manual3corregido l

CONTENIDO

Determinación de la respuesta relativa total e intensidad relativa de la lámpara_________________2

Obtención del espectro de absorción de una sustancia__________________________________5

Concentración y calibración: ley de Beer_____________________________________________8

Determinación de colorantes en bebidas_____________________________________________12

Determinación de hierro con ortofenantrolina________________________________________14

Procedimiento 1: Determinación de hierro en una materia prima________________________15

Procedimiento 2: Análisis de hierro con ortofenantrolina en un medicamento 18

Análisis de simultáneo de dos componentes 20

Propiedades colorimétricas deseables e indeseables____________________________________26

Determinación del pK de un indicador______________________________________________36

Espectroscopía de “precisión” o “diferencial”________________________________________38

Refractometría: análisis cualitativo y cuantitativo_____________________________________45

Variación del indice de refracción con la temperatura_________________________________50

Índice de refracción de mezclas (cálculo de las concentraciones)________________________52

Refractometría de inmersión______________________________________________________58

Infrarrojo 61

Cromatografía de gas 67

Polarimetría 69

Efectodelaconcentracion en la rotacion optica 72

Determinación del contenido de azucar en un alimento usando la rotación específica_______73

Sacarimetría 74

Espectroscopía atómica___________________________________________________________75

Determinación del contenido sodio en jugos (mango,naranja,piña) MD y MSI_____________77

Análisis de sodio y potasio en cemento______________________________________________83

Efecto de la viscosidad y de cationes y aniones 83

Espectroscopía de absorción atómica_______________________________________________86

Determinación hierro en un fertilizante efecto ancho de ranura longitud de onda 85

Determinacióncobre abonofoliar método de adición de estándar 86

Determinación de Manganeso en suelo 88

Ultravioleta identificacion de un compuesto organico__________________________________92

Análisis de un sistema de dos compuestos benceno y tolueno por multicomponentes________94

Análisis de tabletas de apc por multicomponentes_____________________________________96

Bibliografía____________________________________________________________________101

1

DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA RELATIVA TOTAL E INTENSIDAD RELATIVA DE LA LÁMPARA

OBJETIVO

Conocer el espectrofotómetro de un solo haz y comprender su funcionamiento y manejo.

Estudiar el espectrónic 20 Génesis o Baush and Lomb que se utiliza para trabajos en la región del visible

FUNDAMENTO TEORICO

Un espectrómetro es un instrumento para medir la transmitancia o la absorbancia de una muestra en función de la longitud de onda, también se pueden realizar mediciones de una serie de muestras en una sola longitud de onda. Estos instrumentos se pueden clasificar en galvanometricos o digitales, de simple o de doble haz. Una clasificación alternativa se basa en la región espectral donde funciona, así se puede hablar de espectrómetros del visible, del infrarrojo, etc.

Los componentes esenciales de un espectrofotómetro de un solo haz son:

a. Una fuente de energía radiante continua que cubre la región del espectro en la cual opera el instrumento.

b. Un monocromador que es una parte del instrumento que aísla una banda angosta de longitudes de onda de todo el espectro emitido por la fuente.

c. Un recipiente para muestra que debe ser transparente en la región de longitudes de onda donde se está trabajando.

d. Un detector que es un transductor que convierte la energía radiante en una señal eléctrica.

e. Un amplificador y un circuito asociado que traduce la señal eléctrica a la lectura apropiada.

f. Un sistema de lectura de la medición que pone de manifiesto la magnitud de la señal eléctrica en términos de absorbancia o transmitancia.

Cada uno de estos componentes del instrumento esta constituido por varios elementos que aseguran su buen funcionamiento individual y que a su vez hacen que haya acoplamiento apropiado con el resto de constituyentes del equipo.

PROCEDIMIENTO PARA UN ESPECTRONIC GALVANOMETRICO

1. Ajuste de cero . Enchufar y encender el colorímetro, ajustar el control de ampliación (de la izquierda en el frente) hasta que la aguja lea cero de transmitancia (0%T), dejar calentar el equipo durante 20 minutos.

2. Cuando el instrumento esté caliente volver a ajustar el cero asegurándose de que el recipiente de muestras este en su lugar, presionándolo ligeramente hacia abajo y tapando bien para impedir que la luz difusa entre al detector (esto se debe hacer siempre que se van a hacer lecturas).

2

3. Echar unos tres mL de agua destilada en la cubeta y limpiarla con papel óptico.

4. Voltear el control de luz (derecha al frente) en sentido contrario al movimiento de las manecillas del reloj hasta donde sea posible, sin forzarlo, esto disminuirá la cantidad de luz que llega al fototubo.

5. Colocar la cubeta con agua dentro del soporte para muestras alineando la marca de la cubeta con la del instrumento.

6. Ajustar la longitud de onda a 490 nm y voltear el control de luz en el sentido de las manecillas del reloj hasta obtener una lectura de 60% de transmitancia.

7. Girar ahora el control de longitud de onda observando como varía la respuesta con el cambio de longitud de onda. Determinar la longitud de onda para la cual el instrumento tiene una respuesta mayor (máximo de lectura). Esto debe suceder cerca de 510 nm.

8. Ajustar el 100% de transmitancia para la longitud de onda de mayor respuesta. Ahora cambiando solamente la longitud de onda obtener los datos de Respuesta Relativa Total del equipo. Estos datos son los correspondientes a las lecturas de %T para cada longitud de onda.

9. Organizar los datos en la siguiente tabla:

(nm) R. R. F. R. R. T. I. R. L. IRL(100/IRLmáx)350 90375 98400 100425 98450 91475 81500 68512 61525 63550 37575 21600 10612 7625 5

R. R. F. = Respuesta relativa del fototubo

R. R. T. = Respuesta relativa total

I. R. L. = Intensidad relativa de la lámpara

ESPECTRO VISIBLE

1. Colocar en el compartimiento de muestra, una cubeta que contenga un trozo de tiza blanca cortada diagonalmente y ubicado de tal forma que la radiación caiga sobre la zona inclinada para observar el color de luz que está llegando a la muestra a medida que se cambia la longitud de onda.

3

2. Observar y anotar el color del haz de luz desde los 350 hasta los 650 nm, es importante que haya suficiente luz para poder observar este fenómeno, pero no se debe permitir que la aguja se salga de la escala.

3. Ajustar la longitud de onda a 600 nm, observar la variación del color a través de la banda de luz (ver la pregunta sobre el ancho de banda).

4. Ajustar la longitud de onda a 500 nm. Rotar el control de luz y anotar el cambio de intensidad de la misma. La cantidad de luz que pasa por la muestra está regulada por una pieza metálica en forma de V que deja pasar más o menos radiación cuando se mueve el control de luz.

TRATAMIENTO DE LOS DATOS

1. Hacer una gráfica de R.R.T. Vs longitud de onda.

2. Sobre la misma gráfica trazar los datos de R.R.F. en función de la longitud de onda.

3. A lo largo del eje de las abscisas indicar los colores observados con la tiza.

4. Para cada longitud de onda calcular la intensidad relativa de la lámpara (I.R.L.) así:

I.R.L. = R.R.T./ R.R.F.

5. Hacer sobre las gráficas anteriores una gráfica de intensidad relativa de la lámpara contra longitud de onda.

Nota: Para que esta gráfica quede proporcional a las otras, graficar mejor IRL (100/IRLmáx) Vs longitud de onda.

PREGUNTAS

a. Diga que partes del instrumento causan las diferencias observadas en las gráficas.

b. Para cuál color produce el instrumento una respuesta mayor?

c. Qué color es emitido más fuertemente por la lámpara de tungsteno?

d. Cree usted que todos los instrumentos del visible tienen respuestas idénticas? Explique.

e. Qué es el ancho de banda (en este equipo su valor es 20 nm)

f. Cuáles son los colores del visible y por qué cree usted que el equipo no los diferencia perfectamente uno de otro?

g. Describa y diga como funcionan cada uno de los siguientes componentes del espectrofotómetro del visible:1. la lámpara de tungsteno 2. la rejilla y el prisma de dispersión3. el fototubo4. CONSULTA. En qué consiste un detector de arreglo de diodos (es otro detector que

se usa en espectroscopía del visible) y como funciona éste.

4

OBTENCIÓN DEL ESPECTRO DE ABSORCIÓN DE UNA SUSTANCIA

OBJETIVOS

Obtener el espectro de absorción de una solución de nitrato de cromo (III)

Obtener el espectro de absorción de una solución de colorante rojo de 30 ppm

MARCO TEORICO

Un haz de luz es un flujo de partículas de energía llamadas fotones. Cada una de estas partículas posee una energía característica que está relacionada con la frecuencia de la luz mediante la ecuación

E = h

donde: h constante de Plank

Frecuencia.

La luz de una cierta frecuencia (o longitud de onda) está asociada con los fotones, cada uno de los cuales posee una cantidad definida de energía.

Cuando se irradian moléculas con muchas longitudes de onda, esas moléculas solo absorberán aquellas radiaciones de longitudes de onda que corresponden a los fotones de energía apropiados para permitir sus transiciones de energía molecular, las otras longitudes de onda sencillamente pasan a través de la moléculas sin ser absorbidas y entonces llegan al detector unas radiaciones disminuidas (las que fueron absorbidas) y otras radiaciones completas (las no absorbidas).

Al graficar absorbancia (o transmitancia) en función de la longitud de onda, para una determinada sustancia, se obtiene su espectro de absorción. Dicho espectro es característico, en la mayoría de los casos, de cada sustancia y por esto es un buen método auxiliar en la identificación de sustancias. Los espectros también son importantes para seleccionar la longitud de onda adecuada para análisis cuantitativo.

PROCEDIMIENTO

C. Preparar 25 ml de una polución 0.020 M de Cr (NO3 )3, a partir de una solución patrón de Cr ( NO3 )3 0.0500 M.

D. Llene, hasta las dos terceras partes, una celda porta muestras con agua destilada.

E. Llene, hasta las dos terceras partes, otra celda porta muestras con solución 0.02 M de nitrato de cromo (III).

F. Llene, hasta las dos terceras partes, otra celda porta muestras con solución de 30 ppm del colorante rojo (se da preparado)

.

G. Identifique las partes del colorímetro.

H. Infórmese de qué función tiene cada uno de los mandos del teclado?

5

I. Encender el instrumento.

J. Llevar el selector de longitud de onda a 350 nm y con la celda con agua destilada en el portamuestras llevar la absorbancia a cero (%T=100) esto se llama cuadrar el cero de absorbancia.

K. A esta misma longitud de onda cambie la celda del blanco por la celda que contiene la solución de cromo (III) y leer la absorbancia y la transmitancia, anotar estos datos en la tabla de datos.

L. A esta misma longitud de onda cambiar la celda de la solución de cromo por la celda que contiene la solución de colorante azul de 20 ppm y leer la absorbancia y la transmitancia, anotar estos datos en la tabla de datos.

M. Cambiar la longitud de onda de 10 en 10 nm, repetir las operaciones de los numerales 7 y 8 hasta los 600 nm.

N. Sacar la celda, apagar y dejar el instrumento en orden.

O. Desocupar las celdas y lavarlas con agua.

TABLA DE DATOS

Cr+3 Coloranterojo

Cr+3 Coloranterojo

(nm) %T A %T A (nm) %T A %T A350 520360 530370 540380 550390 560400 570410 580420 590430 600440 610 450 620 460 630 470 640 480490500510


1. Con los datos obtenidos para la solución de nitrato de cromo. Hacer un gráfico de porcentaje de transmitancia Vs longitud de onda ( = nm) y en el mismo papel haga un gráfico de absorbancia Vs longitud de onda (espectro de absorción)

6

2. En otra hoja de papel grafique absorbancia Vs longitud de onda para el colorante.

PREGUNTAS

a. Analizar las gráficas obtenidas teniendo en cuenta:

1. La sustancia absorbe igualmente todas las s? Justifique.

2. Como es la relación entre el porcentaje de transmitancia y la absorbancia? Justifique

b. Sobre el espectro de absorción de cromo (III) bosquejar los espectros que se obtendrían si se hubieran analizado soluciones de mayor y de menor concentración que la trabajada en esta práctica.

c. Comparar los espectros de absorción del cromo y del colorante rojo. A que se debe la diferencia entre estos dos espectros?

RESIDUOS

Se recogen los residuos en frascos de vidrio rotulados como: residuos determinación del espectro de absorción del Cr+3 y Ley de Beer, los cuales posteriormente se precipitaran para quedar como un oxiacetato de cromo.

CONCENTRACIÓN Y CALIBRACIÓN: LEY DE BEER

7

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 mas apropiada para analizar la sustancia absorbente (nitrato de cromo) empleando la ley de Beer.

Calcular la concentración de cromo en una muestra problema.

MARCO TEÓRICO

La luz puede considerarse como ondas energéticas que viajan a través del espacio, constituyéndose en paquetes energéticos que son absorbidos por las sustancias si ellos tienen la energía necesaria para producir cambios en el nivel energético de los electrones dentro de los átomos que forman esas sustancias.

La absorción de la luz por una sustancia en solución se puede describir matemáticamente por la ley de Beer-Lambert:

A = b c

A = absorbancia a una longitud de onda dada de luz,

= absortividad molar, única para cada molécula y varía con la longitud de onda,

b = longitud de la trayectoria de la luz a través de la solución

c = concentración de la solución en moles por litro.

Para medidas de absorbancia de una determinada sustancia a una longitud de onda dada, y b son constantes, así que habrá una relación directa entre la absorbancia de una solución y la concentración de la sustancia absorbente en ella.

Si se mide la absorbancia en función de la concentración de moléculas absorbentes en soluciones patrón, se puede construir una gráfica de la ley de Beer, llamada también curva de calibración o curva de trabajo.

En este tipo de gráfica se puede determinar la concentración de una muestra desconocida midiendo la absorbancia de la muestra a la mismas condiciones que las soluciones patrón e interpolando la concentración correspondiente en la en la curva de calibración.

En esta práctica se seleccionará, entre varias longitudes de onda del espectro de absorción del nitrato de cromo (III), la longitud de onda donde mejor se cumple la ley de Beer y usando la curva de calibración a esa longitud de onda se determinará, por interpolación, la concentración de una solución desconocida de cromo (III).

PROCEDIMIENTO

1. A partir de una solución de nitrato de cromo (III) 0.0500 M (solución madre), preparar por dilución 25 mL de solución de cada una de las siguientes concentraciones 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, y un solo grupo prepara por dilución 50 ml de una solución de 0.0080 M, y a partir de una patrón 0.500 M un solo grupo prepara por dilución 50 ml de una

8

solución 0.0600 M (estas son las soluciones patrón).,estas soluciones son para los estudiantes de los cursos de Instrumental I.

2. Para los cursos de servicio Química Farmacéutica, Ingeniería Química, Ingeniería de Alimentos etc. solo preparan los estándares 001,002, 0.03, 0.04 a partir de la patrón de 0.0500 M,

3. De la gráfica de absorbancia Vs longitud de onda (espectro de absorción) para el nitrato de cromo (III), que se obtuvo en la experiencia anterior, seleccionar cinco longitudes de onda () para estudiar en cada una de ellas el cumplimiento de la ley de Beer y escoger entre ellas la mejor para hacer análisis cuantitativo. Las longitudes de de onda son:

primera: un mínimo de la curva

segunda y tercera: Los máximos de la curva

cuarta: una donde la curva tenga pendiente positiva y

quinta: una donde la curva tenga pendiente negativa.

4. Encender el instrumento (espectronic 20)

5. Para cada una de las s seleccionadas en el numeral anterior, leer la absorbancia y el % de transmitancia de cada una de la soluciones patrón y de la solución problema, recordando que cada vez que cambie de se debe ajustar el cero de absorbancia con el blanco antes de hacer las lecturas correspondientes.

Nota: Antes de llenar las cubetas se debe purgar cada una con la solución correspondiente.

6. Organizar los datos en la siguiente tabla:

C (M) 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.008 Muestra#

A %T A %T A %T A %T A %T A %T A %T A %T

7.Desocupar celdas, depositar soluciones en garrafones correspondientes para residuos..

8Apagar el espectronic, desconectar del toma, ajustar el cable alrededor, colocar el forro

Plástico, dejar sitio de trabajo limpio y organizado.

RESIDUOS

9

Se recogen los residuos en frascos de vidrio rotulados como determinación del espectro de absorción del Cr+3 y Ley de Beer, los cuales posteriormente se precipitan para quedar como oxiacetato de cromo.


1. En una sola hoja de papel, graficar %T Vs concentración para cada una de las cinco longitudes de onda seleccionadas en el numeral 3.

2. En una sola hoja de papel graficar (100 - %T) Vs logaritmo de Concentración para cada una de las cinco longitudes de onda seleccionadas en el numeral 3 (del procedimiento).

3. En una misma hoja graficar absorbancia Vs concentración (grafica de Beer) para cada una de las longitudes de onda seleccionadas en el numeral 3 (del procedimiento).

4. En la grafica mas apropiada de la ley de Beer (pendiente mayor y mejor linealidad) hallar, por interpolación, la concentración molar de nitrato de cromo (III) de la solución problema.

PREGUNTAS

a. Para cada una de las gráficas de la ley de Beer (A Vs C) explicar para que concentraciones se cumple la ley.

b.Para cual de las cinco longitudes de onda tiene mayor absortividad molar el nitrato de

cromo (III)? Justificar la respuesta en base a la relación A = b c

c De acuerdo a la escala de lectura (en este equipo es de 0.1%) del porcentaje de

transmitancia, ¿Cuál es el error relativo para la concentración de la solución problema?

C/C = -0.433 % T/ %T( 2-LOG%T)

d Si se quieren analizar soluciones 0.015 y 0.07 M, cuáles son las longitudes de onda mas

apropiadas? Dar la respuesta con base en la adhesión a la ley de Beer y en el error

inherente a la concentración de la solución

C/C -0.433 % T/ %T( 2-LOG%T)

b. Investigar que forma debería tener las graficas del numeral 2 del tratamiento de los datos (curvas de Ringbom) y que información se puede obtener de este tipo de gráfica.

10

DETERMINACIÓN DE COLORANTES EN BEBIDAS

OBJETIVO

Identificar y cuantificar colorantes en bebidas gaseosas.

MARCO TEORICO

Las industrias de medicamentos y alimentos les agregan a estos algunos aditivos para hacerlos mas agradables a la vista y hasta al gusto. El contenido de dichos aditivos tiene unos límites que deben ser controlados tanto por el fabricante como por las entidades autorizadas para hacer control de tales productos. Entre los aditivos que se agregan a las gaseosas están los colorantes.

Los colorantes son sustancias que tienen grupos llamados cromóforos que absorben la luz visible. Esta absorción no es igual para todas las longitudes de onda del visible, lo cual permite, en una muestra problema, identificar por su espectro de absorción el colorante que contiene el producto que se está analizando, también se puede cuantificar dicho colorante utilizando la ley de Beer si su absorbancia es directamente proporcional a su concentración.

La presente práctica permite identificar y cuantificar el contenido de un colorante en una gaseosa utilizando los conceptos adquiridos en lo que se refiere al espectro de absorción de una sustancia y a la utilización de la ley de Beer como método cuantitativo.

PROCEDIMIENTO

Obtención de los espectros, identificación del colorante y selección de la longitud de onda óptima

1. Pesar alrededor de 2 mg de colorante para las gaseosas: manzana, premio y uva. Pesar alrededor de 4 mg para la gaseosa Colombiana, luego de pesar llevarlos a un balón de 100 mL y completar a volumen con agua destilada. (esta es la solución madre del colorante)

2. Preparar los estándares del colorante tomando, 5, 10, 20 y 30 ml de solución madre del colorante en balones de 50 mL y completando a volumen con agua destilada.

3. Obtener el espectro de absorción del colorante y el espectro de absorción de la gaseosa, leyendo la absorbancia entre 400 y 600 nm, haciendo lecturas cada 10 nm.

4. Por comparación de espectros identificar el colorante de la gaseosa.

5. En el espectro seleccionar la longitud de onda óptima para hacer el análisis del colorante que contiene la gaseosa.

6. Empleando la longitud de onda seleccionada en el numeral 5 medir la absorbancia de los patrones y de la muestra problema cuadrando el cero de absorbancia con el blanco de reactivos, que en este caso es agua, antes de hacer las lecturas.

Nota: si la absorbancia de la muestra problema está por debajo o por encima de las absorbancias de los patrones, se deben hacer las correcciones necesarias para que este dato quede dentro de la curva de calibración.

11

7. Finalmente desocupar y dejar limpio todo el equipo utilizado, apagar desconectar y dejar en orden el espectrofotómetro.

RESIDUOS

No se recogen residuos, puesto que los colorantes que se usan son alimenticios, se botan por la poseta.

TRATAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS

1. Utilizando el mismo papel graficar el espectro de absorción de la gaseosa y del colorante seleccionado.

2. Graficar Absorbancia Vs Concentración del colorante (curva de calibración) y en esta curva hallar por interpolación la concentración del colorante en la gaseosa.

3. Expresar la concentración del colorante en la gaseosa en mg/L.(ppm)

PREGUNTAS

a. ¿Cuántos mg de colorante consume una persona cuando se toma una gaseosa de 350 mL?

b. Si su muestra presenta color rojo, ¿En qué rango de longitud de onda se presenta su absorción?

c. Buscar en la literatura un método para la determinación de colorantes en medicamentos en el cual se utilice la espectroscopía de la región visible.

12

DETERMINACIÓN DE HIERRO CON ORTOFENANTROLINA

OBJETIVO

Acomplejar el hierro de una muestra problema con 1,10 - fenantrolina y cuantificarlo por espectrofotometría en la región del visible.

MARCO TEÓRICO

Para fines analíticos, el tipo más importante de absorción por especies inorgánicas es la absorción por transferencia de carga.

Una especie que no absorbe radiación visible puede convertirse en otra que si absorba sometiéndola a una reacción de formación de complejos que son compuestos de alta absorbancia y que por tanto permiten analizar trazas de iones metálicos en muestras.

Para el análisis de iones metálicos las formación de complejos tiene la ventaja de que el agente acomplejante es generalmente selectivo y si varios iones forman complejos con el mismo agente acomplejante, cada ión se puede analizar aprovechando las características espectrales del complejo de interés.

