LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II
PRÁCTICA 2 I.
DETERMINACIÓN DETERMINACI ÓN DEL ERROR RELATIVO DE LA CONCENTRACIÓN
OBJETIVOS: Determinar las absorbancias por espectrofotometría, del Manganeso como permanganato de Potasio a distintas concentraciones y calcular las t ransmitancias que corresponden a cada una de las lecturas realizadas.
Determinar experimentalmente el error relativo de la concentración para establecer un rango de menor error.
Determinar las concentraciones que les corresponden a los menores seleccionados y en función de dichas concentraciones de manganeso como pergamanato levantar una curva de calibración, para la determinación espectrofotométrica de manganeso, por ejemplo de acero.
Determinar el rango de lectura de las absorbancias que le corresponden a los niveles de errores identificados.
II.
Estimar con las dete rminaciones realizadas la sensibilidad instrumental.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
En general, una medida espectrofotométrica comprende los siguientes pasos:
Preparación de soluciones estándar.
Determinar el rango de las concentraciones c oncentraciones de trabajo.
Seleccionar la longitud de onda analítica.
Desarrollar la curva de calibración.
Preparar la muestra.
Determinar la absorbancias y realizar los cálculos correspondientes para el c álculo y expresión de resultados.
Además de ello operar en condicione de buenas prácticas de laboratorio el espectrofotómetro de trabajo; para lo cual siga el proce dimiento según manual de funcionamiento o según lo indicado por el instructor o docente. Cualquier incertidumbre en la medida de la transmitancia produce una incertidumbre en la medida de la absorbancia y por lo tanto, también en la medida de la concentración de la muestra. La magnitud del error relativo en la concentración ∆C/C, por la incertidumbre en la medida de la transmitancia puede deducirse de la ley de Beer y se conoce como error relativo por unidad de error instrumental o error analítico por unidad de e rror fotométrico y se designa por: (∆C/C)/∆T. (∆C/C)/∆T. Tomando la expresión de la ley de Beer :
= ===0.434 Derivando parcialmente con respecto a c y T, manteniendo constantes a y b tenemos:
0.4 0.434 34 =
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II
0.434 = =0.4343 = 0.4343 = 0.4343 = 0.4343 = 0.4343 ∆ ∆T es el error fotométrico, entonces:
= 0.4343 ∆ Donde: dc= Error absoluto de la concentración c= Concentración
= Error relativo de la concentración T= Transmitancia
∆T= Incertidumbre del valor de la Transmitancia (error fotométrico 1-0.01) Al mismo tiempo se puede determinar la transmitancia a partir de la absorbancia, la cual se obtendrá de la medición del espectrofotómetro:
= Donde: A= Absorbancia T= Transmitancia
=10−
Tomando la relación para el error relativo, se puede construir gráficas
versus T con el fin de
determinar el rango donde es menor el error fotométrico y el error relativo de la concentración.
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II
III.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Materiales y reactivos:
Balanza analítica
Vasos de precipitados
Fiolas de 100ml
Piceta
Pipetas
Espátula
Solución de 200ppm de Manganeso
Agua destilada
Espectrofotómetro Hach DR 2800
Espectrofotómetro Spectronic 20
Procedimiento: 1. Realizar los cálculos para preparar 100ml de solución de las siguientes concentraciones: 2ppm, 4ppm, 6ppm, 8ppm, 10ppm, 12ppm, 14ppm, 16ppm a partir de la solución de Mn de 100ppm. 2. Una vez hechos los cálculos, colocar en las fiolas de 100ml la cantidad calculada y enrasar con agua destilada. 3. Medir la absorbancia de cada una de las soluciones en el espectrofotómetro usando como blanco agua destilada, y una longitud de onda de 525 nm. 4. Anotar las absorbancias. 5. Hallar las Transmitancias. 6. Hacer cálculos de error.
IV.
