INFORME-6-Q.-INTRUMENTAL

CÓDIGO: IIL-LAB-01

UCE- FAC.CCQQ LABORATORIO DE QUIMICA ANALITICA INSTRUMENTAL

INFORME DE LABORATORIO

Versión: 00 Fecha de vigencia: Marzo 2015 Página 1 de 12

INFORME DE LABORATORIO NOTA

Laboratorio. 50% Informe 50% TOTAL

Número Título Fecha Integrantes / Grupo

:6 : Fotocolorimetría : 19/06 /2018 : Calderón C.; Duche X.; Gallardo F.; Jumbo B.; Silva P.; Zambrano D. Resumen

La fotocolorimetría es una técnica utilizada para medir concentraciones de diferentes compuestos mediante la intensidad de la luz absorbida o transmitida por una solución coloreada mediante un aparato que es un fotocolorímetro. El equipo consta de una fuente de luz artificial, un mono cromador que separa exclusivamente luz de una sola longitud de onda, un recipiente o tubo de vidrio, una célula fotoeléctrica que transforma la luz trasmitida en corriente eléctrica y una unidad de medida de la corriente eléctrica o galvanómetro, este es un método óptico de análisis que mide la cantidad de luz absorbida por una sustancia coloreada. En la presente práctica se utilizó el espectrofotómetro a lecturas de 526nm para medir absorbancia de las muestras del suelo a las longitudes de onda de 530 y 620nm, a partir de esto se pudo calcular la transmitancia, emitiéndonos así valores para la muestra 1 un valor de 7.5589x10-5 mol/L por lo tanto un porcentaje de 4.13% de Mn en el suelo. Palabras clave: Fotocolorimetría, espectrofotómetro UV VIS, absorbancia, transmitancia y absortividad. –

Abstract Photocolorimetry is a technique used to measure concentrations of different compounds by the intensity of the light absorbed or transmitted by a colored solution by means of an apparatus that is a photocolorimeter. The equipment consists of an artificial light source, a chrome mono that separates exclusively light from a single wavelength, a glass container or tube, a photoelectric cell that transforms the transmitted light into electrical current and a unit of current measurement Electrical or galvanometer, this is an optical method of analysis that measures the amount of light absorbed by a colored substance. In the present practice the spectrophotometer was FCQ Sub decanato

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used at 526nm readings to measure absorbance of the soil samples at the wavelengths of 530 and 620nm, from this we could calculate the transmittance, thus emitting values for the sample 1 a value of 7.5589x10-5 mol / L therefore a percentage of 4.13% of Mn in the soil. Key words: Photocolorimetry, UV - VIS spectrophotometer, absorbance, transmittance and absorptivity. Introducción:

La colorimetría y fotocolorimetría no s on en realidad técnicas distintas y la d iferencia estriba en el tipo de instrumental empleado, de forma que se denomina colorímetro aquellos aparatos en los que la longitud de onda con la que vamos a trabajar se selecciona por medio de filtros óptico s; en los fotocolorímetros o espectro fotómetros la longitud de onda se selecciona mediante dispositivos mono-cromadores. Puede definirse la espectrofotometría de absorción, como la medida de la atenuación que el material a estudiar (muestra) efectúa sobre una radiación incidente sobre el mismo con un espectro definido. En general, las medidas se realizan dentro del espectro comprendido entre 220 y 800 nm, y este espectro, a su vez, puede dividirse en dos amplias zonas: la zona de la radiación visible, situada por encima de 380 nm, y la zona de la radiación Ultravioleta situada por debajo de estos 380 nm. La región del infrarrojo se sitúa por encima de los 800 nm. Así es como cada sustancia coloread a absorberá luz a determinada longitud de onda, y la intensidad de la FCQ Sub decanato

luz debe variar de acuerdo a la concentración de la sustancia en la solución, el color que se observa, como luz invisible es el producto o resultado de la luz transmitida. Las transmisiones electrónicas que s e producen en la zona de radiación vi sible y deradiación ultravioleta se deben a una absorción de radiación o de luz por determina dos grupos ópticos, enlaces y grupos funcionales en el interior de la molécula, la longitud de onda de la absorción y la intensidad dependerán de muchos grupos. La longitud de onda es una medida d e la energía que se necesita, para la t ransmisión, su intensidad dependerá, de la probabili dad de que la transición se produzca , cuando interaccione el sistema electrónico y la radiación, y también del estado excitado. (Pickerin, 2000) Objetivos: 



Realizar determinaciones colorimétricas mediante el empleo de tubos de Nessler y el colorímetro de Duboscq. Determinar el funcionamiento del espectrofotómetro

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




Establecer la longitud de onda de máxima absorbancia del KMnO4 en solución. Obtener los siguientes gráficos: o A vs c o A vs λ (para el estándar tres) o A vs λ (para todos los estándares a 530 y 620 nm o %T vs c Determinar el contenido de manganeso en una muestra de suelo

