Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
ESPECTROFOTOMETRÍA DEL VISIBLE SELECCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA ANALÍTICA I OBJETIVOS
Operar adecuadamente el espectrofotómetro
Obtener espectros o Curva de absorción
Seleccionar la longitud de onda de trabajo, máxima o analítica
II GENERALIDADES En cada tipo de sustancias los átomos, iones o moléculas absorben con cierta preferencia longitudes de onda de una determinada gama de frecuencias; esto hace que los átomos, iones o moléculas puedan identificarse mediante la longitud de onda a que se da lugar la absorción. En el análisis espectrofotométrico, las mediciones de absorbancia se realizan ordinariamente a una longitud de onda que corresponda a un máximo del espectro de ab sorción. Para ello en una determinación deberá obtenerse siempre una curva de absorción o espectro de absorción para ubicar en ella el pico más alto y seleccionar la longitud de onda a la cual se produce ese máximo de absorción. A esta longitud longitud de onda se denomina longitud longitud de onda analítica, de trabajo o máxima máxima y es la longitud de onda a la cual se realiza la medición cuantitativa. A esta esta longitud de onda la variación de absorbancia por unidad de concentración es máxima, con lo cual se obtiene la sensibilidad máxima.
III FUNDAMENTO Para encontrar la curva de absorción se irradia a la solución coloreada con energía radiante de una gama de longitudes de onda de tal manera que a cada longitud de onda se mide su valor de absorbancia o de % de transmitancia; esta energía energía absorbida se traduce en un espectro de absorción que es obtenido en función de los valores de absorbancia o de % de transmitancia frente a las longitudes de onda. En la curva se hace un barrido espectral espectral y se ubica el máximo pico o valle más profundo que corresponde a un máximo de absorbancia a una determinada longitud de onda; a esta longitud se denomina longitud de onda analítica, óptima o de trabajo.
IV ARREGLO EXPERIMENTAL
V APARATOS
Espectrofotómetro HACH DR 2800
Cubeta: 2.5 cm de trayecto óptico.
Región de trabajo: espectro visible (450 - 600 NM)
Blanco: agua destilada.
1
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
2
VI MATERIALES
Fiolas de 100 y 250 ml.
Buretas de 25ml.
Vasos de precipitación de 250ml.
VII REACTIVOS
Solución Stock de permanganato de potasio 0,1000 N.
Solución de permanganato de potasio con concentración de 100 mg/L (ppm) de manganeso
Soluciones estándares o patrones.
VII TÉCNICA 1.- PREPARACIÓN
A)
DE SOLUCIONES
PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DÍLUIDA DE 100 PPM EN MANGANESO
Disponer de una solución stock de KMnO4 0.1000 N, previamente valorada. Calcular su concentración en partes por millón referida a manganeso. Preparar a partir de la solución stock de 250 ml de una solución de 100 p.p.m. de manganeso
B)
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES PATRONES O ESTÁNDARES
Preparar por dilución a partir de la solución diluida de 100 ppm, 100 mililitros de solución de los siguientes patrones: 2, 4, 6, 8,10, 12, y 16 ppm.
2.- SELECCIÓN DE MODO BÁSICO DE TRABAJO (a) ENCENDIDO Y APAGADO
Conecte la toma de alimentación externa en un enchufe de la red eléctrica. Pulse el interruptor de encendido/apagado durante aproximadamente un segundo para encender el instrumento Pulse el interruptor de encendido/apagado durante 3 a 5 segundos para apagar el instrumento. Una señal acústica confirma que el instrumento se ha apagado (no prender el instrumento rápidamente después de apagarlo, espere unos 20 segundos antes de volver a encenderlo, para no dañar los sistemas electrónico y mecánico)
(b) DIAGNOSTICO
Cada vez que se enciende el instrumento, se ejecuta automáticamente una serie de pruebas de autodiagnóstico para asegurar el correcto funcionamiento de los principales componentes del sistema Este procedimiento, que dura unos dos minutos, autocomprueba el normal funcionamiento del sistema, pruebas de lámpara, ajustes de filtros, la calibración de las longitudes de onda y el voltaje. Los distintos tests que funcionan correctamente se confirman con una marca de verificación. Una vez completados los diagnósticos de puesta en mercha, aparece el MENU PRINCIPAL Si el instrumento detecta alguna desviación relativa a la última calibración, es recomendable llevar a cabo una verificación del sistema. (pulsar la tecla INICIO, esta verificación dura aproximadamente 6 minutos).
