fotometria uvvis

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LUJÁN

QUÍMICA ANALÍTICA II 2011

Trabajo Práctico Nº 2: Fotometría ultravioleta - visible

Objetivo

Ilustrar sobre los principios de la fotometría, las formas de operación práctica de los equipos, las características de absorción de la luz por soluciones y sus aplicaciones cuantitativas.

Parte I Determinación de las concentraciones de una mezcla de permanganato y dicromato en una solución.

Reactivos

Solución de dicromato de potasio 0.01 M

Solución de permanganato de potasio 3. 10-3 M

Solución de ácido sulfúrico al 15% v/v.

Parte experimental

1. Determinación de espectros de absorción

Encienda el espectrofotómetro, automaticamente el equipo realizará una serie de controles o chequeos de inicialización. Aguarde como mínimo 10 minutos para permitir la estabilización de la fuente de luz.Seleccione el modo ABSORBANCIA y luego una longitud de onda inicial de 340 nm. Coloque la cubeta con agua destilada o solución blanco en el porta celda, cierre la tapa del compartimento de muestras y presione la tecla correspondiente para obtener el 0 de Absorbancia (usar siempre la misma cubeta y en la misma posición).

Coloque la solución de K2Cr2O7 6.10-4 M en la cubeta hasta aproximadamente 4/5 partes de su volumen. Seque y limpie la superficie externa de la celda con papel absorbente libre de pelusas. Cuando la absorbancia indicada en la pantalla resulte estable, registre el valor.

Seleccione las siguientes longitudes de onda y determine los valores de Absorbancia. Para cada nuevo valor de longitud de onda se debe ajustar el 0 de Absorbancia según lo indicado anteriormente.

390 – 400 – 410 – 420 – 425 – 430 –435 – 440 – 445 – 450 – 455 – 460 – 465 – 470 – 475 – 480 – 490 – 500 – 510 – 520 – 525 – 530 – 535 – 540 – 545 – 550 – 555 – 560 – 570 – 580 – 590 – 600 – 610 – 620 – 630 nm.

Repita el mismo procedimiento para una solución de KMnO4 1.8.10-4 M

Represente en un mismo gráfico, absorbancia vs. longitud de onda para las soluciones de KMnO4 y K2Cr2O7.

Los equipos actuales pueden determinar los espectros de absorción en forma automática. Se debe indicar tipo de lectura (A o %T), rango de longitudes de onda donde se desea el equipo realice el barrido y solicitar una corrección de base con la solución blanco en el compartimiento de la muestra.En caso de utilizar un equipo de doble haz, la corrección de la línea de base se realiza conjuntamente con las lecturas de absorbancia de las muestras.

Fotometria uv- visible 1



Selección de las longitudes de onda de trabajoObserve ambos espectros de absorción y seleccione dos longitudes de onda con valores de absorbancia elevados para el permanganato o para el dicromato y con mínimas interferencias

del otro compuesto.

2. Determinación de las concentraciones de Cromato y Permanganato en una mezcla.

Es posible determinar las concentraciones de dos componentes en una mezcla en forma simultánea realizando mediciones espectrofotométricas a dos longitudes de onda.

A partir de las soluciones estándar de MnO4- y Cr2O7

2- realice las siguientes diluciones:a) Cr2O7

2-. Tome respectivamente 3, 4 y 6 ml de solución de dicromato de potasio 0.01 M y lleve a 50.0 ml con ácido sulfúrico al 15 % en un matraz aforado.

b) MnO4-. Tome respectivamente 2, 3 y 4 ml de solución de permanganato de potasio

3. 10-3 M y llevar a 50,0 ml con ácido sulfúrico al 15 % en un matraz aforado.

Calcule en ambos casos las concentraciones finales de permanganato y dicromato para todas las diluciones, pues le resultarán imprescindibles para la construcción de las representaciones de la ley de Beer.

