“DETERMINACION DE Fe+2 EN UNA MUESTRA – METODO ESPECTROFOTOMETRICO VIS” UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA TEMA: “DETERMINACION DE Fe+2 EN UNA MUESTRA – METODO ESPECTROFOTOMETRICO VIS” ASIGNATURA: ANALISIS INSTRUMENTAL ALUMNO: VARGAS REGALADO, JUAN ANALISIS INSTRUMENTAL 2019 DETERMINACION DE Fe+2 EN UNA MUESTRA – METODO ESPECTROFOTOMETRICO VIS 1 I. OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 II. FUNDAMENTO TEÓRICO............................................................................... 3 2.1 LEY DE LAMBERT..................................................................................... 4 2.2 LEY DE BEER ............................................................................................ 5 2.3 Transmitancia (T) ....................................................................................... 6 2.4 Absorbancia(A) .......................................................................................... 6 2.4.1 Mediciones de transmitancia y absorbancia ........................................ 7 2.4.2 Selección de longitud de onda de trabajo ............................................ 7 2.5 CURVA DE CALIBRACIÓN ....................................................................... 8 III. MATERIALES Y EQUIPOS ......................................................................... 11 IV. PROCEDIMIENTO ...................................................................................... 12 V. CONCLUSIONES .......................................................................................... 19 VI. BIBLIOGRAFÍA............................................................................................ 19 ANALISIS INSTRUMENTAL Página 2 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL I. OBJETIVOS Determinación de Co(II) y Ni(II) como Cloruros, con la aplicación de la Ley de Beer Lambert. Determinación del espectro de cada una de las sustancias y su Curva Patrón. II. FUNDAMENTO TEÓRICO La espectrofotometría es uno de los métodos de análisis más usados, y se basa en la relación que existe entre la absorción de luz por parte de un compuesto y su concentración. Cuando se hace incidir luz monocromática (de una sola longitud de onda) sobre un medio homogéneo, una parte de la luz incidente es absorbida por el medio y otra transmitida, como consecuencia de la intensidad del rayo de luz sea atenuada desde Po a P, siendo Po la intensidad de la luz incidente y P la intensidad del rayo de luz transmitido. Dependiendo del compuesto y el tipo de absorción a medir, la muestra puede estar en fase líquida, sólida o gaseosa. En las regiones visibles y ultravioleta del espectro electromagnético, la muestra es generalmente disuelta para formar una solución. Cada sustancia tiene su propio espectro de absorción, el cual es una curva que muestra la cantidad de energía radiante absorbida, Absorbancia, por la sustancia en cada longitud de onda del espectro electromagnético, es decir, a una determinada longitud de onda de la energía radiante, cada sustancia absorbe una cantidad de radiación que es distinta a la que absorbe otro compuesto (Fig. 1) ANALISIS INSTRUMENTAL Página 3 ANALISIS INSTRUMENTAL 2019 FIGURA 1: ESPECTRO DE ABSORCIÓN DE DOS COMPUESTOS DIFERENTES El método espectrofotométrico se rige por dos leyes fundamentales: Ley de Lambert y Ley de Beer. 2.1 LEY DE LAMBERT Esta ley establece que cuando pasa luz monocromática por un medio homogéneo, la disminución de la intensidad del haz de luz incidente es proporcional al espesor del medio, lo que equivale a decir que la intensidad de la luz transmitida disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente el espesor del medio absorbente (Fig. 2): FIGURA 2 LEY DE LAMBERT La siguiente relación matemática da cuenta de esta ley: P/P0 = e-kb P0: intensidad de la luz incidente P: intensidad de la luz transmitida b: espesor del medio absorbente ANALISIS INSTRUMENTAL Página 4 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL k: constate, cuyo valor depende de la naturaleza del soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, del espesor del medio absorbente y de la naturaleza del medio. 