(C) MENU PRINCIPAL
En el menú principal se pueden seleccionar diversos modos de tr abajo
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
MENU DE MODO PRINCIPAL Modo No “ “ 1.- PROGRAMAS ALMACENADOS /PROGRAMAS DE CODIGOS DE BARRAS 2.- PROGRAMAS DEL USUARIO 3.- PROGRAMAS FAVORITOS 4.- LONGITUD DE ONDA UNICA 5.- LONGITUD DE ONDA MULTIPLE 6.- LAPSO DE TIEMPO 7.- VERIFICACIONES DEL SISTEMA 8.- RECUPERAR DATOS 9.- CONFIGURACION DEL INSTRUMENTO
(D) MODO LONGITUD DE ONDA UNICA El modo “longitud de onda única” se pued e utilizar de tres maneras. Para mediciones de la muestra a una longitud, se puede programar el instrumento para medir la absorbancia, el % de transmitancia o la concentración del analito.
En el menú principal pulse LONGITUD DE ONDA UNICA
Pulse OPCIONES para configurar los parámetros
AJUSTE DE PARÁMETROS ANALÍTICOS Luego que el modo longitud de onda única es seleccionado, aparecen las opciones de configuración de longitud de onda única. Estos parámetros son los siguientes:
OPCIONES DE CONFIGURACIÓN DE LONGITUD DE ONDA ÚNICA OPCION MEMORIZAR APAGADO/ENCENDIDO los datos de medición se memorizan automáticamente)
% TRANS/ABS/CONC cambia entre % de Transmitancia, lecturas de absorbancia o concentración) LONGITUD DE ONDA ( ) introduce la longitud de onda de la medición, utilice el teclado alfanumerico para introducir la longitud e onda de medición (rango entre 340-900 nm ICONO TEMPORIZADOR (funciona a modo de cronometro) FACTOR DE CONCENTRACION (factor de multiplicación p ara convertir los valores de ABS en valores de concentración) RESOLUCION DE LA CONCENTRACION (seleccione la posición de la coma decimal en las lectruras de concentración calculadas) GUARDAR COMO PROGRAMA DEL USUARIO (memoriza los parámetros seleccionados como programa de usuario) RECUPERAR DATOS (recupera datos de medición escaneados de longitudes de onda o lapsos de tiempo guardados) CONFIGURACION DEL INSTRUMENTO (ajustes de funcionamiento básicos del isntrumento)
3
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
4-
4
MEDICIÓN DE ESTÁNDARES A LA LONGITUD DE ONDA UNICA
Coloque la cubeta de blanco (agua destilada) completamente limpia y seca EN EL SOPORTE PORTACUBETAS.
Seleccionar ern opciones la tecla longitud de onda e Introducir la longitud de onda de la medición utilizando el teclado alfanumérico (450 nm)
Pulse CERO (La tecla medición sólo se activará cuando se haya realizado la medición del cero).
Coloque la cubeta de muestra en el soporte portacubetas.Pulse medición y tome nota del valor de absorbancia Realizar mediciones de absorbancia entre 450 a 600 nm a intervalos de 10 nm, calibrando el instrumento (blanco) a cada cambio de la longitud de onda
5.- PROCESAMIENTO DE DATOS Cuando la medición termina, se indica y toma datos de absorbancia para cada longitud de onda. Tabular los datos experimentales obtenidos.
VIII INTERPRETACION DE DATOS El espectro medido puede ser grabado en copia con la tecla de “COPY “. Imprimir las curvas espectrales en un sistema de coordenadas teniendo en cuenta los siguientes parámetros:
Absorbancia frente a longitudes de onda
Porcentaje de transmitancia frente a longitudes de onda.
IX DISCUSION DE DATOS Señalar las conclusiones que se desprenden de los gráficos obtenidos.
