Cuantificación colorimétrica de la concentración de disoluciones Andrés Felipe Sierra Bernal, Laura Valentina Aya Escalante
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Fecha de entrega: 20 de abril de 2015.
RESUMEN Esta práctica se realizó con el fin de comparar la intensidad de color de una serie de diluciones preparadas a partir de una solución de 4 que contienen el mismo soluto en distintas concentraciones conocidas. Se determinó la absorbancia de cada una de las diluciones con un espectrofotómetro (Thermoscientific Genesys 20) iluminándolas con una luz de 720 nm de longitud de onda. Según los datos obtenidos y al existir una relación directa entre la concentración de las especies en una solución coloreada y la absorbancia de la misma, según la Ley de Lambert-Beer, Lambert-B eer, se estableció una curva de calibración colorimétrica que posteriormente se usó para determinar la concentración de una solución problema con absorbancia conocida que se encuentra dentro del intervalo de la curva de calibración. Se determinó que a mayor concentración, es menor la transmitancia y por lo tanto, la absorbancia será mayor. Palabras clave: Absorbancia, espectrofotómetro, colorimetría, transmitancia.
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SUMMARY This practice was performed in order to compare the color intensity of a series of dilutions prepared from a solution of 4 containing the same solute in different known concentrations. The absorbance of each dilution was determined using a spectrophotometer (Thermoscientific Genesys 20) illuminating with a light of 720 nm wavelength. According to the data obtained and the direct relationship between the concentración of the species in a colored solution and the absorbance of the same, according to Lambert-Beer law, a colorimetric calibration curve was established which was subsequently used to determine the concentration of a test solution with a known absorbance which was within the range of the calibration curve. It was determined that the higher the concentration, the transmittance is lower and therefore, the absorbance is higher. Keywords: Absorbance, spectrophotometer, colorimetry, transmittance.
INTRODUCCIÓN El color de las sustancias se debe a que cuando la radiación pasa por éstas, una determinada cantidad es retenida por las especies, alterando la potencia del haz de salida. La cantidad retenida por la muestra se denomina absorbancia (A) y a la cantidad que sale se le denomina transmitancia (T). La espectrofotometría es un método de análisis químico colorimétrico que utiliza luz para medir las concentraciones de las sustancias, así como también es muy útil para identificar compuestos por su espectro de absorción, ya qu e la absorción de las radiaciones ultravioleta, visibles e infrarrojas es característica para cada sustancia química. Para realizar estas mediciones se utiliza un espectrofotómetro, este instrumento mide la absorción de luz monocromática de una longitud de onda conocida y está compuesto por: 1. Fuente luminosa: Proporciona la energía radiante en forma de luz visible o no visible. 2. Monocromador: Se usa para obtener luz monocromática. (Compuesto por: rendija de entrada, rendija de salida, y un prisma) 3. Compartimiento de la muestra: Es donde tiene lugar la interacción del haz de luz con la materia.
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4. Detector: Detecta la radiación y lo deja en evidencia. 5. Celdas: Son los recipientes donde se deposita la muestra a analizar.
Figura 1. Funcionamiento del espectrofotómetro
La Ley que describe el proceso de absorción es la Ley de Lambert-Beer , la cual cuantifica la concentración de las especies que absorben la luz y depende de la longitud que recorre el rayo en el medio absorbente. =
0
=
Donde A es la absorbancia, es decir, la cantidad de radiación que absorbe la solución, 0 es la intensidad de la radiación del haz que incide sobre la celda, es la intensidad de la radiación del haz de salida ( ≤ 0 ), es la absortividad (constante de proporcionalidad), es la longitud interna de la celda y es la concentración de las especies absorbentes. En el presente trabajo se expone el proceso para determinar la concentración de soluto en una solución mediante la comparación de su color con el de una serie de disoluciones preparadas que contienen el mismo soluto en distintas concentraciones conocidas.