CÁLCULOS:
1. Preparación solución stock de Mn de 200ppm a partir de KMnO4:
1 eq KMnO4 1 meq KMnO4
= . 1 ò . = 31,608 4 − 0,031608 g de KMnO4
4)( 54,938 )(1000)(1000) (0,114)(0,031608 1 158,04 4 1 1 =1098,76/ = 1098,76 ppm de KMnO4
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II
11 = 22 1098,76 1 = 100 250 V1=22,75ml 2. Preparar por diluciones los estándares requeridos:
a) b) c) d) e) f) g) h)
1001 = 2100 V1= 2ml 1002 = 4100 V2= 4ml 1003 = 6100 V3= 6ml 1004 = 8100 V4= 8ml 1005 = 10100 V5= 10 ml 1006 = 12100 V6= 12ml 1007 = 14100 V7= 14ml 1008 = 16100 V8= 16ml
3. Leer las absorbancias y calcular transmitancia, porcentaje de transmitancia y el error correspondiente.
=10− Tabla 1. Absorbancia de diferentes concentraciones de KMnO4 con una longitud de onda de 525nm.
CONCENTRACI N ABSORBANCIA (PPM) 0 0 2 0.29 4 0.483 6 0.684 8 0.905 10 1.099 12 1.313 14 1.515 16 1.706
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II Calcular la Transmitancia, porcentaje de transmitancia y error relativo:
= . ∆ ∗100 a) Para 0ppm
1=10− b) Para 2ppm
Donde:
A1=0 T1=1
Para 4ppm
Para 10ppm
%T6=0.0796x100%=7.96%
A7=1.313
T7=0.2070 7=10−. = . = . =4.954 .. h) Para 14ppm
%T5=0.1245x100%=12.45%
A6=1.099
T6=0.0796 6=10−. = . = . =3.85606 .. g) Para 12ppm
%T4=0.2070x100%=20.70%
A5=0.905
5=10−. T5=0.1245 = . = . =3.67 .. f)
%T3=0.3289x100%=32.89%
A4=0.684
T4=0.2070 4=10−. = . = . =2.734 .. e) Para 8ppm
%T2=0.5190x100%=51.90%
A3=0.483
T3=0.3289 3=10−. = . = . =0.00870 .. d) Para 6ppm
%T1=1x100%=100%
A2=0.290
T2=0.5129 2=10−. = . = . =2.90 . c)
∆=0.01
A8=1.515
%T7=0.2070x100%=20.70%
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II
8=10−. T8=0.0305 = . = . =9.3840 .. i)
Para 16ppm
%T8=0.0305x100%=3.05%
A9=1.706
T9=0.0197 9=10−. = . = . =12.936 ..
%T9=0.0197x100%=1.97%
4. Tabular las mediciones y resultados en la tabla siguiente: Soluc. Estándar a
Vol. De la solución
preparar 100ml
estándar de 200ppm a
(ppm)
ABSORBANCIA TRANSMITANCIA TRANSMITANCIA
.4343 .4343 ∆ ∆
=
T=10^-A
(%)
0
medir (ml) 0
(A) 0.000
1.000
100.000
2
2
0.290
0.513
51.286
2.920
4
4
0.483
0.329
32.885
2.734
6
6
0.684
0.207
20.701
3.067
8
8
0.905
0.124
12.445
3.856
10
10
1.099
0.080
7.962
4.964
12
12
1.313
0.049
4.864
6.800
14
14
1.515
0.031
3.055
9.384
16
16
1.706
0.020
1.968
12.936
5. Levantar el gráfico correspondiente: Gráfico 1. Verificación de la Ley de Beer.
ABSORBANCIA VS CONCENTRACIÓN 2.000 16, 1.706 A I 1.500 C N A B 1.000 N O S B A0.500
0.000 0
5
10
15
20
CONCENTRACIÓN (PPM)
Se ha demostrado y verificado la Ley de Beer a través de la recta que presenta el gráfico.
∗ 100 100
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II Gráfica 2. Error relativo en relación del porcentaje de Transmitancia.
