -0.0105	0.9998 0.9998	0.019	0.4420	0.1970	0.0190	0.019

• Muestra 1= los resultados que son menores de 0´05 ppm no son ni precisos ni fiables; por lo tanto dado que todos lo son, la media es: < 0´05 ppm

• Muestra 2= todos los resultados se admiten a la hora de hacer la media; por tanto la media es: 0´465 ppm

% Error = - 4´95% C.V = 10´96%

• Muestra 3= todos los resultados se admiten a la hora de hacer la media; por tanto la media es: 0.197 ppm

% Error = 0´19% C.V = 4´90%

• Muestra 4= los resultados que son menores de 0´05 ppm no son ni precisos ni fiables; por lo tanto dado que todos lo son, la media es: < 0´05 ppm

• Muestra 5= los resultados que son menores de 0´05 ppm no son ni precisos ni fiables; por lo tanto dado que todos lo son, la media es: < 0´05 ppm

Cuestiones

¿Cuanto tiempo puede pasar desde que la muestra llega al laboratorio hasta ser analizada?

Dado que es un compuesto inestable se debe analizar inmediatamente después que llega al laboratorio, máximo 24 horas, también se puede añadir HgCl2 y conservar en nevera a 4°C, envasado en vidrio o en polietileno.

¿ Por que se realiza una disolución hija?

Porque al pasar directamente desde la madre, deberían de ser volúmenes muy pequeñas con micropipetas; dando facilidad al error.

¿Qué tipo de enfermedades pueden provocar los nitritos?

Los nitritos existentes en un agua pueden tener un efecto perjudicial sobre la salud de quien la consuma; sobre todo si se trata de niños, porque los nitritos son responsables de la formación de metahemoglobina, reduciéndose el poder de absorción de oxígeno por la sangre y produciendo colapso vascular. La enfermedad producida por la ingestión de nitritos se denomina metahemoglobinemia.

También, los nitritos se combinan con las aminas formando nitrosaminas con poder cancerígeno .

Observaciones

• Las muestras no han sido tratadas correctamente antes de su análisis, por lo tanto los resultados no son muy fiables

• Los análisis no fueron hechos en la misma fecha

PRÁCTICA N° 3 DETERMINACIÓN DE NITRATOS EN UNA MUESTRA DE AGUA

Objetivo

Determinar la concentración de nitratos que contienen diversas muestras de agua

Fundamento

PYE UNICAM UV-V 550

Es un aparato de un solo haz, que mide la transmitancia y absorbancia, y las concentraciones.

Medida de la absorbancia:

Colocar el MODE encendido a 10% de T. Si la mezcla en la región ultravioleta está por debajo de 325 nm. con un modelo ultravioleta (450/550) colocar la lámpara de deuterio encendida sobre el panel posterior en ON. Dejar al menos 15 minutos para que se caliente.

Si se utiliza el mando de longitud de onda colocar la longitud de onda requerida.

Mirar el indicador codificado de color y entonces seleccionar el detector y emisor apropiado. Solamente en modelos ultravioleta.

Abrir la tapa del compartimento para las muestras.

La lectura debería ser aproximadamente cero, si se necesita, ajustar la corrección de fondo.

Colocar la celda o tubo de ensayo la solución referencia en el compartimiento de las muestras.

Se cierra el compartimiento de la muestra.

Establecer el mando de MODE colocado a 0-1 A.

Utilizar el mando de cero para ajustar la lectura a cero.

Sacar la celda o tubo de ensayo con el blanco.

Colocar la celda o tubo de ensayo que contiene la muestra en la posición de medida. Cerrar la tapa del compartimento de muestra.

El valor de la absorbancia de la muestra aparecerá en la pantalla.

Medida de la concentración:

Colocar el MODE encendido a 10% de T. Si la mezcla en la región ultravioleta está por debajo de 325 nm. con un modelo ultravioleta (450/550) colocar la lámpara de deuterio encendida sobre el panel posterior en ON. Dejar al menos 15 minutos para que se caliente.