Materiales Materiales:  

Espectrofotómetro UV - VIS Cubetas limpias

Preparación de estándares Balones aforados Pipetas Cubetas limpias Balanza analítica Vasos de precipitación Balones aforados

     

Reactivos:  

KMnO4 0.001 N Agua destilada

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Metodología:

Se procedió a examinar el espectrofotómetro y su funcionamiento. A continuación se realizó la preparación de los estándares de trabajo, para el cuál se agregó en una cubeta el agua destilada como blanco, en otra cubeta se colocó KMnO4 y en otra agua estabilizante, se ubicó las cubetas en el espectrofotómetro en el mismo orden del llenado de cubetas, una vez que se cerró la tapa se modificó los datos de longitud de onda (526 nm) en la lapto y se observó cómo aparecían los datos y la gráfica. Para la determinación de la transmitancia para los estándares y de la muestra se mantuvo la cubeta el agua destilada como blanco y se agregó una la cubeta el estándar 1 y se realizó la lectura de la misma celda a una longitud de onda de 530nm y 620nm. Este procedimiento se realizó para los 4 estándares más la muestra. Y por último para la determinación de la transmitancia del estándar 3 se mantuvo la cubeta el agua destilada como blanco y en la otra cubeta se ubicó el estándar 3, la absorbancia de este último se determinó a diferentes longitudes de onda (420, 470, 530,620, 760)nm.

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Resultados: Tabla 6-1 Preparación de los estándares de trabajo Estándares 0 1 2 3 4

ml KMnO4 0,001N 0 6 12 18 24

ml H2O estabilizante 50 44 38 32 26

Concentración M (mol/L) 0.000000 0.000024 0.000048 0.000072 0.000096

Concentración ppm (mg/L) 0,00000 3.7927 7.5855 11.378 15.171

Elaborado por: Grupo 1

Tabla 6-2 Valores de absorbancia y transmitancia para los estándares y muestra a diferentes longitudes de onda

St. 0 1 2 3 4 M

A530

A620

T 530

Espectrofotómetro 0,010 0

0,120 0,284 0,383 0,400 0,310

0,760 0,520 0,414 0,398 0,491

T 620

Espectrofotómetro

0 0,014 0,046 0,027 0,048 0,023

0,010 0,967 0,899 0,939 0,892 0,951


Tabla 6-3 Valores de absorbancia y transmitancia para el estándar a diferentes longitudes de onda

nm 420 470 530 620 670

Estándar 3 %T 96,1 82,4 41,5 94,5 97,3

A 0,017 0,084 0,381 0,024 0,012


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Absorbancia vs Longitud de onda 0.45 0.4 0.35 a i c n a b r o s b A

0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

-0.05 0

100

200

300 400 500 Longitud de onda (nm)

600

700

800

Gráfico 1. Absorbancia en función de diferentes longitudes de onda a la concentración del estándar3. Elaborado por: Grupo 1 

Absortividad molar Cálculo del coeficiente de absortividad molar

Para el estándar 3



() () =  ) ( ∗()   158,03  ∗0,018 0,001   −   () = =5,6910 5 −  5,6910 ó  = 158,034 =7,2010−   ∗0,05  =  ∗  ∗    =  ∗  = 1  ∗ 7,20,017 =236,11 010−/ ∗

Absortividad especifica estándar 3

 ().( ) 0,017 ∈= 1∗11,378 / ∈= 0,000149 .−.− ∈=

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Tabla 6-4 Cálculo del coeficiente de absortividad molar y absortividad específica a cada longitud de onda Estándar 3

Absortividad molar

Absortividad específica

(nm)

(mol-1.L.cm-1)

(mg-1.L.cm-1)

420 470 530 620 660

236,11 1166,66 5291,66 333,33 166,66

0,000149 0,000738 0,000335 0,000210 0,000105

Absorbancia

0,017 0,084 0,381 0,024 0,012


Tabla 6-5 Cálculo de absortividad a una longitud de onda de 535nm (o la más cercana) St. 0 1 2 3 4

Concentración M (mol/L)

A530

0,000000 0,000024 0,000048 0,000072 0,000096

0

0,120 0,284 0,383 0,400

∑()

Absortividad Molar ----1666,66 3944,44 5319,44 5555,55




Calculo de la Absortividad molar a una longitud de 530 nm en el estándar 3

 ().( ) 0,383 ∈= 1∗0,000072  ∈=

∈= 5318,44 mol.−.−

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Concentración de los estándares: Tabla 6-6 Cálculo de la concentración de los estándares Estándar

ug Mn/ml

ppm Mn

ug

ppm KMnO4

KMnO4/ml

ppm MnO2

0

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

1

1,3186

3,7927

1,3186

3,7927

2,0864

2

2,6371

7,5855

2,6371

7,5855

4,1729

3

3,9557

11,378

3,9557

11,378

6,2594

4

5,2742

15,171

5,2742

15,171

8,3458


Absorbancia vs Concentración (530nm y 620 nm) 0.450 0.400 0.350 a 0.300 i c n a 0.250 v r o 0.200 s b A0.150

