UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES - CUAUTITLÁN
Alumnos: Asignatura: Química Analítica III Reporte practica No. 1 “Determinación espectrofotométrica de Azul de Timol, mediante una curva de calibración”
Semestre: 2011-I
Carrera: Química Industrial
Práctica No. 1. “Determinación espectrofotométrica de Azul de Timol, mediante una curva de calibración” Objetivos de la práctica Objetivos generales Conocer los fundamentos, partes básicas y el manejo general de espectrofotómetro • molecular a fin de obtener resultados confiables. Reproducir el espectro de absorción del azul de timol e identificar la longitud de • onda de máxima absorción. Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos para efectuar adecuadamente la • cuantificación del analito mediante una curva de calibración. Objetivos particulares Construir una curva de calibración y emplearla como método para la determinación de una sustancia de interés, así como conocer las ventajas y desventajas de su uso. Relacionar la Ley de Lambert-Beer con la ecuación de una recta, comprendiendo que dicha ley afirma que la absorbancia es proporcional a la concentración y que ésta no es la única propiedad que está en función de la misma. Distinguir la diferencia entre espectrofotometría y espectroscopía. • Entender la importancia de identificar la longitud máxima de absorción. •
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Introducción: Una de las técnicas de análisis química más empleada, en la industria y la investigación, son las curvas de calibración que son gráficos que relacionan una propiedad de la sustancia de interés con la concentración de la misma (resulta un tanto obvio decir que dicha propiedad debe guardar relación directamente proporcional con la concentración). Existen varias formas de realizarlas, por mencionar algunas: Curvas de calibración sin dilución, curvas de calibración con dilución, curvas de calibración indirectas sin dilución, curvas de calibración por adiciones patrón y combinaciones de éstas. En la práctica que se realizó se llevo a cabo la construcción de una curva de calibración sin dilución y la propiedad medida fue la absorbancia y/o transmitancia (se dice “s” por tratarse de propiedades complementarias y basta con medir una de ellas para obtener la otra). Para medir la absorbancia se hace uso de la técnica espectrofotométrica, que se refiere al uso de la luz para medir las concentraciones de sustancias químicas, el fundamento teórico es el siguiente: Fuente de luz Selector de onda Muestra Detector de luz (monocromador) (Celda) Determinada energía radiante pasa por la muestra, la muestra absorbe una fracción de luz y la potencia radiante que sale es menor a la que ingresa. Así exactamente esa cantidad de luz que la muestra absorbe es la Absorbancia (y la que deja pasar es la transmitancia) y está relacionada directamente con la concentración debido a que entre más moléculas de la sustancia estén presentes en la muestra, mayor energía radiante absorberán.
Ahora bien, un indicio de que las sustancias son capaces de absorber radiación en el intervalo del espectro electromagnético visible, es el color, y las sustancias que poseen color deben dicha cualidad a contener grupos cromóforos (que contienen electrones de valencia con energías de excitación relativamente bajas), este caso específico estudiamos al azul de timol, cuya estructura es:
En la cual podemos ver que posee electrones σ, π y n (libres), y son precisamente los que participan en las transiciones de energía y que producen el color en la molécula. Diagrama de flujo: Determinación Espectrofotométrica
de azul de timol
Preparar soluciones .
NaOH Sto0ck .1 de MAzul de Timol . Pesar 25 mg y aforar a 250 mL con NaOH Solución 0.1 M problema. Pesar 2.0 g y aforar a 500 mL. Se proporcionará por el profesor.
Sistemas.
Aforar a 50 mL cada uno c/ NaOH 0.1 M
1
1 mL Stock
2
2 mL stock
3
4
3mL stock
5
4mL stock
6
5mL stock
6mL stock
Calibración del espectrofotómetro.
Con el SISTEMA 6 se efectúa el (Abs vs λ) . Para ello variar λ en el equipo de 560-720 nm a intervalos de 10 nm; calibrando después de cada cambio de λ; medir la A y %T del mismo sistema para cada λ y graficar
Identificar λ de mayor absorción, ponerlo en equipo y calibrarlo (medir todos los sistemas)
Comprobar la linealidad de la curva (medir la A a los sistemas). La A de la solución problema debe de estar dentro de los valores de la curva de calibración.
Para cada sistema medir la A (diluido al más concentrado), enjuagando la celda con el sistema siguiente y graficar
Resultados Tabla No. 1. Resultados para el espectro de absorción de azul de timol λ A %T 560 0.596 25.4 570 0.682 20.8 580 0.77 17 590 0.83 14.8 600 0.718 19.2 610 0.61 24.4 620 0.47 33.8 630 0.315 48.4 640 0.194 64 650 0.108 78 660 0.066 85.8 Gráficos del espectro de Absorción y % de Transmitancia de azul de timol
Tabla No. 2. Resultados obtenidos para las curvas de calibración Concentración de Sistema AT (M) A%T -logT
1
4.28E-06
0.134
73.6
0.133122186
2
8.57E-06
0.266
54.2
0.266000713
3
1.28E-05
0.4
40.2
0.395773947
4
1.71E-05
0.552
28
0.552841969
5
2.14E-05
0.684
20.8
0.681936665
6
2.57E-05
0.815
15.4
0.812479279
0.287
51.6
0.287350298
Problema
* Los cálculos para las concentraciones de AT están en el anexo A.