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
5
INFORME DE LABORATORIO # 1 SELECCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA DE TRABAJO Fecha : 01-09-2017
No GRUPO: 6
ANALISIS: Preparación de la solución de 100 ppm Mn Preparación de soluciones patrones Obtención del espectro de absorción Determinación de la longitud de onda de trabajo
METODO: Espectrofotométrico MUESTRA: Soluciones patrones
CALCULOS: A)
Cálculo de la concentración de la solución stock de KMnO 4 0.1000N expresada en ppm referida en Manganeso
(0.031606 )( 54,94 )(1000 )(1000 ) 0.1000 1 158.03 1 1 =1098.8 B) Cálculo del volumen de la solución stock requerido para preparar una solución de 100 ppm en manganeso para un volumen de 250 ml.
1098.8 = 100 250 = 22.75 C)
Cálculos para preparar 100 ml de las soluciones patrones o estándare s de 2, 4, 6, 8,10, 12 y 16 ppm
N° patrón
Volumen del stock (ml)
Volumen final (ml)
Concentración ppm Mn
1 2 3 4 5 6 7
2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 16.0
100 100 100 100 100 100 100
2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 16.0
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
6
TABLA DE RESULTADOS OBTENER LOS VALORES DE ABSORBANCIA (ABS) DE LA SOLUCIÓN PROBLEMA EN UN INTERVALO DE LONGITUDES DE ONDA DE 450 - 600 NM. TABULACION DE DATOS LONGITUD DE ONDA
ABSORBANCIA
%T
450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600
0.197 0.250 0.351 0.486 0.646 0.846 0.983 1.200 1.175 1.172 1.089 0.745 0.685 0.362 0.196 0.156
63.53 56.23 44.57 32.66 22.59 14.26 10.40 6.30 6.68 6.72 8.15 17.99 20.65 43.45 63.68 69.89
(a) ESPECTRO DE ABSORCIÓN EN TÉRMINOS DE ABSORBANCIA (ABS) FRENTE A LAS LONGITUDES DE ONDA (NM )
CURVA DE CALIBRACION (Abs vs ʎ) 1.4 1.2 1 0.8
s b A
0.6 0.4 0.2 0 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 longitud de onda ʎ
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
7
(b) ESPECTRO DEL PORCENTAJE DE TRANSMITANCIA (% T) FRENTE A LONGITUDES DE ONDA (NM)
CURVA DE TRANSMITANCIA (T% vs ʎ) 80 70 60 50 %40 T
30 20 10 0 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 Longitud de onda (ʎ)
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: Se obtienen espectros con picos máximos lo que indica que es la longitud de onda de trabajo, que es inversamente proporcional a la transmitancia.
CONCLUSIONES: Se opera adecuadamente el espectrofotómetro, obteniéndose así espectros de absorción, para seleccionar a longitud de onda de trabajo máxima (Analítica)
APELLIDOS Y NOMBRES: ________________________ FIRMA DEL ALUMNO: __________________________
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
8
CUESTIONARIO 1.- Defínase brevemente: a) La radiación monocromática y policromática Radiación monocromática: Radiación electromagnética, especialmente radiación visible, de solo una frecuencia o longitud de onda. La radiación completamente monocromática no puede ser producid, pero los láseres producen radiación en una banda de frecuencia muy estrecha. Radiación Policromatica: Radiación electromagnética que consiste en mezcla de diferentes longitudes de onda. Esto no solo se refiere a la radiación visible
b) Espectro de absorción El espectro de absorción de una materia muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias.
c) Porque es importante monocromatizar la radiación policromática Porque cuando hacemos pasar una luz policromática a través de un objeto, este absorbe algunas longitudes de onda y transmite las que no absorbe como colores
2.- describir la diferencia entre un espectrofotómetro, colorímetro, y un fotómetro Espectrofotómetro: Un espectrofotómetro es un instrumento usado en la análisis químico que sirve para medir, en función de la longitud de onda, la relación entre valores de una misma magnitud fotométrica relativos a dos haces de radiaciones y la concentración o reacciones químicas que se miden en una muestra. También es utilizado en los laboratorios de química para la cuantificación de sustancias y microorganismos. Hay varios tipos de espectrofotómetros, puede ser de absorción atómica o espectrofotómetro de masa y visuales. Este instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le permite al operador realizar dos funciones: Dar información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra e indicar indirectamente qué cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra.