2.2 LEY DE BEER La intensidad de un haz de luz monocromática disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente la concentración de la sustancia absorbente, cuando este haz pasa a través de un medio homogéneo (Fig. 3). FIGURA 3 LEY DE BEER La relación matemática que da cuenta de esta ley se muestra a continuación: P0/P = e –k´c Dónde: La relación matemática que da cuenta de esta ley se muestra a continuación: Po: Intensidad de la luz incidente P: Intensidad de la luz transmitida c : Concentración de la solución k:Constante, cuyo valor depende de la naturaleza del soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, de la concentración de la solución, y frecuentemente, de la naturaleza del medio. Ambas leyes se combinan en una sola, generando la Ley de Lambert-Beer ANALISIS INSTRUMENTAL Página 5 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL Dónde: log P0 / P = a b c ó A=abc A = log P0 / P = - log T a : Absortividad b : Longitud o espesor del medio (longitud de la cubeta) c : Concentración de la solución P/Po= T : Transmitancia Los términos absorbancia y transmitancia son definidos a continuación 2.3 Transmitancia (T) Es la razón entre la luz monocromática transmitida (P) por una muestra y la energía o luz incidente (Po) sobre ella. Tanto la energía radiante incidente como la transmitida deben ser medidas a la misma longitud de onda. T = P / P0 = 10-abc ó %T = 100 P / P0 Se acostumbra a considerar la transmitida como la razón de la luz transmitida por la muestra y la luz transmitida por un estándar arbitrario. Este estándar puede ser el líquido (solvente) en que esta disuelta la muestra, aire, blanco analítico (solución que contiene todos los componentes de la solución problema menos la sustancia problema) u otra sustancia elegida arbitrariamente. Debido a que la transmitancia de este estándar no es necesariamente 100%, es necesario especificar el estándar con el cual la muestra es comparada. 2.4 Absorbancia(A) Se define como la cantidad de energía radiante absorbida por una sustancia pura o en solución. Matemáticamente, corresponde al logaritmo negativo de la transmitancia.T, transmitancia expresada como fracción decimal %T, transmitancia expresada como porcentaje. ANALISIS INSTRUMENTAL Página 6 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL A = - log T = 2 – log %T Pero T = P / P0 = 10-abc Luego A = - log ( P / P0 ) = - log 10-abc A = abc Esta ecuación indica que la absorbancia es una función lineal de la concentración, donde a es una constante de proporcionalidad llamada absortividad. La magnitud de a depende de las unidades de b y c. Si la concentración c está expresada en moles por litro y la longitud de la cubeta b en centímetros, la constante a recibe el nombre de absortividad molar( Ɛ ) . Luego A= Ɛbc 2.4.1 Mediciones de transmitancia y absorbancia Las mediciones de absorbancia o transmitancia se hacen por comparación entre la muestra problema y un estándar arbitrario o referencia. Como la referencia debe poseer un porcentaje de transmitancia de 100%, esta es llamada referencia de 100%., o una absorbancia de cero. 2.4.2 Selección de longitud de onda de trabajo La longitud de onda de trabajo corresponde, generalmente, a la longitud de onda en la cual la absorbancia del analito (sustancia a analizar) es máxima, y recibe la denominación de Lambda máximo (λ max). Para seleccionar el λ max., se hace un espectro de absorción o curva espectral, y que consiste en una gráfica de la absorbancia de una solución de la sustancia absorbente de concentración adecuada, medida a distintas longitudes de onda y en ella se determina el λ max. (Fig.4). ANALISIS INSTRUMENTAL Página 7 ANALISIS INSTRUMENTAL 2019 FIGURA 4 CURVA ESPECTRAL Las mediciones de absorbancia se hacen en la zona de longitudes de onda se espera que absorba la sustancia problema. Si se trata de sustancias coloreadas, las mediciones se realizan en la zona visible del espectro electromagnético (380 a 800nm). En el caso de sustancias no coloreadas, las mediciones se realizan en la región ultravioleta del espectro electromagnético (200 a 380 nm). 