Para cada una de las longitudes de onda anteriormente seleccionadas, obtenga las representaciones de la ley de Beer de la siguiente manera:

a) Seleccione la primera longitud de onda.b) Ajuste el 0 de absorbancia utilizando la solución de H2SO4 15% como blanco.c) Mida la Absorbancia de las soluciones correspondientes, comenzando por la de

menor concentración (incluya el blanco en la serie de soluciones a medir).d) Repita el procedimiento para la segunda longitud de onda.

Finalmente usted obtendrá cuatro series de datos para la realización de los 4 gráficos de Absorbancias vs. concentración.

3. Tratamiento de los resultados

Represente gráficamente absorbancia (en ordenadas) vs. concentración. Estime la mejor recta de acuerdo a los valores medidos. Observe el intervalo dinámico lineal de trabajo. Si es necesario, descarte aquellos puntos que se alejen de la linealidad ocasionando desviaciones a la ley de Lambert – Beer.

Del gráfico de A vs concentración, calcule los valores de absortividad molar (a) de cada una de las especies a ambas longitudes de onda.

Determine la concentración de cada componente en la solución incógnita según la siguiente ecuación:

A 1= a x b x C + a x b x C Cr2O7

2-1

Cr2O72 MnO4

- 1

MnO4-

A 2= a x b x C + a x b x C Cr2O7

2-2

Cr2O72 - MnO4

- 2

MnO4-

4. Redacción del informe1. Investigue las características técnicas del equipo utilizado como tipo de lámpara, rango útil

de longitudes de onda, tipo de selector de longitudes de onda, ancho de banda, detector, etc.

2. En un solo gráfico represente los espectros de ambos compuestos. Señale las longitudes de onda elegidas.

3. Realice las 4 representaciones de Beer e indique los coeficientes de extinción para cada compuesto a cada longitud de onda. Indique si descartó alguna lectura.

4. Indique las concentraciones de cada compuesto en su muestra (incluya los cálculos)




Parte II

Determinación colorimétrica de Fósforo en alimentos según una modificación del método de Gomori.

FundamentoEl fósforo reacciona con el molibdato en medio sulfúrico para generar un ácido complejo como el heteropolifosfomolibdico, de color amarillo. En presencia de un reductor adecuado solo se reduce el molibdeno combinado con el fósforo, generándose azul de heteropolimolibdeno que es un producto intensamente coloreado de composición muy poco definida pero cuya intensidad de color puede resultar directamente proporcional a la concentración inicial de fósforo en la muestra.

Reactivos

Reactivo sulfomolíbdico. Mezclar 2 partes de solución de molibdato de sodio al 5 %

(Na2MoO4.2H2O) con 1 parte de H2SO4 10 N y una parte de agua.

Solución reductora. Disolver 1 g de metil-para-aminofenolsulfato (elón) en 100 ml de

solución de bisulfito de sodio al 3%

Solución patrón de fósforo de 1000 ppm. Disolver cuantitativamente 11,0 g de KH2PO4 en

agua destilada, agregar 1 ml de H2SO4 (c) y completar hasta 2,5 L con agua destilada.

Solución de Trabajo de fósforo. A partir del patrón de fósforo de 1000 ppm, realizar

cuantitativamente 2 diluciones sucesivas 1/10 hasta llegar a una concentración de 10 ppm.

Técnica

1. Construcción de la curva de calibración

a. En matraces aforados de 25 ml colocar respectivamente 0.00, 2.00, 4.00, 6.00 y 8.00 ml de la solución patrón de fósforo de 10 ppm.

b. Agregue a cada matraz 2.5 ml de solución sulfomolíbdica y 1 ml de solución reductora. Finalmente complete los volúmenes con agua destilada y homogeinice.

c. Luego de 45 minutos de completado el enrase y antes de 90, lea las absorbancias a 670 nm. Comience por el blanco y continúe en orden creciente de concentraciones de los estándares.

d. Represente A vs C. Construya la mejor recta. Descarte aquellos puntos que se apartan notablemente de la linealidad. Calcule el del complejo coloreado.

