LABORATORIO DE MÉTODOS INSTRUMENTALES PRÁCTICA 1

UADY
FACULTAD DE
QUÍMICA.
Campus de Ciencias
De la Salud
LABORATORIO DE MÉTODOS INSTRUMENTALES
PRÁCTICA 1:
“DETERMINACIÓN DE FÓSFORO EN BEBIDAS DE COLA POR
ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS”
EQUIPO 1
INTEGRANTES:
Avila Aldana Amainari
Buenfil Vega Haidid
Candelario Reyes Enrique
Zárate Cámara Oscar
SALÓN 8
FECHA DE ENTREGA:
24 de Enero del 2013
1
INDICE
ANTECEDENTES
3
OBJETIVOS
6
METODOLOGIA
6
RESULTADOS
8
DISCUSIONES
10
CONCLUSIONES
11
REFERENCIA
12
2
ANTECEDENTES
En general se piensa que los refrescos de cola son bebidas relativamente
inofensivas. Sin embargo los daños van más allá. Además de azúcar un
refresco de cola tiene ácido fosfórico, cafeína y nuez de cola. Estos pueden
llegar a causar diferentes trastornos al organismo (disminución de formación de
huesos, insomnio y dolor gástrico). La determinación y cuantificación de fósforo
contenidos en muestras de consumo popular, como son los refrescos de cola
se pueden obtener a través de métodos de espectrometría UV-Vis. Los ácidos
molíbdicos formados cuando un exceso de molibdato reacciona con una
solución ácida en presencia de fosfato, silicato, arsenato, germanato y otros
oxo-aniones son la base del método utilizado para la determinación del fosforo.
El complejo fosfomolibdato tiene una mezcla de Mo+5 y Mo+6. Este complejo se
reduce
a
un
complejo
azul
soluble
cuya
absorbancia
se
mide
espectrofotométricamente y es proporcional a la cantidad de fosforo presente
en la muestra. Se puede utilizar varios agentes reductores orgánicos como el
ácido 1-amino-2-naftol-4-sulfónico + sulfito e hidroquinona. Recientemente se
ha utilizado el ácido ascórbico con buenos resultados
1
ESPECTROMETRIA DE ULTRAVIOLETA VISIBLE
La espectrofotometría UV-VIS, es una técnica analítica que permite determinar
la concentración de un compuesto en solución.2
Su fundamento se basa en que las moléculas adsorben las radiaciones
electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz adsorbida depende de
forma lineal de la concentración.2
ESPECTROFOTOMETRO DE ULTRAVIOLETA VISIBLE (UV-VIS)
El instrumento utilizado en la espectrometría ultravioleta-visible se llama
espectrofotómetro UV-Vis. Mide la intensidad de luz que pasa a través de una
muestra (I), y la compara con la intensidad de luz antes de pasar a través de la
muestra (Io). La relación I / Io se llama transmitancia, y se expresa
habitualmente como un porcentaje (%T). La absorbancia (A) se basa en la
transmisión.2
A= -log (%T)
3
Las muestras para espectrofotometría UV-Vis suelen ser líquidas, aunque la
absorbancia de los gases e incluso de los sólidos también puede medirse.2
Básicamente un espectrofotómetro UV-visible tiene una configuración como la
mostrada esquemáticamente en la figura 1.2
FIGURA 1. COMPONENTES BASICOS DE UN ESPECTROFOTOMETRO DE
UV-VIS
La fuente de luz es una lámpara que tiene un espectro de emisión continuo
entre 190 y 100nm. Habitualmente se usa una combinación de lámparas de
deuterio y tungsteno. El deuterio permite la excitación en la región del UV y el
tungsteno por encima de 350nm. El sector de longitudes de onda de excitación
se llama monocromador y contiene un elemento que permite separar y
direccionar sobre la muestra un intervalo estrecho de longitudes de onda. Se
encuentra montado sobre un soporte que se mueve con un motor y al cambiar
la orientación cambia la longitud de onda de la luz que sale. Luego del
monocromador, la luz incide sobre la muestra. Esta se coloca en un recipiente
llamado cubeta que tiene la particularidad de tener al menos dos caras
paralelas de plástico, de vidrio o de cuarzo pulidas de forma tal que no haya
efectos ópticos indeseables. La intensidad de la luz transmitida se mide con un
detector que convierte el número de fotones que inciden sobre el durante un
intervalo de tiempo en una señal eléctrica.3
LEY DE LAMBERT-BEER
