ESTANDARIZACIÓN DE UN MÉTODO ESPECTROFOTOMÉTRICO
Ana María Monsalve Vargas1, Lizeth Malaver2, Elsy Ávila Ramírez3, Jeyson Eduardo Vasquéz4, Brayan Stevens Vivas Romero5, Jennifer Alejandra Cardenas6
Tecnología en química industrial, corporación tecnológica de Bogotá, Bogotá
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RESUMEN: La espectrofotometría es una de las técnicas más utilizadas a nivel industrial para la determinación de moléculas que conforman un compuesto, esta técnica es muy precisa y se utiliza para moléculas de distintas naturaleza, con la absorbancia se puede determinar la longitud de onda máxima, con esta técnica es posible hallar la curva espectral, curva de calibración, curva de Ringbom, se puede estimar el porcentaje de error de método.
PALABRAS CLAVE: espectrofotometría, determinación, curva de calibración, longitud de onda, absorbancia.
ABSTRACT: Spectrophotometry is one of the most used industrial techniques for the determination of molecules that make up a compound, this technique is very precise and is used for molecules of different nature, with the absorbance can determine the maximum wavelength, with this Technique is possible to find the spectral curve, calibration curve, Ringbom curve, you can estimate the percentage of method error.
KEYWORDS: Spectrophotometry, determination, calibration curve, maximum wavelength, absorbance.
INTRODUCCIÓN
La Espectrofotometría es una de las técnicas experimentales más utilizadas para la detección específica de moléculas. Se caracteriza por su precisión, sensibilidad y su aplicabilidad a moléculas de distinta naturaleza (materias primas, principios activos contaminantes, biomoléculas, etc.) y estado de agregación (sólido, líquido, gas). Los fundamentos físico-químicos de la espectrofotometría son relativamente sencillos. Usando esta técnica se puede cuantificar por diferentes metodologías como la curva de calibración, adición patrón y estándar interno entre otras. Se conocen como métodos espectrofotométricos y según sea la radiación utilizada como espectrofotometría de absorción visible (colorimetría), ultravioleta, infrarroja.1
MATERIALES Y MÉTODOS
Reactivos
Permanganato de Potasio, Panreac, Colombia.
Agua desmineralizada, Colombia.
Reconocimiento del equipo
El equipo utilizado para esta práctica es un espectrofotómetro JENWAY 6405.
Preparación de soluciones
Solución stock
Con el material de laboratorio adecuado prepare una solución patrón de 1000 ppm de permanganato de potasio (100 mL), esta servirá como solución stock. A partir de esta solución se prepararon las demás soluciones de trabajo.
Soluciones de trabajo
A partir de la solución stock y utilizando el material adecuado (balones aforados de 50 mL) se realizaron las diluciones necesarias para tener soluciones de diferente concentración 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 y
Estandarización del método
Longitud de onda analítica
El primer parámetro que se va a determinar es la longitud de onda analítica, para ello tome una de las soluciones de trabajo que se encuentre entre 40 y 60 ppm, realice un barrido en el espectrofotómetro entre los 200 y los 900 nm (recuerde que el blanco es agua), observe el espectro de la sustancia estudiada y defina la longitud de onda analítica, con este valor de λ realice los demás ensayos.
Linealidad y sensibilidad
Según las indicaciones del docente, mida absorbancia o transmitancia, realice las lecturas en el espectrofotómetro de todas las soluciones de trabajo midiendo de menor a mayor concentración, para ello, lave la celda de cuarzo con agua (las celdas de cuarzo debido a la calidad del material tienen un costo alto, por lo tanto tenga mucha precaución al manipularlas) sosteniendo siempre la celda por las paredes esmeriladas, absorba con un pedazo de papel absorbente de manera muy delicada el agua que este sobre las paredes externas de la celda, y finalmente termine de limpiar la celda con ayuda de un papel de arroz. Vierta la solución de trabajo en la celda hasta la marca teniendo cuidado de no dejar burbujas dentro de la celda; la solución debe quedar totalmente translucida, si usted observa turbidez o sólidos en suspensión deseche la solución y prepare de nuevo.
