instrumental nitratos en agua

DETERMINACIN DE NITRATOS EN AGUASe realiz el anlisis de nitratos en agua mineral bebible mediante espectrofotometra UV, para lo cual se prepararon muestras de concentracin de nitrato lo suficientemente bajas como para que la ley de Beer pueda cumplirse, y luego poder determinar la concentracin final. El espectrofotmetro utilizado fue el UV-1700 Shimadzu.

Determinacin de Nitratos en Agua por Espectrofotometra UltravioletaUniversidad Nacional Mayor de San MarcosLaboratorio de Anlisis Instrumental

Prctica No. 0101/10/2007 15/10/2007

Facultad de Qumica e Ingeniera QumicaEscuela Acadmico Profesional de Ingeniera Qumica Departamento Acadmico de Qumica Analtica e Instrumentacin

Profesor Fernando Anaya MelndezStuart Campos Guerra 06070018 N. Orden: 04 Lunes 08am - 12m

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Universidad del Per | Decana de Amrica

FUNDAMENTO DEL MTODO Y OBJETIVOSFUNDAMENTOSESPECTROSCOPIA ULTRAVIOLETAEl espectro Ultravioleta y Visible de las molculas est asociado a transiciones electrnicas entre los diferentes niveles energticos en ciertos grupos o tomos de la molcula y no caracterizan a la molcula como entidad. En contraste la absorcin de energa en la regin Infrarroja estimulan la molcula completa y causa cambios vibracionales y rotacionales en esta lo cual caracteriza la entidad estructural de dicha molcula. Los grupos de tomos que dan origen a la absorcin en el UV cercano o UV de cuarzo, se conocen como grupos cromforos. La mayora de los grupos insaturados y heteroatmicos que tienen pares de electrones no compartidos, son cromforos potenciales y estos grupos son la base de la elucidacin de grupos estructurales en las molculas activas en el UV cercano.

Teora De Orbitales MolecularesCuando dos tomos forman un enlace qumico, los orbitales atmicos de cada uno de ellos se combinan para formar dos orbitales moleculares, uno de baja energa que es el orbital enlazante y otro de energa mayor, que es el orbital antienlazante (Figura 1). Los enlaces covalentes que se originan entre los orbitales de dos tomos que se enlazan qumicamente pueden ser de dos tipos y se conocen como enlaces y enlaces . Al efectuarse dicho enlace covalente se forman simultneamente orbitales antienlazantes: en el caso de un orbital molecular enlazante y en el caso de un orbital molecular enlazante . Los electrones que no participan en la formacin de enlaces covalentes en la molcula, se denominan electrones n o no enlazantes. En las molculas orgnicas los electrones estn localizados principalmente en los orbitales atmicos de tomos como: Nitrgeno, Oxgeno, Azufre y del grupo de los halgenos.Figura 1: Orbitales Moleculares

Mientras mayor sea la energa requerida para una determinada transicin, menor es la longitud de onda de la radiacin que debe suministrarse para conseguir tal fin; por ejemplo: laLaboratorio de Anlisis Instrumental Departamento Acadmico de Qumica Analtica e Instrumentacin

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La absorcin de energa radiante en el Ultravioleta o Visible por los electrones , resulta en la excitacin de stos, los cuales pasan a ocupar alguno de los orbitales antienlazantes. La absorcin de radiacin Ultravioleta o Visible es capaz de efectuar dichas transiciones.


transicin para el propano requiere de radiacin de 135nm, la cual se encuentra en la regin del Ultravioleta lejano por lo que es necesario un equipo de alto vaco si se desea estudiar dicha regin del espectro. La transicin es la que requiere de menor energa y mayor longitud de onda. Las cetonas y aldehdos saturados efectan esta transicin a una longitud de onda de aproximadamente 285nm. Es necesario hacer notar que asociado a estas transiciones electrnicas existen cambios rotacionales y vibracionales en la molcula lo cual origina que el espectro obtenido se aun espectro de bandas y no un espectro de una o ms lneas agudas, como s ocurre en un tomo.

INTERPRETACIN Y USOS DE LA ESPECTROSCOPIA ULTRAVIOLETAEl espectro Ultravioleta de una molcula se obtiene generalmente en forma adicional al espectro infrarrojo de la misma especie. Este espectro IR frecuentemente sirve como dato confirmativo de la ausencia o presencia de ciertos grupos funcionales. En algunos casos la espectroscopia UV puede ser fundamental para el estudio de ciertos problemas especficos. Por ejemplo en la industria de los cosmticos, tintes, colorantes y pinturas. El estudio de los grupos auxocromos y de su influencia en el desplazamiento de ciertos compuestos qumicos hacia la regin visible hacen de esta tcnica una de las de mayor inters en sta rea. Desde el punto de vista del estudio estereoqumico y de grupos funcionales en una molcula orgnica, la espectroscopia UV no rivaliza con otras tcnicas que tienen el mismo propsito, especialmente con la espectroscopia IR por las razones mencionadas anteriormente, sin embargo su aplicacin en la cuantificacin de sustancias que absorben radiacin UV la hacen una tcnica insustituible. Existe un gran nmero de tcnicas para determinar substancias que no tienen un nmero suficiente de grupos cromforos para que la banda de absorcin est dentro del espectro Visible; por ejemplo cidos orgnicos, alcoholes, fenoles, aldehdos, cetonas, etc. Muchos de este tipo de compuestos muestran al menos una banda de absorcin en el UV cercano y tomando como dato su longitud de onda de mxima absorbancia se pueden cuantificar en la misma forma en que se determina compuestos en espectroscopia Visible. Es posible determinar un gran nmero de sustancias como son: cido ascrbico, fructuosa, glicerol, cido 1-glutmico, lactosa, galactosa, maltosa, glucosa, rafinosa, sorbitol, etanol, cido actico, etc. Estas tcnicas analticas son de mltiples aplicaciones en bioqumica general y bioqumica de alimentos, y esta es la razn de su importancia. En Qumica Clnica tambin son muy utilizados los mtodos de espectroscopia UV.

