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

11

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

17

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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