2. Determinación de la concentración de Fósforo en leche en polvo.

En un matraz de 25.00 mL coloque una alícuota de la muestra, previamente mineralizada. Estime el volumen de muestra a medir teniendo en cuenta que el contenido de fósforo en leche en polvo se encuentra cercano a 900 mg/ 100 gramos de leche, de forma tal que la intensidad de la señal generada se encuentre en el intervalo comprendido en la curva de calibración.Agregue 2.5 mL se solución sulfomolibidca, 1 mL de elón y enrase con H2O(d). Mida la absorbancia a 670 nm y calcule la concentración por comparación de sus datos con aquellos obtenidos con los estándares.

A = . b . C

RECOMENDACIONEl fósforo que contienen los detergentes caseros puede ser motivo de resultados elevados, por lo tanto se recomienda abstenerse de su uso durante la limpieza del material. Puede ser reemplazado por la mezcla sulfocrómica o detergentes no iónicos.




3. Redacción del informe

Calcule la concentración de P en su muestra expresada en mg de P por cada 100 g de alimento. Incluya los datos utilizados como masa de muestra, volumen de la muestra en la reacción, diluciones, lecturas, gráficos de calibración y cálculos.




Cuestionario

1. Defina la Ley de Lambert - Beer. Desviaciones instrumentales, reales y químicas.

2. Convertir los siguientes valores de absorbancia en % de transmitanciaa. 0.375 b. 1.325 c. 0.012

3. Convertir los siguientes valores de % de transmitancia en valores de absorbancias.a. 33.6 b. 92.1 c. 1.75

4. Una solución de X 4,14 10-3 M tiene una transmitancia de 0.126 si se mide en una cubeta de 2 cm. Si se utilizara una cubeta de 1 cm ¿Qué concentración de X haría falta para que la T aumentara 3 veces?.

5. Dibuje un diagrama de los componentes necesarios en los instrumentos para realizar mediciones de absorción molecular en el uv - visible.Defina: a. ancho de banda espectralb. radiación monocromática

6. ¿Cuál es la geometría mas adecuada y el material mas recomendado para la construcción de cubetas de lectura en el uv- visible?.

7. Una solución de una especie absorbente presenta el siguiente espectro de absorción molecular. De las λ señaladas en el espectro indique cuál seleccionaría para la cuantificación espectrofotométrica de la misma y cuales no utilizaría. Justifique ordenando los puntos señalados en orden creciente, según la sensibilidad.

A

360 380 420 450 500 540 600 nm Longitud de onda

8. Indique los pasos a seguir para determinar experimentalmente la concentración de una mezcla de dos sustancias absorbentes.

9. ¿Cuál será el efecto sobre la concentración aparente (indique si aumenta, disminuye o no se modifica) si:a. Se detecta una huella digital sobre la celda mientras se lee la Absorbancia del

estándar, y se limpia antes de tomar las lecturas para las muestras en la misma celda.b. No se ajusta el cero del instrumento con disolvente antes de tomar las mediciones de

absorbancia para el estándar (A= 0.751) y para una muestra a la misma concentración?.

10. Indique como procedería experimentalmente para determinar el Límite de detección, Límite de cuantificación y el rango de trabajo en una determinación espectrofotométrica

11. En la determinación de P, el alumno calcula erróneamente el volumen de muestra a utilizar en la reacción colorimétrica y obtiene una absorbancia superior al máximo del rango dinámico lineal de la curva de calibración?. ¿Cómo subsanaría su error?


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Problemas

1. Se mide la transmitancia de la solución resultante del siguiente tratamiento. Se disuelve la muestra que contiene el compuesto X, se desarrolla un complejo coloreado y se diluye a 250 ml. Porciones de 1 g de 4 patrones y una muestra dan los siguientes resultados:

1 2 3 4 M% T 64.5 47.4 37.6 25.0 30.2% X 0.200 0.400 0.600 1.00 ?

a) Construya una curva de trabajo y hallar el % X en la muestra desconocida.b) Usando sólo el dato del patrón 4 y el de la incógnita, calcule el % X de la muestra,

suponiendo que se cumple la Ley de Beer.c) Idem b) pero usando el patrón 3.d) Explique los resultados obtenidos en base de un análisis de la curva de calibración.

