Concentración y calibración_Ley de Beer

Universidad de Antioquia
F.Q.F. Ingeniería de Alimentos
Lab. Análisis Instrumental
2. CONCENTRACIÓN Y CALIBRACIÓN: LEY DE BEER
Profesor: Lucas Blandón
Deymer Gómez
Emilson León Florian
PRÁCTICA 2: Concentración y calibración: Ley de Beer
1. Objetivos:
-
Desarrollar conocimientos acerca de la relación entre la cantidad de
radiación absorbida por soluciones y la concentración de la sustancia
absorbente en dichas soluciones.
Destacar la importancia de una curva de calibración.
Seleccionar la longitud de onda más apropiada para analizar la sustancia
absorbente (Nitrato de cromo) empleando la ley de Beer.
Calcular la concentración de cromo en una muestra problema
2. Materiales:
-
Espectrofotómetro (Espectronic 20)
Soluciones 0.01 , 0.02, 0.03, 0.04 y 0.05 M de nitrato de cromo (lll)
Cr(NO3)3.
Solución de concentración desconocida (muestra problema #2)
Agua destilada (para ajuste del blanco)
Pipetas volumétricas
Celdas porta muestras.
3. Método:
-
Se hicieron lecturas de valores de A y %T, para cada una de las
soluciones de diferentes concentraciones, incluyendo la muestra problema,
en cada una de las longitudes de onda seleccionadas.
Se descargaron los datos en el formato de recolección del manual (TABLA
DE DATOS)
4. Resultados y discusión:
Tabla 1. Resultados obtenidos para Transmitancia en función de
concentración a una longitud de onda dada
C (mol/L)
0,04
0,03
0,02
0,01
M#2
415
24,2
39,9
48,1
71,8
57,3
430
30,7
40,5
53,6
74,9
62,1
λ (nm)
490
69,2
76,3
81,3
93,5
87,4
550
35
45,3
57,7
78,8
66,5
580
29,1
39,4
43,3
74,9
61,5
%T
Las longitudes de onda utilizadas corresponden a puntos críticos en el espectro
de absorción obtenido en la práctica anterior. 415 nm, por ejemplo, corresponde a
la longitud de onda en donde se presentó la máxima absorbancia de la muestra de
Cr(NO3)3 y 490 nm para la mínima absorbancia.
Tabla 2. Resultados obtenidos para Absorbancia en función de
concentración a una longitud de onda dada
C (mol/L)
0,04
0,03
0,02
0,01
M#2
415
0,615
0,469
0,318
0,144
0,242
λ (nm)
490
0,16
0,117
0,09
0,029
0,058
430
0,513
0,393
0,27
0,125
0,207
550
0,456
0,344
0,239
0,103
0,177
580
0,537
0,404
0,364
0,125
0,211
A
Figura 1. %T en función de la Concentración a diferentes longitudes de onda
%T
%T Vs Concentración
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
λ=415
λ=430
λ=490
λ=550
λ=580
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
C (mol/L)
De la figura 1 se obtiene, como era de esperarse, que a mayor concentración es
menor el porcentaje de transmitancia de la sustancia a una determinada longitud
de onda, así mismo, se ve que la línea correspondiente a λ=490 nm presenta
valores mayores de transmitancia (menor absorbancia).
Las curvas de la Fig. 2, son construidas con el fin de obtener el intervalo óptimo de
concentraciones para la posterior construcción de la curva de calibración. Para la
mayoría de los sistemas la curva de Ringbom corresponde a una curva en forma
de S. La parte lineal de esta gráfica permite obtener el intervalo de
concentraciones óptimo o el intervalo que presentara una relación lineal entre
absorbancia y concentración1. Para este(os) caso(s) no se ve con claridad la
forma típica esperada de la(s) curva(s). Esto se puede deber al número reducido
de datos obtenidos y graficados (4 concentraciones diferentes).