Para poder determinar un compuesto por espectrofotometría. Este debe
absorber luz y la absorción debe poder distinguirse de la de otras sustancias
que pueda haber en la muestra. Dado que la mayoría de los compuestos
absorben radiación ultravioleta. La absorbancia en el ultravioleta es de poca
utilidad y en el análisis se utiliza normalmente el espectro visible.4
4
Una fórmula utilizada para esto es la ley de Lambert-Beer que es igual a la que
se muestra en la figura 2.4
FIGURA 2. FÓRMULA MATEMÁTICA PARA OBTENER LA ABSORBANCIA
Donde A es la absorbancia, ε es el coeficiente de absorción,
l es la longitud
de luz que atraviesa el medio y C la concentración.4
La ley explica que hay una relación exponencial entre la transmisión de luz a
través de una sustancia y la concentración de la sustancia, así como también
entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa. Si conocemos
A y ε, la concentración de la sustancia puede ser deducida a partir de la
cantidad de luz transmitida.4
CURVA DE CALIBRACIÓN
La curva de calibrado es un método de química analítica empleado para medir
la concentración de una sustancia en una muestra por comparación con una
serie de elementos de concentración conocida.Se basa en la existencia de una
relación en principio lineal entre un carácter medible.5
Para ello, se efectúan diluciones de unas muestras de contenido conocido y se
produce su lectura y el consiguiente establecimiento de una función
matemática que relacione ambas; después, se lee el mismo carácter en la
muestra problema y, mediante la sustitución de la variable independiente de
esa función, se obtiene la concentración de esta.5
BARRIDO ESPECTRAL
Un barrido espectral es la variación de la longitud de onda, necesario para la
búsqueda de una longitud de onda máxima donde el analito absorbe mayor
cantidad de luz.5
5
OBJETIVOS
-
Conocer las partes y el manejo de un espectrofotómetro de UV-VIS.
-
Realizar una curva de calibración para cuantificar, por UV-VIS, el
contenido de fósforo en una muestra de refresco de cola
METODOLOGÍA
Preparación de soluciones
Para la preparación de la solución stock se utilizaron 0.0203 g de KH 2PO4 con
100 mL de H2O para obtener una solución en 105 ppm. A partir de esta, se
preparó una solución de 25 mL de trabajo en 4.2 ppm tomando 1 mL de la
solución anterior. Para llevar a cabo la preparación de la solución reductora se
pesó 0.157 g de Molibdato de Amonio lo cual se disolvió en 5mL de agua
destilada, 0.2123 de Ácido Ascórbico que se disolvió en 10mL de agua
destilada, seguidamente se midió 2.2mL de ácido sulfúrico concentrado el cual
se diluyó en 15mL de agua destilada para luego ser mezclados y aforados a 50
mL.
Curva de calibración
De la solución de trabajo antes preparada se extrajo alícuotas de 1, 2, 3, 4, 5
mL, se les agrego 4 mL de la solución reductora y luego se aforaron a 10 mL
con agua destilada. Estas soluciones se sometieron a un baño maría durante
30 min a una temperatura de 50 °C.
Preparación de la muestra.
Se tomaron 10 mL aproximadamente de la muestra a analizar (en este caso
Coca-Cola) y fueron depositados en un vaso de precipitados para luego ser
desgasificado
usando
agitación
y
también
un
baño
de
ultrasonido.
Posteriormente se pipeteó 1 mL de la muestra y se depositó en un matraz de
aforo de 10 mL para luego añadirle 4 mL de la solución reductora y ser llevada
a aforo. Seguidamente se realizó el mismo procedimiento para hacer un
6
duplicado de la muestra. Posteriormente se realizó la preparación de un Blanco
utilizando 4 mL de la solución reductora y agua destilada para llevar a aforo en
un matraz de 10 mL
Luego las soluciones preparadas para la curva de calibración junto con las
muestras, fueron sometidas a un baño María durante 30 min a una temperatura
de 50 °C. Pasado este tiempo las muestras y las soluciones fueron llevadas al
espectrofotómetro para su respectivo análisis.