530nm 620 nm

0.100 0.050 0.000 0

1

2

3

4

5

6

Concentración (mol/L)

Gráfico 2. Absorbancia en función de la concentración de los estándares para 530 y 620 nm Elaborado por: Grupo 1

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



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Cálculo de concentración de la muestra

0.500 0.450 0.400 a i c 0.350 n 0.300 a b0.250 r o 0.200 s b0.150 A 0.100 0.050 0.000

y = 0.0443x + 0.0248 R² = 0.942

0

2

4

6

8

10

12

Concentración(105)

Gráfico3. Absorbancia en función de las concentraciones de los estándares a 530 nm. Elaborado por: Grupo 1

 = 4429,166  0,0248 −    = 0,310+0,0248 = 7, 5 58910 4429,2  Concentración de Mn en el suelo (0,1004g en 50ml) , expresado: a. Como % de Mn y ppm de Mn, ppm de KMnO4, ppm MnO2 

% de Mn

 ∗ 1    54,938   = 7,558910−   1  1   −  ∗ 0,05 = 2,076 0−   = 4,15210  2,076 0− 100 = , % %= 0,1004   

ppm de Mn

    ,   ∗    = ,   7,558910−   ∗         

ppm de KMnO4

  ∗    = ,   7,558910−   ∗ ,      



ppm MnO2

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   ∗ ,  ∗   = ,   7,558910−   ∗         b. En meq de Mn /100g de suelo.

4,153    54,938 /  = 4 =3,02310−/100 100  100

c. Suponiendo una capa arable de 15cm de espesor y la densidad del suelo = 2,65 g/cm3; expresar en Kg. de Mn por hectárea de suelo.

  =39,75  15∗ 2,651   39,75   ∗ 4,153   ∗ 1  ∗ (100 ) ∗ 10000  0,1004   10  1  1 ℎ  =,  Tabla 6-7 Cálculo de la concentración de Mn en la muestra

CONCENTRACIÓN Mn (%) Mn (ppm) KMnO4 (ppm) MnO2 (ppm) Mn (meq/100g suelo) Mn (Kg/Ha suelo)

ESPECTROFOT METRO

4,136 4,153 11,946 6,571 − 3,02310 164424.06


Tabla 6-8 Tratamiento estadístico

Grupo 1 2 3 4 Promedio Desviación estándar Resultado FCQ Sub decanato

% Mn x

1

Espectrofotómetro 4,136

x

2

x

3

x

4

x 

n

x

1

 2 n 1

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Discusiones: El espectrofotómetro es un instrumento que da directamente los valores de transmitancia y absorbancia pero se puede ver afectado por factores como haber calibrado mal el equipo, la solución es muy concentrada o muy diluida, lo cual hace que su concentración no esté dentro de los límites de linealidad. Otro factor importante que pudo haber influido en la variación de los resultados es que los reactivos utilizados no son completamente puros, sino con un ligero porcentaje de sustancias diferentes, por lo que pudo haber generado una interferencia en el equipo espectrofotométrico causando así un error en la determinación de los resultados. La absorbancia y la transmitancia se ven afectados por la concentración de la solución, siendo así que la absorbancia aumenta mientras más concentrada este la muestra y por el contrario la transmitancia es menor si la muestra está más concentrada y viceversa, es decir que es inversamente proporcional a la concentración. (Tabla6-4) Otra de las razones que pudo afectar al resultado se puede deber a la interferencia del ruido en el momento de la lectura espectrofotométrico, causando con ello un error relativo en las mediciones obtenidas. Experimentalmente se comprueba que la ley de Lambert-Beer se cumple particularmente cuando la solución es diluida. No obstante, son comunes las desviaciones debidas a factores de orden físico, químico o instrumental. (Skoog, Holler, & Nieman, 2001) Entonces, las desviaciones de la FCQ Sub decanato


proporcionalidad directa entre la absorbancia y la manera en que se hacen las mediciones de absorbancia (desviaciones instrumentales), representan, una de las limitaciones reales de la ley de Lambert-Beer, mencionándose al estado de las cubetas como un factor que provoca radiaciones dispersas en la medición.