2.5 CURVA DE CALIBRACIÓN Uno de los métodos más utilizados para determinar la concentración de una muestra problema, es el método de la curva de calibración. Esta curva de calibración es una gráfica que relaciona la concentración de la menos cinco soluciones de estándar de concentraciones conocidas, con la absorbancia de cada uno de ellos a la longitud de onda máxima λ max. (fig 5) ANALISIS INSTRUMENTAL Página 8 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL FIGURA 5 CURVA DE CALIBRACIÓN Una vez obtenida la gráfica se determina la función matemática que presenta dicha recta a través del tratamiento estadístico de regresión de los mínimos cuadrados, la cual relaciona la absorbancia y la concentración de un analito. La siguiente ecuación matemática corresponde a dicha función: A = m c + n (Ecuación 1) A: Absorbancia. n:Intercepto de la recta m:Pendiente de la recta y que corresponde al producto entre absortividad a de la muestra y el espesor b de la cubeta. Luego se mide la absorbancia de la solución problema y se interpola su valor en la gráfica o se reemplaza en la ecuación (1), para obtener el valor de concentración del analito. La concentración de la solución problema debe estar comprendida en el rango de concentración que comprende la curva de calibración. Si la concentración de la solución problema es menor que la concentración del estándar más diluido, debe usarse el método de adición estándar, que consiste en adicionar un volumen determinado de un estándar concentrado a la solución problema, ANALISIS INSTRUMENTAL Página 9 ANALISIS INSTRUMENTAL 2019 antes de realizar la lectura y que permite que esta lectura este dentro de las obtenidas para la curva de calibración. En el caso contrario, si la concentración del analito es mayor que la concentración del estándar más concentrado la solución problema deberá ser diluida. FIGURA 6 INTERPOLACIÓN GRÁFICA Al hacer la curva de calibración, se debe emplear la longitud de onda de máxima absorbancia (λ max.), para obtener una recta con la máxima pendiente y así tener mayor sensibilidad y precisión al hacer las mediciones. La medición de la absorbancia de la solución problema debe hacerse a la misma longitud de onda que fue hecha la curva de calibración. ANALISIS INSTRUMENTAL Página 10 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL III. MATERIALES Y EQUIPOS MATERIAL 02 matraz aforado de 200 ml. 08 matraces aforados de 25 ml. 02 buretas de 50 ml. 02 picetas 02 vasos de vidrio de 25 ml. Espátula REACTIVOS CoCl2.6H2O (237.93 gr/mol): 015 M – 200 ml NiCl2.6H2O /(237.71 gr/mol): 015 M – 200 ml HCl: 1% v/v: 250 ml. EQUIPOS Espectrofotómetro doble Haz Perkin Elmer Lambda 3B. Celdas portamuestra de vidrio. ANALISIS INSTRUMENTAL Página 11 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL IV. PROCEDIMIENTO Se prepara el estándares de sal de hierro a partir de la muestra patrón de sal de Mohr (Fe(NH4)2(SO4).6H2O) de 10mg/lt a 250ml, agregando pequeños volúmenes de muestra y luego agregando los siguientes reactivos cromoforos: 2ml de clorhidrato de hidroxilamina 2.5ml de acetato de sodio 2ml de fenantrolina Luego se enrasa a 50ml con agua destilada, para obtener las nuevas concentraciones, empleare la siguiente formula: Cpatron x Vvolumen agregado = Cnueva x 50ml. ANALISIS INSTRUMENTAL Página 12 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL Co(II) a 510nm Standard (M) A1 A2 A3 APROM Blanco 0 0 0 0 0.03 0.018 0.018 0.018 0.018 0.06 0.008 0.009 0.008 0.008 0.09 0.010 0.010 0.010 0.010 0.12 0.015 0.015 0.014 0.015 X 0.018 0.018 0.018 0.018 Y 0.010 0.010 0.010 0.010 Co II 510 nm 0,016 0,014 y = 0,1167x + 0,004 Absorbancia 0,012 0,01 Co II 510 nm 0,008 Линейная (Co II 510 nm) 0,006 0,004 0,002 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Concentración (mol / L) Del gráfico tomamos la pendiente de la recta 𝜀0 = 0.1167 𝐿⁄𝑚𝑜𝑙. 