La reacción entre el Fe(II) y la 1,10 - fenantrolina para formar un complejo de color rojo es un método apropiado para determinar el hierro. La absortividad molar del complejo C12H8N23Fe2+, es 11000 a 510 nm. La intensidad del color es dependiente del pH en el rango de 3 a 5 El complejo es muy estable y su absorbancia es proporcional a la concentración, lo que indica que cumple la ley de Beer.

Como el hierro debe estar en estado de oxidación +2 se debe agregar a la muestra un agente reductor antes del acomplejante. Se usa clorhidrato de hidroxilamina la cual con el hierro(III) tiene la siguiente reacción:

2Fe3+ + 2NH2OH + 2OH- 2Fe2+ + N2 + 4H2O

Para tener el pH entre 3 y 5 se emplea acetato de sodio o amoníaco.

PROCEDIMIENTO

Notas:

A continuación se presentan tres procedimientos diferentes.

En cada sesión se realiza solo un análisis.

Para todos los procedimientos se deben preparar las siguientes soluciones:

Disolver 0.1 g de 1.10 - fenantrolina monohidratada en 100 mL de agua destilada., esta solución queda al 0.1 % de ortofenantrolina

Disolver 10 g de clorhidrato de hidroxilamina en 100 mL de agua destilada. Esta solución queda al 10% de clorhidrato de hidroxilamina

Disolver 10 g de acetato de sodio en 100 mL de agua destilada., esta solución queda al 10% de acetato de sodio.

13

PROCEDIMIENTO 1: DETERMINACIÓN DE HIERRO EN UNA MATERIA PRIMA (FERTILIZANTE)

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCION MADRE

Pesar con exactitud cerca de 0.07 g de sulfato amónico ferroso, puro, disolverlos en agua y pasarlos cuantitativamente a un balón volumétrico de 1 litro, adicionar aproximadamente 250 mL de agua y agregar 2.5 mL de ácido sulfúrico concentrado (para prevenir la formación de oxido férrico) y completar el volumen con agua destilada, esta es la solución madre cuya concentración es 9.96 x 10-3 mg/mL.(10 ppm de hierro), esta solución ya esta preparada.

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES PATRÓN

Tomar en 6 balones de 50 mL (4 servirán para los estándares, uno para el blanco y otro para la muestra) 5, 10, 20 y25 mL de la solución madre de hierro para preparar las soluciones patrón y a cada balón agregar en el orden que se da: 0.5 mL de solución de hidroxilamina, 4 mL de solución de acetato de sodio y 5 mL de solución de 1,10-fenantrolina. Diluir todas las soluciones hasta la marca de 50 mL, agitarlas y dejarlas en reposo durante 10 minutos.

PREPARACION DEL BLANCO

En un balón de 50 mL tomar aproximadamente 30 mL de agua (no necesita ser pipeteada) destilada y agregarle en el orden que se da: 0.5 mL de solución de hidroxilamina, 4 mL de acetato de sodio y 5 mL de ortofenantrolina completar a volumen y dejar en reposo durante 10 minutos.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Pesar 0.1 g de fertilizante en un beaker de 100 mL, agregar agua aproximadamente 40 mL y 3 mL de ácido clorhídrico concentrado, calentar durante 15 minutos con el recipiente tapado, dejar enfriar ,trasvasar a un balón volumétrico de 250 ml y hacer lavados con agua destilada fría hasta aproximadamente 80 mL (este volumen puede variar dependiendo del fertilizante) completar a volumen con agua destilada, de esta solución pipetear 2.0 mL y trasvasarlos a un balón volumétrico de 50 mL agregarle 0.5 mL de clorhidrato de Hidroxilamina al 10%, 4.0 mL de acetato de sodio 2.0M y 5.0 mL de ortofenantrolina al 0.1% enrasar con agua destilada, homogenizar y esperar durante 10 minutos para realizar su lectura

14

ANÁLISIS

Con la solución preparada con 10mL de la solución madre 0. (La de 2 ppm) correr el espectro del complejo hierro-ortofenantrolina entre 400 y 600 nm haciendo lecturas cada 10 nm teniendo en cuenta de cuadrar el cero de Absorbancia con el blanco preparado.

Con base en el espectro anterior seleccionar la de la máxima absorbancia (alrededor de 510 nm), a la lambda ( de máxima absorbancia

Cuadrar el cero de Absorbancia con el blanco de reactivos, leer la absorbancia de cada solución patrón y de la muestra problema (fertilizante), la absorbancia del fertilizante debe de estar dentro del rango de los estándares sino lo esta hacer la respectiva dilución, si la muestra esta muy concentrada o preparar otro estándar si ocurre el caso contrario.

RESIDUOS

Se recogen los residuos en garrafones de plástico rotulados como: Residuos determinación de hierro ( Fe +2 ) en un fertilizante ,los cuales posteriormente se neutralizan.

Informar el porcentaje de hierro en el fertilizante., teniendo en cuenta el factor de dilución

PREGUNTAS

Responder las preguntas que aparecen en el procedimiento uno

La preparación de la materia prima ( fertilizante) se encuentra en el Procedimiento 1:

Análisis de hierro con ortofenantrolina en un fertilizante.

TRATAMIENTO DE LOS DATOS Y RESULTADOS

Con los datos obtenidos hacer una gráfica de absorbancia Vs concentración de hierro en cada una de las soluciones patrón (curva de calibración) y a partir de esta y con la absorbancia de la solución de la muestra problema calcular la concentración de hierro en la solución problema (mg/L) y determine el % de hierro en la materia prima, teniendo en cuenta el factor de dilución

PREGUNTAS

a. Qué es un complejo?

15

b. Por qué se llaman complejos por transferencia de carga?

c. Qué sucede si no se adiciona la hidroxilamina antes de agregar la 1,10-fenantrolina?

d. Qué condiciones debe tener el agua que se utiliza para preparar las soluciones en este análisis?

e. Cuál es el mínimo volumen de solución de 1,10-fenantrolina de concentración 0.5 g/L, necesario para reaccionar con 0.25 mg de hierro (II)?

f. Si la solución de su muestra problema tiene una absorbancia por encima o por debajo de las absorbancias de las soluciones patrón que efecto puede tener esto en el resultado del análisis y como se soluciona este problema?

16

PROCEDIMIENTO 2: ANÁLISIS DE HIERRO CON ORTOFENANTROLINA EN UN MEDICAMENTO

PREPARACION DE LA MUESTRA

Triturar diez pastillas de sulfato ferroso (SO4Fe). Pesar entre 0.1 y 0.2 g de muestra en un beaker de 100 mL seco agregar 40 mL de ácido sulfúrico 2.0 M, colocarlo en el ultrasonido durante 30 minutos, dejar enfriar, filtrar en un balón volumétrico de 500 ml y hacer lavados con agua destilada fría hasta aproximadamente 300mL, completar a volumen con agua destilada.

De la solución anterior tomar 2 mL en un balón volumétrico de 50 mL, agregar en el orden que se da: 0.5 mL de solución de clorhidrato de hidroxilamina, 4 mL de acetato de sodio y 5 mL de ortofenantrolina completar a volumen con agua, agitar y dejar en reposo durante 10 minutos antes de hacer el análisis.


A partir de una solución madre de 9.996 x 10-3 mg Fe/mL (10 ppm) en 6 balones volumétricos de 50 mL ( 4 servirán para los estándares , uno para el blanco y otro para la muestra) agregar : 3,5, 10, 20 ml de la solución patrón de 10 ppm de hierro y a cada balón adicionar en el siguiente orden: 0.5 mL de hidroxilamina al 10%, 4 mL de acetato de sodio 2.000M 5 mL de ortofenantrolina al 0.1 % completar a volumen con agua destilada , agitar y dejar en reposo durante 10 minutos.

PREPARACIÓN DEL BLANCO

En un balón de 50 mL tomar aproximadamente 30 mL de agua destilada (no se necesita medir con pipeta volumétrica)y agregarle en el orden que se da: 0.5 mL de solución de hidroxilamina al 10 %, 4 mL de acetato de sodio 2.000M y 5 mL de ortofenantrolina al 0.1 % completar a volumen y dejar en reposo durante 10 minutos.

17

ANÁLISIS

Con la solución preparada con 5 mL de solución madre (la patrón de 1 ppm) correr el espectro del complejo hierro-ortofenantrolina entre 400 y 600 nm haciendo lecturas cada

10 nm.teniendo en cuenta de cuadrar el cero de Absorbancia con el blanco preparado.

Con base en el espectro anterior seleccionar la de la máxima absorbancia (alrededor de 510 nm), a la lambda ( de máxima absorbancia, cuadrar el cero de Absorbancia con el blanco de reactivos, leer la absorbancia de cada solución patrón y de la muestra problema

(medicamento), la absorbancia del medicamento debe de estar dentro del rango de los estándares sino lo esta, hacer la respectiva dilución, si la muestra esta muy concentrada o preparar otro estándar si ocurre el caso contrario.

RESIDUOS

Se recogen los residuos en garrafones de plástico rotulados como: Residuos determinación de hierro ( Fe +2 ) en un medicamento , los cuales posteriormente se neutralizaran

Informar el porcentaje de hierro en el medicamento., teniendo en cuenta el factor de dilución

PREGUNTAS

Responder las preguntas que aparecen en el procedimiento uno.

.

18

ANÁLISIS DE SIMULTÁNEO DE DOS COMPONENTES

OBJETIVO

Aplicar la espectrofotometría para resolución de problemas donde hay en la muestra dos o más componentes que absorben en la misma región de longitudes de onda.

MARCO TEÓRICO

En la mayoría de los casos un espectrómetro no puede analizar directamente una muestra, solo se convierte en una herramienta útil cuando la muestra ha sido tratada para aislar el constituyente que se va a analizar de tal forma que se pueda interpretar el resultado sin ambigüedades. Sin embargo, en muchos casos no es necesario que los componentes individuales de una muestra compleja se separen de los demás para poder analizarlos.

Para realizar un análisis cuantitativo de un sistema de multicomponentes es necesario que se cumplan los siguientes requisitos:

Los componentes no deben reaccionar entre sí.

Las absorbancias deben ser aditivas.

En espectrofotometría algunas veces es posible medir mas de un componente en una sola solución, la complejidad depende de los espectros de absorción los componentes que se van a analizar. Suponiendo que la muestra tiene dos componentes X y Y que absorben, se presentan varios casos:

Caso 1

Los espectros de los componentes no se sobreponen o al menos se puede encontrar una longitud de onda donde X absorbe y Y no y otra longitud de onda donde sea Y el que absorbe y X no, los componentes X y Y se pueden analizar cada uno en las longitudes de onda donde el otro no interfiere, como se ve en la siguiente figura:

Espectros de absorción de los compuestos X y Y. (No existe la sobreposición de los espectros en las dos longitudes de onda que se utilizan)

Caso 2

Los espectros se sobreponen parcialmente, la siguiente figura muestra como en la longitud de onda 1, X se puede analizar sin interferencia de Y pero en la 2 X absorbe junto con Y.

19

1 2

X

Y

Longitudes de onda

Longitudes de onda

En este caso se determina la concentración de X a partir de la absorbancia en 1, luego se calcula la absorbancia que tiene esta concentración de X en 2 usando su absortividad molar en esta longitud de onda, esta contribución se resta de la absorbancia medida para la solución a 2 con lo que se obtiene la absorbancia del componente Y cuya concentración se puede calcular después usando la ley de Beer.

Espectros de absorción de los compuestos X y Y. (Los espectros se sobreponenparcialmente: X se puede medir sin interferencia de Y, pero X interfiere con la medida directa de Y)

Caso 3

Los espectros se sobreponen por completo. Cuando no se puede encontrar una longitud de onda en la que ya sea X o Y absorban en forma exclusiva, como se siguiere en la figura siguiente:

Espectros de absorción de los compuestos X y Y. (Se sobreponen por completo: no existe una longitud de onda en la cual se pueda medir alguno de los compuestos sin que el otro interfiera)

Este es el caso que se va a tratar en la presente práctica. Para ello es necesario proponer dos ecuaciones simultáneas con dos incógnitas:

A1 = x1b Cx + X1 b CY

A2 = x2 b Cx + Y2 b CY

Donde:

A es absorbancia medida en cada una de las longitudes de onda.

es la absortividad molar.

b es el espacio recorrido por la radiación en la muestra.

20

1 2

X

Y

Longitudes de onda

1 2

X

Y

Longitudes de onda

CX y CY son las concentraciones molares de los analitos.

Como CX y CY son las únicas incógnitas sus valores se pueden hallar por ecuaciones simultáneas. Los valores de se obtienen a partir de análisis de soluciones patrón de cada una de las sustancias que se han medido a las dos longitudes de onda.

EQUIPO

Espectrofotómetro (Espectronic 20 Génesis).

Celdas apropiadas para el instrumento.

Pipetas volumétricas de 5.0 ml

Pipetas volumétricas de 10.0 mL

Balones volumétricos de 25 ml

REACTIVOS

Solución de 100 ppm de colorante Amarillo.

Solución de 100 ppm de colorante azul.

PROCEDIMIENTO

1. A partir de una solución de 100 ppm de colorante amarillo, preparar 25 ml de una

Solución de 16 ppm de este colorante.

2. A partir de una solución de 100 ppm de colorante rojo, preparar 25 ml de una

Solución de 16 ppm de este colorante.

3. A partir de la solución patrón de 100 ppm del colorante azul y de la patrón de 100 ppm

del colorante amarillo preparar 25 ml, de una mezcla de estos colorantes ( que contenga

16 ppm del colorante azul y 16 ppm del colorante amarillo).

3. Llenar, hasta las dos terceras partes, una celda porta muestras con agua destilada.

4. Llenar, hasta las dos terceras partes, otra celda porta muestras con solución de 16 ppm

del colorante amarillo

5. Llenar, hasta las dos terceras partes, otra celda porta muestras con solución de 16 ppm

del colorante azul

6. Llenar, hasta las dos terceras partes, otra celda porta muestras con solución de la mezcla

de colorantes (16 ppm colorante azul y 16 ppm del colorante amarillo)

7. Prender el instrumento

21

8. .Llevar el selector de longitud de onda a 350 nm y con la celda con agua destilada en el

portamuestras lleve la absorbancia a cero.

9. A esta misma longitud de onda cambiar la celda del blanco por la celda que contiene la

Solución de colorante amarillo y leer la absorbancia, a esta misma longitud de onda colocar la celda con la solución del colorante azul y leer absorbancia, a esta misma longitud de onda colocar la celda con la mezcla de colorantes y leer absorbancia, a esta misma longitud de onda colocar la celda con la muestra, leer la absorbancia de la muestra anotar estos datos en la tabla de datos.

10. Cambiando la longitud de onda de 10 en 10 nm, repita las operaciones de los numerales

6 y 7 hasta los 600 nm para el colorante amarillo, y hasta los 640 nm para el colorante

azul y para la mezcla de colorantes.

TABLA DE DATOS

Colorante amarillo

Colorante rojo

Colorante amarillo Colorante rojo MezclaColorantes

(nm) %T A %T A (nm)

%T A %T A (nm)

%T A

350 490 610360 500 620370 510 630380 520 640390 530400 540410 550420 560430 570440 580450 590460 600470480490

11. Seleccionar las Lamdas de máxima absorción para el colorante azul y la Lambda de

máxima absorción para el colorante amarillo, a estas dos longitudes de onda leer la

absorbancia de las soluciones patrón de 16 ppm del colorante amarillo (con el objeto de calcular los valores de a dichas longitudes de onda), y la absorbancia del colorante azul de 16 ppm.

12. Leer la absorbancia de la muestra problema.

RESIDUOS

22

Los residuos se botan por la poseta ya que los colorantes que se usan son alimenticios, botar por

el desagüé


1. En una sola hoja pintar los espectros de absorción (Absorbancia Vs longitud de onda) para:

el colorante Amarillo de 20 ppm.

el colorante Azul de 20 ppm.

para la mezcla de 20 ppm de colorante (amarillo-rojo)

2. Para todas las longitudes de onda sume las absorbancias del colorante amarillo y del colorante rojo .al graficar los puntos así obtenidos se debe obtener una curva muy cercana de la curva obtenida para la mezcla, esto indica que cada una de las sustancias actúa independientemente y sus absorbancias son aditivas.

3. Con los datos obtenidos para las soluciones obtener los valores de absortividad molar () de cada uno de los colorantes a esas longitudes de onda.

4. Calcular la concentración en ppm de cada uno de los colorantes de la muestra problema empleando el sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas.

5. Informar la concentración en ppm de los componentes de su muestra problema.

Nota: Recuerde tener en cuenta alguna dilución de la muestra problema, si es que tiene que hacerla.

PREGUNTAS

a.Los siguientes son los espectros de absorción de dos sustancias A y B Sugiera:

23

Espectros de absorción de las sustancias:A

B

1. Un par de longitudes de onda que se puedan emplear para determinar simultáneamente las dos sustancias.

2. Un par de longitudes de onda en las que sería un error determinar simultáneamente las dos sustancias.

Justifique su respuesta.

24

PROPIEDADES COLORIMÉTRICAS DESEABLES E INDESEABLES

OBJETIVO

Estudiar un sistema desde el punto de vista de las características que debe cumplir y de aquellas indeseables que afectan su análisis por colorimetría.

Comparar dos sistemas químicos para ver como sus características colorimétricas son afectadas en forma diferente por factores externos al sistema pero dependiendo de la composición de la solución.

APARATOS

Espectrofotómetro

Cubetas para muestras de 1 cm de ancho

Pipetas: 1 mL (graduadas en 0.1 mL), 1, 2, 3, 4, 5, 10 y 20 mL

balones volumétricos de 25 mL

SOLUCIONES

Cantidades aproximadas necesarias para todos los lavados de pipetas y medidas

Parte I Parte IICloruro Férrico, 10-3 M, en HCl 100 mL 80 mLTiocianato de amonio, sol. Saturada 30 mLTiocianato de amonio, 0.5 M 100 mLAcetato de sodio, 2 M gotas1,10-fenantrolina, 0.1 % y 0.3% 35 mLHidróxido de sodio, 4 M Gotas gotasÁcido clorhídrico 6.0 M 12 mLSolución amoniacal, concentrada gotasClorhidrato de hidroxilamina, 10%(recientemente preparado)

20 mL

REACTIVOS

Fluoruro de sodio (NaF)

Oxalato de sodio(NaHC2O4)

Tartrato de sodio(NaH5C2O6)

Fosfato diácido de potasio (KH2PO4)

Papel indicador de pH universal

25

MARCO TEÓRICO

En los métodos usuales de análisis espectrofotométricos (directos), se mide la absorbancia de la sustancia (o de un derivado de ella). En los casos del Cr (III) y Co (II) estudiados antes, las propiedades de las sustancias permiten análisis exactos sin necesidad de usar otros reactivos debido a que estas sustancias tienen colores estables, adaptándose lo suficientemente bien a la Ley de Beer y tienen absortividades molares lo suficientemente grandes a ciertas longitudes de onda para permitir análisis directos a los niveles de concentración empleados. Sin embargo, ocurren muchos casos en las cuales la sustancia no posee propiedades que permitan una medida óptica exacta. Tales sustancias deberán convertirse, por reacción con algún reactivo cromogénico apropiado, en una nueva especie que tenga las propiedades convenientes antes de que pueda hacerse un análisis directo. La reacción productora del color puede ilustrarse por la siguiente ecuación:

Muestra + reactivo cromogénico producto coloreado

En este experimento consideramos algunas de las propiedades que son deseables para un reactivo cromogénico y para las especies que serán medidas por colorimetria. Ya sea que la muestra tenga color por si misma, o requiera la adición de un reactivo formador de color, la solución destinada para la medida colorimétrica deberá poseer idealmente estas cinco propiedades:

1. Estabilidad por tiempo suficiente para permitir medidas exactas. La inestabilidad, que da como resultado decoloraciones, es algunas veces, el resultado de la oxidación por acción del aire, descomposición fotoquímica, efectos de acidez, temperatura, solventes, u otras condiciones. Algunas veces, puede obtenerse mayor estabilidad modificando las condiciones.

2. Color intenso (gran absortividad molar). Esto puede controlarse en muchos casos, cambiando el solvente y seleccionando un reactivo de sensibilidad apropiada.

3. Libertad de efectos causados por pequeñas variaciones en el pH de la temperatura o de otras condiciones.

4. Solubilidad del producto coloreado.

5. Conformidad del sistema coloreado a la ley de Beer.

Cuando se requiere un reactivo formador de color, el reactivo seleccionado deberá poseer tantas como sea posible de las siguientes propiedades:

1. Estabilidad en solución. Aquellos reactivos que se deterioran rápidamente, se fermentan, o desarrollan hongos por almacenamiento, por lo general tienen que ser preparados frecuentemente y deberá hacerse una curva de calibración para cada nuevo lote de reactivo.

2. Desarrollo rápido del color.

3. Reacción estequiométrica con el constituyente deseado. Si la reacción llega hasta su completación, la cantidad exacta de reactivo, si es incoloro, no es crítica, y puede emplearse un exceso para hacer posible la determinación dentro de un amplio rango de concentraciones y que además haya suficiente para las reacciones de interferencia que consumen reactivo. La intensidad del color será entonces proporcional a la concentración suponiendo que el producto coloreado obedece la Ley de Beer. Algunas

26

veces, cuando existen condiciones desfavorables de equilibrio, hay que añadir un gran exceso de reactivo para permitir el equilibrio en la dirección deseada.

4. Transparencia (absortividad molar cero) en la región espectral utilizada para la medición.

5. Selectividad o especificidad, de tal manera que el color sea una medida del constituyente deseado, únicamente.

6. Libertad de interferencias por otros constituyentes los cuales podrían convertir los reactivos o constituyentes en una forma no reactiva o complejos que conducen a un desarrollo incompleto del color.

7. Capacidad para funcionar entre los mejores solventes disponibles.

Lo anterior es un breve resumen de las propiedades deseables para soluciones y reactivos, si se quieren utilizar provechosamente en análisis colorimétrico, también la escogencia del solvente en el cual va a hacerse la medida del colorimétrica es importante.