Conclusiones: Se determinó el funcionamiento de espectrofotómetro, siendo este un instrumento con la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática a través de una muestra además medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra coloreada. •

Se estableció la longitud de onda de máxima absorbancia del KMnO4, siendo este a 530 nm. •

A partir del grafico Absorbancia vs concentración se puede observar claramente que la absorbancia de los estándares es directamente proporcional a su concentración, es decir a mayor absorbancia mayor concentración. •

Se concluye además que cada molécula absorbe luz de acuerdo a la concentración en que se encuentre dentro de la solución y a cada longitud de onda de luz corresponde a un distinto nivel de energía para que exista una excitación de los electrones. •

Se determinó la concentración de la muestra la misma que es igual a 7.5589x10-5 mol/L y porcentaje de 4.13% de Mn en el suelo. •

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Cuestionario: 1. Fundamento de la absorción molecular de la radiación electromagnética ¿por qué las sustancias presentan coloración? Las moléculas experimentan tres tipos de transiciones fotónicas cuando son excitadas por las radiaciones ultravioleta, visible o infrarroja. En el caso de las dos primeras radiaciones, la excitación abarca la promoción de un electrón de un orbital atómico o molecular de baja energía a otro de alta energía. Para que esto pueda ocurrir la energía hv del fotón debe corresponder exactamente con la diferencia de energía entre los dos orbitales. Además de las transiciones electrónicas en las moléculas, hay otros dos tipos de transición inducidos por radiaciones: Transiciones vibratorias y transiciones rotacionales. (Skoog D., West, Holler, & Stanley, 2004)

2. Definición de Absorbancia y Transmitancia 



Absorbancia: es el logaritmo decimal del cociente entre la potencia radiante espectral de la luz transmitida a través de la referencia y de la luz transmitida a través de la muestra, ambas en cubetas idénticas (Bourdelande, Nonell y Acuña 1996) Transmitancia: es una medida de la cantidad de luz no absorbida (Bourdelande, Nonell y Acuña 1996)

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3. Diseño y funcionamiento del colorímetro de Duboscq, fotómetro de filtro. Colorímetro de Duboscq El colorímetro permite la comparación de dos disoluciones, una de las cuales, para que pueda ser empleado con fines analíticos, debe ser de concentración conocida. Como puede observarse en la figura, la luz reflejada mediante el espejo inferior atraviesa los recipientes en los cuales se encuentran la muestra patrón y la muestra estudiada. Los tubos de vidrio (TC) permiten regular la distancia recorrida por el haz luminoso en la disolución. Finalmente, un prisma recoge estos rayos luminosos y los dirige al ocular, en el cual se pueden observar dos semicirculos procedentes cada uno de cada muestra y, de este modo, se puede comparar las intensidades de salida. Si se varía la posición de los tubos TC, que regulan el valor de la distancia recorrida por el rayo, se pueden obtener en el ocular dos semicirculos de igual intensidad y calcular el valor de la concentración de la disolución analizada (Mendez 2010)

4. Métodos de medición absorción de la radiación

de

la

a) Método de las series patrón Para determinar concentraciones desconocidas más precisas por medio de la ley de beer, usualmente se prepara una curva de calibración a partir de una Página 11

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serie de soluciones patrón, cuyas concentraciones sean próximas a los reales. Se realiza una serie de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia química en estudio y se mide la absorbancia para cada concentración, obteniendo así una gráfica de absorbancia respecto a concentración. (Mendez, 2010)

b) Métodos de compensación El método de compensación es utilizado en el colorímetro de Duboscq, la exactitud es del orden del 2 al 5% aunque depende de muchos factores. La muestra desconocida, que debe contener el reactivo necesario para el desarrollo del color, se coloca en un tubo o cilindro que posee la base transparente. Una disolución patrón de la misma sustancia y con el color desarrollado de igual modo, se coloca en un segundo tubo o cilindro, idéntico al anterior. Las transmitancias observadas son idénticas, porque hay el mismo número de partículas absorbentes en el camino óptico. Conociendo la concentración de la solución patrón, y se mide la distancia

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del camino óptico para la muestra y calculamos la concentración de la misma. C1=(C2b2)/b1. (Dean, 2015)

Bibliografía: Bourdelande, J., Nonell, S., & Acuña, U. (1996). Glosario de términos usados en fotoquímica, 2da edición. En Materials 2 (pág. 85). Barcelona: 1996 IUPAC. Dean, J. A. (2015). Lange's Handbook of Chemistry. Madrid: McGrawHill Inc. Obtenido de http://chuso75.wixsite.com/david chuquer Mendez, C. (2010). COLORIMETRO. Obtenido de https://www.uv.es/~bertomeu/m aterial/museo/colorim.html Pickerin, W. (2000). En Quimica Analitica Moderna. España: Reverte,S.A. Skoog, D. A., Holler, F. J., & Nieman, T. A. (2001). Principios de Análisis Instrumental. Aravaca (Madrid): McGrawHill/INTERAMERICANA DE ESPAÑA.

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