Tenga en cuenta también la posición en la que introduce la celda al espectrofotómetro, por más homogéneo que sea el material las dos caras de la celda por donde atraviesa la luz, son diferentes, para evitar errores en la medición siempre coloque las celdas en la misma posición, ayúdese con las marcas que tiene la celda.
Precisión
Existen tres parámetros que sirven para la medición de la precisión de un método durante la validación de una metodología o en la calificación de un instrumento: repetibilidad, precisión intermedia y reproducibilidad, en esta práctica solo se evaluarán dos de esos parámetros que servirán para tener un acercamiento a la evaluación de la precisión del método que se está estandarizando.
Repetibilidad
Tome una de la soluciones de trabajo que haya tenido una absorbancia entre 0,4 y 0,6, con esta solución mida 9 veces la absorbancia (o la transmitancia) desocupando la celda y ajustando el blanco con agua, cada vez que vaya a realizar la medición.
Precisión intermedia
Compare los resultados con un compañero de laboratorio que haya realizado 3 mediciones de absorbancia (o transmitancia) con la misma solución que usted utilizo en el numeral anterior.
Límite de detección y límite de cuantificación
Lave muy bien la celda con agua destilada, y llénela con la solución que esté utilizando como blanco (en este caso agua destilada) limpie la celda y póngala dentro del espectrofotómetro, ajuste el cero de absorbancia (solo se ajusta una vez). Retire la celda, deseche el agua y vuelva a llenar la celda, repita la lectura del blanco 10 veces, sin ajustar el cero de absorbancia.
RESULTADOS
Curva espectral
Se halló la longitud de onda de máxima absorción a partir de una muestra de 40ppm de permanganato obteniendo como resultados los datos que se muestran en la siguiente tabla:
longitud
absorbancia
400
0,040
410
0,021
420
0,021
430
0,029
440
0,039
450
0,056
460
0,089
470
0,143
480
0,209
490
0,319
500
0,410
510
0,508
520
0,581
521
0,599
522
0,621
523
0,645
524
0,651
525
0,655
526
0,681
527
0,657
528
0,655
529
0,637
530
0,635
540
0,603
550
0,590
560
0,404
570
0,360
580
0,200
590
0,087
600
0,060
Tabla 1. Determinación de la longitud de onda de máxima absorción.
Con estos datos se puede determinar la curva espectral obteniendo:
Gráfica 1. Curva espectral longitud de onda de máxima absorción
Curva de calibración
Cuando se ha determinado la longitud de onda de máxima absorción se procedió a hacer el barrido con las demás muestras a diferentes concentraciones, en el equipo 1652 y 1653 obteniendo los siguientes datos:
1653
grupo
mg/L
A
A 50 mg/L
AB
1
10,000
0,193
0,818
0,008
1
20,000
0,360
0,824
0,011
1
30,000
0,531
0,822
0,016
2
40,000
0,667
0,846
0,001
2
50,000
0,837
0,847
0,001
2
60,000
1,066
0,870
0,002
3
70,000
1,141
0,808
0,007
3
80,000
1,315
0,805
0,006
3
100,000
1,616
0,807
0,006
Tabla 2. Absorbancia de las muestras a diferentes concentraciones equipo 1653
1652
grupo
mg/L
A
A 50 mg/L
AB
1
10,000
0,178
0,811
0,001
1
20,000
0,338
0,810
0,002
1
30,000
0,521
0,812
0,003
2
40,000
0,665
0,864
0,001
2
50,000
0.863
0,870
0,003
2
60,000
1,035
0,845
0,001
3
70,000
1,153
0,809
0,002
3
80,000
1,322
0,807
0,002
3
100,000
1,629
0,806
0,002
Tabla 3. Absorbancia de las muestras a diferentes concentraciones equipo 1652
absorbancias de las muestras
equipo 1653
equipo 1652
mg/L
A
mg/L
A
10,000
0,193
10,000
0,178
20,000
0,360
20,000
0,338
30,000
0,531
30,000
0,521
40,000
0,667
40,000
0,665
50,000
0,837
50,000
0.863
60,000
1,066
60,000
1,035
70,000
1,141
70,000
1,153
80,000
1,315
80,000
1,322
100,000
1,616
100,000
1,629
Tabla 4. Absorbancia de las muestras para la elaboración de la curva de calibración.
