Informe de laboratorio de Análisis Instrumental I. Escuela de Química. Universidad Tecnológica de Pereira .
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POLARIMETRÍA Danna Chamorro Pérez, Juliana Peña Gómez, Juliana Rincón López, Sara Abello Castañeda. Facultad de de Química Industrial, Universidad Universidad Tecnológica Tecnológica de Pereira, Pereira, Risaralda, Risaralda, Colombia. Colombia. 20 de Abril de 2016.
RESUMEN “La polarimetría comprende las investigaciones de los fenómenos ópticos en que interviene la luz
po polari larizzada. Para este ste estud studio io el tema se limita limita a la medida de la rota rotación ción del plano lano de polari larizzación de la luz cuando ésta atraviesa una sustancia ópticamente activa. Una de las principales aplicaciones de la polarimetría es es el análisis de azúcares.”[1] azúcares.”[1] L a pola polarr i zaci zación ón de de la luz de de la líne lí nea a D del del sodio se da da gracias gr acias a mat mate er i ales ales bir bi r r efr i nge ng entes ntes como como el el pri pri sma sma de Nico Ni col, l, que está stá hech hecho o de dos mitad itades de calc calcita itass unida unidass con bálsam lsamo de Cana Canadá corta cortad das con ángulos exactamente iguales y que poseen índices de refracción diferentes lo que permite la doble refracción. L a pr pr ácti ácti ca se r ealizó ali zó a par par tir ti r de una solución soluci ón mad madrr e con con una una conce concentr ntrac acii ón del del 20% en sacar sacar osa, osa, de la cual se prepararon cuatro disoluciones de sacarosa-agua en base a la concentración de la muestra uestra pr pr oblem oblema a (vi no de manzana manzana)) de 4,5 4,5 g/100m g /100ml.l. L uego, se obse obserr vó por por medio medio del del polarí polarí metr etr o el ángulo ángulo de rotación rotación de la luz luz polar polarii zada zada de cada cada una de las muestr muestras, as, i ncluyend ncluyendo o el el vi no de manzana. manzana. D onde se obser observó vó tamb tambii én si la muestra muestra er er a ópti ópticam camente ente activa. activa. C on los datos datos obt obteni enido doss se grafi gr aficó có el el ángulo áng ulo obser observad vado o en en funci f unción ón de de la concentr concentraci ación ón y se analizó anali zó la linealidad de esta. Debido a que el vino de manzana contenía sacarosa refinada, es decir, fruc fr ucttosa y gluco glucosa no se pudo udo calc calcula ularr la conc conce entrac ntración ión de la muest uestra ra proble roblem ma, de debido a que las las disoluci disolucione oness no no tení tenían an estos estos compone componentes. ntes.
1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. En primer lugar, se calculó el porcentaje en masa de la solución problema (Vino de manzana), con el fin de preparar las disoluciones correspondientes para el experimento. La concentración del vino de manzana era de 45 g/L. % =
45
∗ 100
1000 ó 4,5 = % / 100
Con el resultado anterior, se calculó la masa de sacarosa que tenía la solución problema con un volumen de 750 cm3: =
45 . 1000
∗ 750 750
= 33,7 33,75 5 . .
Se preparó una solución madre con una concentración del 20%. [ ] =
20 . 100 = 20%
∗ 100% 100%
La masa pesada de sacarosa fue de: 20,0241g
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Fueron elaboradas cuatro (4) disoluciones a partir de la solución madre, con dos (2) concentraciones menores a la concentración de la solución problema y otras dos (2) con concentraciones superiores. Concentraciones recopiladas en la siguiente tabla: Tabla 1. Concentraciones de las disoluciones. Disolución Concentración de N° la disolución (%m/v) 1 1 3 2 5 3 7 4
A partir de la siguiente ecuación: ∗ = ∗
Se calculó el volumen (V2) necesario para preparar disoluciones de 25 mL con las concentraciones asignadas. Una vez preparadas las disoluciones, se procedió a medir α (ángulo rotación
observada) en el polarímetro de la solución problema (vino de manzana) y de cada una de las disoluciones. Disolución V2 N° (ml) 1,25 1 3,75 2 6,25 3 8,75 4 Tabla 2. Volumen extraído de la solución madre.
Antes de realizar las mediciones se determino
el
α
del
agua,
sustancia
ópticamente inactiva, con el fin de observar si el instrumento se encontraba debidamente calibrado.
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Al medir el ángulo de rotación del agua en el polarímetro asignado se obtuvo un resultado de 0°, lo cual indico que el polarímetro se encontraba correctamente calibrado, debido a que el agua es una sustancia que no tiene enantiomeros o compuestos quirales, por lo tanto no puede girar la luz polarizada. Los ángulos de rotación observados fueron: Tabla 3. Ángulos de rotación observados. Sustancia 1 2 3 4 Problema
Concentración (g/100ml) 1 3 5 7 4,5
α
(°) 1,6 4,7 6,5 9,6 179,8
La rotación del plano de luz de las disoluciones fue (+), pues cuando se realizaron las mediciones se giró la perilla hacia la izquierda (-), es decir, que las disoluciones sacarosa-agua rotaron la luz polarizada hacia (+).Esto se explica debido a que fue necesario hacer el giro contrario para observar la luz. En la muestra problema la rotación del plano fue (-) y la perilla se giró hacia la (+), pero lo que realmente determina si una sustancia es dextrógira o levógira es la forma del claro oscuro en las tres zonas de observación debidas a la placa de Laurent, si el centro es oscuro y los laterales brillantes se denomina levorrotatorio, si los laterales son oscuros y el centro brillante es dextrorrotatorio. En cambio, en la muestra problema se giró la perilla hacia la derecha (+) para poder observar la luz de la línea D del sodio.