Si se utiliza el mando de longitud de onda colocar la longitud de onda requerida.

Mirar el indicador codificado de color y entonces seleccionar el detector y emisor apropiado. Solamente en modelos ultravioleta.

Abrir la tapa del compartimento para las muestras.

La lectura debería ser aproximadamente cero, si se necesita, ajustar la corrección de fondo.

Poner el mando de MODE encendido en la posición de concentración.

Cerrar la tapa del compartimento de la muestra.

Girar el mando de concentración siguiendo la dirección de las agujas del reloj.

Colocar la celda o tubo de ensayo con el blanco en el compartimiento.

Cerrar la tapa del compartimento de la muestra.

Usar el control ZERO para ajustar a cero.

Quitar el blanco y meter la muestra en el tubo de ensayo o celda contenido en la solución estándar de concentración conocida.

Cerrar la tapa.

Utilizar el mando de CONCENTRACIÓN para ajustar la lectura al valor de la solución estándar.

Los explosivos derivados del nitrógeno

En general, cuando el ácido nítrico actúa sobre algunas funciones orgánicas, principalmente hidrocarburos, aminas y alcoholes (polisacáridos, inclusive) se forman nitroderivados o ésteres:

RH —> R-NO2

R·NH2 —> R·NH·NO2

ROH —> R-ONO2

el radical NO2 -o el NO2O- se pueden fijar en más de una posición de la molécula soporte. Estos productos, especialmente los polifuncionales, son, en general, explosivos, entre los que cuentan, además, otros pocos productos de la química mineral (clorato potásico, nitrato potásico, nitrato amónico) y también unos cuantos más de carácter orgánico, que tienen carácter iniciador.

Se denomina explosivo a toda sustancia que por la acción de una causa externa -roce- percusión, temperatura- se transforma en gases, en tiempo brevísimo, y con una tonalidad térmica elevada y positiva. La rapidez del fenómeno es fundamental, pues gracias a ella no tiene tiempo a disiparse el calor de la reacción, quedando momentánea y progresivamente acumulado en los gases hasta que, con un violento estallido, la energía desencadenada se transforma en trabajo mecánico. El fenómeno se denomina genéricamente explosión y la acción, el verbo, explosionar.

La mayor parte de los explosivos se obtienen por "nitración", bien sea una nitración propiamente dicha, o una esterificación (de alcoholes con ácido nítrico). En el proceso se suele forman agua, que diluye al ácido nítrico (HNO3) y paraliza su acción. A parte de los explosivos obtenidos por nitración, hay otros tres que son bastante corrientes: el fulminato de mercurio, el nitruro de plomo y el estifnato de plomo. Contrariamente a los de nitración, estos tres son de estructura muy inestable -el metal sobrecarga la molécula lineal como una viga bajo un peso puntual muy exagerado (fulminato y nitruro) o flexiona y tensa el anillo bencénico en la sustitución 1-3 en el estifnato.

En consecuencia, su descomposición explosiva es endotérmica o muy poco exotérmica. Su inestabilidad les hace muy sensibles y aptos para estallar fácilmente por acciones exteriores. Por eso se usan como cebos o iniciadores de la explosión de los otros más estables, capaces de efectos rompedores importantes, que no tienen los iniciadores. Por lo tanto, iniciadores y rompedores se complementan.

La explosión

La explosión, químicamente, es un fenómeno redox, que en los explosivos nitrados resulta concretamente en la oxidación del carbono e hidrógeno de la molécula, por el oxígeno contenido en la misma, pero unido al nitrógeno, que es el elemento reducido.

