Actividad experimental no 11

Análisis Instrumental

Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12

Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de México

Plantel Ciudad Azteca 001

Nombre del Modulo: Análisis Instrumental Fecha de realización:

Nombre del Docente: Q.F.B. José Esteban Valencia Pacheco Actividad a Evaluar:

Nombre del Estudiante: Grupo:

Actividad Práctica N° 11 Manejo del Espectrofotómetro

Objetivo General:

El estudiante llevara a cabo el manejo del espectrofotómetro de luz visible de acuerdo a sus

especificaciones técnicas.

Objetivos particulares:

El estudiante reconocerá y manipulara un equipo de tipo espectroscópico.

Realizar el barrido de una solución de permanganato de potasio ó sulfato de cobre, para

determinar la longitud de onda óptima de lectura para su cuantificación.

Diseño de una curva de calibración apropiada, para cuantificar la cantidad de materia del

permanganato de potasio ó sulfato de cobre presente en solución.

Graficación de los resultados obtenidos, para la realización del estudio estadístico para

determinar la confiabilidad del proceso de cuantificación.

Materiales y equipos:

1 Gradilla

10 Tubos de ensaye (Medianos)

1 Pipeta graduada de 1 ml



1 Propipeta ó perilla

2 Vasos de precipitados de 50 ml

1 Matraz Volumétrico de 250 ml

1 Probeta de 50 ml

1 Pizeta

Escobillón

Franela

Espectrofotómetro

Interfase (Mini lap)



Introducción:

La espectroscopia es una técnica analítica

experimental, muy utilizada en las diversas

áreas de la química, la física y la

astronomía. Se basa en la detección de la

absorción o emisión de radiación

electromagnética de ciertas energías y su

relación con los niveles de energía

implicados en una transición cuántica. De

esta forma, se pueden hacer análisis

cuantitativos o cualitativos de una enorme

variedad de sustancias.

En pocas palabras la espectroscopia es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética

y la materia, con absorción o emisión de energía radiante

Un espectroscopio es un instrumento destinado a

separar los diferentes componentes de un espectro

óptico. Está constituido por una rendija situada en el

plano focal de un prisma o una red de difracción y un

anteojo para observar el haz dispersado.

Así, que la espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado en las investigaciones

químico biológicas. El espectrofotómetro es el instrumento que permite comparar la radiación

absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que

contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.

Todas las sustancias pueden absorbe energía radiante, aun el vidrio que para ser completamente

transparente absorbe longitud de ondas que pertenecen al espectro visible; el agua absorbe

fuertemente en la región del infrarrojo.

ESPECTROFOTÓMETRO

Un espectrofotómetro es un instrumento que tiene la capacidad

de manejar un haz de Radiación Electromagnética (REM),

comúnmente denominado Luz, separándolo en facilitar la

identificación, calificación y cuantificación de su energía. Su

eficiencia, resolución, sensibilidad y rango espectral, dependerán

de las variables de diseño y de la selección de los componentes

ópticos que lo conforman.

Región de la Luz Visible



Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la

energía es absorbida. El color de las sustancias se

debe a que estas absorben ciertas longitudes de

onda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólo

vemos aquellas longitudes de onda que no fueron

absorbidas.

Componentes de un espectrofotómetro

1.- Fuente de luz La misma ilumina la muestra. Debe

cumplir con las condiciones de estabilidad, direccionabilidad, distribución de energía espectral

continua y larga vida. Las fuentes empleadas son lámpara de tungsteno y lámpara de arco de xenón.

2.- Monocromador Para obtener luz monocromática, constituido por las rendijas de entrada y salida,

colimadores y el elemento de dispersión. El monocromador aísla las radiaciones de longitud de onda

deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto.

3.- Foto detectores En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 foto detectores para

percibir la señal en forma simultánea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto

reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes móviles del equipo.

Utilidad.

Los espectrofotómetros son útiles debido a la relación de la intensidad del color en una

muestra y su relación a la cantidad de soluto dentro de la muestra.