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METODOLOGÍA Preparación de soluciones para curva de calibración Se partió de una solución inicial de 4 (SOLUCIÓN 1) que correspondía a una
concentración de 0.24 M. A partir de ésta se prepararon diferentes diluciones que se enumeran en la tabla 1. Para cada una de ellas se calculó la concentración final. Solución no. Solución 1 (mL) Vol. Final. (mL) Concentración 2+ (M) 2 8.0 10 0.192 3 6.0 10 0.144 4 4.0 10 0.096 5 2.0 10 0.048 6 1.0 10 0.024 7 0.5 10 0.012 Tabla 1. Información sobre soluciones para la curva de calibración colorimétrica Para la preparación de cada una de las disoluciones se transfirió el volumen requerido de solución 1 a un balón aforado de 10 mL utilizando una pipeta graduada, se completaron a volumen con agua destilada y posteriormente se dispusieron las disoluciones en tubos de ensayo.
Se transfirieron las soluciones a las celdas plásticas del colorímetro (Thermoscientific Genesys 20) para leer la absorbancia de cada una de las disoluciones previamente preparadas iluminándolas con un haz de luz monocromática de 720 nm de longitud de onda y se registraron los datos para realizar la curva de calibración. Determinación de concentración desconocida de cobre en la muestra problema
Para una solución de concentración desconocida, se realizó la medición de absorbancia de la muestra tal como se realizó previamente para las disoluciones de la curva de calibración. Usando la curva y el dato de absorbancia obtenido, se reportó en molaridad la concentración de la solución problema.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se tomaron los datos que se obtuvieron para realizar la curva de calibración (Figura 2) y a partir de ésta determinar la concentración de la solución problema con absorbancia conocida. La c oncentración que se obtuvo para su absorbancia (0.351 UA) fue de 0.125991 M. 0,6 0,5 ) A0,4 U ( a i c n0,3 a b r o s b0,2 A
y = 2,8391x - 0,0067 R² = 0,9992
0,1 0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
Concentración (M)
Figura 2. Curva de calibración del sistema colorimétrico.
Aunque se puede observar la relación lineal entre la absorbancia y la concentración, un aspecto a tener en cuenta es una de las posibles limitaciones propias de la ley de Lambert-Beer que hace referencia a la concentración de la disolución; solo es aplicable a diluciones de muy baja concentración, es to se debe a que en concentraciones más altas la distancia entre las partículas absorbentes es más pequeña y esto causa una pequeña alteración en la capacidad de absorción a una longitud de onda determinada. Asimismo, otra posible limitación en el momento de tomar los datos en el espectrofotómetro podría ser la falta de uniformidad de la especie absorbente.
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Los resultados pueden estar un poco desfasados debido a malos hábitos al momento de usar el instrumento, entre ellos están, por ejemplo, el posicionamiento de la celda, lo cual causaría un desajuste en la medida del instrumento; no sólo son problemas internos, sino que también influyen los externos e incluso del mismo reactivo a estudiar. Las impurezas que puedan haber en la mezcla, la concentración de la misma, son factores que influyen en la absorbancia y la transmitancia, ya que aunque matemáticamente no suelen tenerse en cuenta, en el proceso experimental si, debido a que el valor de concentración no sería el calculado, sino sería, en la mayoría de casos, menor.
BIBLIOGRAFÍA 1. Espectrofotometría. (s.f.).
En Dirección Nacional de Innovación Académica: Universidad Nacional de Colombia. Recuperado de: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2001184/lecciones/Cap05/0 5_01_01.htm
2. Daniel C. Harris. (2006). Fundamentos de espectrofotometría. En Análisis químico cuantitativo (407) Reverte. 3. Transmitancia, absorbancia y ley de Lambert-Beer. (s.f.). En Universitas Miguel Hernández. Recuperado de: http://repositorio.innovacionumh.es/Proyectos/P_22CursoMateriales/Migu el_Angel_Sogorb/Wimba/Espectroscopia_05.htm 4. Ley de Lambert-Beer. (s.f.). En Wikipedia. Recuperado http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Beer-Lambert
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