ERROR RELATIVO VS TRANSMITANCIA 14.000 12.000
1.968, 12.936
O 10.000 V I T A L 8.000 E R R 6.000 O R R 4.000 E
Series1
2.000 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000120.000
TRANSMITANCIA
En ésta gráfica se puede observar que hay un error que va en aumento desde la transmitancia de 20% y esto es debido a que mientras más concentrado esté la solución más difícil será la medición de la absorbancia, entonces sólo se podría tomar como válido un rango desde 20% a 70% como dice la teoría.
V.
CONCLUSIONES: Determinamos las absorbancias por espectrofotometría del Manganeso como permanganato de potasio a distintas concentraciones y calculamos las transmitancias que corresponden a cada una de las lecturas realizadas. Se comprobó la ley de Beer al medir las absorbancias con respecto a su concentración.
Determinamos experimentalmente el error relativo de la concentración para establecer un rango de menor error, el cual fue de 20 a 70% de transmitancia para que las pruebas sean consideradas válidas.
Determinamos el rango de lectura de las absorbancias que le corresponden a los niveles de errores identificados.
Estimamos con las determinaciones realizadas la sensibilidad instrumental, el cual fue de un 1%.
VI.
CUESTIONARIO:
1. Enuncie la ley de Beer. “La transmitancia disminuye en progresión geométrica cuando aumenta la concentración e n progresión aritmética”.
= = 1 =
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II
2. Enuncie la ley de Lambert Bouguer. “La intensidad de una luz monocromática, que incide perpendicular sobre una muestra, decrece exponencialmente con la concentración de la muestra”. A=C.K Donde: C=Concentración de la muestra K=Constante que depende de la longitud de onda usada, de la sustancia que se analiza y del espesor de la celda usada 3. Enuncie la ley de Lambert Beer. “La absorbancia de una solución está relacionada linealmente con la concentración de la especie absorbente (c) y con la longitud del trayecto (b) de la r adiación en el medio absorbente”. A= a.b.c 4. ¿A qué se denominan errores personales y cuáles son? Atribuibles al experimentador, como equivocación al anotar el dato de una pesada, error en la lectura de un volumen, errores de manipulación al transvasar materiales, al añadir una cantidad dada de reactivo y al permitir contaminación de muestras, entre otros.
Utilización y cuidado de las cubetas de absorción, las cubetas de ben de estar siempre extremadamente limpias, sin presentar ralladuras, huellas ni adherencias.
Competencia personal del operador en el pre parado de soluciones, ajustes de pH, tiempo de espera en el desarrollo del color, temperatura, etc.
Los errores personales pueden afectar en:
La curva de calibración no parte en el origen.
La curva de calibración no es recta con desviación negativa o positiva.
5. ¿Qué criterios se manejan para seleccionar las soluciones patrones para ser utilizadas en un método espectrofotométrico?
La especie debe estar coloreada.
Las soluciones deben de contener solamente a la especie en solución y no otras que tengan coloración propia y pueden absorber radiación.
La longitud de onda óptima debe de ser marcada y apta para su estudio.
6. Dar razón de por qué la espectrofotometría se utiliza soluciones diluidas. Debe estar diluida de tal forma que su concentración no sea ni muy baja ni muy alta, debido a que si la concentración es alta, la transmitancia disminuye y con él el porcentaje de error en la medida aumenta, lo mismo sucede si su concentración es baja, no habría una buena absorción y el error también sería alto.
LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL EN INGENIERÍA II 7. ¿Cuándo una curva de calibración no parte del origen? S eñale las razones que determina esta curva.
VII.
Existen impurezas que absorben radiación a la longitud de onda de trabajo.
El reactivo coloreante absorbe radiación.
Otros reactivos presentan color propio lo que implica una absorción de radiación.
BIBLIOGRAFÍA:
Universidad del Valle de México Coyoacán. Apuntes Científicos 2013. Errores en el análisis.
Universidad Nacional del Santa. Espectrofotometría molecular.
Spektroskopische Methoden in der organischen. Chemie. Berlin. Sánchez, D.1995
Universidad Nacional de San Agustín. Fundamentos de Espectroscopía. Ing. Armando Salinas Sanchez.
