Barrido espectral

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
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 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
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 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:
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 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
400
410
420
430
% Transmitancia
99.600
98.400
99.200
94.800
Transmitancia
0.9960
0.9840
0.9920
0.9480
Absorbancia
0.001741
0.007005
0.003488
0.02319
4
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
600
97.200
96.200
98.200
92.800
95.800
95.000
96.600
97.600
100.000
98.400
98.200
94.600
97.600
99.400
92.400
99.200
100.000
0.9720
0.9620
0.9820
0.9280
0.9580
0.9500
0.9660
0.9760
1.000
0.9840
0.9820
0.9460
0.9760
0.9940
0.9240
0.9920
1.000
0.01233
0.01682
0.007889
0.03245
0.01863
0.02228
0.01502
0.01055
0
0.007005
0.007889
0.02411
0.01055
0.002614
0.03433
0.003488
0
5
6
TUBO Nº2: 5 ml de Fe+3 + 5 ml SCN−
Transmitancia: T = %Transmitancia
100
Absorbancia. A = −Log T
Longitud de onda
400.00000
410.00000
420.00000
430.00000
440.00000
450.00000
% Transmitancia
53.000
49.800
45.600
41.200
37.600
35.200
Transmitancia
0.5300
0.4980
0.4560
0.4120
0.3760
0.3520
Absorbancia
0.2757
0.3028
0.3410
0.3851
0.4248
0.4535
7
460.00000
470.00000
480.00000
490.00000
500.00000
510.00000
520.00000
530.00000
540.00000
550.00000
560.00000
570.00000
580.00000
590.00000
600.00000
33.200
30.600
31.800
33.000
34.200
36.800
40.200
44.200
47.800
52.000
57.600
64.000
67.000
74.800
79.200
0.3320
0.3060
0.3180
0.3300
0.3420
0.3680
0.4020
0.4420
0.4780
0.5200
0.5760
0.6400
0.6700
0.7480
0.7920
0.4789
0.5143
0.4976
0.4815
0.4660
0.4342
0.3958
0.3546
0.3206
0.2840
0.2396
0.1938
0.1739
0.1261
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
400.00000
410.00000
420.00000
430.00000
440.00000
450.00000
% Transmitancia
97.000
91.200
97.600
93.000
94.400
96.800
Transmitancia
0.9700
0.9120
0.9760
0.9300
0.9440
0.9680
Absorbancia
0.01323
0.04001
0.01055
0.03152
0.02503
0.01412
10
460.00000
470.00000
480.00000
490.00000
500.00000
510.00000
520.00000
530.00000
540.00000
550.00000
560.00000
570.00000
580.00000
590.00000
600.00000
97.600
94.600
95.000
94.400
94.200
94.400
96.000
98.200
96.400
92.200
97.800
96.200
94.600
95.800
99.400
0.9760
0.9460
0.9500
0.9440
0.9420
0.9440
0.9600
0.9820
0.9640
0.9220
0.9780
0.9620
0.9460
0.9580
0.9940
0.01055
0.02411
0.02228
0.02503
0.02595
0.02503
0.01773
0.007889
0.01592
0.03527
0.009661
0.01682
0.02411
0.01863
0.002614
11
12
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
0.00001
0.00002
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
% Transmitancia
90.200
80.000
57.600
32.200
17.400
10.400
Transmitancia
0.9020
0.8000
0.5760
0.3220
0.1740
0.1040
Absorbancia
0.04479
0.09691
0.2396
0.4921
0.7595
0.9830
13
14
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)
1
2
3
4
5
6
N=6
[ ] (Xi)
A (Yi)
Xi2
Yi2
Xi*Yi
0.00001
0.00002
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
Xi= 0.00053
0.04479
0.09691
0.2396
0.4921
0.7595
0.9830
Yi= 2.6159
1*10−10
4*10−10
2.5*10−9
1*10−8
2.25*10−8
4*10−8
Xi2 = 7.55*10−8
2.006*10−3
9.392*10−3
0.057
0.242
0.577
0.966
Yi2= 1.854
4.479*10−7
1.938*10−6
1.198*10−5
4.921*10−5
1.139*10−4
1.966*10−4
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 − mXi
NN
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
16
Xi*Yi − Xi*Yi
r=N
Xi2− (Xi)2 * Yi2− (Yi)2
NN
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 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
21
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
22
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
23
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
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