El espectrofotómetro tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática (de una

longitud de onda particular) a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es

absorbida por dicha muestra. Esto le permite al experimentador realizar dos funciones:

1. Nos da información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra. Esto podemos

lograrlo midiendo la absorbancia (Abs) a distintos largos de onda ( ) y graficar estos valores

en función del largo de onda, formando un espectrograma. Como cada sustancia tiene unas

propiedades espectrales únicas, distintas sustancias producen distintos espectrogramas.

Esto se debe a que cada sustancia tiene un arreglo de átomos tridimensional particular que

hace que cada sustancia tenga características únicas.



Al ser expuestos a la luz del espectrofotómetro, algunos electrones de los átomos que

forman las moléculas absorben energía entrando a un estado alterado. Al recuperar su

estado original, la energía absorbida es emitida en forma de fotones. Esa emisión de

fotones es distinta para cada sustancia, generando un patrón particular, que varía con el

largo de onda usado. Dependiendo del largo de onda, será la cantidad de energía absorbida

por una sustancia, lo que logra generar un espectro particular al graficar Abs vs .

2. Nos dice cuanta cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra. La

concentración es proporcional a la absorbancia, según la Ley Beer-Lambert: a mayor cantidad

de moléculas presentes en la muestra, mayor será la cantidad de energía absorbida por sus

electrones.

Abs = K C L Abs: absorbancia

K: coeficiente de extinción molar

C: concentración

L: distancia que viaja la luz a través de la muestra. (normalmente es de 1 cm)

La cubeta promedio, que guarda la muestra, tiene dimensiones internas de un

centímetro (L). La ecuación describe una línea recta, donde el origen es cero. Si L es

constante (1.0 cm) y se conoce el valor de K, podemos calcular C en base a Abs:

Abs / K L = C

La aplicación práctica de la Ley de Beer es, que conociendo la absorbancia de una sustancia podemos

averiguar su concentración y esto lo podemos hacer de dos formas:

1. Por comparación con una solución conocida: si tenemos 2 soluciones, una problema (P) y una

estándar (S), podemos establecer la siguiente relación matemática entre ellas:

2. A través de una curva de calibración: la curva de calibración es la representación gráfica en un

eje de coordenadas de la Absorbancia (eje de ordenadas) frente a la Concentración (eje de

abscisas). Se ensayan varias soluciones de concentración conocida y se determinan sus A,

construyéndose la curva de calibrado, que es una recta. Una vez ensayadas las soluciones

problemas, su concentración se averigua por interpolación de las A de las soluciones problema

en la curva de calibración.

Hay que tener en cuenta la LINEALIDAD, que es el intervalo de concentraciones del cromógeno entre

las cuales existe una relación lineal entre Absorbancia y Concentración.

Cuando la concentración del cromógeno sobrepasa los límites de linealidad se deja de cumplir la Ley

de Beer, convirtiéndose la recta en una curva. La lectura de la Absorbancia fuera de los límites de

linealidad se traduce en una concentración falsamente baja de cromógeno. En esta situación, hay que

diluir la muestra para que su concentración entre en los límites de la linealidad.

Tipos de espectrofotómetros: Absorción atómica, de emisión, Ultravioleta, Infrarrojo, Visible, Etc.



Procedimiento:

Actividad N° 1.- Diseño de la curva de calibración.

Para efectuar la cuantificación de una sustancia en solución a través de la técnica espectrofotométrica es necesario primeramente realizar el diseño de una curva de calibración (curva de referencia ), la cual permita que a través de una serie de elementos de concentración conocida se relacionen y comparen los resultados obtenidos por medio de un carácter medible como es la absorbancia, para ello se efectuaran una serie de diluciones con cantidad de materia conocida obteniendo sus lecturas y estableciendo así una función matemática que relacione a ambas, lo cual permita una interpolación de datos experimentales, este curva deberá presentar una respuesta lineal la cual se analizara a través de un test estadístico para evaluar su confiabilidad.

Inicialmente se prepararan 250 ml de una solución patrón (StocK) de sulfato de cobre penta hidratado CuSO4 5H2O, ó permanganato de potasio KMnO4 de concentración conocida (aproximadamente de 2000 ppm), esta solución será repartida entre los diversos equipos del laboratorio.