PROCEDIMIENTO

Nota: Es mejor leer la totalidad del procedimiento antes de comenzar este experimento de tal manera que esté en capacidad de emplear su tiempo de laboratorio más efectivamente, se recomienda empezar el análisis realizando el efecto del tiempo en los dos sistemas e ir realizando los otros parámetros mientras transcurre el tiempo de lectura y para el próximo laboratorio terminar lo que falta del resto de la practica

I. SISTEMA DE HIERRO (III) TIOCIANATO

A. Efecto del tiempo de reposo sobre la absorbancia absoluta.

Pipetear 1mL de la solución de provisión de hierro y 0.75 mL de la solución saturada de NH4SCN en un balón volumétrico de 25 mL, completar a volumen con agua destilada y agitar, medir la absorbancia inmediatamente a 480 nm empleando agua destilada como blanco, colocar la celda con la solución de tiocianato en la gradilla y medir la absorbancia nuevamente a intervalos de aproximadamente 30 minutos por un periodo de cerca de 2 horas. Anote el tiempo y la absorbancia para cada medida en una tabla preparada de antemano.

Durante el tiempo de los intervalos proceder con el experimento parte IB (o IIA; pero si se inicia la parte IIA durante este intervalo de tiempo, debe tenerse en mente que las medidas sobre los dos sistemas deben hacerse a longitudes de onda diferentes de tal manera que el 0 de absorbancia deberán ajustarse antes de cada lectura).

Graficar absorbancia Vs tiempo (en minutos) para todas las medidas que se hicieron.

B. Efecto del exceso del reactivo sobre la absorbancia absoluta

Mientras se hacen las medidas anteriores continuar el experimento preparado midiendo soluciones de Fe (III) que contengan cantidades variables de tiocianato. Prepare cada solución pipeteando la cantidad de la solución de provisión de Fe (III) y NH4SCN 0.5 M en un balón volumétricos de 25mL y completando a volumen con agua destilada, recuerde preparar una por una e inmediatamente leer la absorbancia de cada solución.

27

FeCl3 10-3 M(mL)

NH4SCN 0.5 M(mL)

RelaciónSCN/Fe

1 0.075 301 0.20 601 0.75 3001 2.5 10001 5.0 20001 7.5 3000

Notas:

- Debido a la decoloración que ocurre tal como se observa en la parte IA, es deseable hacer una sola solución a la vez e ir midiendo la absorbancia a 480 nm inmediatamente después de la preparación. Se emplea el agua como referencia para estas medidas.

Graficar la absorbancia Vs la relación SCN/Fe para todas las medidas que se hacen en esta parte del experimento.

C. Efectos del pH sobre la absorbancia absoluta

Nota: Debido a que el color del complejo no es estable en el tiempo, las soluciones de diferente pH deberán prepararse una a la vez y efectuar la medida de cada solución inmediatamente antes de proceder con la siguiente.

1. pH0. Recordar que la solución de provisión de Fe (III) es 0.5 M en HCl. Agregar a 1mL de Fe (III) pipeteados exactamente en un frasco volumétrico de 25ml, 0.5ml solución saturada de NH4SCN y gotas de HCl 6.0M si es necesario de tal manera que el ph final sea pH0 (se recomienda medir el pH con papel indicador antes de agregar el acido) después diluir a 25 mL con agua destilada .Mezclar completamente y medir inmediatamente la absorbancia de la solución a 480 nm.

2. pH1. A 1mL de la solución de provisión de hierro en un frasco volumétrico de 25 mL agregar 0.5 mL de solución saturada de NH4SCN y gotas de HCl 6.0 M, verificando pH con papel indicador, diluir hasta el aforo con agua destilada. Obtener la absorbancia de la solución a 480 nm. Pasar inmediatamente a la parte ID que se encuentra más adelante.

3. pH>1. Preparar una solución de pH>1 de la siguiente manera. A 1mL de la solución de provisión de hierro y 0.5 mL de solución saturada de NH4SCN en un balón volumétrico de 25 mL agregar gotas de solución de NaOH 4 M, midiendo pH con papel indicador hasta que el pH sea mayor que 1. Diluir hasta el aforo y medir la absorbancia de cada solución a 480 nm. Medir la absorbancia inmediatamente.

Graficar absorbancia Vs pH (aproximado) para todas las medidas realizadas en esta parte del experimento.

28

D. Efecto de los aniones sobre la absorbancia absoluta

Después de medir la absorbancia de la solución de pH1 en la parte IC, añadir una muy pequeña porción lo que coja con la punta de la espátula, de NaF a la solución en la cubeta de muestras, agitar vigorosamente con el dedo. NO usar varilla agitadora. Ahora medir de nuevo la absorbancia de la solución. Si no se observa ningún efecto añadir otra muy pequeña porción de NaF y repetir la agitación y la medida.

Lavar inmediatamente la cubeta con agua de la llave, luego con agua destilada y finalmente de nuevo con su solución de pH1. Medir nuevamente la absorbancia de la solución pura de pH1 y luego añadir una pequeña cantidad de oxalato de sodio. Agitar como en el caso anterior y anotar cualquier cambio en la absorbancia.

Lavar inmediatamente la cubeta con agua de la llave, luego con agua destilada y finalmente de nuevo con su solución de pH1., luego añadir una pequeña cantidad de Tartrato de sodio y potasio. , agitar como en el caso anterior y anotar cualquier cambio en la absorbancia.

Lavar inmediatamente la cubeta con agua de la llave, luego con agua destilada y finalmente de nuevo con su solución de pH1. ,añadir una pequeña cantidad de fosfato diácido de potasio , agitar como en el caso anterior y anotar cualquier cambio en la absorbancia.

Informar las observaciones como el efecto de cada una de las sales sobre la absorbancia de la solución hierro - tiocianato, como parte de la discusión a la pregunta 1 al final del experimento.

II. SISTEMA DE HIERRO (II) ORTOFENANTROLINA

A. Efecto del tiempo de reposo sobre la absorbancia absoluta.

Pipetear 1mL de la solución de provisión de Fe (III) en frasco volumétrico de 25mL, añadir 0.25 mL de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, dejarlo en reposo por 1 a 2 minutos y añadir luego 0.5 mL de una solución de orto-fenantrolina al 0.1 % (abreviado

O-phn de aquí en adelante). Adicionar 4 gotas de acetato de sodio, homogenizar, con una varilla de vidrio, mirar con papel indicador universal que el pH de la solución este entre 3 y 5. (El propósito del clorhidrato de hidroxilamina es reducir el Fe (III) a Fe (II), el cual forma un complejo más estable con la O-phn; el acetato de sodio ajusta el pH de tal manera que el color del complejo se desarrollará más rápidamente). Diluir hasta el aforo con agua destilada y mezclar bien. Medir inmediatamente la absorbancia de la solución a 510 nm el agua destilada puede emplearse como blanco, colocar la celda con la solución en la gradilla y repetir la medida aproximadamente cada 30 minutos por un periodo de 2 a 3 horas.

Nota: Esta solución es de pH aproximadamente 5 y su medida va a ser la misma de la parte IIC (3) y además se va a usar esta solución en la parte IID de este experimento.

Graficar la absorbancia Vs tiempo (min) para todas las medidas obtenidas.

29

B. Efecto del exceso de reactivo sobre la absorbancia absoluta.(usar ortophn al 0.3%)

Preparar siete soluciones (una por una) de la siguiente manera: a 1mL de la solución de provisión de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (5 gotas de acetato de sodio) hasta que el ph este entre 3-5. ( hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). luego agregar 0.0, mL de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer la absorbancia de esta solución a 510 nm. , usar agua destilada como blanco

De nuevo preparar otra polución de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (5gotas de acetato de sodio) hasta que el ph este entre 3-5. (hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). luego agregar 0.2 mL de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer inmediatamente la absorbancia de esta solución a 510 nm, usar agua destilada como blanco

Preparar otra solución de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (4 gotas de acetato de sodio) hasta que el ph este entre 3-5. (hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). luego agregar 0.4mL de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer la absorbancia de esta solución a 510 nm, usar agua destilada como blanco

Preparar otra solución de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (4 gotas de acetato de sodio) hasta que el ph este entre 3-5. ( hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). luego agregar 0.6mL de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer inmediatamente la absorbancia de esta solución a 510 nm usar agua destilada como blanco.

Preparar otra solución de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (4 gotas de acetato de sodio) hasta que el ph este entre 3-5. ( hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). luego agregar con una pipeta volumétrica 1.0 mL de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer inmediatamente la absorbancia de esta solución a 510 nm, usar agua destilada como blanco

Preparar otra solución de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (4 gotas de acetato de sodio) hasta que el pH este entre 3-5. ( hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). con una pipeta volumétrica agregar 3.0 mL

30

de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer inmediatamente la absorbancia de esta solución a 510 nm, usar agua destilada como blanco

Preparar otra solución de Fe (III) en frasco volumétrico de 25 mL, añadir 0.25 de solución de NH2OH.HCl (clorhidrato de hidroxilamina) al 10 %. Agitar el balón con movimiento circular por unos pocos segundos, agregar (4 gotas de acetato de sodio) hasta que el pH este entre 3-5. ( hay que controlar el pH antes de agregar la O-phn pues lo que se va a analizar es el efecto del exceso de reactivo). luego agregar con una pipeta volumétrica 4.0 mL de O-phn al 0.3 % enrasar con agua destilada hasta 25 ml, leer inmediatamente la absorbancia de esta solución a 510 nm, usar agua destilada como blanco

Nota:

Siempre se debe ajustar el pH en forma constante así que si en la primera medida se adicionaron 4 gotas de acetato de sodio se debe proceder de igual forma para las demás soluciones.

Cuando se adicionan 1.0 mL de hierro y 0.25mL de clorhidrato de hidroxilamina es recomendable dejar en reposo 2 minutos la solución para que al final el equipo haga una lectura de absorbancia constante.

El pH siempre se debe controlar con papel indicador universal.

Graficar la absorbancia Vs mililitros de O-phn. Deberán resultar dos líneas interceptadas, con el punto de intersección correspondiente a la cantidad de O-phn justamente necesaria para formar el complejo con el hierro presente en la solución.

C. Efecto del pH sobre la absorbancia absoluta.

Medir la absorbancia de las siguientes cinco soluciones de pH diferentes, usando la longitud de onda 510 nm para todas las medidas.

1. pH 1.7. Pipetear 1mL de la solución de provisión de hierro y 0.25 mL de la solución de NH2OH.HCl en un balón volumétrico de 25mL. Agitar con movimiento circular por unos pocos segundos y dejar en reposo por 2 minutos, verificar pH 1-2 con papel indicador universal ,añadir 0.5 mL de O-phn al 0.1%, diluir a la marca con agua destilada y mezclar bien. Medir la absorbancia inmediatamente.

2. pH2. Pipetear 1mL de la solución de provisión de hierro y 0.25 mL de la solución de NH2OH.HCl en un balón volumétrico de 25mL. Agitar con movimiento circular por unos pocos segundos y dejar en reposo por 2 minutos, añadir unas gotas de acetato de sodio 4 aproximadamente) 2.0 M verificar pH 2 con papel indicador

universal, añadir 0.5 ml de ortopHn al 0.1%, diluir a la marca con agua destilada y mezclar bien. Medir la absorbancia

inmediatamente.

3. Ph5. Usar la primera medida de absorbancia obtenida con la solución en la parte IIA. Esta misma solución se usa en la parte IID.

4. pH9. A 1mL de la solución de provisión de hierro ,en un frasco volumétrico de 25 mL

31

añadir 0.25 mL de la solución de NH2OH.HCl, 0.5 mL de O-phn al 0.1 % y gotas

NaOH 4 M lentamente hasta obtener un pH cercano a 9, este pH se controla con papel

Indicador universal. Diluir hasta el aforo y mezclar bien, Medir la absorbancia

inmediatamente.

5. pH12. A1 mL de la solución de provisión de hierro añadir 0.25 mL de la solución de NH2OH.HCl, 0.5 mL de O-phn al 0.1 % y gotas de NaOH 4 M lentamente hasta obtener un pH cercano a 12, este pH se controla con papel indicador universal. Diluir hasta el aforo y mezclar bien. Medir la absorbancia inmediatamente.

Graficar la absorbancia vs pH (aproximado) para cada una de las cinco medidas. La absorbancia de este sistema es casi independiente del pH solamente en la región del pH entre 3.0 y 10.0 aproximadamente.

D. Efecto de los aniones sobre la absorbancia absoluta.

Medir la absorbancia de las siguientes soluciones a las cuales se les realiza el efecto de los aniones usando la longitud de onda 510 nm para todas las medidas.

Después de medir la absorbancia de la solución de pH3-5 en la parte II A, añadir una muy pequeña porción lo que coja con la punta de la espátula, de NaF a la solución en la cubeta de muestras, agitar vigorosamente con el dedo. NO usar varilla agitadora. Ahora medir de nuevo la absorbancia de la solución. Si no se observa ningún efecto añadir otra muy pequeña porción de NaF y repetir la agitación y la medida.,

Lavar inmediatamente la cubeta con agua de la llave, luego con agua destilada y finalmente de nuevo con su solución de pH3-5., añadir una pequeña cantidad de oxalato de sodio. Agitar como en el caso anterior y anotar cualquier cambio en la absorbancia.

Lavar inmediatamente la cubeta con agua de la llave, luego con agua destilada y finalmente de nuevo con su solución de pH3-5., añadir una pequeña cantidad de Tartrato de sodio y potasio. , agitar como en el caso anterior y anotar cualquier cambio en la absorbancia.

Lavar inmediatamente la cubeta con agua de la llave, luego con agua destilada y finalmente de nuevo con su solución de pH3-5. ,añadir una pequeña cantidad de fosfato diácido de potasio , agitar como en el caso anterior y anotar cualquier cambio en la absorbancia..

Informar las observaciones como el efecto de cada una de las sales sobre la absorbancia del sistema hierro-ortofenantrolina, como parte de la discusión a la pregunta 1 más adelante.

RESIDUOS

32

Se depositan en garrafas blancas rotuladas como residuo Práctica deseables e indeseables los cuales posteriormente se neutralizaran

TRATAMIENTO DE LOS DATOS OBTENIDOS (RESUMEN)

I. SISTEMA DE HIERRO (III) TIOCIANATO

Parte A. Graficar A Vs tiempo (min) Parte B. Graficar A Vs relación (SCN/Fe)Parte C. Graficar A Vs pH (aproximado)Parte D. Dar un resumen de las observaciones como parte de la discusión en la

pregunta 1.

II. SISTEMA HIERRO (II) ORTOFENANTROLINA

Parte A. Graficar A Vs tiempo (min)Parte B. Graficar A Vs mililitros de O-phn. Incluir en el gráfico un punto

correspondiente a la primera o segunda medida hecha en la parte IIAParte C. Graficar A Vs pH (aproximado).Parte D. Dar un resumen de las observaciones como parte de la discusión en la

pregunta 1.

PREGUNTAS

a. Discutir clara, pero brevemente, los efectos causados por los iones tiocianato y O-phn como reactivos colorimétricos para el hierro. Incluir en la discusión los siguientes puntos:

Estabilidad (en el tiempo).

Cantidad necesaria de reactivo colorimétrico.

Efecto del pH.

Efecto de los aniones.

Otros factores pertinentes.

b. Interpretar cualitativamente la forma de la curva de absorbancia Vs mililitros de O-phn, obtenida en la parte IIB.

c. Si el complejo Fe (II)-O-fenatrolina se ha disociado apreciablemente, qué se puede esperar para la curva absorbancia Vs mililitros de O-phn? (Trace un esbozo).

d. Se sabe que el Fe (II) y la O-phn forman un complejo estable en relación 1:3, es decir:

[Fe(O-phn)3]++

e. De este hecho y de los datos obtenidos en la parte IIB, calcular la concentración molar de O-phn de la solución usada en esta práctica. La fórmula para la O-phn (o 1,10-fenantrolina) es:

33

N N....

f. Calcular la sensibilidad (en mg por litro por cada 0.01 unidad de absorbancia) para los dos sistemas Fe/O-phn y Fe/SCN (SCN/Fe relación de 2000) cuando se analiza hierro. Discutir este resultado.

34

DETERMINACIÓN DEL PK DE UN INDICADORLos datos espectrofotométricos pueden usarse para determinar la concentración de una solución desconocida, pero además se pueden utilizar muy frecuentemente para determinar constantes físicas relacionadas con los cambios de color. Estas aplicaciones son en última instancia un problema analítica en las cuales la lista de los cálculos implicados requieren un tratamiento especial de los datos. La determinación de la constante de disociación de un indicador es un ejemplo típico de estas aplicaciones de la espectrofotometría. En este experimento se obtendrá el espectro de absorción de azul de bromotimol en soluciones ácidas, neutras y alcalinas para determinar entonces las longitudes de onda apropiadas para mediciones posteriores de absorbancia. Se harán entonces medidas de absorbancia de una serie de soluciones a diferentes valores de pH, que contengan una concentración constante del indicador. Estos datos se emplearán en el cálculo del pK de la siguiente reacción:

Hin = H+ + In-

PROCEDIMIENTO

1. Obtener tres espectros completos de azul de bromotimol en soluciones ácida, neutra y alcalina.

a. Solución ácida (pH ~ 1): En un frasco volumétrico de 25 mL pipetear 1.0 mL de solución de bromotimol (preparado 0.1% en etanol al 20 %), agregar unos pocos mililitros de agua destilada, luego agregar cuatro gotas de HCl 12 M, diluir hasta completar el volumen y mezclar bien.

b. Solución neutra (pH ~ 6.9): En un frasco volumétrico limpio de 25 mL pipetear 1.0 mL de azul de bromotimol, 5.0 mL de NaH2PO4 0.10 M y 5.0 mL de Na2HPO4 0.10 M, diluir hasta completar el volumen y mezclar bién.

c. Solución alcalina (pH ~ 13): En un frasco volumétrico limpio de 25 mL pipetear 1.0 mL de azul de bromotimol, y agregar unos pocos mililitros de agua destilada, agregar 12 gotas de NaOH 4 M, diluir hasta completar el volumen y mezclar bien.

Homogenizar cuidadosamente cada solución y colocar una porción en las celdas. Emplear agua destilada como referencia y obtener el espectro (leyendo la absorbancia) desde los 360 nm hasta los 580 nm a intervalos de 10 nm. Hacer una gráfica del espectro (absorbancia Vs. Longitud de onda) para todas las tres soluciones en el mismo papel.

2. A partir de sus gráficas escoger una longitud de onda de cada lado del punto isobéstico (lectura en forma ácida, básica y neutra son similares) para hacer mediciones posteriores de absorbancia. Estas longitudes de onda deben corresponder a los puntos en los cuales las formas ácida y básica del indicador muestren diferentes máximas en absorbancia. Para estas dos longitudes de onda medir la absorbancia para cada una de las siguientes soluciones:

mL indicador mL H2PO4- mL HPO4

2- Ph

35

a. 1.0 5.0 0.0 4.5b. 1.0 5.0 1.0 6.2c. 1.0 10.0 5.0 ?d. 1.0 5.0 10.0 ?

e. 1.0 1.0 5.0 ?f. 1.0 1.0 10.0 ?g. 1.0 0.0 5.0 ?h. 1.0 2.0 0.0 ?

Pipetear las cantidades indicadas en frascos volumétricos de 25 mL y diluir hasta completar el volumen.

-Dejar equipo limpio y puesto organizado

RESIDUOS

Se depositan en garrafa plástica rotuladas como residuos: Inorgánicos peligrosos mezcla de: NaH 2PO 4 y Na HPO4 , y azul de bromotymol ,los cuales posteriormente son recogidos por una empresa de gestión externa la cual realizara su respectivo tratamiento.

Asumiendo que el K2 del ácido fosfórico es 6.2 x 10 -8 (pK2=6.9), K1 del acido fosforico es 7.5 x 10 –3 y K3 es 4.2 x 10 -3 Calcular el pH de cada solución. En papeles separados graficar la absorbancia como del pH para cada longitud de onda, incluyendo los datos obtenidos en los espectros. Las curvas deben tener el aspecto de la figura siguiente:

1.0 13.0

3. Se debe determinar el pK del indicador de dos maneras:

a. El punto medio en la curva de la figura anterior corresponde a concentraciones iguales de HIn a In-. El pH en este punto es igual al pK del indicador y se debe obtener un valor para cada una de las dos longitudes de onda.

b. En cada punto a lo largo de la figura anterior, la relación de [HIn] a [In -] debe obtenerse por medida de la desviación de ese punto de la línea horizontal que corresponde a tener todo el indicador en una de las formas. Por ejemplo, la diferencia de absorbancia de la línea superior al punto en la curva es proporcional a la cantidad de indicador en forma básica la relación [HIn]/[In-] puede obtenerse por la desviación de estas absorbancias. Hacer una gráfica de log. Ai / At-Ai y del logAt-Ai /Ai en función del pH y determinar el pk a partir del punto en que se cruzan las dos formas acida y basica, explicar

36

A =440 nm

pH

Forma Básica (I)

Forma Ácida (II)

Punto isobéstico

cualquier diferencia que se presente en los valores de pK determinados por estos dos métodos. Comparar los valores de pK obtenidos con los de la literatura y discutir las posibles razones en caso de que haya diferencia.

37

ESPECTROSCOPÍA DE “PRECISIÓN” O “DIFERENCIAL”

OBJETIVO

Analizar muestras muy concentradas o muy diluidas empleando soluciones apropiadas para calibrar el cero y 100 % de transmitancia.

MARCO TEÓRICO

El método colorimétrico ordinario aunque es más ampliamente utilizado que otros métodos de análisis, tiene dos defectos:

a. Su operación está limitada a muestras que transmiten entre 20 y 65 %.

b. Tiene una precisión menor que las técnicas volumétricas y gravimétricas. Por ésta razón la determinación de componentes mayores rara vez se hace por colorimetría.

Estas dos limitaciones frecuentemente se evitan, sin embargo, por una aproximación diferencial a las medidas espectrofotométricas y se obtienen resultados cuya precisión se acerca a la de los procedimientos volumétricos. Este experimento ilustra tal aproximación.

Los cuatro tipos de medida espectrofotométricas pueden clasificarse de acuerdo con los “estándares” empleados para establecer el “0” y el 100 % como puntos en la escala de porcentajes de transmitancia. Estos estándares corresponden en realidad a concentraciones conocidas (C1 y C2) de las especies en las muestras: se usa C1 para establecer el “0” y C2

para establecer el “100”; C corresponde a la concentración desconocida de la especie en la muestra cuyo valor se va a determinar por este procedimiento.