𝑐𝑚 Resolviendo para X y Y tenemos que sus concentraciones son ANALISIS INSTRUMENTAL X 0.120 M Y 0.051 M Página 13 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL Co(II) a 720nm Standard (M) A1 A2 A3 APROM Blanco 0 0 0 0 0.03 0.152 0.152 0.152 0.152 0.06 0.306 0.306 0.306 0.306 0.09 0.431 0.431 0.430 0.431 0.12 0.580 0.579 0.579 0.579 X 0.196 0.194 0.195 0.195 Y 0.373 0.374 0.375 0.374 Co II 720 nm 0,7 y = 4,6867x + 0,0155 0,6 Absorbancia 0,5 0,4 Co II 720 nm 0,3 Линейная (Co II 720 nm) 0,2 0,1 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Concentración (mol / L) Del gráfico tomamos la pendiente de la recta 𝜀0 = 4.6867 𝐿⁄𝑚𝑜𝑙. 𝑐𝑚 Resolviendo para X y Y tenemos que sus concentraciones son ANALISIS INSTRUMENTAL X 0.038 M Y 0.076 M Página 14 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL Ni(II) a 510nm Standard (M) A1 A2 A3 APROM Blanco 0 0 0 0 0.03 0.078 0.078 0.078 0.078 0.06 0.090 0.092 0.092 0.091 0.09 0.078 0.075 0.075 0.076 0.12 0.082 0.081 0.080 0.081 M 0.094 0.094 0.093 0.094 N 0.086 0.082 0.082 0.083 Ni II 510 nm 0,082 0,081 y = 0,1667x + 0,061 Absorbancia 0,08 0,079 Ряд1 0,078 Линейная (Ряд1) 0,077 0,076 0,075 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 Concentración (mol / L) Del gráfico tomamos la pendiente de la recta 𝜀0 = 0.1667 𝐿⁄𝑚𝑜𝑙. 𝑐𝑚 Resolviendo para M y N tenemos que sus concentraciones son ANALISIS INSTRUMENTAL M 0.198 M N 0.132 M Página 15 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL Ni(II) a 720nm Standard (M) A1 A2 A3 APROM Blanco 0 0 0 0 0.03 0.066 0.063 0.063 0.064 0.06 0.137 0.136 0.136 0.136 0.09 0.190 0.190 0.190 0.190 0.12 0.250 0.255 0.257 0.254 M 0.223 0.223 0.224 0.223 N 0.158 0.159 0.161 0.159 Ni II 720 nm 0,3 Aborbancia 0,25 y = 2,08x + 0,005 0,2 0,15 Ni II 720 nm 0,1 Линейная (Ni II 720 nm) 0,05 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Concentración (mol / L) Del gráfico tomamos la pendiente de la recta 𝜀0 = 2.08 𝐿⁄𝑚𝑜𝑙. 𝑐𝑚 Resolviendo para M y N tenemos que sus concentraciones son ANALISIS INSTRUMENTAL M 0.105 M N 0.074 M Página 16 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL Muestas a 510 nm A1 A2 A3 APROM P 0.240 0.240 0.240 0.240 Q 0.217 0.216 0.215 0.216 A1 A2 A3 APROM P 0.120 0.120 0.120 0.120 Q 0.205 0.206 0.207 0.206 Muestas a 720nm Para P tenemos: 0.240 = 0. 1167𝐶𝐶𝑜 + 0.1667𝐶𝑁𝑖 0.120 = 4.6867𝐶𝐶𝑜 + 2.08𝐶𝑁𝑖 Resolviendo tenemos: 𝐶𝐶𝑜 = 0.04929 𝑀 𝐶𝑁𝑖 = 0.0537 𝑀 Para Q tenemos: 0.216 = 0. 1167𝐶𝐶𝑜 + 0.1667𝐶𝑁𝑖 0.206 = 4.6867𝐶𝐶𝑜 + 2.08𝐶𝑁𝑖 𝐶𝐶𝑜 = 0.04268 𝑀 𝐶𝑁𝑖 = 0.0956 𝑀 CUESTIONARIO ANALISIS INSTRUMENTAL Página 17 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL 1. ¿Por qué cree usted que se usan en el experimento celdas de vidrio? Por el índice re refracción que presenta este material, es el indicado para realizar esta experiencia 2. Determinación de la Absortividad Molar para cada uno de las sustancias en el experimento. 3. Ni II 510 nm 0.1667 L/mol . cm Ni II 720 nm 0.2.08 L/mol . cm Co II 510 nm 4.6867 L/mol . cm Co II 720 nm 0.1667 L/mol . cm Calcular la Absorbancia y Transmitancia de una solución cuya absortividad molar 1.4x104, cuya concentración es 5 ppm y es medida en una cubeta de 1.5 cm. (PM = 237.93 gr/mol) 𝐴=𝜀×𝑏×𝑐 5 𝑚𝑔 1𝑔 1 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 × × = 2.1014 × 10−5 𝑔 𝐿 1000𝑚𝑔 237.93 ⁄ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝐴 = 2.1014 × 10−5 × 1.5 𝑐𝑚 × 1.4 × 104 𝐿 𝐴 = 0.4413 𝑇= 4. 1 10−0.4413 = 2.7624% Ejercicio Muestras A y B considerar b = 1 cm 𝝀 A (1.5 x 10-1 mol x L-1) B (1.5 x 10-1 mol x L-1) 510 nm 0.714 0.298 572 nm 0.0097 0.757 ANALISIS INSTRUMENTAL Página 18 2019 ANALISIS INSTRUMENTAL 𝝀 ABSORBANCIA 510 nm 0.40 572 nm 0.577 SOLUCIÓN 0.40 = 0.714 × 1 cm × 𝐶𝐴 + 0.298 × 1 cm × 𝐶𝐵 0.577 = 0.0097 × 1 cm × 𝐶𝐴 + 0.757 × 1 cm × 𝐶𝐵 RESOLVIENDO EL SISTEMA DE ECUACIONES: 𝐶𝐴 = 0.2434 𝑀 𝐶𝐵 = 0.7591 𝑀 V. CONCLUSIONES Se calculo las concentraciones presentes en cada muestra problema de Co II y Ni II respectivamente. Se hallo las concentraciones presentes de Ni II y Co II en la mezcla de dichas soluciones. VI. BIBLIOGRAFÍA • Harris, Daniel. Análisis Químico Cuantitativo. • Rubinson, Kenneth A.; Rubinson, Judith F. Análisis Instrumental. • Skoog D.A.; West D.M. Química analítica. Ed. Mc Graw Hill. • Skoog D.A; West D.M. Principios de análisis Instrumental. ANALISIS INSTRUMENTAL Página 19