Figura 3. Absorbancia en función de la concentración (curvas de calibración)
Figura 2. Curvas de Ringbom
(100-%T) Vs Log(Concentración)
100-%T
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
-2,2
-2,0
-1,8
-1,6
-1,4
-1,2
λ=415
λ=430
λ=490
λ=550
λ=580
-1,0
Log(C)
Figura 3. Absorbancia en función de la concentración (Curvas de calibración)
Absorbancia Vs Concentración
0,7
Absorbancia
0,6
0,5
λ=415
0,4
λ=430
0,3
λ=490
0,2
λ=550
0,1
λ=580
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
C (mol/L)
Como se observa claramente, la recta obtenida a una λ=415 nm, presenta mayor
linealidad y mayor pendiente. Este resultado era de esperarse pues es la misma
longitud de onda a la que se había dado la mayor absorbancia en el espectro de
absorción obtenido en la práctica anterior para esta sustancia.
De ésta gráfica, y mediante el análisis estadístico (para este caso se trabajó
Regresión Lineal en calculadora), se obtienen los siguientes parámetros:
1
Universidad Nacional, material académico virtual.
𝑬𝒄𝒖𝒂𝒄𝒊ó𝒏 (𝟏)
𝑨 = 𝑎 + 𝑏𝑪
Donde:
Parámetro
a
b
r
r2
Significado
Intercepto con el eje
Pendiente de la recta
Coeficiente-correlación
Coeficiente-determinación
Valor
−4,5𝑥10−3
15,64
0,999
0,998
Finalmente, para un valor de 0,242 que fue la absorbancia presentada por la
muestra problema #2, se obtiene, con la ecuación (1), el siguiente valor de
concentración:
𝐶=
𝐴−𝑎
𝑏
0,242 − (−4,5)𝑥10−3
𝐶=
15,64
𝐶 = 0,0158
𝑚𝑜𝑙
𝐿
Esta concentración, obtenida interpolando a partir de la curva de calibración para
el Cr(NO3)3, corresponde a la concentración de Cr (III) en la muestra problema
#2.
5. Algunas consideraciones:
Durante el desarrollo de la práctica se pretende adquirir los conocimientos
necesarios acerca de la relación existente entre la absorbancia y la concentración
en las soluciones empleadas.
Para llevar a cabo el análisis es necesario realizar una etapa de calibración, en la
que se mide la absorbancia de varias muestras de concentración conocida, las
cuales serán de gran utilidad para comparar y calcular la concentración de una
muestra problema asignada.
Para la obtención de la curva de calibración, se representan gráficamente las
absorbancias de las muestras de concentración conocida a la longitud de onda de
máxima absorbancia, frente a la concentración de dichas muestras, de esta forma
se obtiene la curva, que según la ley de Beer debe mostrar un comportamiento
lineal.
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De acuerdo a los resultados experimentales es posible observar para cada una de
las gráficas de la ley de Beer (A Vs C) que concentraciones se ajustan a ella, la
longitudes de onda donde no se evidencia el cumplimiento de dicha ley es en λ=
580 y
λ= 490nm la cuales se observan como las menos lineales en
comparación con las demás longitudes analizadas en la gráfica.
Por otra parte, la mejor longitud de onda para evaluar el Nitrato de Cromo es a
415nm, ya que es allí donde hay mejor absorbancia.
6. Conclusiones
- Las curvas de calibración constituyen una herramienta muy útil para la
cuantificación (e identificación) de sustancias a partir de sus espectros de
absorción.
- Para poder cuantificar una sustancia por interpolación a partir de su espectro es
necesario que su concentración se encuentre en el intervalo de linealidad de la
curva de calibración, ya que valores por encima (muy concentrada) o por debajo
(muy diluida) no serán cuantificados de manera confiable. Las curvas de Ringbom
constituyen una ayuda valiosa para determinar dichos rangos de concentración
óptimos.
- La elección de la longitud de onda óptima para la elaboración de la curva de
calibración es determinante a la hora de cuantificar una sustancia por el método
estudiado en esta práctica, pues es a esta λ en donde la relación entre Absorbancia y
concentración es más marcada (mayor dependencia).
- En general, se lograron todos los objetivos.
7. Referencias
-
BAEZA, Alejandro. Química Analítica Instrumental I: Precisión en
espectrofotometría; Documento de apoyo
Manual de laboratorio de Análisis Instrumental: Amally Guzman C.
Universidad Nacional de Colombia, establecimiento de un método
espectrofotométrico. Servicios académicos virtuales. Disponible en
<<http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2001184/lecciones/Cap10/
01_01_01.htm>> Consultado en abril de 2013.