Método “0” % T estándar “100” % T estándar

Ordinario Diafragma (C1= ) Solvente (C2= 0)

Alta Absorb. Diafragma (C1= ) Solución de concentración definida (C2<C)

Baja Absorb. Solución de concentración definida (C1>C)

Solvente (C2= 0)

Precisión última Solución de concentración definida (C1>C)

Solución de concentración definida (C2<C)

La siguiente es una discusión general que permite tener una visión general de los tres métodos de precisión (II, III, IV).

MÉTODO DE ALTA ABSORBANCIA

Es una modificación del método ordinario de colorimetría por medio del cual se pueden determinar con una exactitud considerablemente mayor soluciones de alta concentración (o mejor aun, de alta absorbancia). En el método colorimétrico ordinario se emplean dos celdas o cubetas, una que contiene la solución de la mezcla que se va a analizar y la otra que contiene el solvente puro (el blanco del 100 % T). Se hacen arreglos instrumentales de tal manera que la absorbancia del solvente y la cubeta se sustraigan de la absorbancias de la muestra y la diferencia es entonces la absorbancia del compuesto analizado. Mientras que

38

este método es aplicable a soluciones de absorbancia moderada, no se pueden medir con exactitud las soluciones de alta absorbancia. Para conseguir mediciones exactas de soluciones de alta absorbancia, una solución conocida de la sustancia que se va a medir se emplea como blanco para el 100 % T en lugar del disolvente puro. La solución conocida que se va emplear como un “blanco” se escoge que sea ligeramente más diluida que el problema. Al ubicar el 100 % T con esta solución conocida, lo que se hace es que efectivamente se aumenta la escala de % T (lo que una vez fue 2 ó 10 % T, por ejemplo, puede ahora leer 100 % T mientras que no se efectúa ningún cambio con el 0% T). En consecuencia es posible tener mayor exactitud en las lecturas de % T en las determinaciones de concentraciones.

0 C C2 100

Método ordinario

Método de alta absorbancia

Muestra Estándar

En este método de la alta absorbancia, la absorción leída es la diferencia entre la absorbancia de la muestra y la del estándar, o de otra manera:

A = KC - KC2 = K (C - C2)

En donde: K 1

MÉTODO DE LA ABSORBANCIA BAJA

Se aplica al otro extremo del rango de las concentraciones. Se le aplica en análisis de trazas. En este método de precisión el 100 % T se fija del modo usual con agua destilada, pero del 0 % se fija con una solución conocida de la sustancia que se quiere determinar y con una concentración que sea algo mayor que en la solución desconocida. Esto hace que el tamaño efectivo de la escala de % T se aumente de manera similar al caso anterior, sólo que en este caso se favorecen las soluciones que absorben débilmente.

0 100

Método ordinario

Método de baja absorbancia

Estándar Muestra

Con el método de la absorbancia baja, al contrario de la absorbancia alta y la colorimetría ordinaria, se debe hacer la gráfica de una curva de calibración del log % T Vs C (o de A Vs C) para determinar fácilmente la concentración de una solución desconocida ya que C y el log % T no son directamente proporcionales.

MÉTODO DE LA PRECISIÓN ÚLTIMA

Implica una combinación de los dos métodos anteriores. El 0 % T se ubica por medio de una solución estándar algo más concentrada que la solución desconocida y el 100 % T se ubica empleando una solución algo menos concentrada que la desconocida.

0 100

Método ordinario

39

Método de la precisión última

Estándar 1 Muestra Estándar 2

CORRECCIÓN DE LAS CELDAS

Debido a que las celdas de la muestra y de la referencia no son idénticas, se debe determinar y aplicar un valor de corrección,.

Veremos una breve descripción del factor. Intentando dar una guía para el uso en la evaluación en los datos experimentales pero no debe considerarse como una explicación completa.

Considere dos cubetas que son idénticas únicamente en el hecho de que ambas contienen la misma solución, (por ejemplo solución de 20 ppm de colorante). Además, denote una de las cubetas como la cubeta de muestra por el subíndice s y la otra como la de referencia o “blanco” marcada con el subíndice r. Si la Ley de Beer se mantiene, tendremos:

As = s x bs x Cs y

Ar = r x br x Cr

a una longitud de onda cualquiera a la cual As es la lectura de la absorbancia obtenida con la cubeta de la muestra y Ar con la de referencia.

Pero supongamos que AsAr, como es el caso más frecuente en la mayoría de los trabajos debido a la diferencia de las propiedades ópticas de las dos cubetas. Puesto que las dos soluciones en las cubetas son idénticas Cs = Cr y s = r.

Dividiendo:

A

A

b C

b C

b

br

s

r r r

s s s

r

s

Para corregir un valor A’s (transformado del % T leído) para cualquier otra concentración, asumiendo que es constante y que la Ley de Beer es válida, multiplique:

AA

AA As

r

ss s' '

Donde A’s es la absorbancia calculada y A*s es la absorbancia corregida. La determinación

del valor de se hará en la parte I del procedimiento.

Nota: la corrección de las celdas se debe realizar siempre que se trabaje espectroscopía diferencial.

PROCEDIMIENTO.

Lavar las celdas y depositar en ellas una con agua destilada y la otra con la solución de 32 ppm del colorante y correr el espectro desde 350 nm hasta 600 nm cada 10 nm, esto es para seleccionar la lambda de máxima absorción. (=430)

40

EVALUACIÓN PRELIMINAR DE LAS CUBETAS

Teniendo las dos celdas para el espectronic una de ellas llenarla con agua destilada y cuadrar el 0 de absorbancia (100 % T), llenar la otra celda con la solución de 20 ppm de colorante y lee el % de transmitancia, a una (=430), seleccionada anteriormente

Empleando agua destilada lavar la cubeta que tenia la solución de 20 ppm de colorante y en ella depositar agua destilada y en la celda donde había agua llenarla con la solución de 20 ppm del colorante, leer y anotar el % T obtenido con esta cubeta.

Las lecturas del % T deberán estar próximas a 40.0 % T. (lo que estamos haciendo acá es simplemente intercambiando las celdas, pera seleccionar de ellas la que de el mayor porcentaje de transmitancia).

Durante el resto del experimento emplear la cubeta que dé la lectura más alta de % T como la cubeta de referencia.

A partir de sus lecturas de % T calcular el factor que se ha de emplear con las cubetas.

MÉTODO DE LA ALTA ABSORBANCIA

Nota: para poder alcanzar la exactitud esperada, inherente al método de alta absorbancia, se requiere realizar cada operación muy cuidadosamente.

Es muy importante en este experimento que la cubeta empleada como referencia se conserve como el “blanco” y la otra cubeta para las soluciones. También es importante que las cubetas se coloquen en el compartimiento de muestras siempre exactamente la misma posición. La longitud de onda analítica empleada será la de 430 nm).

CURVAS DE CALIBRACIÓN

Recuerde purgar la celda con cada una de las soluciones de colorante que va a utilizar en cada rango, y de volverlas a su frasco original sin contaminar ya que estas soluciones las usaran los integrantes de los demás grupos.

Las concentraciones de las soluciones de los colorantes son las siguientes: 8.0ppm,12ppm , 16 ppm,20 ppm,28 ppm , 32ppm.,40 ppm,48 ppm,52 ppm,60 ppm,72 ppm,80 ppm,84 ppm,88 ppm,92 ppm,96 ppm y 100 ppm

Ahora empleando agua destilada como referencia (blanco), con la debida atención y la celda apropiada y su colocación en el compartimiento, medir el 100 % de T, luego leer el % de transmitancia a cada una de las soluciones de:8 ppm , 12 ppm, 16 ppm,20 ppm, 28 ppm y 32 ppm. ,

a. Leer las muestras en este rango.

Con la solución de 32 ppm cuadre el 100 % de T, luego leer el %T de cada una de las

soluciones de colorante de: 40 ppm, 48 ppm, 52 ppm, 60 ppm y 72 ppm. teniendo

cuidado de no contaminarlas ya que son necesarias para los otros grupos que realizaran

la practica.

b. Leer las muestras en este rango.

c. Con la solución de 72 ppm cuadrar el 100% de transmitancía y leer el % T de cada una

41

de las soluciones de colorante de :80 ppm, 84 ppm, 88 ppm,92 ppm, 96 ppm y 100 ppm

teniendo cuidado de no contaminarlas ya que son necesarias para los otros grupos que

realizaran la práctica.

d. Si el instrumento no se puede fijar en el 100 % con la solución 72 ppm como referencia, emplear las soluciones de concentraciones sucesivamente más bajas hasta encontrar una que permita fijar el 100 % T. Con las soluciones de alta concentración, los errores debido a las fluctuaciones en las lecturas del % T pueden disminuirse si se hacen lecturas rápidas y consecutivas de las soluciones de muestra, también si se deja calentar el spectronic un buen tiempo.

e. Dejar equipo y puesto de trabajo organizado y limpio

RESIDUOS

Se depositan por la poseta ya que los colorantes que se usan son alimenticios.

Convertir todas las lecturas de % T a absorbancia y corregir estos valores de A empleando su factor . Hacer una gráfica de los valores corregidos de A Vs C. Las curvas resultantes deben consistir en varias líneas inclinadas que son aproximadamente rectas y paralelas entre sí.

A partir de los valores de % T y empleando el factor , obtener la absorbancia corregida para cada solución desconocida.

Nota: el factor debe determinarse de nuevo cada día que se hagan lecturas de % T. Así, cualquier valor de % T leído el segundo día debe corregirse empleando el factor determinado ese día.

Determinar la concentración de las dos soluciones desconocidas en ppm

ANÁLISIS DE ERROR

(métodos ordinarios y de alta absorbancia)

Bajo la suposición de que el sistema obedece el la Ley de Beer y de que el error puede atribuirse sólo a la inexactitud en las lecturas de la escala de % T, se puede hacer un tratamiento bastante completo y simple del error en el análisis. Este tratamiento consiste en calcular el error esperado en cada punto experimental de su curva de calibración y luego tomando nota de como el error esperado varía de un punto a otro en la curva.

El primer paso en el tratamiento consiste en evaluar el error en concentración (dC) que resulta de un error en la lectura del porcentaje de transmitancia en la escala un una cantidad dada (dT). Este error, dC, es el error absoluto. Este depende fuertemente de la porción de la escala de transmitancia en la cual se hace la lectura: En la región de alta transmitancia el error absoluto es menor que en la región de baja transmitancia. Esta relación cuantitativa se deriva fácilmente de la Ley de Beer:

A= - log T = 1 (C-C2) ó

42

-A= log T = -k (C-C2)

ln T = -k (C-C2)

Por consiguiente:

dCk T

dT0 43.

Siempre que la transmitancia sea de 1 (absorbancia=0), entonces

dC

dT k

0 43.

Puesto que T no puede exceder la unidad, dC/dT no puede ser nunca menor que -0.43/k. Observar también que la k de arriba es la pendiente de la línea que resulta cuando se hace una gráfica de A Vs C, entonces se podrá calcular fácilmente el valor de k a partir de sus curvas de calibración.

Determinar los tres valores de k correspondientes a las tres líneas rectas de la gráfica de A Vs C (los tres valores de k deben ser semejantes). Empleando los valores de k y las relaciones de arriba, calcular el error absoluto para cada uno de los puntos experimentales, asumiendo un error del 1 % en la lectura del porcentaje de la escala de transmisión (dT=0.01).

De mayor significado para el analista es, sin embargo, el error relativo que es el error absoluto en concentración divido por la concentración real y frecuentemente multiplicado por 100 para obtener el porcentaje relativo de error, es decir,

dC

C100

Calcular el porcentaje relativo de error (para un error de 1 % en la lectura del porcentaje de la escala de transmitancia) para cada punto experimental y registrar cada uno de estos valores en los puntos apropiados en la gráfica de A Vs C.

PREGUNTAS

a. Calcular el porcentaje relativo de error causado por una lectura errónea de la escala % T de un 1 % en el punto de error mínimo para el método colorimétrico ordinario (es decir, a 36.8 % T).

b. Hallar en su curva de calibración (técnica de la alta absorbancia) el punto donde el porcentaje de error relativo es más bajo. Cuanta mayor precisión (es decir, 2 veces, 8.2 veces...?) resulta por operación cerca a este punto al usar la técnica de la alta absorbancia, más bien que diluir la muestra de tal manera que se opere en el 36.8 % T (óptima) región empleando la técnica ordinaria colorimétrica?

c. Cuál de sus 17 soluciones estándar debe emplearse como la solución de referencia de 100 % T para obtener un análisis óptimo de una solución desconocida que tiene una concentración 57 ppm? o de sus 2 soluciones desconocidas de colorante

d. Si se van a determinar las concentraciones de colorante utilizando la longitud de onda de 430 nm, cual de los cuatro métodos de colorimetría, descritos arriba emplearía para soluciones en los siguientes rangos de concentración y por qué?

43

Entre 4 ppm- 8 ppm

Entre 40 ppm-50 ppm

Entre 80 ppm -100 ppm

Entre 100 ppm -105 ppm

44

REFRACTOMETRÍA: ANÁLISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

OBJETIVOS

Conocer el refractómetro y su manejo.

Obtener el índice de refracción de sustancias puras y utilizar el índice de refracción como criterio de pureza.

Analizar cuantitativamente mezclas binarias, aprovechando la dependencia del índice de refracción de la concentración sus componentes.

MARCO TEÓRICO

El índice de refracción es una de las propiedades físicas que caracteriza los compuestos puros, puede ser usada para confirmar la identidad de un compuesto o para medir su pureza.

Cuando un rayo de luz monocromática atraviesa la superficie de separación entre dos medios de densidad diferente, el ángulo con respecto a la normal a la superficie de separación cambia, esto se debe a que la velocidad de la radiación en los dos medios es diferente.

La relación entre la velocidad de la radiación en el vacío (V1) y la velocidad de la radiación en el material de interés (V2), se llama el índice de refracción (n) del material.

n = V1/V2

Para propósitos prácticos, se usa el aire en lugar del vacío como referencia, pues su índice de refracción es muy cercano a uno.

El índice de refracción depende no solo de la naturaleza de las sustancias, sino también de la longitud de onda de la radiación empleada (generalmente la línea D del sodio, 589.6 nm) y de la temperatura, por tal razón, se escribe n en función de y T, por ejemplo:

= 1.3330 = 2.4170

REFRACCIÓN ESPECÍFICA Y REFRACCIÓN MOLAR

La densidad electrónica, la presión y la densidad del medio controlan la velocidad de la luz y por tanto el valor del índice de refracción también depende de estos factores.

La refracción específica (r) y la refracción molar (R) son independientes de la temperatura y de la presión.

Estos dos valores se expresan como sigue:

Refracción específica: r nn

2

212

1

45

donde:

r la refracción específica

n el índice de refracción y

la densidad de la sustancia (g/mL)

Refracción molar: R= r x M

donde:

R refracción molar

r refracción específica

M el peso molecular de la sustancia

Esto permite también calcular el aporte de los átomos y de los enlaces que forman las moléculas a la refracción molecular de la sustancia.

INDICE DE REFRACCIÓN DE MEZCLAS BINARIAS

Generalmente el índice de refracción de soluciones acuosas es proporcional a la concentración del soluto, esto se puede usar para obtener buenas curvas de calibración graficando el índice de refracción Vs concentración ya sea en g de soluto/100 mL de solución, en fracción volumen, fracción peso o fracción mol.

Si los volúmenes son aditivos, al mezclar dos líquidos o dos soluciones diluidas, es posible calcular el índice de refracción de la solución resultante según la ecuación:

INSTRUCCIONES GENERALES PARA EL USO DEL REFRACTOMETRO

2.1 Verificar que el equipo está limpio y en condiciones de operación. Con un algodón o papel higiénico suave limpiar los prismas con un poco de agua o etanol, no use acetona porque disuelve la pega con que esta adherida los prismas.2.2 Quitar el papel higiénico que esta protegiendo los prismas y demás partes del refractómetro2.3 Conectar el aparato a un toma eléctrico de 110 voltios2.4 Separar los prismas ejerciendo una ligera presión y rotando un poco la perilla que los une.2.5 Aplicar dos o tres gotas de la muestra sobre el prisma fijo (sin tocar el prisma, para no correr el riesgo de rayarlo) de tal manera que la muestra forme una película delgada.Ajustar los prismas, suavemente.2.6 Observar a través del ocular, con el tornillo macro (ubicado en la parte inferior derecha del equipo) trate de hallar dos zonas una coloreada y brillante en la mitad y otra oscura en la parte inferior. 2.7 Con el tornillo micro (ubicado en la parte superior, derecha, este tiene una escala graduada), con este tornillo de dispersión y ajuste de la longitud de onda,se selecciona una sola linea la de la luz de las lámparas para ello mover el tornillo hasta que se obtenga dos

46

zonas una clara en la parte superior y otra oscura en la parte inferior,es decir quitar los colores que hay en el centro del campo. 2.8 Ubicar el ángulo critico, con el tornillo macro, hacer que la línea divisoria corte el cruce exacto de las líneas de los dos campo claro y oscuro. 2.9 . Leer a través del ocular ,en la parte inferior de la pantalla hay dos escalas ,una corresponde al índice de refracción ( va de 1.3000-1.7000) y la otra escala es para leer sólidos suspendidos ( va de 0-95)2.10 Leer el índice de refracción de la muestra, la lectura se da a partir de la línea vertical hacia la izquierda) que se observa en la pantalla, se lee estimando la cuarta cifra decimal por medio de la escala del vernier.2.11 Después de seguir las instrucciones anteriores, hacer las mediciones necesarias.2.12 Separar los prismas y limpiarlos con papel higiénico suave y con agua destilada o etanol.2.13 .Colocar el pedacito de papel higiénico entre los prismas, 2.14 Tapar con los respectivos forros el ocular del refractómetro y, guardar el equipo en la caja y taparlo con su respectivo forro.2.15 Dejar el material y el sitio de trabajo limpio y organizado

REACTIVOS

1. Compuestos patrón ( de alta pureza)

2. Soluciones Estándar:

3. Preparar soluciones estándar, de propanol en agua, de concentración 20, 40, 60 y 80% (V/V) tomando 2, 4, 6 y 8mL de propanol, en balones de 10 mL y completando a volumen con agua. Homogenizar cada una de las soluciones por agitación.

PROCEDIMIENTO

En el refractómetro Abbe el rayo de luz pasa a través de una película delgada del líquido muestra, luego ilumina un punto de referencia y el movimiento de un botón permite alinear este punto de referencia y correlacionarlo con una escala para hacer la lectura

En esta práctica se deben seguir los siguientes pasos:

1. Recibir instrucciones sobre el uso del equipo.

2 Siguiendo las instrucciones anteriores determine el índice de refracción de los siguientes compuestos: agua, etanol, benceno, propanol, cloroformo, eter dietylico, tetracloruro de carbono y glicerina

2. Medir el índice de refracción de las sustancias puras y anotarlos en un cuadro como el siguiente:

Sustancia nDT Densidad Refracción Refracción R calculada % Error

47

específica (r) molar ( R experimenta)l

R(teorica) Rexp- RtRt100

agua

benceno

clorofor

etanol

Eterdyet

glicerina

Propano

Tetraclo

3. Obtener el índice de refracción de las soluciones patrón y de la muestra problema y consignarlos en un cuadro como el siguiente:

Concentración de propanol/agua % v/v

Concentración de propanol/agua

Fracción molar (X)

nDT

20-80

40-60

60-40

80-20

Muestra #

4. Limpiar los prismas del refractómetro con suavidad usando etanol y papel higiénico suave

5. colocar papel higiénico suave en medio de ellos.

6. limpiar equipo, dejar la mesa limpia y en orden.

RESIDUOS

Se recogen en frascos rotulados Propanol residuos, para luego recuperar por destilación

MANEJO DE LOS DATOS

1. Empleando los índices de refracción obtenidos y con la ayuda de la densidad de las sustancias y de su peso molecular, calcular la refracción específica y la refracción molar de cada una de las sustancias puras y compararlo con la refracción molar resultante de la sumatoria del aporte de cada uno de los átomos que forman la sustancia.

Nota: las refracciones atómicas, los pesos moleculares y las densidades se pueden obtener de una tabla ubicada en el Laboratorio o también en un Handbook de

48

química o en el libro " MÉTODOS INSTRUMENTALES DE ANÁLISIS " de Hobart H. Willard y otros.

2. Con los datos del numeral anterior y empleando ecuaciones simultáneas, calcular las refracciones de los siguientes enlaces: C-C, C=C, C-H, C-OH, C-H, C-Cl y C-O-C y comparar con los valores reportados por la literatura.

3. Graficar, índice de refracción Vs concentración de propanol en porcentaje por volumen y en porcentaje por mol y en la recta mas apropiada obtener por interpolación la concentración de la muestra problema.

4. Informar la concentración de propanol en la muestra problema en: % V/V y en fracción molar.

RESIDUOS

Se recogen los residuos en botellas de vidrio café rotuladas como: residuos de propanol

49

VARIACIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN CON LA TEMPERATURA

OBJETIVO

Analizar el comportamiento del índice de refracción de la glicerina (u otra sustancia poco volátil) con la temperatura.

MARCO TEÓRICO

Si se hace pasar un rayo de luz monocromática a través de un medio transparente, el rayo sufre un cambio de ángulo en la salida o es refractado completamente, el grado de esta refracción está dado por la razón de los senos de los ángulos de incidencia y refracción:

ni

r

v

v

sen

sen1

2

en donde: n es el índice de refracción, i es el ángulo que hace el rayo incidente con una línea perpendicular a la normal a la superficie que separa los dos medios, r es el ángulo del haz refractado que viaja en el segundo medio y v1 y v2 son las velocidades de la luz en el primero y segundo medio respectivamente.

Usualmente el aire es escogido como medio de referencia y el índice de refracción dado en tablas, se refiere a aquel calculado cuando la luz sale de la sustancia hacia el aire, en ese caso éste índice con respecto al aire debe ser multiplicado por la razón (n vacío/n aire)=1.00029 para conseguir el verdadero índice de refracción. Este índice tiene múltiples usos, para determinar concentración de materiales, identificar sustancias, determinar pureza de reactivos y como ayuda en la determinación de estructuras.

El índice de refracción depende no solamente de la longitud de onda usada, sino de factores que afecten la densidad del medio como la temperatura y la presión, para la mayor parte de los líquidos orgánicos un incremento en temperatura de 1 °C causa una disminución en n de

4.0x10- 4 a 6.0x10- 4.

