Prácticas de laboratorio de análisis instrumental ___________________ ________________ ___________________ ___________________ ________________ ______
́ N ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS: DETERMINACIO CUANTITATIVA DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA BINARIA Objetivo: Determinar espectrofotométrica y simultáneamente dos sustancias en una mezcla utilizando el principio de la aditividad de la ley de Beer.
En la práctica anterior se estudió la aplicación de la espectrofotometría al análisis químico de un solo compuesto en una muestra. En este caso, la misma técnica será aplicada al análisis de dos compuestos en una misma muestra de manera simultánea. La absorción de radiación electromagnética es una propiedad aditiva, esto es, en el caso de encontrarse dos o más compuestos absorbentes en una misma muestra, la absorbancia de dicha muestra para cada longitud de onda será la suma de las absorbancias individuales de los diversos componentes para dicha longitud de onda:
Amuestra = A1 + A2 + ...... + An =
b C1 + ɛ2 b C2 + ..... + ɛn b Cn
ɛ1
Esto supone un problema cuando los espectros de absorbancia de los diversos componentes están muy cercanos entre sí, pues se produce el solapamiento entre ellos (interferencias espectrales), y el resultado obtenido al realizar el espectro de absorbancia de la muestra es un solo espectro como resultado de la suma de todos los espectros individuales. En este caso, no conocemos a priori la aportación de cada componente individual a la absorbancia total de la muestra (la que medimos con el espectrofotómetro), y por tanto no es posible cuantificar la concentración de cada uno de ellos siguiendo el mismo proceso de calibración utilizado cuando sólo tenemos un compuesto. Para el caso de una mezcla de dos componentes, X y Y, cuyas máximas absorbancias se obtienen a dos longitudes de onda muy próximas entre si, 1 y 2, la absorbancia de la muestra medida a las longitudes de onda características de los dos compuestos será:
Para 1: A1 (muestra) = A
1
(X) +
A
1
=
ɛ
1
Para 2: A2 (muestra) = A
2
(X) +
A
2
=
ɛ
2
(Y)
(Y)
(X) b
CX +
ɛ
1
(Y) b
CY
(X) b
CX +
ɛ
2
(Y) b
CY
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Por tanto, para conocer las concentraciones de los compuestos X e Y en la muestra, C X y CY, necesitamos en este caso conocer el valor de las cuatro constantes de absortividad molar: ɛ 1(X), ɛ 1(Y), ɛ 2(X) y ɛ 2(Y). Recordar que la absortividad molar depende del compuesto analizado y de la longitud de onda. El proceso que nos permite calcular los valores de estas cuatro constantes, llamado calibración, será el siguiente: Si preparamos disoluciones individuales de los dos compuestos, y con concentración conocida, CX’ y CY’, al medir su absorbancia para las dos longitudes de onda obtendremos:
Para el compuesto X: A A
1
(X) =
ɛ
1
(X) b
2
(X) =
ɛ
2
(X) b
A A
1
(Y) =
ɛ
1
(Y) b
2
(Y) =
ɛ
2
(Y) b
CX’ CX’
Para el compuesto Y: CY’ CY’
Ahora, en cada una de las ecuaciones, todos los términos son conocidos excepto las constantes de absortividad molar, por lo que podemos despejarlas y calcular el valor de las cuatro constantes de proporcionalidad.
Una vez conocidos los valores de estas constantes, ya podemos sustituirlas en las ecuaciones quedándonos un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, de cuya resolución obtendremos los valores de concentración de los dos analitos, C X e CY, en nuestra muestra.
PARTE EXPERIMENTAL.
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Iniciaremos encendiendo el equipo de absorción molecular unos 15 minutos antes de comenzar a trabajar, luego realizaremos un barrido espectral sin muestra en el equipo.
1. Preparación de soluciones para trabajar a) Solución de 0,100 M de Cr(III) a partir de CrNO 3·9H2O (considerar si debe utilizar o no una solución madre) b) A partir de una solución patrón de cromo trivalente calcule las alícuotas necesarias para preparar en matraces de aforo de 100 mL, soluciones de 0,0; 0,0100; 0,0200; 0,0300; 0,0400; 0,0500 y 0,0600 mol/L de Cr (III). c) Solución de 0,400 M de Co(II) a partir de Co(NO 3)2·6H2O (considerar si debe utilizar o no una solución madre) d) A partir de una solución patrón de cobalto divalente calcule las alícuotas necesarias para preparar en matraces de aforo de 100 mL, soluciones de 0,0; 0,0400; 0,0800; 0,120; 0,160; 0,200 y 0,240 mol/L de Co (II). e) A partir de una solución patrón de cromo trivalente y cobalto divalente calcule la alícuota necesaria para preparar en un matraz de aforo de 100 mL una solución mezcla de concentración 0,0300 mol/L de Cr (III) y 0,0800 mol/L de Co (II).
2. Determinación empírica de la longitud de máxima absorción de Cr (III) y Co (II) a) Con la solución de concentración de 0,0300 mol/L de Cr (III) realice un barrido espectral. b) Con la solución de concentración de 0,0800 mol/L de Co (II) realice un barrido espectral. c) Con la solución mezcla de concentración de 0,0300 mol/L de Cr (III) y 0,0800 mol/L de Co (II) realice un barrido espectral. d) Con los espectros obtenidos defina la λ MAX para el Cr (III) y el Co (II). Compare sus resultados empíricos con las longitudes de máxima absorción teóricos Cr 3+ 410 nm y Co 2+ 515 nm
Commented [B 1]: Longitud de onda máxima para El Cr (III) es 410nm El Co (II) es 515nm
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3. Preparación de las curvas de calibración y determinación de la constante de absortividad molar a) Obtenga los valores de absorbancia de cada solución de cromo (III) y cobalto (II) a la longitud de máxima absorción (λ MAX) escogida para el cromo (III), utilizando como blanco el agua. b) Obtenga los valores de absorbancia de cada solución de cromo (III) y cobalto (II) a la longitud de máxima absorción (λ MAX) escogida para el cobalto (II), utilizando como blanco el agua. c) Grafique las curvas obtenidas, la ecuación de la recta correspondiente y determine las cuatro constantes de absortividad molar d) Determine el límite lineal de cuantificación del método (LL).
4. Determinación de la concentración de Co (II) y Cromo (III) en una muestra problema a) Prepare una solución de muestra problema para que sea analizada en el laboratorio. Esta muestra problema tiene que estar dentro del rango lineal de cuantificación de la curva preparada por ustedes.