La fórmula general de un explosivo se puede representar por la de la especie cuaternaria:

CaHbOcNd

cuya ecuación química de su transformación al explotar será:

CaHbOcNd —> aCO2 + 0,5bH2O + 0,5dN2

porque un grado o mayor o menor de oxidación del C, del H o del N no es posible o supondría pérdida de efecto calorífico. De esta expresión resulta que c=2a + 0,5b. Si c es mayor que 2a+0,5b, el explosivo tiene exceso de oxígeno; si es menor, tiene defecto.

Para mejorar los efectos de los explosivos que tienen defecto de oxígeno en su molécula, se les incorporan otros que lo tienen en exceso. Lo ideal, desde este punto de vista, es que la mezcla quedara oxiequilibrada para asegurar la combustión completa, aunque no siempre se consiguen así los mejores efectos explosivos.

Si dos explosivos, uno con defecto y otro con exceso de oxígeno, tienen respectivamente las fórmulas CaHbOcNd y , Ca'Hb'Oc'Nd' la ecuación de explosión de la mezcla equlibrada será:

CaHbOcNd + nCa'Hb'Oc'Nd' —> (a + na')CO2 + 0,5(b + nb')H2O + 0,5(d + nd')N2

y deberá ocurrir que:

c + nc' = 2(a + na') + 0,5(b + nb')

o sea:

n = (2a + 0,5b -c) / (-2a' -0,5b' - c')

siendo n el número de moles de la especie explosiva sobreoxigenada que hay que mezclar con un mol de la suboxigenada.

Así, por ejemplo, en el caso de nitrato amónico y la trilita, la mezcla equilibrada resulta ser aquella que contiene 10,5 moles de nitrato amónico por mol de trilita, que es la proporción del explosivo comercial "nitramita", de gran calor de explosión.

 

Esta práctica está basada en la absorción de la radiación ultravioleta por el ion nitrato (NO3-). Nos vamos a basar en un método espectrofotométrico selectivo.

Para calcular la concentración de NO3- en distintas muestras de agua vamos a realizar dos lecturas. Una a 220 nm. y otra a 275 nm. por lo que es imprescindible que el espectrofotómetro tenga lámpara de deuterio, sin ella el análisis no se podría realizar.

En el agua, junto con los nitratos y otras sustancias, encontramos también en disolución materia orgánica. A un  = 220 nm., tanto los nitratos como la materia orgánica dan lectura positiva de absorbancia. Por lo que:

A220 = Anitratos + Amateria orgánica

Para corregir el error de la absorbancia que se realiza en la primera medida se realiza una segunda a una  = 275 nm., donde los nitratos no dan absorbancia, y toda la que registramos pertenece a la materia orgánica. Además sabemos que la absorbancia de la materia orgánica a 220 nm. es el doble que a 275 nm. Por lo que:

Amateria orgánica = 2 • A275

Por lo tanto, para hallar la absorbancia correspondiente a los nitratos tendremos:

Anitratos = A220 - 2 • A275

Una vez conseguido el dato de absorbancia de nitratos, vamos a la curva de calibrado y obtenemos la concentración de nitratos.

Material

Espectrofotómetro Pye Unicam UV/V 550

Cubeta de cuarzo

Reactivos

HCl 1N

Patrón de NO3- (443 ppm)

Etanol

Muestras de diferentes aguas:

1: Agua tortugas profesora Belén

2: Agua tortugas Belén

3: Agua acuario Aitziber

4: Agua acuario Nerea

5: Agua Red

Procedimiento

Se prepara el material.

Se enciende el espectrofotómetro con colocando la lámpara de Deuterio.

Se prepara la disolución patrón de 1 litro de NO3- de concentración 0.443 ppm.