Con la tabla 4 se hacen las gráficas de la curva de calibración obteniendo:
Grafica 2. Curva de calibración del equipo 1653
Grafica 3. Curva de calibración del equipo 1652
Curva de Ringbom
Para determinar la curva de Ringbom es necesario hallar el porcentaje de transmitancia obteniendo como resultados los listados en la tabla 5 y la correspondiente grafica (grafica 4 y 5)
% transmitancia
equipo 1653
equipo 1652
mg/L
%T
mg/L
%T
10,000
-0,714
10,000
-0,750
20,000
-0,444
20,000
-0,471
30,000
-0,275
30,000
-0,283
40,000
-0,176
40,000
-0,177
50,000
-0,077
50,000
-0,064
60,000
0,028
60,000
0,015
70,000
0,057
70,000
0,062
80,000
0,119
80,000
0,121
100,000
0,208
100,000
0,212
Tabla 5. Transmitancia a las diferentes concentraciones.
Grafica 4. Curva de ringbom para el equipo 1653
Grafica 5. Curva de Ringbom para el equipo 1652
Repetibilidad
Para el equipo 1653 se obtienen los siguientes datos:
Calculo del error relativo de la absorbancia de la muestra de 50mg/L
%Er =Acompañeros-A experimentalAcompañeros * 100
%Er =0,837-0,8060,837 *100= 3,7%
Calculo del error relativo de la absorbancia del blanco
%E =0,0065-0,00630,0065*100= 3.1%
Para el equipo 1652 se obtienen los siguientes datos:
Calculo del error relativo de la absorbancia de la muestra de 50mg/L
%Er =0,835-0,8070,835*100= 3.3%
Calculo del error relativo de la absorbancia del blanco
%E =0,0018-0,00200,0018*100= 1.11%
Concentración de la muestra
Equipo 1653
A= mc + b
C= A-bm
C = (0,858-0,047)(0,0159) = 51,006mg/L
Equipo 1652
A= mc + b
C= A-bm
C = (0,856-0,0278)(0,0162) = 51,123mg/L
Absortividad molar
Equipo 1653
A=α b C
AbC=α
0,8581cm 51,006mg/L= 0,0168cm-1 ppm-1
Equipo 1652
0,8561cm 51,123mg/L= 0,0167 cm-1 ppm-1
DISCUSIÓN
Curva espectral
Las curvas espectrales muestra la longitud máxima de onda que un material determinado absorberá la radiación infrarroja, en la gráfica 1 se puede evidenciar que la longitud de onda de mayor absorción para una muestra de 50 ppm es de 526ƛ.2
Curva de calibración
Se obtuvo una gráfica que cumplió con la linealidad esperada para cada equipo, además de que el r2 estuvo en un rango óptimo demostrando que se cumple la ley de Beer. Con la ecuación de la recta se determinó la concentración de la muestra problema.3
Curva de Ringbom
Se construyeron con el fin de obtener el intervalo óptimo de concentraciones para determinar posteriormente la concentración de la muestra con los datos de concentración que constituyen dicho intervalo.
Todos los puntos que están fuera de la linealidad se descartan. En este caso fueron tres datos para cada equipo.4
CONCLUSIONES
Dando cumplimiento a los objetivos de la práctica de laboratorio, se logró la consecución de las adecuadas estrategias experimentales para determinar cuantitativamente la concentración de una muestra, se conoció el espectrofotómetro y se aprendió a usar de manera adecuada.
BIBLIOGRAFÍA
1. Cristina Capel. (2008). principios de espectroscopia. 2017, de scai Sitio web: http://www.scai.uma.es/servicios/aqcm/evi/evi.html
2. universidad universidad nacional de ingenierias peru . (2009). curva espectral y ley de beer . peru : academia peruana de la lengua . nacional de ingenierias peru . (2009). curva espectral y ley de beer . peru : academia peruana de la lengua .
3. curvas espectrales de la absorción. Infradeheaters.com, https://www.infraredheaters.com/manual13.html
4. Blandón, 2008 concentración y calibración: ley de Beer, universidad de Antioquía, pág 6.