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El ángulo al haber sido 179,8° y al haber girado la perilla una vez sobre su propio eje, para poder calcular el ángulo con respecto a un eje se le debe restar 180°
Obteniendo como resultado 70,019g de endulzante por 100 mL de vino. Con este dato se calcula la rotación específica de la sacarosa,
180°-179,8°= 0,2° levorrotatorio. Primero se graficó la concentración de las disoluciones sacarosa-agua sin la muestra problema (vino de manzana). Presentado en el siguiente grafico:
[∝] =
[∝] =
y = 2.58x - 0.85 R² = 0.9899
0
1
2
3
4
5
Concentración (g/100mL)
Grafico 1. Rotación observada en función de la concentración (Sin la muestra problema).
La gráfica se deduce la ecuación ∝= 2,58 − 0,85
Con un coeficiente de correlación con menos de dos nueves (9), se recalca un comportamiento que no tiende a la linealidad dado principalmente por el instrumento, además se debe tener en cuenta que si la concentración de la solución es cero (0) no debería haber rotación, y la ecuación muestra que en una concentración de 0 la rotación será -0,85° lo cual indica que no es una gráfica confiable en un estudio analítico. Siendo ∝ el giro de las soluciones y X la concentración, despejando de la ecuación X encontramos la concentración de la muestra problema: =
−0,2 + 0,85 2,58
=
0,65 100
∝ ∗
Siendo L la longitud del tubo de 2 dm y c la concentración
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) ° ( 10 a d i d 8 e m 6 n 4 o i c 2 a t o 0 R
3
−0,65° 2 ∗ 70,019/100 = −0,464° ∗
El ángulo de rotación de la muestra fue levógiro, lo que no coincide con la sacarosa por lo cual se concluye que el vino de manzana está endulzado principalmente por fructosa que es un producto del medio de ácido del vino que hace que la sacarosa disacárida se puede descomponer en D-glucosa y D-fructosa. La solución de estos componentes, que son de igual manera ópticamente activos, posee un ángulo de rotación distinto al de la sacarosa (inversión). La mezcla de glucosa y fructosa, en una relación molar de 1:1, se denomina, por tanto, azúcar invertida [2] Razón por la cual la curva de calibración realizada a partir de los estándares con azúcar no es apta para determinar la concentración del vino y por esto los valores de concentración y ángulo de rotación son atípicos. Por lo tanto si se quiere determinar la concentración del endulzante en el vino se tienen que realizar estándares de fructosa, donde la curva de calibración daría con
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una pendiente negativa ya que a menor concentración de fructosa menor será la rotación levógira de la muestra y crecerá a medida de que aumenta la concentración hacia los números negativos. Por otra parte, como una opción alterna para llegar a un dato teórico de la concentración de fructosa en el vino y sabiendo que el único dato certero que se tiene es el ángulo de giro de la muestra además la rotación óptica específica ya que es una constante física que puede ser tomada de tablas se calcula la concentración en g/ 100 con la siguiente ecuación [∝] =
∝ ∗
Se despeja C y se reemplazan valores sabiendo que [∝] de la fructosa es de −90,72°
=
y la muestra problema. Pues como se discutió en el análisis de los resultados, los datos experimentales obtenidos presentaban un comportamiento atípico, pues se analizó el comportamiento de la sacarosa pura (dextrógira) y una muestra problema de vino de manzana (levógira en su mayoría). Por lo que para estudios futuros es fundamental tener en cuenta la composición de la muestra problema y los patrones. Al momento de determinar la rotación de un compuesto mediante el polarímetro, es importante considerar todas las variables que pueden afectar la medición. Pues factores como la longitud del tubo, la temperatura o la radiación que incide sobre la muestra, pueden cambiar potencialmente el resultado a obtener mediante este método.
∗
3. REFERENCIAS.
−0,2°
∗ 2 ∗ −90,72° 0,0011 =
Cabe hacer énfasis que es una concentración teórica y que no hay argumentos estequimétricos o instrumentales suficiente para reportar este dato como verdadero ya que no son conocidos demás componentes del vino (más endulzantes, conservantes o ácidos originarios de la fruta) puedan presentar actividad óptica que altere este valor, pero es un supuesto aproximado. .
2. CONCLUSIONES. Es de suma importancia guardar una concordancia entre la muestra madre (y los patrones que se derivan de ella)
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[1] Alonso F. Tomas, Pardo E. Pérez, Oria E. Solano. Prácticas de laboratorio de Química Orgánica. Murcía: Universidad, Secretariado de Publicaciones, 1991. [2] 3B SCIENTIFIC PHYSICS. U14390 Aparato de polarización de demostración. Disponible en: [https://www.3bscientific.es/productmanual/U14390_ES.pdf.]