2. Una solución de una muestra coloreada que responde a la ley de Beer, muestra una transmitancia de 80.0% cuando se mide en una celda de 1,00 cm de longitud.

a) Calcule el % T para una solución de doble concentración en la misma celda.b) ¿Cuál debe ser la longitud de la celda para obtener la misma transmitancia (80%) en el

caso de una solución cuya concentración es dos veces la original?c) Si la concentración original era 0,005% (p/v), ¿cuál es el valor de la absortividad a?

Rta.: a) 64% T b) 0.5 cm c) a = 1.938 L / g.cm

3. El calciferol (vitamina D2) medido a 264 nm en alcohol como solvente, cumple la ley de Beer sobre un rango amplio de concentraciones con una absortividad molar de 18200.

a) Si el peso molecular es 396, ¿cuál es el valor de a?b) ¿Qué rango de concentraciones, expresado en %, puede ser usado para el análisis si se

desea mantener la absorbancia dentro de los límites 0,4-0,9?. Suponga b = 1cmRta.: a) a = 45.96 L / g.cm b) 8.7 10-4 a 1.96 10-3 g%

4. En etanol, la acetona a 366 nm tiene una absortividad molar de 2,75 10-3 L / cm mol. ¿Qué intervalo de concentración de acetona podría determinarse si los tantos por ciento de transmitancia de las soluciones deben limitarse al intervalo del 10 % al 90% y se usan cubetas de 1.25 cm? Rta: 2.91 10-4 M a 1.33 10-5M

5. El sistema Fe (II)-o-fenantrolina obedece a la Ley de Beer en el ámbito de 0 a 8 ppm de Fe(II). Una solución que contiene 0,100 ppm de Fe(II) y un exceso de o-fenantrolina da una absorbancia de 0,200 en una celda de 1,00 cm. Una solución desconocida da una absorbancia de 0,470 en las mismas condiciones.

a) Calcule la concentración de Fe(II) en ppm y mol/l.b) Calcule la absortividad del complejo.

Rta.: a) 0.235ppm y 4.2 10-6M b) 1.17 105 L / M.cm

6. Una alícuota de una sustancia S coloreada se diluye con un volumen igual de agua y se mide su absorbancia, siendo ésta de 0.325. Otra alícuota se diluye con un volumen igual de una solución patrón que contiene 3.00 10 –4 M de S y la absorbancia es de 0.657. Calcule la Concentración de S en la solución original. Rta.: 2.94 10-4M

7. La absortividad molar de una sustancia X es de 3500 a una longitud de onda determinada. Una solución que contiene una concentración desconocida de X y otra sustancia Y que también absorbe, tiene una transmitancia de 37.0 % a la longitud de onda determinada en una celda de 1.00 cm. Una solución patrón de 2.00 10-4 M en X y la misma concentración en Y que la muestra, tiene una transmitancia de 18.5 %. ¿Cuál es la concentración de X en la muestra?. Rta.: 1.14 10-4M

8. Una solución de una muestra que contiene MnO4- y Cr2O7

= da una absorbancia de 0.688 a 500 nm en cierta celda. Luego de decolorar el MnO4

- con KNO2, la absorbancia bajó a 0.306. Una solución patrón de MnO4

- (10.0 g/ ml de MnO4-) tiene una A: 0.310, mientras




que una solución patrón de Cr2O7=(200 g de Cr / ml) tiene una A: 0.492. Calcule las

concentraciones de Mn y Cr en la muestra.Rta.: 124.4 g Cr / mL y 5.8 g Mn / mL

9. Una determinación simultánea de cobalto y níquel se puede basar en la absorción simultánea de sus respectivos complejos de 8- hidroxiquinolinol. La s absortividades molares correspondientes a sus máximos de absorción son:

Absortividad molar, ε365 nm 700nm

Co 3529 428.9Ni 3228 10.2

Calcular la concentración molar de Ni y Co en cada una de las siguientes disoluciones basándose en los datos siguientes:

Absorbancia , A (cubetas de 1 cm)365 nm 700nm

solución I 0.598 0.039solución II 0.902 0.072

Rta.: Solución I. Co 8.9 10-5 M y Ni 8.8 10-5MSolución II.Co 1.7 10-4 M y Ni 9.8 10-5M

10. Porciones de un milimol de un ácido débil AH y su sal NaA se disuelven en volúmenes de un litro de diversos buffers. Las absorbancias de las soluciones resultantes a 650 nm y en una celda de 2.00 cm son:

absorbancia 0.950 0.950 0.677 0.000 0.000pH 12.00 10.00 7.00 2.00 1.00

Calcule las absortividades molares de HA y A- y la constante de disociación del ácido HA.Rta.: Kd 2.48 10-7

11. Se ha demostrado que la cafeína (pf: 212.1) tiene una A: 0.510 para la concentración de 1 mg/ 100 ml a 272 nm. Una mezcla de 2.5 g de una muestra de café soluble se mezcló con agua hasta un volumen de 500 ml y se transfirió una alícuota de 25,00 ml a un matraz que contenía 25 ml de H2SO4 0.1 N. Esto fue sometido a un tratamiento de clarificación y se aforo a 500 ml. Una parte de esta solución tratada mostró una absorbancia de 0.415 a 272 nm.a. Calcular la absortividad molar.b. Calcular el número de gramos de cafeína por gramo de café.Dato: b: 1.00cm

Rta.: 3.25 10-2 g de cafeína por g de café

12. Se disuelven separadamente con HNO3 una muestra de 1.0 g de acero que contiene 0.41 % de Mn y otra muestra de una acero análogo que pesa 1.1 g y cuyo % en Mn se desconoce. Se oxida el Mn de ambas muestras a MnO4

- con IO4-, se diluyen ambas al

mismo volumen y se comparan en un colorímetro de espesor variable. Se comprueba que las intensidades de color se igualan cuando el espesor de la solución patrón es un 10% menor que el de la otra solución. Calcular el porcentaje de Mn en la muestra problema.

Rta.: 0.369 g% de Mn

13. El quelato CuA22- presenta un máximo de absorción a 480 nm. Cuando el reactivo

complejante está presente en un exceso de al menos 10 veces, la absorbancia depende sólo de la concentración analítica del Cu(II) y cumple la ley de Beer en un largo intervalo. Una solución en la que la concentración analítica de Cu(II) es de 2.30 10 -4 M y que cuando A2- es 8.60 10-3 M tiene una absorbancia de 0.690 cuando se mide en una cubeta de 1 cm a 480 nm. Una solución en la que la concentración analítica de Cu(II) es 2.30 10 -4 M y la de A2- es 5.00 10-4 M tiene una absorbancia de 0.540 cuando se mide en las mismas condiciones. Utilizando esta información calcular la constante de formación de la reacción:




Cu2+ + 2 A2- CuA22-

Rta.: Kf 1.8 108

14. Se realiza una determinación de Gomori según la técnica del TP. Las absorbancias obtenidas son las siguientes:

Estandar Concentración

(ppm)Absorbancia

0 0.0060.800 0.0991.200 0.1431.600 0.1892.000 0.240

MuestrasMasa (g)

Dulce de leche 1 2.306 0.22801.8932 0.1853

Dulce de leche 2 1.4192 0.16721.3883 0.1336

Calcule la concentración de P en las muestras de dulce de leche si luego de la mineralización las cenizas se solubilizaron y se colocaron en matraces de 10.00 mL. Luego se realizó una dilución 1 en 25 y se tomaron 5.00 mL para la reacción de color que se desarrolló en matraces de 50.00 mL.


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