PROCEDIMIENTO

En primer lugar, sujetar firmemente la base del refractómetro y asegurarse de que la fuente luminosa esté trabajando en perfectas condiciones. Con cuidado soltar el enganche del prisma. Si los prismas no están limpios frotarlos con un papel suave, cuidando que no queden fibras sobre la superficie. Limpiar el prisma empleando etanol. NUNCA USE ACETONA PARA LIMPIAR LOS PRISMAS.

Desde un gotero dejar caer a la base del prisma una o dos gotas de glicerina cuyo índice de refracción se quiere medir. NUNCA PONGA GOTEROS O PIPETAS EN CONTACTO DIRECTO CON LA SUPERFICIE DEL PRISMA. Cerrar suavemente el compartimiento de las muestras. Con la perilla de la derecha buscar una posición tal que la línea divisoria de las 2 zonas quede exactamente en el cruce de las líneas perpendiculares que se observan por el ocular del instrumento. La línea divisoria deber ser muy nítida, de lo contrario se puede ajustar con la perilla graduada que está en la parte superior derecha del instrumento.

50

Leer el índice de refracción cuatro veces y promediar la lectura, anotar la temperatura.

Usando el baño termostatico empiece a calentar primero tome el índice de refracción a temperatura ambiente, luego empiece a calentar abriendo el reóstato tome unos 4 –5 valores por encima, apague el baño cierre el reóstato, cambie el agua caliente por agua de la llave y empiece a rebajar la temperatura (usando hielo) por debajo de la temperatura ambiente y leer el índice de refracción nuevamente (hacer unas 4 -5 mediciones). Anotar la temperatura y el índice de refracción a la cual se están haciendo estas estas mediciones.

TRATAMIENTO DE DATOS

a. Graficar el índice de refracción de la sustancia Vs. Temperatura y correlacionar estas variables por medio de una ecuación empírica?

b. A qué cree se atribuye el cambio de índice de refracción con la temperatura?

c. Según los datos obtenidos, se podría afirmar que un cambio en 1 °C causa un cambio en el índice de refracción en el rango de 4.0x10- 4 a 6.0x10- 4. Demostrarlo.

d. Para tener una precisión en el cuarto decimal en la medición de índice de refracción de líquidos. Cual es la máxima variación de temperatura permisible?

Nota: Anotar la bibliografía consultada.

51

ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE MEZCLAS (CÁLCULO DE LAS CONCENTRACIONES)

MARCO TEÓRICO

Hay tres métodos ampliamente empleados (propiedad aditiva de la refracción específica, método de Clemens y método gráfico) para calcular las concentraciones salinas basados en las medidas de los índices de refracción. Los cuales se ilustrarán a continuación con ejemplos.

I. PROPIEDAD ADITIVA DE LA REFRACCIÓN ESPECÍFICA

Puesto que las refracciones específicas y moleculares son propiedades aditivas de las sustancias, se puede establecer una ecuación para calcular la refractividad de una mezcla a partir de las refractividades del soluto y del solvente. Se puede decir que:

Zrm = Xra + Yrb donde,

X gramos del compuesto A

Y gramos del compuesto B

ra y rb son las refracciones específicas de A y B

Z gramos de mezcla

rm refractividad específica de la muestra.

Ejemplo 1:

Una mezcla de 20 mL de xileno y tetracloruro de carbono tuvo una densidad de 1.2156 y un índice de refracción de 1.438. A la misma temperatura (25 ºC) el xileno puro tiene una densidad de 0.8570 y un índice de refracción de 1.4915, mientras que el tetracloruro de carbono puro tiene una densidad de 1.5816 y un índice de refracción de 1.4562. Calcular el porcentaje en peso de la mezcla.

Calcular primero las refracciones específicas:

A para el xileno:

r

14915 1

14915 2

1

0 87500 3382

2

2

.

. ..

B para el CCl4:

r

14562 1

14562 2

1

1581601719

2

2

.

. ..

C para la mezcla

r

14738 1

14738 2

1

121560 2311

2

2

.

. ..

Llamando X a los gramos de CCl4.

Y a los gramos de xileno.

Los gramos de mezcla están dados por: 20 mL x 1.2156 g/mL = 24.31

Se pueden establecer las dos ecuaciones:

X+Y = 24.31

0.1719 X + 0.3382 Y = (24.31)(0.2311)

52

= 5.618

Al resolver las dos ecuaciones simultáneamente, se tiene:

X=15.66 g y Y=8.65 g

%.

.. %en peso de CCl4

15 66

24 31100 64 4

%.

.. %en peso de xileno

8 65

24 31100 35 6

II. MÉTODO DE CLEMENS

El método desarrollado por Clemens se refiere principalmente al refractómetro de inmersión y se ilustra por el siguiente ejemplo:

Ejemplo 2:

Calcular las cantidades de NaCl y NaBr en una solución acuosa, si la mezcla tiene una densidad de 1.09000 y da una lectura de 63.6 en un refractómetro de inmersión, mientras que el agua pura en las mismas condiciones dio una lectura de 11.4

Para resolver el problema se requieren datos consignados en las tablas 1 y 2 siguientes.

TABLA 1 FACTORES DE DENSIDAD*

Sustancia Factores de densidad Sustancia Factores de densidadNaCl 0.00623 MgSO4 0.01055NaBr 0.00555 AgNO3 0.00820

KI 0.00718 KNO3 0.00602Na2S2O3 0.00791 BaCl2 0.00866MnCl2 0.00821 CaCl2 0.00753

K2Cr2O7 0.00675 HgCl2 0.00817KClO3 0.00613 K2SO4 0.00778

*Efecto sobre la densidad de la adición de 1 % de sal a la solución a 20 °C

Factor de densidad

gra . . gra . .

%

v espec soluc v espec delH O

sal en solucion2

Nota: Obtener este dato para cada solución y sacar promedio asi:

NaBr 5 % 1.0277-1.000/ 5 = 0.00554

NaBr 10 % = 1.0552-1.000/10 = 0.00552 X= 0.0055

NaBr 15 % = 1.0840-1.000/ 15 = 0.00560

Factor de densidad para el NaCl

53

NaCl 5 % = 1.0312-1.000/ 5 = 0.00624

NaCl 10% = 1.0620-1.000/ 10 = 0.00625 X= 0.0062

NaCl 15% = 1.0932-1.000/15 = 0.00621

TABLA 2 FACTORES DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN*

Sustancia Factores de densidad Sustancia Factores de densidadNaCl 0.240 MgSO4 0.186NaBr 0.370 AgNO3 0.370

KI 0.298 KNO3 0.422Na2S2O3 0.191 BaCl2 0.264MnCl2 0.179 CaCl2 0.173

K2Cr2O7 0.214 HgCl2 0.448KClO3 0.479 K2SO4 0.321

*La constante representa el % por volumen de sal equivalente a una división en la escala del refractómetro.

Factor de índice de refracción

% /

. . .

p V solucion

lect refr lect del agua sacar promedio

NaBr 5% = 5/24.9-11.4 =0.370

NaBr 10% = 10/38-11.4 = 0.356 X= 0.370

NaBr 15 % = 15/50.4-11.4 = 0.385

NaCl 5% =5/32.4-11.4 =0.2385

NaCl 10% = 10/52.8-11.4 = 0.2415 X=0.240

NaCl 15% =15/73-11.4=0.2435

Densidad observada - Densidad del agua = 1.0900 – 1.0000= 0.0900

Este valor divido por los factores de densidad de la sal (Tabla 1) da la concentración en porcentaje de la solución de una sola sal de la misma densidad que la mezcla.

NaCl

NaBr

54

El porcentaje de sal calculado a partir de la densidad divido por el factor de índice de refracción apropiado (TABLA 2) dará una lectura del índice de refracción para la sal:

NaCl

NaBr

Al adicionar la lectura del refractómetro observada para el agua, se obtiene la lectura del refractómetro de la solución de una sola sal que tenga la misma densidad que la mezcla.

60.17 + 11.4 = 71.57 NaCl

43.02 + 11.4 = 54.42 NaBr

la diferencia entre la lectura del refractómetro de la sal de la mezcla y la lectura del NaBr solo respectiva dividido por la diferencia entre la lectura observada del refractometro para la mezcla y la lectura del NaBr solo da la proporción de NaCl en la mezcla tomada como unidad asi:

63.6- 54.42 = 9.18

divide por la diferencia entre las lecturas del refractómetro para cada una de las sales

71.57- 54.42 = 17.15

da la proporción de NaCl en la mezcla tomada como unidad.

9.18/17.15= 0.535 NaCl

y la proporción del NaBr será

1.000 - 0.535 = 0.465 NaBr

Volviendo atrás al posible contenido de cada sal calculado a partir de la gravedad específica y multiplicando cada uno de esos valores por las partes proporcionales que acabamos de encontrar, se tiene:

14.44 % x 0.535 = 7.72 % NaCl (% en V)

16.22 % x 0.465 = 7.54 % NaBr (% en V)

III. MÉTODO GRÁFICO

Ejemplo 3:

Se obtuvieron experimentalmente los siguientes datos. Determinar la cantidad de NaCl y NaBr en la solución desconocida.

Concentración (g/100 mL) Densidades (25°C)Lecturas del

Refractómetrode inmersión (25 °C)

Agua 1.331906 11.4

55

NaBr (5.0 %) 1.336102 24.9NaBr (10 %) 1.341980 38.0NaBr (15 %) 1.346648 50.4NaCl (5 %) 1.339932 32.6NaCl(10 %) 1.347544 52.8NaCl(15 %) 1.354970 73.0

NaBr / NaCl desconocida 1.351532 63.6

Pasos para resolverlo:

1. Hacer, para cada sal, la gráfica de la densidad Vs. la concentración.

2. Hacer, para cada sal, la gráfica de las lecturas del refractómetro de inmersión Vs. la concentración.

Determinación gráfica de las constantes del refractómetro de inmersión para soluciones salinas

1

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

2.5 5 7.5g de sal/100 mL de solución

Den

sida

d

2022.52527.53032.535

37.54042.54547.550

Lecturas del refractóm

etro

NaBr (densidad)

NaCl (densidad)

NaBr (lect.refrac.inmersión)

NaCl (lect.refrac.inmersión)

3. Obtener la pendiente de cada curva.

Pendientes:

Del grafico 1 y 2 de las densidades saco las pendientes

m Br- m Cl-

Del grafico 3 y 4 de variación de la lectura del Refractómetro saco las pendientes

m Br- m Cl-

4. Empleando las pendientes como constantes para cada sistema, plantear y resolver ecuaciones simultáneas para el NaBr y el NaCl, así:

56

Llamando X a los gramos de NaBr y Y a los gramos de NaCl. Entonces;

0.00563 X + 0.00620 Y = (1.0900 - 1.0000) = 0.09

25.5 X + 4.04 Y = (63.6 - 11.4)= 52.2

Al resolver las dos ecuaciones simultáneas da:

X= 0.09-0.00620Y/0.00563

2.55(0.09-0.00620Y/0.00563)+4.04=52.2

X = 5.76 g NaBr/100 mL

Y = 9.28 g NaCl/100 mL

57

REFRACTOMETRÍA DE INMERSIÓN

OBJETIVOS

Conocer el manejo del refractómetro de inmersión y estudiar una de las aplicaciones más útiles del refractómetro de inmersión: el análisis de soluciones.

MARCO TEÓRICO

EL REFRACTÓMETRO DE INMERSIÓN

El refractómetro de inmersión es un “refractómetro de escala”. Por consiguiente los valores leídos no son magnitudes físicas, sino que deben convertirse, en los casos que así lo requieran, a índices de refracción por medio de tablas auxiliares que vienen con los instrumentos.

El rango de medición se abarca con varios prismas intercambiables (designados por E) o con termoprismas (designados por T). Una combinación de los prismas de inmersión y las cajas de paso (designadas por D), permite medir líquidos transparentes que fluyen continuamente o muestras fácilmente volátiles o aquellas que varían rápidamente al estar expuestas al aire.

De acuerdo con sus márgenes de medición, los primas están numerados de 1 a 10.

PRISMAS MÁRGENES DE MEDICIÓN PARA nD

E1 y T1 1.3254 a 1.3664E2 y T2 1.3642 a 1.3999E1 y T1 1.3254 a 1.3664E3y T3 1.3989 a 1.4360E4y T4 1.4350 a 1.4678E5y T5 1.4668 a 1.5021E6y T6 1.5011 a 1.5322E7y T7 1.5312 a 1.5631E8 y T8 1.5621 a 1.5899E9y T9 1.5889 a 16205

E10 y T10 1.6195 a 1.6470

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Y MEDICIÓN

Los tres tipos de prisma emplean como fuente luminosa una bombilla esmerilada de 40 W y a veces, es suficiente la luz del día. La luz atraviesa sucesivamente el prisma, el compensador, el objetivo, el portaescala y finalmente el ocular.

El campo visual está divido en dos partes de claridad diferente. Por lo general, si no se trabaja con luz monocromática (la lámpara monocromática de sodio sólo se utiliza con sustancias muy dispersivas), la línea divisoria de ambos campos aparece con una franja coloreada la cual puede eliminarse por giro del anillo ranurado que opera el compensador. Con sustancias muy dispersivas, es posible que no llegue a producirse una línea límite completamente incolora, en ese caso es necesario trabajar con una lámpara de sodio.

58

Se hace la lectura de la posición de la línea límite dentro de la escala: si la línea límite se encuentra entre dos divisiones de escala, por ejemplo, entre la 35 y 36, por medio del tornillo micrométrico se hace coincidir con la división más baja (en este caso la 35) la línea límite y en el tambor micrométrico se hace la lectura de las décimas que se han de han de agregar a la lectura inferior.

Por regla general, la evaluación en mediciones en serie se efectúa con ayuda de una curva de contraste en la cual se consignan las lecturas del refractómetro contra la concentración de la muestra que se quiere determinar.

Si únicamente se quiere el índice de refracción, nD, se hace la conversión del valor de la lectura del refractómetro con ayuda de la tabla adjunta al instrumento.

PROCEDIMIENTO PARA ANÁLISIS DE MEZCLAS

Por medio del refractómetro de inmersión es posible analizar una solución de una mezcla de dos compuestos si, además de las lecturas del refractómetro, se conoce la densidad de la solución.

1. Preparar 100 mL de cada una de las siguientes soluciones: 5, 10 y 15% de NaCl y 5, 10 y 15% de NaBr. Durante el procedimiento, no contaminar ni descartar estas soluciones, regresarlas al recipiente bien tapado y debidamente rotulado provisto para ello, ya que estas soluciones las usaran los otros grupos del Laboratorio

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60

g / 100 mL de solución

Lec

tura

s d

el r

efra

ctó

met

ro

59

2. Determinar la densidad de las seis soluciones más la de una solución desconocida suministrada por el profesor. Usar la balanza analítica y el picnómetro, para leer las densidades de cada una de las sales y de la muestra problema. Pesar el picnómetro vació, luego con agua y por último con cada una de las sales y el desconocido.

3. Colocar de 5 a 10 mL de las soluciones salinas en los vasitos del refractómetro y la misma cantidad de agua desionizada en otro. Colocar cada vasito en el soporte numerado del baño de temperatura y esperar 10 minutos para conseguir el equilibrio térmico.

4. Colocar cuidadosamente el prisma dentro del vaso de agua desionizada para que alcance la temperatura adecuada.

5. Ajustar la posición del instrumento y del espejo hasta conseguir el mejor contraste entre las porciones clara y oscura del campo.

6. Ajustar el compensador con el anillo ranurado hasta obtener una línea divisoria libre de color. Enfocar, moviendo el ocular hasta obtener una línea nítida.

7. Hacer una serie de cinco mediciones y tomar el promedio.

8. Es mejor mantener el prisma en el agua desionizada para conservarlo a la temperatura apropiada cuando no se está midiendo una solución ya que se gasta menos tiempo para alcanzar la temperatura de la solución.

9. Remover cuidadosamente el prisma del agua, juagarlo con ayuda de un frasco lavador que contenga agua destilada, secarlo con papel muy suave y colocarlo con cuidado en la solución que se va a analizar. Hacer una serie de cinco lecturas y tomar el promedio (al terminar las mediciones, enjuagar el prisma con agua desionizada y secarlo como antes, teniendo cuidado de no rayar el prisma).

10. Graficar: densidad vs concentración y lecturas del refractómetro de inmersión vs concentración. A partir de las pendientes de las curvas establecer dos ecuaciones y resolverlas simultáneamente para calcular las concentraciones de NaCl y NaBr (recordar el ejemplo).

11. Determinar factores de densidad y de índice de refracción similares a los explicados para el NaCl y el NaBr. Empleando estos valores calcular el porcentaje en peso de cada componente empleando el método de Clemens.

Notas:

Este método es válido para otras sustancias que cumplan las condiciones antes indicadas.

Si se miden soluciones de alcohol o de otras sustancias volátiles es mejor emplear un vaso de tapa metálica. También es aconsejable mantener los vasitos en el baño cubiertos con tapas de crisoles para evitar pérdidas por volatilización.

Si obtiene una línea divisoria ondulante, es posible que la temperatura del prisma no esté uniforme aún.

60

INFRARROJO

OBJETIVO

Familiarizar al estudiante con las técnicas de espectroscopia Infrarrojo y su uso para la identificación de sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

Conocimiento de las diferentes celdas a usar en el infrarrojo, celdas desmontables fijas, celdas desmontables selladas y formas de manejo de muestras para Análisis por infrarrojo.

DISCUSIÓN TEÓRICA

La espectroscopia Infrarroja da información sobre las vibraciones de las moleculas y estructura de las mismas, es decir mide la excitación vibracional de los átomos de los enlaces que los conectan.

El infrarrojo de un compuesto es la superposición de bandas de absorción de grupos funcionales específicos.

La absorción de radiación en el infrarrojo depende del aumento de la energía de vibración o rotación asociado a la unión covalente, siempre y cuando este aumento de energía de cómo resultado un cambio en el momento dipolar de la molécula.

Las medidas de absorbancia en el infrarrojo son frecuentemente empleadas para obtener el espectro de sustancias orgánicas debido a que la absorción de radiación infrarroja incrementa los modos vibracionales y rotacionales de las especies absorbentes dando señales muy características que permiten identificar las mismas y hasta cuantificarlas cuando se dispone de equipos de infrarrojo con transformadas de Fourier.

La mayoría de las aplicaciones del infrarrojo se realizan en una región del infrarrojo medio comprendida entre las longitudes de onda de 2.5- 15 m que corresponden A las radiaciones de "frecuencias" entre 4000-6000 cm.

SOLVENTES Y MATERIALES

Se deben seleccionar los solventes de acuerdo al tipo de sustancias que se van a utilizar teniendo en cuenta que dichos solventes no absorban en el infrarrojo y si lo hacen deben conocerse cuales son las señales correspondientes al solvente y cuales a la sustancia que se esta analizando. Entre los solventes más utilizados están el cloroformo y el tetracloruro de carbono, también se usa como medio el aceite mineral o el aceite fluorinado que tienen algunas señales especificas pero que si se descartan permite un buen análisis de las muestras.

Se requiere para estandarizar el equipo, esto se hace con un patrón que generalmente es una película de poliestireno.

61

En esta práctica se van a analizar los compuestos de acuerdo a su clasificación por sus grupos funcionales y las señales características de estos grupos.

Los grupos son:

Grupo 1: Sustancias que tienen en su estructura el enlace C=O estos son, entre otros: metil etil cetona, benzaldehído, isobutil aldehído, acetona, ciclohexanona, acetaldehído, acetofenona, benzofenona.

Grupo 2: Sustancias con el grupo OH, entre la que están: N-butil alcohol, sec-butil alcohol, alcohol bencílico, ter-butil alcohol, etanol y propanol.

Grupo 3: Sustancias con el grupo C=N. Algunas sustancias posibles son: benzonitrilo, acrilonitrilo, nitrobenceno, O-nitrotolueno y P-nitrotolueno.

Grupo 4: Sustancias conteniendo en sus estructura el grupo COO-, entre ellas: benzoato de etilo, malonato de etilo, anhídrido acético, acetato de etilo, anhídrido ftálico, acetato de amilo y acetato de propilo.

Análisis de compuestos sólidos los cuales se pueden realizar de 3 formas

Preparación de una Emulsión (suspensión sólido-liquido)

Preparación de una película a partir de una solución

Preparación de una pastilla (suspensión sólido-sólido)

PREPARACIÓN DE UNA EMULSIÓN: (SUSPENSIÓN SOLIDÓ-LIQUIDO)

Una de las técnicas mas generalmente empleadas `para preparar una muestra sólida para el análisis I.R es la suspensión fina o Mulling , para obtener buenos resultados de esta técnica el tamaño de la partícula debe ser menor que la longitud de onda que ha de ser transmitida,o si el medio empleado para suspender las Partículas tienen aproximadamente el mismo índice de refracción de la muestra, como esto es un poco difícil, por tanto se debe de reducir el promedio de las partículas de la muestra a un tamaño de 1-2 micrones por lo cual la muestra debe quedar totalmente triturada.

Hay dos tipos de agente de suspensión: el aceite mineral y el aceite fluorinado

62

El aceite mineral es una mezcla de hidrocarburos saturados de cadena lineal (entre el C20 y el C 30 ) cual presenta bandas de absorción entre 2900-2800 cm -

1 y entre 1375 y 1460 cm-1

El aceite fluorinado presenta bandas de absorción por debajo de 1200 cm -1

por tanto si el espectro de la muestra se obtiene en Nujol y después en aceite fluorinado, se puede deducir el espectro libre de interferencias.

ESPECTRO DE UN SOLIDÓ PREPARADO COMO UN FILM A PARTIR DE UNA SOLUCION

Los espectros de soluciones casi siempre satisfacen los requerimientos de muchos análisis especialmente cuantitativos, pero en algunos casos presentan las desventajas de absorciones provenientes del solvente, que se sobreponen o interfieren.En situaciones en las cuales el analista puede escoger el solvente empleado estas desventajas pueden ser superadas cuando se emplea el CS2 y el CCl 4 conjugados para cubrir todo el rango del instrumento ya que el tetracloruro de carbono presenta bandas de absorción entre 650-1600 cm –1 y el disulfuro de carbono presenta bandas de absorción entre 1400-2400 cm-1 .sin embargo hay ocasiones que no es posible seleccionar el solvente en el cual se disuelve el solidó de interés y el analista debe aceptar las soluciones como lleguen.Son ejemplos típicos los barnices, o las pinturas con solventes como base. Siempre y cuando sea posible se prefiere remover las interferencias del solvente y obtener solo el espectro del soluto.