Gráficos de las curvas de calibración
Análisis de resultados
Determinación de la concentración de la muestra problema La ley de Lambert-Beer es: A=εbC Relacionándola con la ecuación de la recta es: A=εC+b Despejando la concentración: C=Aε-b Por el método de mínimos cuadrados o regresión lineal se obtiene la ecuación de la curva de calibración A = f(M de azul de Timol); y=32050x-0.0053, R 2 =0.9996 Donde: y=Aabsorbancia, adimensional 32050= ε coeficiente de absortividad,Lmol x=C concentración, M,mol/L -0.0053=b indicador de errores de calibración, dimensiones de la propiedad R 2 = Coeficiente de correlación (confirma la linealidad de la recta) En este caso b “se desprecia” ya que el valor de la celda es de 1cm (pero existen celdas con otras dimensiones). Sustituimos los valores de la ecuación de la recta y la absorbancia de la muestra problema diluida para obtener su concentración:
C=0.28732050+0.0053=5.3089x10-3M Utilizando el principio de equivalencia se obtiene la concentración de la muestra real: *Decidimos efectuar una dilución de la muestra problema para obtener un valor de absorbancia que estuviera dentro del rango de nuestra curva de calibración, de acuerdo al color que observamos, recordando también que la Ley de Beer tiene limitaciones en soluciones concentradas.
Datos: C1 = X
C2 = 5.3089x10-3M V2 = 50ml C1=C2V2V1 C1=5.3089x10-3(50)6=0.0442M V1 = 6ml
El procedimiento es el mismo para la curva de calibración -logT = f(M de Azul de Timol) Ecuación: y=31989x-0.0059, R 2 = 0.9994; A=εC+b Sustituyendo en la ecuación de Beer para obtener la concentración de la muestra problema diluida: C=Aε-b
C=0.28731989+0.0059=5.91x10-3M Utilizando el principio de equivalencia se obtiene la concentración de la muestra real:
C1=5.91x10-3(50)6=0.0492M Sabiendo que R 2≈1 de ambas curvas de calibración podemos decir que son confiables para la determinación de azul de timol. Al comparar las curvas de calibración podemos observar que son similares, esto es porque el –logT = A. La diferencia entre las curvas radica en que el espectrofotómetro no proporciona valores de más de tres cifras significativas para la Absorbancia e indica el % de Transmitancia pero como podemos observar la diferencia es muy pequeña, además de que los gráficos son muy similares debido a que la Absorbancia y la Transmitancia son propiedades complementarias (mas no iguales). Conclusiones Los objetivos planteados fueron cumplidos satisfactoriamente, ya qu e comprobamos que una curva de calibración es muy confiable si cumple con los requerimientos (Utilizar soluciones diluidas, crear al menos 6 soluciones estándares, R 2≈1, entre otros). Se aprendió a utilizar el espectrofotómetro así como su fundamento teórico. Se construyó correctamente la curva de calibración para la precisa cuantificación • del azul de timol en la muestra problema. Se aprendió que las curvas de calibración pueden ser usadas para distintas muestras • problema, mientras que el valor de la propiedad medida se encuentre dentro del rango que tiene la curva de calibración. •
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Para la correcta construcción de la curva de calibración se debe de elegir la longitud de onda correcta para producir la mejor linealidad, en caso de la medición de una sola substancia la longitud de absorbancia máxima constituye la mejor selección, por otra parte si se trata de una mezcla de substancias se debe tomar en cuenta la longitud de absorbancia con menor interferencia. En este caso se eligió 590nm y se debió a que el azul de timol presenta una coloración “azul en pH básico” cuyo color complementario es el naranja y su longitud de onda es de 580-680nm. La espectroscopía es el estudio que engloba todas las técnicas que se basan en la medición de espectros, mientras que la espectrofotometría es una técnica espectroscópica que mide transmisiones fotónicas (la absorción o transmisión de luz) de una sustancia ya que aprovecha el intercambio de energía entre la radiación electromagnética y la materia, todas las sustancias tienen una absorción o transmisión únicas. A pesar de ser un método muy confiable, la espectrofotometría tiene su fundamento en la ley de Lambert-Beer y esta tiene sus limitaciones (solo sirve para soluciones diluidas <0.01 M) ya que relaciona la Absorbancia directamente con la concentración. Las sustancias que poseen color absorben en la región del espectro electromagnético visible (380-800nm). Mientras que las que no lo poseen absorben en la región UV (10-380nm).
Bibliografía:
HARRIS Daniel C., “Análisis Químico Cuantitativo”, 2ª, Reverté, España 2001, 97-98 pp. SKOOG Douglas A., et al. “Principios de análisis instrumental”, 5ª, Mc Graw Hill, España 2001, 353-360 pp. SKOOG Douglas A., et al. “Fundamentos de química analítica”, 5ª, Thomson, México, 2005, 727-729 pp. WILLARD Hobart H., “Métodos instrumentales de análisis”, Continental, México 1978, 110-111 pp. *ANEXO A. Cálculos para obtener la concentración molar de Azul de Timol y de los sistemas estándares.
[Azul de timol] = 0.025 g AT x 1 mol 0.25 L 466.6 g
= 2.1431 x 10 -4 M
Csis 1 = (2.1431 x 10 -4 M) (1 mL) = 4.2862 x 10-6 M 50 mL
Csis 2 = (2.1431 x 10 -4 M) (2 mL) = 8.5724 x 10-6 M 50 mL
Csis 3 = (2.1431 x 10 -4 M) (3 mL) = 1.28586 x 10-5 M 50 mL Csis 4 = (2.1431 x 10 -4 M) (4 mL) = 1.71448 x 10-5 M 50 mL Csis 5 = (2.1431 x 10 -4 M) (5 mL) = 2.1431 x 10-5 M 50 mL Csis 6 = (2.1431 x 10 -4 M) (6 mL) = 2.57172 x 10-5 M 50 mL