OBJETIVOSLos objetivos principales de la prctica son: Aprender el manejo y uso del espectrofotmetro UV. Determinar la cantidad de nitratos presentes en el agua mineral bebible. Trazar las curvas de calibracin y de adicin de patrn.

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DESCRIPCIN BREVE DE LA TCNICA EMPLEADAEste mtodo es aplicable a muestras limpias con bajo contenido de materia orgnica, tales como las provenientes de plantas de suministro y/o pozos de agua subterrnea. Las mediciones se realizan utilizando un fotmetro a 220nm, para concentraciones inferiores a 10ppm, rango para el cual se cumple la Ley de Beer. Teniendo en cuenta que tanto la materia orgnica como el ion nitrato absorben energa radiante a una longitud de onda de 220nm y que la materia orgnica mas no el nitrato, absorbe tambin a 275nm, el mtodo analtico realiza las mediciones a estas dos longitudes de onda, con el objeto de corregir las primeras mediciones por la interferencia que haya podido ocasionar la materia orgnica presente en la muestra. El mtodo fotomtrico es muy bueno para muestras limpias y puede adaptarse bien para muestras con materia orgnica, siempre que sta permanezca estable y constante. La filtracin de las muestras a travs de membranas de 0,45 antes de realizar las mediciones, ayuda bastante a minimizar las interferencias ocasionadas por presencia de materia orgnica en las muestras.

DESCRIPCIN BREVE DEL INSTRUMENTOEl nombre del equipo utilizado es: Espectrofotmetro UV-Visible UV-1700, de marca Shimadzu.Especificaciones: (exactitud espectral, resolucin, exactitud fotomtrica, etc. ...) y funciones en conformidad con las farmacopeas de EE.UU., Europea y Japonesa. Validacin del hardware (9 tems) como estndar. Soporte IQ/OQ* Diseo compacto - modelo liviano de slo 17 kg que puede ser transportado por una persona. Operacin sencilla con teclas especficas para funciones. Facilidad en la operacin a travs de la amplia pantalla de cristal lquido. Funciones completas para anlisis cualitativo y cuantitativo instaladas como estndar; se pueden agregar programas especiales usando tarjetas IC. Compatible con PC usando software bajo Windows. Modo de medicin fotomtrica de mltiples longitudes de onda (estndar).*IQ/OQ contiene los siguientes detalles que son verificados y registrados durante la instalacin del equipo. Son documentos fundamentales para cumplir con las pautas de la FDA.


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1. IQ (Calificacin de la Instalacin) Confirma que el instrumento fue instalado correctamente en la configuracin original y en el ambiente apropiado. 2. OQ (Calificacin de Operacin) Confirma que el instrumento alcanz el desempeo original deseado.

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ACCESORIOS DEL INSTRUMENTOUtilice el software UVProbe para controlar el UV-1700 mediante una computadora personal. El paquete incluye funciones para mediciones fotomtricas, espectrales y cinticas, adems de elaboracin de informes.

CLCULOS DETALLADOSPreparacin de la solucin Stock:

Preparando la solucin intermedia mediante dilucin de la solucin Stock:

Preparacin de las soluciones de Lectura:No. De Solucin 1 2 3 (mL) Intermedia (mL) 1 3 5 (mL) Concentracin final (ppm) 0.1 0.3 0.5

1 1 1

50 50 50

Haciendo los clculos para la solucin nmero 1:

TABLA DE RESULTADOSLa longitud de onda de absorcin mxima que se obtuvo mediante una lectura rpida (modo SCAN) con el instrumento utilizado una lnea base entre 350 y 170nm, fue de 201.5nm.