Esta parte describe el procedimiento para preparar muestras de sólidos puros a partir de soluciones que contienen solventes volátiles.

En un beaker coloque un poco de icopor y adicione xileno hasta formar una solución bien densa, coloque la solución en una de las caras de una ventana de cloruro de sodio y esta en una estufa a temperatura baja entre (65 ºC -70 ºC ) hasta que el solvente se evapore.Dejar enfriar ,colocar en el portaceldas y obtener el espectro de la película.

PROCEDIMIENTO

63

1. Después de recibir instrucciones sobre la preparación de las muestras y sobre el manejo del equipo de infrarrojo, se debe obtener el espectro de la película de poliestireno con referencia al aire, con el objeto de hacer una calibración del equipo.

2. Obtener el espectro infrarrojo de un ejemplar de cada uno de los grupos arriba mencionados.

3. Obtener el espectro infrarrojo de la sustancia o sustancias problema.

4. PREPARACION DE LA PASTILLA O DISCO DE KBR

5. Obtener el espectro infrarrojo de la sustancia sólida (ácido benzoico o acetanilida) empleando el método de la pastilla con KBr, la cual se prepara pesando 1-2 mg de la sustancia, luego pesar 100 mg de KBr se mezclan en un mortero de ágata y triturar esta mezcla con movimientos vigorosos rotatorios y firmes durante 5 minutos hasta obtener una mezcla homogénea o polvo fino con la cual se fabrica la pastilla siguiendo las instrucciones de manejo del troquel y la prensa.

6. Colocar la pastilla en el porta pastillero, luego en el soporte para la pastilla llevarlo al equipo y obtener el espectro infrarrojo de la sustancia sólida o pastilla

7. PREPARACION DE MULL O NUJOL

8. Obtener el espectro de la emulsión o Mulling el cual se realiza de la siguiente forma:

9. Depositar unos 40 mg de ácido benzoico en un mortero de ágata o porcelana, agregue una o dos gotas de aceite mineral ,triturar la mezcla con un mazo de ágata o porcelana aproximadamente 3 minutos hasta obtener una suspensión semejante a la crema dental, muy fluida, pero sin signos claros de separación de aceite ,con ayuda del mazo retirar la suspensión y aplicar con mucho cuidado en el centro de la cara de una de las ventanas de cloruro de sodio , cubrir la emulsión con la otra ventana de cloruro de sodio y presionar suavemente con un ligero movimiento rotatorio para formar una película continua y delgada.Si la emulsión ha sido bien preparada ,debe aparecer ligeramente translucida y sin huecos.

10. Monte la celda en su soporte, de modo que la emulsión quede en el centro de la apertura .Para sostener las celdas en su sitio ,es suficiente apretar las celdas con los dedos ;una presión excesiva puede quebrar las ventanas

11. Obtener el espectro de la emulsión y explicar el origen de las principales bandas.

12. Si es posible, obtener el espectro de una película a partir de una solución y de una sustancia en estado gaseoso.

NOTAS

64

En esta metodología se deben tener en cuenta algunos detalles importantes como son:

Las partes ópticas y las celdas empleadas en infrarrojo son muy sensibles a la humedad, por esto: No se debe respirar sobre las ventanas de las celdas.

No se deben tocar las superficies de las ventanas de las celdas, estas se deben manejar solamente por los lados.

Los solventes empleados deben ser de grado espectroscópico y en ningún momento se pueden utilizar, en la medida de lo posible, solventes higroscopicos.Si es necesario emplear solventes higroscopicos la celda empleada ya no puede ser de NaCl, se requiere celdas especiales que no se dañen con el agua.

Las celdas se deben lavar con los solventes apropiados y completamente libres de humedad.

RESIDUOS

Se recoge los residuos de las pastillas en botella plástica transparente rotulada .Residuos I.R , cabe anotar que acá se usan 1-2 gotas de cada compuesto al que se le corre el espectro de infrarrojo


1. Para cada uno de los espectros obtenidos identificar las frecuencias para las señales más representativas de cada uno de los grupos funcionales y comparar con las correspondientes en los espectros de referencia.

2. Comparar los espectros de la sustancia sólida corrida en KBr y en el aceite mineral, anotar y explicar las diferencias encontradas.

3. Para el compuesto desconocido, con base en los principales grupos funcionales o estructurales encontrados tratar de identificarlo apoyándose también en los espectros modelo que se encuentran en la literatura.

PREGUNTAS

1. Discuta los métodos que se pueden emplear para analizar por espectroscopía infrarroja, las sustancias que solo son solubles en agua, que ventajas y que limitaciones tiene?

65

2. ¿Qué ventajas tiene el espectrofotómetro de doble haz comparado con el de haz simple?

3. Los siguientes materiales tienen cada uno un rango de longitudes de onda donde se pueden emplear para la fabricación de prismas en el infrarrojo. Diga cual es ese rango y explique a que se debe esa limitación: Cloruro de sodio (NaCl), bromuro de potasio (KBr), fluoruro de calcio (CaF2), fluoruro de litio (LiF) y cuarzo.

4. ¿Cree usted que es valido identificar una sustancia solamente con su espectro infrarrojo? Explique.

66

CROMATOGRAFIA DE GASES

PRINCIPIOS TEORICOS

Además de ser una técnica altamente eficiente en la separación de compuestos, la cromatografía de gas puede suministrar información cualitativa y cuantitativa de los constituyentes de las muestras.

Dentro de una especie homologa se espera que el tiempo de retención este linealmente relacionado con el punto de ebullición del componente, tales relaciones son muy útiles en la identificación de los componentes de una muestra en particular. Para muchos tipos de compuestos el punto de ebullición esta directamente relacionado con la longitud de la cadena de carbonos y se puede emplear para efectos de identificación, una grafica del tiempo de retención contra el número de átomos de carbono. Esta técnica requiere sin embargo que se conozca el tipo básico de compuesto (es decir si se trata de alcoholes, alcanos, cetonas, etc) cuyo tiempo de retención se examina. En el caso de que esto no se conozca bien o cuando se trabaja con mezclas de soluto, debe emplearse una grafica para dos columnas.

Dos componentes que pertenezcan a series homologas diferentes pueden tener tiempos de retención idénticos en una columna particular, sin embargo, si los mismos dos componentes se examinan con una columna bien diferente, es muy improbable que se vuelvan a obtenerlos mismos tiempos de retención.

ANALISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

Los tiempos de retención de gran utilidad en la identificación de los componentes separados en la columna. Puesto que hay muchas condiciones experimentales (rata de flujo, presión del gas de arrastre, temperatura) que afectan los tiempos de retención, es necesario establecer condiciones idénticas de operación para la muestra y el patrón.

Con una calibración adecuada del detector, y el flujo de gases, se corrige la respuesta no uniforme para los diversos componentes de la muestra, pudiéndose emplear el área bajo la curva para obtener la cantidad de un componente en la muestra analizada.

DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ETANOL EN UNA BEBIDA ALCOHOLICA POR EL METODO DEL ETANDAR INTERNO.

El objetivo de este experimento es cuantificar el contenido de ETANOL en bebidas alcohólicas, utilizando n-butanol como estándar interno.

67

PROCEDIMIENTO

1. Inyectar un patrón el cual contiene etanol y n-butanol como estándar interno.

2. Inyectar la muestra que contiene la bebida alcohólica, ya sea ron, aguardiente, vino, un aperitivo, etc.

3. Comparar los tiempos de retención del patrón y de la muestra, identificar por comparación que compuestos tiene y en base a ellos preparar la curva de calibración.

ANALISIS CUANTITATIVO

1. Preparar estándares de:

1000ppm etanol + 1000ppm de butanol.




2. Inyectar cada uno de los estándares y la muestra que contiene la bebida alcohólica.

3. Leer las áreas de cada uno de los estándares y de la muestra problema (aguardiente, ron, etc).

4. Graficar la relación del área de cada uno de los estándares sobre el área del estándar interno versus la concentración en ppm. Por extrapolación leer la relación de área de la muestra que contiene la bebida alcohólica y su correspondiente concentración.

5. Reportar el porcentaje de etanol en la bebida alcohólica, multiplicando la lectura del grafico por el factor de dilución y dividir este valor por 104.

68

POLARIMETRÍA

OBJETIVO

Conocer el polarímetro y su funcionamiento.

Analizar cuantitativamente una sustancia ópticamente activa en una muestra problema, empleando el método de estándar externo.

DISCUSIÓN TEÓRICA

La polarimetría es una técnica sensible, no destructiva para medir la actividad óptica de compuestos orgánicos e inorgánicos que son ópticamente activos.

Las sustancias, que se llaman ópticamente activas, hacen girar en forma característica el plano de la luz polarizada porque dichas sustancias tienen poder óptico rotatorio.

La luz se propaga en todas las direcciones. Para una radiación determinada se pueden obtener los vectores en X o en Y resultantes de la combinación de todos los vectores en X o en Y de todos los componentes de esa radiación. La luz polarizada resulta cuando una radiación pasa a través de un medio que de alguna manera "elimina" uno de los dos planos resultantes, generando un rayo orientado en una sola dirección.

La rotación óptica es el fenómeno por el cual el plano de polarización de un rayo de luz es rotado durante el paso a través de un material. La magnitud de la rotación causada por una sustancia ópticamente activa está determinada por la estructura molecular de dicha sustancia y depende de la concentración de la sustancia.

Cada sustancia tiene su propia rotación específica que puede expresarse por la ley de Biot:

donde:

rotación específica

l longitud del camino óptico en decímetros,

Longitud de onda

T temperatura en oC,

Rotación óptica

C concentración en g/ 100 mL

si + (giro en el sentido de las manecillas del reloj), la sustancia es dextrógira.

si - (giro en sentido contrario a las manecillas del reloj ), la sustancia es levógira.

La rotación es afectada por la temperatura, la concentración y la longitud de onda, como se verá en la siguiente discusión:

La temperatura

69

Los cambios en la temperatura afectan la rotación producida por una solución o por un líquido por varias razones; por ejemplo, al aumentar la temperatura se incrementa la longitud de la celda y la densidad de la sustancia disminuye, lo que causa que haya un menor número de moléculas ópticamente activas que desvíen el plano de la luz polarizada, también se producen cambios en el poder rotatorio por asociación o por choques entre las moléculas, igualmente cuando la temperatura se disminuye también afecta la capacidad de la sustancia de producir desviación del plano de la luz polarizada. En resumen el efecto de la temperatura sobre el poder rotatorio de una sustancia se puede expresar por la siguiente ecuación:

T = 20 + Z ( t - 20 )

donde:

T temperatura en grados centígrados

Z coeficiente de rotación con la temperatura, propio de cada sustancia.

La concentración

No siempre la relación entre la concentración y la rotación es lineal, pero sí hay algunas relaciones entre la concentración y la rotación que pueden usarse para análisis cuantitativo, estas relaciones son:

= A + Bq (Lineal)

= A + Bq + Cq2 (Parabólica)

= A Bq

C q

(Hiperbólica)

A, B y C Son constantes que se pueden determinar experimentalmente

q Es la fracción en peso de solvente en la solución.

Para conocer cual relación es la más apropiada se preparan soluciones patrón de la sustancia a diferentes concentraciones y se lee su rotación, con estos datos se hace una gráfica de Vs concentración.

Generalmente se reemplaza por ( /bpd) donde b es la longitud del tubo en decímetros, p es la fracción de peso del soluto y d es la densidad de la solución. Se grafica Vs q y se determina cual de las gráficas (lineal, parabólica o hiperbólica) se ajusta mas a los datos y en ella se calcula (por interpolación) la concentración de la muestra.

La longitud de onda

Otro factor que afecta la rotación es la longitud de onda de la fuente de luz que se utiliza para el análisis, por esa razón la rotación específica siempre se expresa como

, donde es la longitud de onda empleada. Pero en la mayoría de los casos se emplea una lámpara de sodio y se usa entre la lámpara y el polarizador con un filtro de transmitancia máxima para la luz de = 589.3 nm. entre la lámpara y el polarizador. Para medidas con luz de otras longitudes de onda se pueden utilizar otras lámparas y otros filtros.

La polarimetría se puede aplicar tanto en análisis cualitativo como cuantitativo.

Cualitativo

70

La rotación óptica de un compuesto puro es una constante física que contribuye a la identificación y cualificación de sustancias, tanto en el laboratorio como en control de procesos en factorías.

Cuantitativo

Hay tres formas de cuantificar una sustancia óptimamente activa en una muestra:

1. Ya se había dicho que la rotación específica de una sustancia se puede expresar por la siguiente ecuación; = 100 / C l, si se despeja concentración se tiene:

C

lT100

Esta ecuación permite conocer la concentración de una sustancia ópticamente activa en una muestra, si se conocen los valores de , y l que es la longitud de la celda.

2. Gráficamente se puede, como ya se dijo, obtener una curva de Vs Concentración y en ella por interpolación calcular la concentración de la sustancia ópticamente activa en la muestra problema.

3. Sacarimetría:

Uno de los usos más comunes de la polarimetría es el análisis de azúcares, puede suceder que la sacarosa sea el único constituyente ópticamente activo en la muestra y entonces se puede calcular su contenido por el método gráfico o por la ley de Biot visto anteriormente.

Si además de la sacarosa hay en la muestra otras sustancias ópticamente activas, se puede cuantificar la sacarosa determinando el cambio en la rotación por hidrólisis ácida, esta reacción hace que la sacarosa se "invierta" para formar glucosa y fructosa según la siguiente reacción:

C12H22O11 + H2O Ácido C6H12O6 + C6H12O6

Sacarosa Fructuosa Glucosa

+ 66.6 - 93 + 52.5

Según la ecuación anterior, debido a la inversión, la rotación específica cambia de 66.6 a (-93 + 52.5) / 2 = - 20.2. Si se mide el cambio de rotación después de la inversión es posible determinar la cantidad de sacarosa que contiene la muestra aún en presencia de otras sustancias ópticamente activas.

71

2. MANEJO DEL POLARIMETRO 2.1 Conectar el equipo a una toma eléctrica de 110 V.

2.2 Llenar la celda con agua destilada

2.3 colocar la celda en el compartimiento de muestra del equipo

2.4 Cerrar la tapa y ajustar el cero (0) de la escala móvil, con el cero de la escala fija

2.5 Observar por el ocular que no haya ningún tipo de sombra en el campo.

2.6 Llenar la celda con la muestra que se va analizar y colocarla en la misma posición (parte mas gruesa de la celda hacia arriba, o parte mas delgada)

2.7 Observar por el ocular hacia que lado esta la sombra

2.8 Mover el nonio ubicado al pie del ocular, en el sentido donde se encuentra la sombra hasta que las dos mitades queden igualmente iluminadas.

2.9 Leer en la escala fija los grados de rotación, estos corresponden a la línea inmediatamente anterior al cero del vernier (estas serian las unidades de ángulo).

2.10 Leer con las décimas de ángulo se leen con el nonio.

2.11 Dejar vacía, limpia y seca por fuera la celda

2.12 Verificar que el interior donde se coloca la celda quede limpio y seco.

2.13 Desconectar, tapar y guardar el polarímetro en su respectivo puesto

2.14 Dejar el sitio de trabajo limpio y organizado.

EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN EN LA ROTACIÓN ÓPTICA.

PROCEDIIMII ENTO

a. Preparar una solución madre de glucosa o de tartrato de sodio y potasio, pesando con exactitud entre 15 y 20 g. de la sustancia y disolviéndola con agua desionizada, llevar a volumen en balón volumétrico de100 mL y homogenizar la solución. A partir de esta solución, preparar soluciones patrón de diferentes concentraciones, tomando 5, 10, 15 y 20 mL y diluirlos a 100 en balones volumétricos para trabajar una curva de calibración.

b. Llenar la celda del polarímetro con la solución que se va a medir teniendo cuidado de que:

- primero, la celda esté bien limpia y se haya purgado con la solución antes de llenarla.

- segundo, cuando se llene la celda no debe quedar ninguna burbuja de aire en ella porque esto interfiere con la lectura que se va a hacer.

c. Cuadrar el nonio del instrumento de tal forma que el cero coincida con el cero de la escala grande.

d. Leer tanto las soluciones patrón como la muestra problema, teniendo en cuenta cuadrar el cero antes de hacer cada lectura.

72

e. Hacer una gráfica de la rotación Vs concentración de la sustancia ópticamente activa en las soluciones patrón y en ella, por interpolación, calcular el contenido de la sustancia en la muestra problema.

f. Informar el resultado en gramos de sustancia ópticamente activa por 100 mL de solución teniendo en cuenta diluciones, si estas fueron necesarias.

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AZÚCAR EN UN ALIMENTO USANDO LA ROTACIÓN ESPECÍFICA

PROCEDIMIENTO

a. Preparación de la solución de acetato de plomo:

Pesar 0.6 g de acetato de plomo y disolver con aproximadamente 7 mL de agua agitar.

b. Pesar aproximadamente 4.0-5.0 g de chocolate, chocolisto u otro alimento que contenga azúcar, adicionar aproximadamente 4 ml de alcohol, agregar cerca de 30 mL de agua y calentar durante 15 minutos al baño maría, agitando constantemente con una varilla de vidrio, dejar enfriar y trasvasar la solución a un balón volumétrico de 100 mL; filtrar al vacío, de este filtrado pipetear 30 mL con pipeta volumétrica y llevarlos a un balón volumétrico de 50 mL,añadir la solución de acetato de plomo ( los 7 mL con el fin de clarificar la solución ),llevar a volumen, homogenizar, depositar esta solución en otro beaker de 100 mL y dejar en reposo durante 30 minutos, usar un embudo y papel , filtrar en un beaker en forma rápida el sobrenadante.Medir el ángulo de rotación de esta solución.

c. Calcular el porcentaje de azúcar en la muestra de chocolate, chocolisto, milo, Nesquick etc, aplicando la ecuación de la ley de Biot

. C

lT100

= ws (g / 100 mL)

% Sacarosa = ws / g muestra 100

RESIDUOS

Se recogen en un garrafón de café de vidrio rotulado como: Residuos determinación del contenido de azúcar en un alimento, posteriormente se depositan en garrafas plásticas grandes rotuladas como: Residuos metales pesados, estos residuos son para gestión externa.

SACARIMETRÍA

73

PROCEDIMIENTO

1. Obtener una muestra de cualquier producto (sirope, miel de caña, azúcar, etc.). Pesar con exactitud entre 15 y 20 g de la muestra en un vaso de precipitados, disolverlos con agua destilada y transferir la solución a un balón volumétrico de 100 mL juagando con pequeñas porciones de agua destilada.

2. Agregar a la solución en el balón volumétrico una o dos gotas de NaOH 1.000M

y mezclar bien para asegurar que la molécula de sacarosa permanezca tal cual.

3. Completar el volumen hasta los 100 mL con agua destilada y agitar para homogenizar la solución.

4. Llenar la celda del polarímetro con la solución anterior y leer su ángulo de rotación teniendo cuidado de cuadrar el cero del equipo antes de hacer la lectura de la solución de la muestra problema.

5. Transferir 50 mL de la solución restante a otro frasco volumétrico de 100 mL, agregarle 5 mL de ácido clorhídrico concentrado. Insertar el termómetro y calentar al baño maría hasta 68C, sacar el frasco del baño y dejar que la solución se enfríe unos tres grados y luego volver a colocar en el baño por cinco minutos, o sea mantener la solución a 65 C durante cinco minutos. Retirar el frasco del baño y enfriar la solución a 30C, retirar el termómetro y colocar el frasco con la solución en un baño a temperatura de 20 C, esperar a que se alcance el equilibrio térmico, completar a 100 mL con agua destilada. y homogenizar la solución.

6. Medir la rotación óptica de esta solución, recordar que el valor de la rotación óptica obtenido aquí debe multiplicarse por dos porque sólo se emplearon 50 mL de la solución original y se diluyeron a 100 mL para hacer la última medida.

7. Con los datos obtenidos calcular el contenido de sacarosa en la muestra analizada basándose en la estequiometría de la inversión de la sacarosa

8. Informar el porcentaje de sacarosa en su muestra problema.

9. NOTA: Si el azúcar utilizada es blanca siga el anterior procedimiento si es morena proceda de la siguiente forma luego del ítem 3 proceda a pipetear 10 mL de la solución anterior y llevarlos a un balón volumétrico de 50 mL, acá proceda a leer el ángulo de rotación y realizar lo mismo con el ítem 5 o sea luego de llevar a volumen (100 mL), pipetear de esta solución 10 mL y trasvasarlos a un balón volumétrico de 50 mL, enrasar y leer el ángulo de rotación.

10. Recuerde tener en cuenta los factores de dilución para el cálculo del porcentaje de sacarosa.

después inversión - antes de la inversión = -1.7479 ws

% sacarosa = ws / g azúcar 100

RESIDUOS: se depositan en garrafón de plástico rotulado Residuos determinación del contenido de de sacarosa en azúcar por polarimetría, estos residuos son para neutralizar

74

ESPECTROSCOPÍA ATÓMICA

OBJETIVOS

Conocer un espectrofotómetro de llama, y de algunos detalles de su funcionamiento.

Cuantificar un metal en una muestra problema por emisión atómica,

MARCO TEÓRICO

Cuando un átomo de un elemento es sometido a la acción de una radiación lo suficientemente energética sus electrones son promovidos de su estado basal o no excitado a niveles mas altos de energía y si se mide esta energía absorbida se está trabajando en el modo de absorción atómica. Los átomos en este estado excitado no son estables y tienden a emitir la radiación absorbida, si esta radiación emitida se mide se está trabajando en el modo de emisión atómica.

En cualquiera de los dos casos la cantidad de radiación involucrada en el fenómeno de absorción o de emisión es proporcional a la concentración del analito (elemento) que se está estudiando.

Cuando la luz emitida por un átomo excitado pasa a través de una pequeña rendija y es dispersada por un prisma o por una rejilla, el espectro resultante consiste en pequeñas líneas discretas y se llama espectro de líneas, este espectro es obtenido por exposición de un material al calor de la llama, pasando una chispa eléctrica de alto voltaje a través del elemento en estado gaseoso o generando un arco eléctrico entre electrodos uno de los cuales es del elemento que va a ser excitado.