Análisis espectrofotométrico
Para comenzar el análisis primeramente se realizó el barrido de exploración en
un rango de 750 a 850 nm de longitud de onda en el punto de la curva de
calibración más concentrado. El punto máximo de absorción fue a una longitud
de onda de 835 nm, posteriormente se llevó a cabo el análisis de la curva de
calibración. Para esto, tomamos 1 de las celdas de plástico en la cual se
depositó una pequeña cantidad del blanco. Lo mismo se realizó con las 5
soluciones a utilizar para la curva de calibración y las 2 muestras. Se introdujo
el blanco en el carrete correspondiente (la que señala la letra “B”) y se
configuró el equipo para que tome su valor como referencia. Se introdujeron las
soluciones de mayor a menor concentración en orden del 1 al 6 en los carretes
del espectrofotómetro de UV-VIS y se configuró el equipo para que este
automáticamente este realizara la curva de calibración.
Terminado el análisis de las soluciones estándar, se procedió a introducir las
muestras para que estas sean analizadas y poder conocer su valor de
absorbancia.
Finalmente se desecharon las soluciones utilizadas y se lavó el material
utilizado
7
RESULTADOS
• Se realizó el análisis en el espectrofotómetro UV-VIS 10S con número de
serie 2L5Q121004. La gráfica presenta las diferentes absorbancias de las
soluciones con concentración conocida.
m= 0.337 = ε
b= 0.0869
r= 0.9797
Se realizó el análisis espectrofotométrico de las alícuotas para su
absorbancia.
Tabla 1.1 Absorbancias al realizar la curva de calibración con
concentraciones conocidas
Alícuota
(mL)
1
2
3
4
5
Concentración
Absorbancia
ppm
0.42
0.26
0.84
0.322
1.26
0.53
1.68
0.637
2.1
0.811
Posteriormente se procedió a analizar las soluciones de trabajo
Tabla 1.2 Concentraciones y absorbancias de soluciones. trabajo
Muestra
1
2
Concentración
ppm
1.236
0.762
Absorbancia
nm
0.504
0.344
8
A = εcb
b=1
m= 0.337
=ε
C=A/ε
Muestra 1
A = εcb
C=A/ε
C = 0.504/0.337
C=1.495 ppm P2O5
Muestra 2
A = εcb
C=A/ε
C = 0.344/0.337 ppm P2O5
C= 1.0220 ppm P2O5
• Para determinar la concentración de fósforo en las bebidas se realizó el
siguiente cálculo:
La concentración obtenida de P2O5 mediante la ecuación de Lambert-Beer se
multiplicó por el factor de dilución que son los 50 mL a los que se aforó la
muestra , por los mililitros a los que se aforaron las alícuotas obtenidas de la
muestra, por el factor gravimétrico para determinar el fósforo en el oxo-anión.
Ppm de P = (X ppm de P2O5 ) (50) (10) ( 62 g P / 142 g P2O5)
Muestra 1
Ppm de P = (X ppm de P2O5 ) (50) (10) ( 62 g P / 142 g P2O5)
Ppm de P = (1.495 ppm de P2O5 ) (50) (10) ( 62 g P / 142 g P2O5)
Ppm de P = (1.495 ppm de P2O5 ) (50) (10) ( 0.436)
Ppm de P = 325.91
Muestra 2
Ppm de P = (X ppm de P2O5 ) (50) (10) ( 62 g P / 142 g P2O5)
Ppm de P = (1.020ppm de P2O5) (50) (10) ( 62 g P / 142 g P2O5)
Ppm de P = (1.020 ppm de P2O5) (50) (10) ( 0.436)
9
Ppm de P = 222.36
DISCUSIONES
Se utilizó la espectrofotometría de UV-VIS ya que esta es una técnica que nos
permite realizar el análisis de un solo componente, por lo que nos es útil para
poder analizar las bebidas de cola y así poder determinar la concentración de
fósforo en ellas.6
Para poder determinar la concentración de fósforo en las bebidas de cola se
utilizó un método conocido como azul de molibdeno, en el cual se utiliza
molibdato de amonio y ácido ascórbico para generar el complejo azul de
fosfomolibdato de amonio y de esta manera determinar la absorbancia y
posteriormente determinar la concentración, como se expresa en la siguiente
reacción (Figura 3). La finalidad del H2SO4, en la solución reductora, fue
favorecer la formación de los ácidos molíbdicos.