Colorímetro: Un colorímetro es cualquier herramienta que identifica el color y el matiz para una medida más objetiva del color. El colorímetro también es un instrumento que permite medir la absorbancia de una disolución en una frecuencia de luz específica. La frecuencia es determinada por el operario del colorímetro. Por eso hace posible descubrir la concentración de un soluto conocido que sea proporcional a la absorción.
Fotómetro: Los fotómetros de luz incidente miden la intensidad de luz que ilumina al objeto, la que cae sobre él. Para leer los valores de luz incidente se coloca el fotómetro junto al objeto y se dirige hacia la cámara. Los fotómetros de luz reflejada miden la intensidad luminosa reflejada por el objeto, la que él emite
3.- En la longitud de onda de trabajo obtenida en la parte experimental a 525 nm calcular la cantidad de energía que le corresponde a esa radiación. Compararla con una longitud de onda de 200 nm que corresponde a la región UV
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
A 525nm
A 200nm
9
= − ∗310 6.62610 = 5.2510− =3.7810− − ∗310 6.62610 = 210− = 9.9 3910−
Se observa que a una longitud de onda de 200nm se obtiene una mayor energía que a 525nm
4.- Que tipo de información proporciona el espectro de absorción Un espectro de absorción nos proporciona una representación gráfica de la absorbancia de un analito o (o de otra magnitud equivalente) en función de la longitud de onda de la radiación, l, (o de otro parámetro relacionado con la energía de la radiación utilizada). El máximo de absorbancia obtenido en el espectro de absorción de un analito, nos dará la longitud de onda que proporciona la mayor sensibilidad posible, y por tanto será la que se utilizará en el análisis espectrofotométrico de dicho analito.
5.- Señale algunas razones por que determina la longitud de onda analítica o de trabajo Se escoge para el registro y/o la observación de la curva espectral o espectro de la sustancia que indicará si es adecuado tomar la longitud de onda de máxima absorción u otra banda característica de la sustancia como longitud de onda para realizar las medidas, la longitud de onda escogida se conoce como longitud de onda analítica.
6.- Indicar que formas conoce para representar una curva de absorción La ecuación de Wagner y Nelson está basada en el cálculo de las áreas bajo la curva de absorción, es decir, aquella área delimitada por el gráfico obtenida al representar la concentración plasmática en función del tiempo. Métodos fotométricos. Métodos espectrofotométricos.
7.- Que es un espectro de absorción atómica y que es un espectro de absorción molecular Espectro de absorción atómica: Un espectro de absorción atómica representa la medición de la concentración de la fase gaseosa de átomos. Ya que la mayoría de las muestras son sólidas o líquidas, los átomos o iones de los analitos deben ser vaporizados a la flama o en un horno de grafito. Los átomos adsorben luz visible o ultravioleta y hacen transiciones a niveles de energía más altos. Espectro de absorción molecular: La absorción por moléculas poliatómicas, es un proceso considerablemente más complejo que la absorción atómica, ya que el número de estados de energía está muy aumentado. - Tanto las moléculas como los átomos tienen un número limitado de niveles o estados energéticos c uantizados.
Laboratorio de Análisis Instrumental en Ingeniería II
10
PROCEDIMIENTO
Solución stock de KMnO4 0.1000 N
Preparar por dilución a partir de la solución diluida de 100 ppm, 100 mililitros de solución de los siguientes patrones: 2, 4, 6, 8,10, 12, y 16 ppm.
Medición de estándares a la longitud de onda única
Coloque la cubeta de blanco (agua destilada) completamente limpia y seca en el soporte porta cubetas.
Coloque la cubeta de muestra en el soporte portacubetas. Pulse medición y tome nota del valor de absorbancia
Seleccionar en opciones la tecla longitud de onda e Introducir la longitud de onda de la medición utilizando el teclado alfanumérico (450 nm) Pulse CERO (La tecla medición sólo se activará cuando se haya realizado la medición del cero).
Realizar mediciones de absorbancia entre 450 a 600 nm calibrando el instrumento a cada cambio de la longitud de onda