En fotometría de llama una solución que contiene una sal del elemento de interés es atomizada en la llama de temperatura apropiada, la cual tiene varias funciones como son; evaporar el solvente, vaporizar la sal y disociar las moléculas produciendo átomos neutros disponibles para absorber la radiación cuya energía coincide con la de sus transiciones electrónicas. Las líneas más útiles corresponden a la transición del estado fundamental a uno de sus estados excitados (líneas de resonancia).

La espectroscopía de absorción o de emisión atómica también está regida por la ley de Beer pero su linealidad es limitada a algunas concentraciones (rango lineal) debido a que en la llama suceden algunos otros eventos que afectan la relación lineal entre la absorbancia o la emisión y la concentración del elemento en la muestra.

Las siguientes son algunas de las llamas apropiadas para algunos elementos y las concentraciones para calibración.

75

Metales en Absorción Atómica

ELEMENTOCONCENTRACIÓN PARA CALIBRAR EN 0.4 DE ABS

(mg/L) *GASES TIPO DE LLAMA

ANTIMONIO 3.3 AIRE/ACETILENO ESTEQUIMÉTRICOCADMIO 3 AIRE/ACETILENO ESTEQUIMÉTRICOCALCIO 1.4 AIRE/ACETILENO RICACROMO 4.5 AIRE/ACETILENO RICACOBALTO 7.4 AIRE/ACETILENO POBRECOBRE 3.7 AIRE/ACETILENO POBREHIERRO 5.5 AIRE/ACETILENO POBREMAGNESIO 0.3 AIRE/ACETILENO ESTEQUIMÉTRICOMANGANESO 2.6 AIRE/ACETILENO POBRENIQUEL 5.7 AIRE/ACETILENO POBREPLOMO 9.4 AIRE/ACETILENO ESTEQUIMÉTRICOPOTASIO 1.1 AIRE/ACETILENO ESTEQUIMÉTRICOSODIO 1.1 AIRE/ACETILENO POBREZINC 1.2 AIRE/ACETILENO POBRE

*El límite de la linealidad es el doble de la concentración utilizada para calibrar el equipo en 0.4 de absorbancia

Nota: En esta práctica se va a trabajar por el método de estándar externo que consiste en la preparación de una curva de trabajo (curva de calibración) con soluciones patrón y, por interpolación, de esta curva se obtiene la concentración de la solución de la muestra problema.

PROCEDIMIENTO

A continuación se presentan los métodos para determinación de sodio en jugos y en Zucaritas, papitas, salchichas, etc. El profesor informa con anticipación cual de los análisis se va a realizar en el laboratorio.

76

MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE SODIO EN JUGOS DE TUTY FRUTY O HIT (MANGO, NARANJA, PIÑA, DURAZNO, LULO, GUAYABA, MORA, TROPICAL)

TRATAMIENTO DE LA MUESTRA (programa de Química, trabajan el método directo y el método del estándar interno)

Medir 50 mL del jugo y transferirlos a dos (2) beaker de 250 mL, agregar 2 mL de HNO 3

concentrado, calentar con agitación (para concentrar) hasta cuando queden cerca de 10-20 mL, filtrar, recogiendo el filtrado en un balón volumétrico de 100 mL y lavar el residuo con porciones de 15-20 mL de HNO3 al 1%, completar a volumen con agua.

TRATAMIENTO DE LA MUESTRA (otros programas)

Medir 50 mL del jugo y transferirlos a un beaker de 250 mL,agregar 2 mL de HNO3

concentrado, calentar con agitación (para concentrar) hasta cuando queden cerca de 10-20 mL, filtrar, recogiendo el filtrado en un balón volumétrico de 100 mL y lavar el residuo con porciones de 15-20 mL de HNO3 al 1%, completar a volumen con agua.

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES ESTANDAR EMPLEANDO EL METODO DIRECTO

Preparar un litro de una solución madre de 1000 ppm de sodio a partir de NaCl.

A partir de esta solución madre preparar 100 mL de solución estándar de cada una de las siguientes concentraciones: 10, 20, 40, 60 y 80 ppm

RESIDUOS

Se depositan los residuos de la muestra en garrafón plástico rotulado como: Determinación del contenido de sodio en un alimento por Emisión de llama, estos residuos son para neutralizar, los estándares se desechan por el alcantarillado.

ANÁLISIS

Leer en el espectrofotómetro de emisión de llama, la emisión de las soluciones estándar y de la solución de la muestra problema.


Graficar el %Emisión Vs la concentración (ppm de Na) de las soluciones patrón.

Determinar, por interpolación, la concentración de la solución del jugo.

Informar la concentración de sodio en el jugo en ppm.

77

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES ESTANDAR EMPLEANDO EL METODO DEL ESTANDAR INTERNO


Preparar un litro de una solución madre de 1000 ppm de Li A partir del Li2CO3 (disuelva 5.324 gramos de carbonato de litio, en un volumen mínimo de HCl 1:1 y diluya hasta un litro con agua destilada.

En 6 balones volumétricos de 100 mL pipetear Cloruro de sodio de 0 ppm, 10 ppm, 20ppm, 40 ppm, 60 ppm y 80 ppm, añadir a cada solución 100 ppm del ion litio.

El balón volumétrico que tiene 0 ppm de sodio debe llevar 100 ppm del ion Litio, este servirá de blanco

El jugo se debe al filtrado agregarle 100 ppm de litio y luego llevar a volumen en el balón volumétrico de 100 mL.

ANÁLISIS

Leer en el espectrofotómetro de emisión de llama, la emisión de las soluciones estándar y de la solución de la muestra problema a la longitud de onda del litio y a la longitud de onda del sodio, teniendo en cuenta de leer también el blanco de litio.

MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE SODIO EN HOJUELAS (ZUCARITAS O EN SALCHICHAS)

TRATAMIENTO DE LA MUESTRA (programa química)

Macerar muy finamente las zucaritas, papitas, salchichas, en un mortero, pesar exactamente por duplicado ( esto es para los estudiantes de Química porque se trabaja los 2 métodos directo y el del estándar interno ) entre 0.4 y 0.5 g de este triturado en un (dos) beaker de 100 ml, disolver con 40 ml de agua, agregar 2 ml de HCl concentrado, calentar con agitación durante 15 min.,dejar enfriar , filtrar en un balón volumétrico de 100 ml, lavar el residuo con porciones de 15-20 ml de HCl al 1%, completar a volumen con agua.

TRATAMIENTO DE LA MUESTRA (otros programas)

Macerar muy finamente las zucaritas, papitas, salchichas, en un mortero, pesar exactamente entre 0.4 y 0.8 g de este triturado en un beaker de 100 ml, disolver con 40ml de agua,

78

agregar 2 ml de HCl concentrado, calentar con agitación 15 min., enfriar, filtrar en un balón volumétrico de 100 ml, lavar el residuo con porciones de 15-20 ml de HCl al 1%, completar a volumen con agua.

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES ESTANDAR EMPLEANDO EL METODO DIRECTO


A partir de esta solución madre preparar 100 mL de solución estándar de cada una de las siguientes concentraciones: 10, 20, 40, 60 y 80 ppm.

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES ESTANDAR EMPLEANDO EL METODO DEL ESTANDAR INTERNO


Preparar un litro de una solución madre de 1000 ppm de Li A partir del Li2CO3 (disuelva 5.324 gramos de carbonato de litio, en un volumen mínimo de HCl 1:1 y diluya hasta un litro con agua destilada.

En 6 balones volumétricos de 100 mL pipetear Cloruro de sodio de 0 ppm, 10 ppm, 20ppm, 40 ppm, 60 ppm y 80 ppm, añadir a cada solución 100 ppm del ion litio.

El balón volumétrico que tiene 0 ppm de sodio debe llevar 100 ppm del ion Litio, este servirá de blanco

Al filtrado de las sucaritas, salchichas etc se le debe agregar 100 ppm de litio y luego enrasar a 100 en el balón volumétrico.

ANÁLISIS

Leer en el espectrofotómetro de emisión de llama, la emisión de las soluciones estándar y de la solución de la muestra problema. Na su = 589 nm y Slit = 0.2 y Li +2 su

= 670.8 nm y Slit = 0.7.


Graficar el %Emisión Vs la concentración (ppm de Na) de las soluciones patrón.

Graficar el Logaritmo del % emisión del sodio / Emision del litioVs el Logaritmo de la concentración de sodio (ppm de Na) ,de las soluciones patrón que contienen el estándar interno

79

Determinar por interpolación la concentración de la solución que contiene el sodio extraído de las hojuelas.

Informar la concentración de sodio en las hojuelas en %Na p/p.

RESIDUOS

Se recogen los residuos de la muestra en garrafas pasticas rotuladas :Determinación del contenido sodio en un alimento por Emisión de llama, los cuales posteriormente se neutralizaran.:

80

ANÁLISIS DE SODIO Y POTASIO EN CEMENTO

OBJETIVO

Aplicar las técnicas de fotometría de llama a un análisis industrial.

PROCEDIMIENTO

Preparar las siguientes soluciones de provisión:

1. Solución de sodio de 100 ppm (0.1 mg de Na/mL); disolver 0.254 g de NaCl en un litro de agua desionizada.

2. Solución de potasio de 100 ppm (0.1 mg de K/mL); disolver 0.190 g de KCl en un litro de agua desionizada.

3. Solución de calcio de 5000 ppm (5.0 mg de Ca/mL); disolver 12.4 g de CaCO3 en 400 mL de HCl 1:3 (V/V) y diluir con agua desionizada hasta un litro.

4. Tratamiento de la muestra.

Nota: en todos los casos se debe emplear agua destilada.

Triturar una muestra representativa de cemento, pesar en un vaso de precipitados,entre 2.0-4.0 g si el cemento es gris , o entre 1.0-2.0 g si el cemento es blanco, agregar en el vaso 40 ml de agua desionizada y luego agregar lentamente 5ml de HCl concentrado tapar el vaso con un vidrio de reloj, calentar con agitación durante unos 15 minutos a una temperatura cerca al punto de ebullición, dejar enfriar y llevar a volumen en un balón volumétrico de 100 ml,filtrar a través de papel de filtro de textura media recogiendo el filtrado en un beaker de 100 ml,si el cemento es gris pipetear de este filtrado 10 ml y transferir a un balón volumétrico de 50 agregarle 10 ml de la solución de Calcio de 5000 ppm y llevar a volumen con agua destilada.

Si la muestra es cemento blanco, pipetear 40 ml del filtrado y transferirlo a un balón volumétrico de 50 ml, agregarle 10 ml de la solución de 5000 ppm de calcio y llevar a volumen, agitar bien para homogenizar las soluciones.

5. Preparación de las soluciones patrón.

En seis balones volumétricos de 50 ml colocar en cada uno 10 ml de solución de calcio, de 5000 ppm que va a servir como estándar interno, pipetear luego1, 4, 8, 15 y 20 ml de la solución de cloruro de sodio a los balones volumétricos 1, 2, 3, 4 y 5 respectivamente, completar a volumen todas las soluciones incluyendo la del balón número 6 que se va a emplear como blanco.(esta debe llevar 10 ml de solución de calcio y se lleva a 50 ml con agua )

6. En cinco balones volumétricos de 50 ml colocar en cada uno 10 ml de solución de calcio de 5000 ppm,el cual va a servir como estándar interno pipetear luego1,2, 4, 8 , y 20 ml de la solución de cloruro de potasio a los balones volumétricos 1, 2,3, y 4 y 5 completar a volumen, agitar bien para homogenizar las soluciones.

Nota: Todas las once soluciones anteriores se conservan hasta cuando termine el experimento.

81

7. Siguiendo las instrucciones de manejo del equipo seleccionar la longitud de onda del sodio (589 nm), empleando la solución mas concentrada de sodio y con la tecla de option energy encontrar la longitud de onda del sodio. A esta longitud de onda leer la emisión de todas las soluciones patrón para obtener una curva de calibración y también de la solución del cemento problema.

8. Seleccionar ahora la longitud de onda del calcio su = 422.7 nm y Slit = 0.7. a esta longitud de onda y con las soluciones de calcio obtener la emisión tanto de las soluciones patrón como de la solución del cemento problema.

9. Siguiendo las instrucciones de manejo del equipo seleccionar la longitud de onda del potasio = 766.5 nm y Slit = 0.7, empleando la solución mas concentrada de potasio y con la tecla de option energy encontrar la longitud de onda del potasio. A esta longitud de onda leer la emisión de todas las soluciones patrón para obtener una curva de calibración y también de la solución del cemento problema y la del blanco.

10. Aspirar finalmente agua desionizada para limpiar el equipo y apagar ordenadamente el instrumento.

RESIDUOS

La muestra de cemento se deposita en garrafones de plástico rotulados Determinación de sodio y potasio en un cemento por EELL, los cuales posteriormente se neutralizaran


1. Con los datos de emisión de las correspondientes soluciones patrón, obtener curvas de calibración tanto del sodio como del potasio, siguiendo el método del estándar interno y en cada una de ellas obtener por interpolación y utilizando la emisión del calcio como estándar interno obtener la concentración de sodio y potasio en la solución de cemento.

2. Informar el contenido de sodio y potasio en el cemento en ppm del grafico y en (p/p) aplicando la formula respectiva. Y teniendo en cuenta el factor de dilución

Explicar porque el intercepto de Y no es cero (0)

EFECTO DE LA COMPOSICION Y DE LA VISCOSIDAD

Preparar tres soluciones patrón de H3BO3 al 2% en metanol al 20%

H3BO3 al 2% en metanol al 40%

82

H3BO3 al 2% en metanol al 60%

Determine el efecto de la viscosidad, leer cada una de las soluciones anterior a la longitud de onda del Boro = 471.2 y Slit = 0.7, teniendo en cuenta de cuadrar el 0 del equipo con agua.

La viscosidad de la solución de H3BO3 al 2% con metanol al 20% es de 2.15

La viscosidad de la solución de H3BO3 al 2% con metanol al 40 % es de 2.35

La viscosidad de la solución de H3BO3 al 2% con metanol al 60% es de 2.40

EFECTO DE LOS ANIONES Y OTROS IONES PRESENTES EN LA SOLUCION

Preparar las siguientes soluciones que contengan cada una de ellas 200 ppm de Calcio preparadas a partir de:

a. CaCl2/ 200 ppm de Ca

b. Ca(NO3)2 200 ppm de Ca

c. CaCl2 /H3PO4 0.1M de 200 ppm de Ca

d. CaCl2 /ALCl3 0.1 M de 200 ppm de Ca

Emplear la longitud de onda del Calcio = 422.7 y Slit = 0.7 y leer la emisión de cada una de las soluciones.

Colocar la lámpara de calcio y leer las soluciones de calcio en el modo de absorción atómica para comparar los resultados del análisis por ambas técnicas (Emisión y Absorción Atómica)

TRATAMIENTO DE DATOS

Graficar los datos de Porcentaje de Emisión versus Viscosidad

Correlacionar en una tabla el efecto de la composición iónica y las intensidades de las lecturas para cada una de las soluciones de 200 ppm de calcio.

Que conclusiones generales pueden sacarse del efecto iónico y de la absorción y emisión de las diferentes soluciones de calcio.

-

83

ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA

OBJETIVO

Aprender el funcionamiento y uso de un instrumento de absorción atómica, teniendo en cuenta los cambios con respecto al equipo de emisión.

Analizar la relación que existe entre la absorción de radiación y la concentración del un ión metálico en solución.

Determinar el contenido de un metal en una muestra problema, empleando el método de absorción atómica.

MARCO TEÓRICO

La absorción atómica se fundamenta en que los átomos individuales también absorben radiación ultravioleta y visible para alcanzar estados electrónicos excitados.

Los espectros de absorción atómica son mas simplificados que los espectros de absorción molecular debido a que los estados de energía electrónicos no tienen subniveles de energía vibracional ni rotacional y en este método de análisis se obtienen espectros de líneas muy definidas que permiten analizar con gran selectividad un metal aún en presencia de otras sustancias en solución.

Cada metal tiene unas líneas características y generalmente se emplea una línea que es la más fuerte y que corresponde a la diferencia de energía entre el estado basal y el primer estado excitado del elemento

La absorción de radiación por átomos neutros en estado gaseoso es, en la mayoría de los casos, directamente proporcional a la cantidad de átomos presentes en la solución. Lo anterior se aprovecha para hacer análisis cuantitativo.

En absorción atómica se requiere una lámpara de cátodo hueco del material que se va a utilizar que sirve como fuente de la radiación, pero también es necesario tener el elemento en estado atómico ya sea mediante llama, arco o chispa.

PROCEDIMIENTO

1. A partir de un compuesto puro y soluble que contenga el elemento que se va a determinar preparar una solución madre de 100 ó de 50 ppm del elemento.

2. A partir de la solución madre preparar soluciones estándar de concentraciones conocidas que estén dentro del rango de linealidad del elemento.

3. Extraer el elemento de interés de la muestra problema sometiéndola al tratamiento apropiado en cada caso.

4. Siguiendo las instrucciones para el manejo del espectrómetro de llama, seleccionar la longitud de onda más apropiada para analizar el elemento de interés y optimizar esta longitud de onda y los parámetros necesarios para el análisis.

5. En la longitud de onda seleccionada leer la absorción de cada una de las soluciones patrón y de la muestra problema, teniendo en cuenta que antes de aspirar cada una de

84

las soluciones se debe limpiar el instrumento aspirando el blanco (en la mayoría de los casos es agua desionizada).

6. Apagar el equipo y dejarlo en orden.


1. Con los datos obtenidos hacer una curva de calibración, graficando absorción Vs concentración del elemento en cada solución patrón.

2. Usar la curva de calibración para determinar la concentración del elemento en la solución de la muestra problema.

Nota: a continuación se describen los métodos para analizar algunos elementos en muestras por absorción atómica.

MÉTODO I

DETERMINACIÓN DE HIERRO EN UN FERTILIZANTE.EFECTO DEL ANCHO DE RANURA Y DE LA LONGITUD DE ONDA

PROCEDIMIENTO

Macerar un poco de fertilizante y pesar 0.01 g de éste en un beaker de 100 mL, agregar 40 ml de agua destilada y 3 mL de ácido clorhídrico concentrado, calentar durante 15 minutos con el recipiente tapado, dejar enfriar, en un balón volumétrico de 500 ml, filtrar y hacer lavados con agua destilada, hasta aproximadamente 200 mL, recogiendo los lavados en el balón de 500 mL completar a volumen con agua destilada, homogenizar muy bien.


A partir de una solución madre de hierro de 50 ppm, preparar 50 mL de solución de cada una de las siguientes concentraciones: 2, 4, 6 y 8 ppm.

1. Leer en el espectrofotómetro la absorción de los estándares y de la solución de la muestra

a = 386 y Slit = 0.7 para el Fe +2

a = 248.3 y Slit = 0.7 para el Fe +2

a =248.3 y Slit = 0.2 para el Fe +2

a = 386 y Slit = 0.2 para el Fe +2

CALCULOS

7. Graficar en un solo grafico las absorbancias de Hierro Vs concentración a distintas

85

Longitudes de onda y Graficar absorbancia de Hierro Vs concentración a los dos anchos

de ranura

9. Seleccionar de este grafico la mejor longitud de onda y el mejor ancho de ranura y en

El leer la concentración del hierro en el Fertilizante.

10. Realizar los respectivos cálculos y teniendo en cuenta la lectura en el grafico y multiplicando por el respectivo factor de dilución. Informar el % de hierro en el fertilizante.

PREGUNTAS

a. ¿Qué sucede en la llama cuando se analiza una sustancia por el método de absorción atómica?

b. ¿Cuál de los dos métodos, absorción o emisión atómica, es más sensible para la mayoría de los elementos? Justificar la respuesta.

c. Describa la fuente que se emplea en este método de análisis y diga como funciona dicha fuente.

d. El espectro de emisión de una lámpara de cátodo hueco consiste en un gran número de líneas pero solo algunas de estas líneas son absorbidas por una llama que contiene el elemento que se está estudiando. ¿A qué se debe esto?

e. Cuando se trabaja con llama, tanto en absorción como en emisión atómica, se presentan cuatro tipos de interferencias que se son: absorción de fondo, interferencia de líneas espectrales, vaporización y efectos de ionización. En qué consiste cada una de estas interferencias y cómo se puede corregir?

RESIDUOS

Los residuos se recogen en garrafas plásticas rotuladas como: determinación de Fe +2 por Absorción atómica, los cuales posteriormente se neutralizaran.

MÉTODO II

DETERMINACIÓN DE COBRE EN UN ABONO FOLIAR POR EL METODO DE LA ADICION DE ESTANDAR

Idealmente ,los estándares de calibrado deben aproximarse a la composición de las muestras a analizar ,no solo respecto a la concentración de analito sino también respecto a la concentración de las otras especies de la matriz de la muestra, con el objeto de minimizar los efectos de los diversos componentes de la muestra en la medida de la absorbancia.

86

El método de adición de estándar implica la adición de uno o mas incrementos del mismo tamaño de la solución estándar a las alícuotas de la muestra.Cada solución se diluye entonces a un volumen fijo antes de la medida de la absorbancia.

Lo que se hace es mantener constante el volumen de la muestra y variar las concentraciones de los estándares, lo contrario del método del estándar interno.

El grafico que se realiza sera de esta forma:

PROCEDIMIENTO

2. Macerar una muestra representativa del abono foliar, pesar alrededor de 500 mg de muestra en un beaker, agregar 50 mL de agua destilada, 3.0 mL de HNO3 concentrado y 3.0 mL de HCl, someter a digestión durante media hora, dejar enfriar, filtrar en un balón volumétrico de 100 mL, hacer lavados con porciones de 10 mL de agua (hacer 4 lavados) y completar a volumen con agua destilada.

3. En 4 balones volumétricos de 100 mL a cada balón adicionar 20 mL ( con una pipeta volumétrica) de la muestra (abono foliar), a cada balón adicionar 0 mL, 5mL, 10mL y 15 mL de una solución de 100 ppm de Cu , enrasar (100 mL) con agua destilada

4. Leer en el espectrofotómetro la absorción de los estándares y de la solución de la muestra Cu +2 = 324.8 y Slit = 0.7.

5. Para hacer el análisis cuantitativo interpolar la absorción de la solución de la muestra problema en la curva de calibración obtenida graficando absorción vs. la concentración del cobre en las soluciones estándar. (recuerde el graficar como se le indica en la parte anterior).

87

6. Informar el contenido de cobre en el abono en porcentaje en peso, extrapolar

La muestra en el grafico y no olvide multiplicar por el factor de dilución.