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En la lectura de los Estndares preparados (soluciones de lectura, para realizar la cuerva de calibracin):Estndar 0 (blanco) 1 2 3 Concentracin (ppm) 0 0.1 0.3 0.5 Absorbancia -0.049 0.005 0.107 0.287

Se realiza el ajuste por mnimos cuadrados: Concentracin Absorbancia 0.00 0.10 0.30 0.50 0.90 -0.049 0.005 0.107 0.287 0.350 0.000 0.001 0.032 0.144 0.176 0.000 0.010 0.090 0.250 0.350

Se obtiene la ecuacin:

Calculamos el coeficiente de correlacin, a partir de la covarianza de desviaciones estndar de y .

y

, y de las


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Este coeficiente de correlacin, al estar tan cercano a 1, nos indica que estos datos forman una recta de pendiente positiva al ser graficados, como se aprecia en la seccin grficas. Para la curva de adicin de patrn se hace un clculo semejante, donde la recta obtenida es:

Este valor de nos dice que coinciden perfectamente para una recta, y como la pendiente es casi igual a la de la curva de calibracin, decimos que se puede confiar en los resultados de la primera. En la lectura de las muestras:Muestra 1 2 3 Absorbancia 0.050 0.376 0.406 Concentracin (ppm-N) 0.168 0.660 0.707

Para el clculo de la concentracin de la muestra 2:

De estas concentraciones, las coinvertimos a concentracin de nitrato y las llevamos al volumen de muestra sin diluir:en agua mineral (ppm) 60.617 79.379 51.019

0.168 0.660 0.707

(ppm) 1.212 4.763 5.102

Para la curva de adicin de patrn se tuvo los siguientes resultados:

0 1 2 3

0.024 0.191 0.217 0.356

0.126 0.381 0.421 0.631


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TRATAMIENTO ESTADSTICOSe obtienen los datos estadsticos principales para estas tres muestras:

Entonces el resultado de la concentracin de nitratos es:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALMATERIALES Y REACTIVOSBalanza Analtica. Desecador de Vidrio con agente deshidratante. Pipetas Volumtricas de 1, 2, 4,4 y 5mL. Matraces Volumtricos de 10, 50, 100 y 500mL.

EQUIPOSEspectrofotmetro UV-Visible, Shimadzu 1700, para uso 220nm y 275nm. Celdas de Cuarzo.

PROCEDIMIENTOObtencin de la Curva de CalibracinEncender el espectrofotmetro. Seleccionar la longitud de onda de mxima absorbancia. Correr el blanco en el equipo para obtener un factor de correccin. Seleccionar los parmetros del mtodo (en este caso seleccionar la lnea base de 350 a 190nm). Leer las soluciones de estndar (soluciones de lectura) y anotar los valores. Graficar la curva de calibracin con los valores obtenidos.


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Tratamiento de la MuestraLas muestras se preparan de la siguiente forma:

1 3 5

1 1 1

50 50 50

Estas muestras se colocan en el espectrofotmetro para la lectura correspondiente de las absorbancias. Para la preparacin de las muestras para la curva de adicin de patrn:

1 1 1 1

0 1 2 3

1 1 1 1

50 50 50 50

De igual manera, se realiza el anlisis con el espectrofotmetro para estas muestras y se procede a graficar la curva de adicin de patrn. Los resultados obtenidos con el Software UVProbe se observan en la figura 2.

Figura 2: Resultados del UVProbe


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DISCUSIN DE RESULTADOSPodemos atribuir la falta de precisin en los resultados del anlisis de las muestras a la mala manipulacin de las celdas de cuarzo, pues se determin en el trazado de la curva de calibracin por adicin de patrn que la solucin estaba preparada correctamente. Cabe notar que hubo una rotulacin equivocada de las soluciones, lo que pudo llevar a errores consiguientes de lectura. Esta es la razn por la que leemos que la concentracin de nitratos en el agua es tan alta, pues aparte de esto, no se realiz la correccin que se debi haber hecho a los 275nm, debido a la falta de tiempo en el laboratorio de instrumentacin. Se debe tener en cuenta que el lmite establecido para la concentracin de nitratos en el agua es de 45mg/L a nivel mundial.

DISCUSIN DE LA TCNICA EMPLEADAEn el laboratorio, no se realiz la medicin a 275nm para tener una correccin. Esto no se realiz debido a que se asumi que esta agua estaba libre de materia orgnica y que esta no estaba interfiriendo con la medicin en la longitud de onda mxima. En general esta tcnica de determinacin de nitratos en agua es la usada como mtodo estndar, debido a su alta precisin, encontrndose adems, registrada en el INDECOPI .

CONCLUSIONESSe concluye, que no se pudo determinar exactamente el contenido en nitratos en el agua mineral que consumimos (agua Vida) pero podemos asegurar que contiene menos de 63.7mg/L de nitratos pues este valor estara representando a todas las especies que absorben radiacin a esta longitud de onda.

RECOMENDACIONESSe recomienda mayor precisin y cuidado en la preparacin de las soluciones para la muestra, as como tal vez un mejor manejo de las celdas de cuarzo en el equipo, pues se determin que hubo error en este sentido. Tambin se recomienda analizar a su vez otros tipos de agua mineral, pero provenientes de manantiales, para poder verificar su mayor limpidez en comparacin al resto.

BIBLIOGRAFAPgina Principios de Anlisis Instrumental. Skoog Holler Nieman McGraw-Hill Interamericana de Espaa. Quinta edicin. 2001Laboratorio de Anlisis Instrumental Departamento Acadmico de Qumica Analtica e Instrumentacin

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