A partir de ella se prepara disolución hija de NO3 250 cc de 44.3 ppm es decir 1/10

Se preparan 250 cc de disolución de ácido clorhídrico 1N

Añadir a 7 matraces aforados de 50 cc las siguientes sustancias y siguientes cantidades en cc y después a los erlenmeyers:

N° de matraz	Blanco	I	II	III	IV	V	VI
NO3 44.3 ppm	0	2	5	10	15	20	25
Agua destilada	50	48	45	40	35	30	25
HCl 1N	1	1	1	1	1	1	1

Se ajusta el espectrofotómetro Pye Unicam, con  = 220 nm tal y como se explica en el manual

Se ajusta la absorbancia a cero con el blanco

Se introducen los patrones de menor a mayor concentración anotando sus respectivas absorbancias

Se calcula la recta de calibrado

Se añaden a cada 50 cc de muestra 1 cc de HCl 1N

Se introducen las muestras en el espectrofotómetro y se mide su absorbancia en  = 220 nm y en 275 nm

Se repiten las mediciones anotando los resultados de cada muestra

Se limpia y se recoge el material

Se realizan los cálculos

Cálculos y resultados

1000 cc Disolución madre = 443 ppm

250 cc Disolución hija = 44.3 ppm

V• 443 = 250 • 44.3 V = 25 cc a tomar de la madre

Patrón I => 44.3 • 2 = 50 • C C = 1.77 ppm //Absorbancia = 0.083 U.A

Patrón II => 44.3 • 5 = 50 • C C = 4.43 ppm //Absorbancia = 0.207 U.A

Patrón III => 44.3 • 10 = 50 • C C = 8.86 ppm //Absorbancia = 0´412 U.A

Patrón IV => 44.3 • 15 = 50 • C C = 13.29 ppm //Absorbancia = 0.600 U.A

Patrón V => 44.3 • 20 = 50 • C C = 17.72 ppm //Absorbancia = 0.798 U.A

Patrón VI => 44.3 • 25 = 50 • C C = 22.15 ppm //Absorbancia = 0.958 U.A

Recta de calibrado

y = Bx + A = 0.0433x + 0.0176; r = 0.9993 y r2 = 0.9986

Muestras

1: Agua tortugas profesora Belén =

 = 220 nm Absorbancia = 0.302 U.A

 = 275 nm Absorbancia = 0.027 U.A

2: Agua tortugas Belén =

 = 220 nm Absorbancia = 1.251 U.A

 = 275 nm Absorbancia = 0.059 U.A

Observamos que se nos sale del rango de los patrones por lo que decidimos diluir la muestra a ½..

2: Agua tortugas Belén a ½ =

 = 220 nm Absorbancia = 0.66 U.A

 = 275 nm Absorbancia = 0.03 U.A

3: Agua acuario Aitziber = No quedaba muestra para poder analizar

4: Agua acuario Nerea =

 = 220 nm Absorbancia = 2.958 U.A

 = 275 nm Absorbancia = 0.127 U.A

Observamos que se nos sale del rango de los patrones por lo que decidimos diluir la muestra a 1/10

4: Agua acuario Nerea a 1/10 =

 = 220 nm Absorbancia = 0.819 U.A

 = 275 nm Absorbancia = 0.02 U.A

5: Agua Red =

 = 220 nm Absorbancia = 0.242 U.A

 = 275 nm Absorbancia = 0.015 U.A

La absorbancia correspondiente a los nitratos Anitratos = A220 - 2 • A275

Por lo tanto; con la recta de calibrado obtendremos:

Muestra 1= 5.321 ppm

Muestra 2 = 13.45 ppm diluida a ½ por lo que; 13.45 • 2 = 26.9 ppm

Muestra 4 = 17.584 ppm diluida a 1/10 por lo que; 17.584 • 10 = 175.84 ppm

Muestra 5 = 4.48 ppm

Equipo	Muetra 1 ppm	Muestra 2 ppm	Muestra 3 ppm	Muestra 4 ppm	Muestra 5 ppm	r
Nerea Aintzane Belén	3.6	23.9	138.6	161.1	3.3	0.9994
Aitziber Ainara	5.0	26.8	150.3	176.1	4.9	0.9985
Araceli Lorena	4.9	26.5	145.6	169.5	4.1	0.9957
Jone Zirats Amaiur	3.8	26.7	X	170.3	3.9	0.9993
Guillermo Sergio M°Carmen	5.5	24.2	X	157.3	3.9	0.9998
Joana Fátima Diego	5.3	26.9	X	175.9	4.5	0.9992