Esta solución será el Stock de donde se partirá para la realización de las diversas disoluciones, primeramente se identificaran los tubos de ensaye que serán utilizados para el proceso de la disolución, marcándolos y ordenándolos de forma creciente, Ejemplo del tubo 1 al tubo 10.

Cada equipo realizara 8 diluciones de acuerdo a la siguiente tabla:

Solución Blanco Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Tubo 7 Tubo 8

Stock 0 ml 0.5 ml 1 ml 2 ml 4 ml 5 ml 6 ml 8 ml 10 ml

Agua 10 ml 9.5 ml 9 ml 8 ml 6 ml 5 ml 4 ml 2 ml 0 ml

Realizadas las disoluciones, se efectuara una inspección visual de los resultados, anotando cada una de las observaciones pertinentes, de acuerdo a estas y a criterio personal se propondrá el trabajar con estas diluciones o en caso necesario si la concentración de color es extremadamente colorida o diluida, preparar nuevas diluciones convenientes para el experimento.

Ya seleccionadas y aceptadas las diluciones convenientes, se calibrara el equipo con el blanco (muestra de agua destilada) y se realizara el barrido con la solución de mayor concentración para determinar la longitud de onda optima a la cual se leerán las disoluciones (barrido de los 400 a 800 nm con intervalos de lectura de 10 nm).

Efectuada la selección de la longitud de onda optima, esta se establecerá en el equipo y se comenzaran a leer una por una las diferentes disoluciones, es recomendado llevar a cabo la lecturas de las disoluciones al azar (a doble ciego) o en su defecto de forma creciente (de menor a mayor concentración) para evitar la posibilidad de predisposición de resultados o aumento de errores.

Los resultados obtenidos se anotaran en la tabla No 1. Graficándolos y con ayuda del equipo se llevara a cabo el estudio estadístico que nos indique la linealidad de la curva y la confiabilidad de esta para la cuantificación de diversas sustancias problemas.

Como ultima parte de la experimentación se tomaran lecturas de soluciones problemas diseñadas por el profesor y de acuerdo a los resultados obtenidos se interpolaran en la grafica elaborada para conocer las concentraciones desconocidas de las soluciones.



Reporte de la Actividad.

Hipótesis:

Observaciones :



Esquematización del equipo.

Barrido de la longitud de onda optima ( )



Tabla de Resultados. Diseño de la Curva de calibración.

Variable Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Tubo 7 Tubo 8 Prob 1 Prob 2

Concentración [ ]

Absorbancia Abs

Resultados Estadísticos de la Curva de Calibración

Pendiente: Ordenada al Origen : Coeficiente de Correlación :

Expresión Matemática y = mx + b

Análisis de Resultados de la actividad experimental.



Conclusiones:

Cuestionario.

¿Qué es un espectrofotómetro?

¿Qué es un análisis espectral?

¿Qué es una longitud de onda?

¿Qué es un espectro

electromagnético?

¿Qué es la luz visible?

¿Qué es una curva de calibración?



Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de México

Plantel Ciudad Azteca 001

Nombre del Modulo: Análisis Instrumental Fecha de realización:

Nombre del Docente: Q.F.B. José Esteban Valencia Pacheco Actividad a Evaluar:

Nombre del Estudiante: Grupo:

Rubrica de la Actividad

Indicador Cumple No cumple Puntaje

obtenido Excelente Pts Bien Pts Suficiente Pts Insuficiente Pts

Hipótesis 2 1.5 1 0

Observaciones 4 3 2 0

Esquema del equipo 3 2 1

Barrido de optima 3 2 1

Tabla de resultados 6 4 2 0

Análisis de resultados 3 2 1 0

Conclusiones 2 1 0.5 0

Anexos (cuestionario) 2 1 0.5 0

Puntaje Total

Resultado de la actividad:

E 25

MB 20

B 15

S 10

NA - 10

Observaciones:

Actividad experimental no 11

Education

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