7H3PO4 + 12(NH4)6Mo7O244H2O
6, 7
7(NH4)3(PO4(MoO3)12)+51NH4++51OH-+33H2O
FIGURA 3. FORMACION DEL COMPLEJO MOLIBDATO
El H3PO4 es el compuesto presente en los refrescos de cola y con el cual
nosotros obtendremos el fosforo.7
En la figura 3 se observa el proceso de la formación del complejo de
fosfomolibdato de amonio que posteriormente fue reducido a un compuesto
azul soluble cuya absorbancia es medida espectrofotométricamente y es
proporcional a la cantidad de fósforo presente en la muestra. En este caso se
utilizó el ácido ascórbico por sus propiedades reductoras.7
Al aumentar la concentración de P2O5, la absorbancia incrementaba de igual
manera; esto ocurre ya que existe una mayor cantidad de fósforo, proveniente
del complejo que se forma.8
10
Al realizar el barrido de exploración utilizando la solución con mayor
absorbancia y concentración, se obtuvo que la longitud de onda máxima en la
cual el analito tiene mayor absorción fue de 835 nm.8
La absorción de radiación en la región UV, visible e IR del espectro utilizó con
fines cuantitativos, ya que ésta se relaciona con la concentración de las
especies absorbentes de acuerdo con la ley de Lambert-Beer: A= εlC; que
gracias a ella se logró sacar las concentraciones del P2O5 porque de ella se
conocían ciertos valores, como son: la longitud de la celda (que es constante),
la absorbancia que es la que te da el equipo y el coeficiente de absortividad
molar que se obtuvo por medio de la curva de calibración, es decir, una
regresión lineal .9
Se obtuvieron diferentes absorbancias en las muestras, siendo la causa más
probable un error sistemático, el cual pudo haberse ocasionado al momento de
tomar las muestras, agregar la solución reductora, o al momento de hacer el
análisis debido a celdas dañadas. Estos tipos de errores pueden eliminarse
repitiendo el experimento de forma más cuidadosa.
CONCLUSIONES
Se comprendió el uso y los cuidados de las partes del espectrofotómetro de
UV-VIS (ultravioleta-visible), así como el correcto manejo y funcionamiento del
mismo. También se aprendió a realizar una curva de calibración y como esta
nos puede ayudar a determinar la concentración de un compuesto en una
solución de concentración desconocida.
De igual manera se aprendió el correcto uso de un barrido de exploración para
saber la longitud de onda máxima a la cual un cierto analito tiene la mayor
absorbancia y así determinar el rango en el cual se podría encontrar dicho
analito, es decir, nos sirvió como punto de referencia.
11
REFERENCIAS
1
Cavazos, Norma C.; Zárate, L.; Torres de Navarro, E. Determinación de
fósforo y cafeína en bebidas de cola. Educación Química, 2001, 12,2, pp.116120.
2
Ortíz R.; Martínez Y. Laboratorio de Análisis Instrumental. Universidad de los
Andes, Facultad de Ciencias. Departamento de Química. Mérida, 2003. 48 pp.
9-11.
3
Guzmán B., J. Las bebidas gaseosas no te alimentan, TuVida Sana,
Colombia, Ene.18, 2011, 18
4
Angelici R.J. Técnica y Síntesis en Química Inorgánica. Editorial Reverté,
1979, España. p 247.
5
Clavijo A. Fundamentos de química analítica: equilibrio iónico y análisis
químico, Universidad Nacional de Colombia, 2002, Colombia, p 829-830
6
Skoog D.A.,Holler F.J.,Crouch S. R., principios de análisis instrumental, sexta
edición, editorial cengage Learning, México, D.F. 2008, pp. 158,159
7
Pino P. F., Pérez B.D., Análisis de elementos-traza por espectrofotometría de
absorción molecular UV-VIS, publicaciones de la universidad de Sevilla y
monte de piede y cajas de ahorro de córdoba, imprenta San Pablo, córdoba,
pp. 375-379
8
Harris D. C., Análisis Químico Cuantitativo, segunda edición, editorial Reverté
S.A, España, 2001.pp.578-57
9 Sierra,
I., Pérez, D. Análisis Instrumental. Editorial Netbiblo. 2010, España.
pp. 42
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