Media muestra 1 = 4.7 ppm; Error = (5.3 - 4.7)/ 4.7 • 100 = 12.8 % error

Media muestra 2 = 25.8 ppm; Error = (26.9 - 25.8)/ 25.8 • 100 = 4.3 % error

Media muestra 4 = 168.4 ppm Error = (175.9 - 168.4)/ 168.4 • 100 = 4.5 % error

Media muestra 5 = 4.1 ppm Error = (4.5 - 4.1)/4.1 • 100 = 9.8 % error

Relacionando las tablas de nitritos y nitratos, podemos observar que las muestras 3 y 4 son las aguas más contaminadas.

Los porcentajes elevados de error son debido a las diferentes fechas de mediciones por los distintos equipos, y a que las condiciones de mantenimiento de la muestra no fueron las idóneas.

Cuestiones

¿Por qué se utilizan 6 patrones?

Para comprobar que cumple la ley de Beer - Lambert en varios puntos; aunque lo normal es usar 2 ó 3 patrones. Cuantos más patrones tengas más dificultades tendrás de lograr una r buena, pero también más exacto será a la hora de medir y compararlo con la realidad.

¿Cuantos patrones mínimos hay que usar para realizar la recta de calibrado?

1 patrón, dado que con un blanco y un patrón se puede trazar una recta puesto que tendríamos 2 puntos.

Con la recta de calibrado de NO2- podemos seguir analizando muestras continuamente. Sin embargo, en los laboratorios cada cierto tiempo hay que comprobar esta recta y volver a recalibrar si es necesario. ¿Por qué?

Porque todo el material se va gastando, ensuciando y descalibrando; por tanto al cabo de un cierto tiempo leerá menos.

Observaciones

• Las muestras no han sido tratadas correctamente antes de su análisis, por lo tanto los resultados no son muy fiables

• Los análisis no fueron hechos en la misma fecha

PRACTICA N° 4 ANÁLISIS DE MEZCLAS

Objetivos

Determinar la cantidad de varios compuestos en una mezacla, bajo la técnica de espectrofotometría.

Fundamento

ANÁLISIS DE MEZCLAS DE SUSTANCIAS ABSORBENTES

La absorbancia total de una solución a una longitud de onda dada es igual a la suma de las absorbancias de los componentes individuales de la mezcla. Esto hace posible el análisis de los componentes individuales de una mezcla.

Se requiere disponer de picos de absorción para cada componente y que se encuentren prácticamente libres de absorciones por los otros componentes. Lo ideal sería una absorbancia muy diferente entre las sustancias componentes de la mezcla. Se considera que las absorbancias de cada uno son aditivas; es decir que la Absorbancia total de una mezcla de dos componentes (A y B) a una dada  es: AT = AA + AB.

Como: AA = A • l • CA

AB = B • l • CB

Tendremos a 1: AT(1) = A • l • CA + B • l • CB

Si mido de nuevo la absorbancia total de la muestra a otra longitud de onda (2), conseguiré otra ecuación similar:

A´T(1) = ´A • l • CA + ´B • l • CB

Ahora con las dos ecuaciones, a las dos longitudes de onda distintas puedo resolver el sistema y hallar las concentraciones de las sustancias de la mezcla (CA y CB)

Lo primero que se debe hacer es calcular cuales son las longitudes de onda idóneas para trabajar; para ello se realizará un barrido con las dos sustancias.