RESIDUOS

Los residuos se recogen en garrafas plásticas rotuladas como: Determinación de cobre en abono foliar , posteriormente se depositan en otra garrafa plástica rotulada como Residuos metales pesados , los cuales son para gestión externa.

MÉTODO III

DETERMINACIÓN DE MANGANESO EN SUELOS

PROCEDIMIENTO

1. Macerar unos 10 g del suelo (I; II; III o IV), pesar exactamente entre 1.5 y 3.5 g, agregar 50 mL de agua destilada, 3.0 ml de HNO3, 3.0 mL de HCl, someter a digestión durante 30 minutos, filtrar en un balón volumétrico de 100 mL, haciendo unos cuatro lavados con agua destilada y completar a volumen con agua destilada.

2. Para el suelo II pipetear 10 ml de la solución anterior en un balón volumétrico de 50 ml, enrasar con agua y homogenizar.

3. Para el suelo III y IV luego de realizar el procedimiento 1, pipetear 20 ml de la solución madre, en un balón volumétrico de 50 ml, enrasar con agua y homogenizar.

4. A partir de una solución patrón de 50 ppm de Manganeso ,preparar 50 ml de cada uno de los siguientes estándares: de 1 ppm, de 3 ppm, 5 ppm y 6 ppm

5. Leer en el espectrofotómetro la absorción de los estándares y de la solución de la muestra de suelo empleando la lámpara de Mn +2 su = 279.5 y Slit = 0.2 .

6. Para hacer el análisis cuantitativo interpolar la absorción de la solución de la muestra problema en la curva de calibración obtenida graficando absorbancia vs. la concentración.

7. Informar el contenido de manganeso en el suelo en porcentaje por peso.

RESIDUOS

Los residuos de la muestra se recogen en garrafas plásticas rotuladas como: Determinación de manganeso en suelo

88

ULTRAVIOLETA

OBJETIVOS

Identificar un compuesto orgánico por su espectro de absorción en el ultravioleta y cuantificar una muestra problema aplicando la Ley de Beer.

MARCO TEÓRICO

Ya se vio que la luz visible corresponde a radiaciones con longitudes de onda entre 400 y 750 nm. Más allá del extremo violeta del espectro visible ( menor que 400 nm) está la región ultravioleta.

Los espectrómetros para ultravioleta de uso común miden la absorción de luz en la región visible y ultravioleta cercano, es decir, en el rango de 200 a 750 nm.

Todas las moléculas pueden absorber radiación en el ultravioleta-visible porque tienen electrones compartidos o sin compartir que se pueden excitar a niveles de energía más elevados. Las longitudes de onda en las que ocurre la absorción dependen de la fuerza con la que están unidos los electrones a la molécula.

Cuando los electrones que están formando enlaces son excitados, se absorbe radiación de alta energía, o de longitud de onda corta entre 120 y 200 nm, este rango se conoce como ultravioleta lejano. Cuando las sustancias absorben radiación por encima de 200 nm se produce la excitación de electrones de orbitales p, d, y particularmente sistemas -conjugados, dando como resultado un espectro de bandas anchas especialmente cuando las sustancias están condensadas porque cuando las sustancias están en fase de vapor se presentan espectros de estructura fina.

Cada sustancia tiene un espectro característico en el ultravioleta, pero este espectro cambia un poco dependiendo del solvente utilizado. Por lo anterior, el espectro ultravioleta puede ser utilizado para identificación teniendo espacial cuidado con el solvente utilizado en cuanto a su identidad y a su pureza que debe ser grado espectral.

La espectroscopía ultravioleta sirve no solo para identificar sustancias sino también para hacer análisis cuantitativo utilizando la Ley de Beer.

IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACION DE UN COMPUESTO ORGANICO

PROCEDIMIENTO

Cada estudiante recibe un compuesto puro desconocido (sustancia problema) que puede ser uno tomado de la siguiente lista: Fluoreno, naftaleno, antraceno, bifenilo, ácido benzóico, ácido 4-aminobenzóico, ácido salicílico, ácido pícrico, hidroquinona, 1-naftol, 2-naftol y antraquinona. Con el desconocido trabaje la práctica siguiendo las pautas que se dan a continuación:

1. Utilizando balanza analítica, pesar en un pesasustancias entre 0.0009 g-0.0010 g de la sustancia problema, disolverla en un poco de solvente etanol y con ayuda de un embudó

89

llevarla a un balón volumétrico de 50 mL completando a volumen con el solvente, agitar muy bien la solución. (esta es la solución madre).

NOTA

Recuerde depositar todos los residuos con que purga los balones en el frasco de vidrio

Rotulado así: Residuos UV1 .

2. A partir de la solución madre preparar soluciones patrón de la sustancia problema, para esto transferir 1, 2 y 3 mL de solución madre a sendos balones volumétricos de 10 mL y completar a volumen con etanol, agitar bien.

3. Pipetear 2 ml de la solución problema en un balón volumétrico de 10 ml y llevar a volumen con el respectivo solvente, homogenizar bien la solución.

4. Llenar hasta las 2/3 partes dos de las celdas de cuarzo en una de ellas debe ir el etanol y en la otra la solución patrón ( la que se llevo al b.v de 50 mL)

5. Siguiendo las instrucciones para el manejo del equipo, y seleccionando el rango de trabajo en el ultravioleta de 200 y 400 nm (usando como referencia el solvente) correr el espectro de la solución patrón y compararlo con los espectros de referencia para identificar la muestra.

6. Desocupe la celda donde estaba la solución patrón y llenar cada una de las celdas con cada una de las soluciones preparadas en el numeral 2. Teniendo en cuenta que se debe purgar previamente cada celda con la solución con la cual se va a llenar.),se deben colocar las celdas en orden de concentración de las mas diluida a la mas concentrada

7. A partir del espectro obtenido seleccionar la longitud de onda de máxima absorbancia y en ella leer la absorbancia de las soluciones patrón y de la muestra problema, verificar que la absorbancia de la muestra problema la cual ha sido previamente diluida, quede dentro del rango de los estándares, de lo contrario proceder a realizar la respectiva corrección.

8. Apagar el equipo y dejarlo en orden, lavar las celdas y dejarlas limpias y secas por fuera con papel higiénico suave

RESIDUOS

Los residuos se depositan en frascos de vidrio rotulados como Determinación de un compuesto orgánico por ultravioleta, UV1 posteriormente el etanol se recupera por destilación


1. Identificar la sustancia problema, comparando el espectro obtenido con espectros de la literatura (en su caso utilice la colección Sadtler).

2. Con los datos obtenidos en el numeral 6 del procedimiento hacer una curva de absorbancia Vs concentración (curva de calibración).

3. Utilizando la curva de calibración, calcular la concentración de su muestra problema y exprésela en mg/L, teniendo en cuente del resultado obtenido en el grafico multiplicarlo por el factor de dilución.

90

4. Anotar del Manual de donde obtuvo el espectro de su muestra, la absorbancia y preguntar la concentración del de referencia para poder realizar las siguientes preguntas.

PREGUNTAS

a. Discutir la concordancia entre el espectro obtenido en su práctica y el espectro de la sustancia encontrado en la literatura, con respecto a la localización de máximos y mínimos en la escala de longitud de onda, si encuentra algunas diferencias sugiera cuáles son las causas.

b. Calcular la absortividad molar de la sustancia problema a la longitud de onda de máxima absorbancia y compararla con la absortividad molar de la sustancia a la misma longitud de onda pero obtenida del espectro modelo.

c. Para la sustancia problema, pintar su estructura química y decir a cuáles constituyentes de su estructura se debe que esta sustancia presente absorción en el ultravioleta.

91

ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE DOS COMPUESTOS CONTENIENDO BENCENO Y TOLUENO

MARCO TEÓRICO

Las absorbancias de estas dos sustancias son aditivas. Por ello la absorbancia de una solución que contenga benceno y tolueno es la suma de las absorbancias individuales de los dos componentes. Esta regla se aplica a cualquier longitud de onda y puede expresarse en un sistema de ecuaciones de la forma:

A = AB +AT

que expresado para las longitudes de onda 1 y 2 sería:

A = AB + AT

A( ) = AB( ) + AT( );

como A=bC

entonces:

A = B( )bCB+ T( )bCT

A = B( )bCB+ T( )bCT

donde ( ) y ( ) son las absortividades molares a las longitudes de onda 1 y 2

respectivamente: B( ) y B( ) son las absorbtividades molares del benceno a las longitudes

de onda 1 y 2; T( ) T( ) son las absortividades molares del tolueno a las longitudes de onda 1 y 2; y CB y CT son, respectivamente, las concentraciones de benceno y tolueno en la solución desconocida que contiene las dos sustancias. (Naturalmente y C deben expresarse en unidades apropiados).

De estos valores, las absortividades molares de benceno y tolueno a cualquier longitud de onda se conocen, ya que puede calcularse directamente a partir de los espectros de soluciones de concentración conocida. A( ) y A( ) los valores de la absorbancia de la solución desconocida a las longitudes de onda 1 y 2, pueden medirse experimentalmente, b es el ancho de celda. Por tanto los únicos factores desconocidos son CB y CT, las concentraciones de benceno y tolueno; estas concentraciones pueden calcularse a partir del sistema de dos ecuaciones. Esta relación es aplicable solo cuando se hallen ausentes de la solución a analizar otras especies absorbentes.

El problema total del análisis de un sistema de dos componentes se simplifica cuando un componente presenta un máximo de absorbancia a una longitud de onda en la cual el segundo componente absorbe una cantidad despreciable. En el caso del benceno y el tolueno, un examen de las curvas de absorción muestran que a 269 nm, aproximadamente, el benceno contribuye muy poco a la absorción, mientras que el tolueno presenta un pico nítido. Por lo tanto a 269 nm, para una solución que contenga cantidades comparables de benceno y tolueno, o más tolueno que benceno, la absorbancia total puede considerarse (en primera aproximación) debida solo al tolueno. De esta manera se mide directamente la concentración del tolueno; la concentración de benceno puede encontrarse entonces

92

midiendo la absorbancia a cualquier otra longitud onda, por ejemplo a 248 nm, donde el benceno muestra un máximo de absorbancia y el tolueno tiene absorbancia mucho menor.

REACTIVOS

Benceno

Tolueno

Etanol

Nota: RA o preferentemente de calidad “espectroscópica”

PROCEDIMIENTO

CURVAS DE ABSORCIÓN

Preparar soluciones de benceno en etanol de la siguiente forma: Pesar 0.05 g de de benceno en un pesasustancias, trasvasar a un balón volumétrico de 25 mL, diluir hasta el aforo con etanol y agitar bien (solución A). Pipetear 1.0 mL de la solución A a un balón volumétrico de 25 mL, diluir hasta el aforo con etanol y agitar bien (solución B). Finalmente pipetear alícuotas de 2.0; 4.0; 5.0 y 6.0 mL de la solución B en cuatro balones volumétricos de 25 mL y completar como antes a 25 mL con etanol. Denominar C, D, E, F, respectivamente, a estas soluciones.

Utilizar la solución E del benceno para obtener el espectro de absorción, usando etanol como “blanco” medir la absorbancia entre 200 y 300 nm. Deben utilizarse cubetas de cuarzo en el espectrofotómetro de UV. Repetir el procedimiento anterior utilizando tolueno en lugar de benceno.

VERIFICACIÓN DE LA LEY DE BEER Y MEDIDA DEL COEFICIENTE DE EXTINCIÓN

En los espectros obtenidos se observa que el benceno muestra un máximo de absorción cerca a 210 nm, y picos menores a 243, 249, 255 y 261 nm aproximadamente. El tolueno muestra un pico similar de alta absorbancia cerca a 210 nm con picos menores cerca a 262 y 269 nm. Si se cumple la Ley de Beer en todas las condiciones estudiadas, debe obedecerse a cualquiera de estas longitudes de onda; la verificación práctica de esta afirmación puede realizarse en la forma siguiente:

Medir la absorbancia de las soluciones C, D, E, F, del benceno y la muestra problema a las longitudes de onda de máxima absorbancia en las vecindades de cada una de las siguientes longitudes de onda; 243, 249, 255 y 261 nm. Para cada longitud de onda (donde la absorbancia es máxima) trazar la gráfica absorbancia Vs concentración para de ellos sacar la absortividad molar.

De modo semejante medir la absorbancia de las correspondientes soluciones de tolueno de la muestra problema a las longitudes de onda de máxima absorbancia en las vecindades de cada una de las siguientes longitudes de onda; 262 a 269 nm.

Las gráficas deben ser líneas rectas pasando por el origen, lo que índica la validez de la Ley de Beer (la absorbancia es directamente proporcional a la concentración).

93

La pendiente de la línea de la gráfica de la Ley de Beer es la absortividad molar, pudiendo calcularse esta si la concentración se expresa en moles por litro. Calcular así la absortividad molar del benceno a las longitudes de onda de máxima absorbancia encontradas en las vecindades de 243, 249, 255, y 261 nm y del tolueno en las longitudes de onda de máxima absorbancia en las vecindades de 262 y 269 nm.

Seleccionar para cada compuesto, benceno y tolueno, la longitud de onda mas apropiada y en ellas calcular por interpolación la concentración de cada uno de estos compuestos en la muestra problema.

DETERMINACION DE BENCENO Y TOLUENO POR MULTICOMPONENTES

Soluciones de Benceno (Solución A).

Pesar una gota de Benceno 0.05 g en un pesasustancias e inmediatamente adicionarle unos 10 mL de etanol, trasvasar a un balón volumétrico de 25 ml y llevar a volumen, con etanol, mezclar bien para homogenizar la solución ( solución A), de esta solución pipetear 5 ml y llevarlos a un balón volumétrico de 10 ml, enrasar y homogenizar la solución(A’)

Soluciones de Tolueno (Solución B).

Pesar una gota de Tolueno 0.04 g en un pesasustancias e inmediatamente adicionarle unos ml de etanol, trasvasar a un balón volumétrico de 25 mL y llevar a volumen con etanol, mezclar bien para homogenizar la solución, (solución B) de esta solución pipetear 5 ml y llevarlos a un balón volumétrico de 10 ml, enrasar y homogenizar la solución, (solución B’).

Utilizar las soluciones B para correr los espectros tanto del benceno como del tolueno, usando etanol como “blanco” medir la absorbancia entre 200 y 300 nm. Deben utilizarse cubetas de cuarzo y se deben purgar con las respectivas soluciones a las cuales se les va A correr el espectro en el espectrofotómetro de UV.

Seleccionar las s de máxima absorción tanto para el benceno como para el tolueno teniendo en cuenta que un máximo del benceno (aproximadamente = 244 nm) corresponda un mínimo para el tolueno (aproximadamente = 266 nm), y viceversa.

A estas dos longitudes de onda máximas leer la absorbancia de cada uno de las soluciones B o sea de la máxima del tolueno y de la = 266 y de la = 244 correspondiente al benceno, leer la absorbancia de la muestra problema tanto a la longitud de onda de máximo del benceno y de la longitud de onda de máxima de tolueno.

Empleando las ecuaciones simultaneas hallar la concentración en ppm de benceno y tolueno en la muestra desconocida.

RESIDUOS: Los residuos se depositan en frascos de vidrio rotulados como Determinación de benceno-tolueno U.V 3 , posteriormente el etanol se recupera por destilación

ANÁLISIS DE TABLETAS DE APC POR ABSORCIÓN EN EL ULTRAVIOLETA

Estas tabletas deben su nombre a que tienen en su composición Aspirina, Fenacetina y Cafeína, las cuales presentan espectro de absorción en el ultravioleta. Los máximos principales aparecen a 277nm para la aspirina, a 275nm para la cafeína y a 250nm para la fenacetina, esto cuando se trabaja con tetracloruro de carbono como solvente.

94

Cuando hay muestras que tienen más de dos sustancias que absorben en las mismas longitudes de onda se deben identificar primero tales sustancias y luego mediante observación de los espectros ver si es posible analizarlas simultáneamente o si es necesario aislar alguna o algunas de ellas para poder hacer su cuantificación correctamente. En el caso de las tabletas de APC la muestra disuelta en agua debe tratarse con cloroformo y una solución acuosa de bicarbonato de sodio al 4% para extraer la aspirina en la fase acuosa y dejar la cafeína y la fenacetina en la fase orgánica y así determinarlas simultáneamente por ultravioleta. Luego la aspirina se extrae nuevamente de la solución acuosa acidulando la solución y extrayendo con cloroformo para determinarla en el ultravioleta.

Nota: La muestra que se trabaja en este laboratorio solo contiene dos de las sustancias y se puede analizar sin realizar extracciones previas sin embargo se escribe todo el procedimiento para una mejor comprensión del método de análisis.

SOLUCIONES NECESARIAS

1. Cloroformo grado espectrográfico o de la mayor pureza posible pues de su calidad depende también la calidad del análisis.

2. Solución de bicarbonato de sodio al 4% al cual se le adicionan unas gotas de HCl concentrado.

PROCEDIMIENTO

1. Triturar una muestra representativa del medicamento, pesar una cantidad apropiada y disolverla con 80 mL cloroformo, en un vaso de precipitados. Agitando con varilla de vidrio. Transferir la solución a un embudo de separación de 250 mL juagando varias veces el vaso de precipitados con cloroformo y recogiendo todos estos lavados en el embudo de separación. Extraer la solución dos veces con 40 mL de solución de bicarbonato de sodio al 4% enfriado previamente, luego hacer una nueva extracción pero ahora con 20 mL de agua destilada fría, lavar 3 veces los extractos acuosos combinados con porciones de 25 mL de cloroformo y agregar estas porciones de lavado con cloroformo a la solución original de cloroformo. Antes de continuar se debe acidular la solución original de bicarbonato para evitar la hidrólisis de la aspirina.

Filtrar la solución de cloroformo a través de un papel de filtro previamente empapado en cloroformo con el objeto de remover el agua, recoger el filtrado en un balón volumétrico de 250 mL, diluir hasta la marca con cloroformo y homogenizar la solución. Tomar luego dos (2) mL de esta solución y diluirla hasta 100 mL con cloroformo.

2. Acidificar la solución de bicarbonato que aún está en el embudo de separación agregando lentamente 25 mL de ácido sulfúrico 1molar, el pH de la solución debe quedar entre 1 y 2 (medir con papel indicador). Extraer la solución ácida con 8 porciones sucesivas de 25 mL de cloroformo y filtrar los extractos a través de papel de filtro empapado con cloroformo a un balón volumétrico de 250 mL, completar a volumen con cloroformo, homogenizar la solución. Sacar de esta solución una alícuota de 10 mL y diluirla con cloroformo a 100 mL en un balón volumétrico.

95

Nota: Las etapas de separación de los componentes, descritas en los numerales anteriores se deben seguir cuando se va a analizar un medicamento como tal, estas etapas no son necesarias cuando se trabaja con soluciones de los compuestos puros como es el caso de este laboratorio.

En esta práctica se va a analizar cuantitativamente una mezcla que puede contener una combinación de cualquiera de los siguientes compuestos; aspirina, cafeína, fenacetina empleando sus espectros en el ultravioleta y el espectro también en el ultravioleta de la muestra problema. Para lograr los objetivos se deben seguir los siguientes pasos:

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE APC POR MULTICOMPONENTES

1. Pesar aproximadamente0.010 g de aspirina , 0.010 g de fenacetina y 0.010 g de cafeína en distintos pesasustancias , trasvasar a un balón volumétrico de 100 ml ,llevar a volumen con etanol,(guardar en frascos rotulados para los otros grupos) con estas soluciones estándar hacer lo siguiente:

2. Pipetear 2 ml de la solución estándar de 100 ppm de aspirina en un balón volumétrico de 10 ml y llevar a volumen con etanol.

3. Pipetear 2ml de la solución estándar de 100 ppm cafeína en un balón volumétrico de 10 ml y enrasar con etanol

4. Pipetear 2ml de la solución estándar de 100 ppm fenacetina en un balón volumétrico de 10 ml y enrasar con etanol

5. Colocar (en orden alfabético) y en cada celda de cuarzo los estándares de 20 ppm de aspirina, de 20 ppm de cafeína y 20 ppm de fenacetina, no olvide colocar el blanco (etanol) en otra celda de cuarzo.

6. Obtener el espectro de cada una de las soluciones patrón de aspirina, fenacetina y cafeína y de3 la muestrea ,entre 330 y 200mn,recuerde anotar de que color sale cada espectro para luego determinar cada espectro a quien corresponde para así determinar su muestra que mezcla de componentes tiene.

7. Por observación de los espectros de los patrones y de la muestra problema definir que componentes tiene su muestra problema y en base a esto seleccionar las 2 longitudes de onda correspondientes.

8. A las longitudes de onda seleccionadas leer la absorbancia de los estándares y de la muestra para cuantificar los componentes de la muestra problema por multicomponentes

RESIDUOS

Los residuos se depositan en frascos de vidrio rotulados como Determinación de

96

Aspirina, cafeína, fenacetina U.V2, posteriormente el etanol se recupera por destilación

9. Conociendo cuales son los componentes de la muestra problema y las concentraciones patrón obtener, de los espectros correspondientes, las absortividades molares a las longitudes de onda seleccionadas.

10. Con los datos obtenidos calcular la concentración de cada uno de los componentes de la muestra problema empleando ecuaciones simultáneas y teniendo en cuenta las diluciones realizadas.

11. Informar el resultado del análisis en términos de ppm (p/v) de cada uno de los componentes de la muestra estudiada

BIBLIOGRAFÍA

Gonzalez, G. Jairo, (1987), Manual de Laboratorio de Análisis Instrumental 1. Medellín: Editorial Universidad de Antioquia.

Hobart, W.H. y otros, (1991). Métodos Instrumentales de Análisis. México: Grupo Editorial Iberoamericana.

Skoog, D. A. y West, D. M., (1989) Análisis Instrumental. México: McGraw-Hill/Interamericana de México.

97

Lopez, B. L., (1984) Notas del Curso de Fundamentos de Análisis Instrumental. Medellín: Editorial Universidad de Antioquia.

Jaramillo, M. Alfredo, (1994), Manual de Normas de Seguridad. Medellín. Editorial Universidad de Antioquia.

Echeverry,U.Olga I, ( 1997), Manual de Análisis Instrumental. Medellín. Editorial Universidad Pontificia Bolivariana.

Echeverry, V. Consuelo, (2008), Fichas toxicológicas. Medellín: Universidad de Antioquia.

98

manual3corregido l

Documents