Material

Espectrofotómetro Lambda 2

Cubetas para el espectrofotómetro

Reactivos

Co(NO3)2 • 6H2O: Pm = 291.04g

Ni(NO3)2 • 6H2O: Pm = 290.81g

Procedimiento

Se prepara el material

Se enciende el Lambda 2 y la impresora

Se preparan las disoluciones de Ni 0.15 M y Co 0.15 M

Se preparan las disoluciones problema 1:1, 1:2 y 2:1 mezcla de las dos anteriores

Se realiza si se desea tal y como explica el manual la corrección de fondo con dos blancos de agua

Se realiza un barrido siguiendo las instrucciones del manual de la disolución de cobalto 0.15 M y otra con níquel 0.15 M

Se superponen la gráficas obtenidas y se eligen las dos longitudes de onda donde mayor diferencia de absorbancias halla entre los dos reactivos

Se miden las absorbancias de cada elemento esas dos longitudes de onda

Se realiza la misma operación con las respectivas muestras problema

Se limpia y se recoge el material

Se realizan los cálculos

Cálculos y resultados

Ni 0.15 M y Co 0.1485 M

Longitud de onda	Cobalto	Níquel
393.8 nm	0.057 U.A	0.848 U.A
511.4 nm	0.858 U.A	0.007 U.A

Por la ley de Beer - Lambert obtenemos: A =  • l • C

Longitud de onda	 Cobalto	 Níquel
393.8 nm	0.384	5.720
511.4 nm	5.710	0.047

Muestra Ni 1: Co 1

Concentración teórica:

V • M = V´• M´

Ni

10 • 0.15 = 20 • M M = 0.075 M

Co

10 • 0,1485 = 20 • M M = 0.074 M

Concentración obtenida:

1 = 393.8 nm Absorbancia = 0.479

2 = 511.4 nm Absorbancia = 0.432

AT(1) = A • l • CA + B • l • CB

A´T(1) = ´A • l • CA + ´B • l • CB

0.479 = 5.720 • 1 • CNi + 0.384 • 1 • CCo CCo = 0.075 M

0.432 = 0.047 • 1 • CNi + 5.710 • 1 • CCo CNi = 0.078 M

Error Ni Error Co

0.078 - 0.075 • 100 = 4 % error 0.075 - 0.074 • 100 = 1.35 % error

0.075 0.074

Muestra Ni 1: Co 2

Concentración teórica:

V • M = V´• M´

Ni

10 • 0.15 = 30 • M M = 0.050 M

Co

20 • 0,1485 = 30 • M M = 0.099 M

Concentración obtenida:

1 = 393.8 nm Absorbancia = 0.339

2 = 511.4 nm Absorbancia = 0.573

AT(1) = A • l • CA + B • l • CB

A´T(1) = ´A • l • CA + ´B • l • CB

0.339 = 5.720 • 1 • CNi + 0.384 • 1 • CCo CCo = 0.100 M

0.573 = 0.047 • 1 • CNi + 5.710 • 1 • CCo CNi = 0.051 M

Error Ni Error Co

0.051 - 0.050 • 100 = 2 % error 0.100 - 0.099 • 100 = 1.01 % error

0.050 0.099

Muestra Ni 2 : Co 1

Concentración teórica:

V • M = V´• M´

Ni

20 • 0.15 = 20 • M M = 0.100 M

Co

10 • 0,1485 = 20 • M M = 0.050 M

Concentración obtenida:

1 = 393.8 nm Absorbancia = 0.618

2 = 511.4 nm Absorbancia = 0.292

AT(1) = A • l • CA + B • l • CB

A´T(1) = ´A • l • CA + ´B • l • CB

0.618 = 5.720 • 1 • CNi + 0.384 • 1 • CCo CCo = 0.050 M

0.292 = 0.047 • 1 • CNi + 5.710 • 1 • CCo CNi = 0.105 M

Error Ni Error Co

0.105 - 0.100 • 100 = 5 % error 0.050 - 0.050 • 100 = 0 % error

0.050

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