PRACTICA N° 3
INSTRUMENTACIÓN: COLORIMETRIA Es el análisis de la concentración de una muestra por el color que presenta. Todos hemos tenido la experiencia de valorar la concentración de sustancias coloreadas en solución, por observación directa, una taza de café o té, un vaso de refresco, son apreciados de esa manera. El examen se funda en la mayor o menor absorción de luz de acuerdo al mayor número de moléculas y tonalidad dependerá de la capacidad de absorber una u otra longitud de onda de luz, específicamente. La fotocolorimetría manipula las variables de este fenómeno controlando la luz incidente proveniente de un foco luminoso y su pureza, de modo tal que sólo incida aquella luz que es específicamente absorbida por la partícula que medimos. 450nm 540nm 640nm
Rayos X 1nm a 1pm
Rayos γ < 1pm
Ultravioleta: 400nm a 1nm
Microondas: 25um a 1mm
Infrarrojo: 750nm a 25 um
Ondas de radio > 1mm
Los cuerpos luminosos como el sol o las lámparas eléctricas emiten un gran espectro electromagnético que comprende amplias longitudes de onda, de las cuales muy pocas corresponden al espectro visible. En el cuadro anterior se aprecian todas las radiaciones electromagnéticas conocidas. Los cuerpos coloreados, absorben luz de determinada longitud de onda y reflejan el resto del espectro luminoso visible e invisible (colores complementarios) Esta luz reflejada es la que observamos como color propio del cuerpo coloreado. No interesa particularmente los colores que absorbe la solución que queremos medir. La selectividad de absorción que queremos medir. La selectividad de absorción de una partícula por una longitud de onda se basa en el hecho de que cada longitud
de onda de luz corresponde a un distinto nivel de energía, y para excitar los electrones de cada partícula necesitamos un particular nivel de energía. Si consideramos que cada molécula absorbe luz de acuerdo a la concentración en que se encuentre dentro de la solución, a mayor absorción de luz y menor luz trasmitida. Estos factores están considerados en la ley de Lambert y Beer.
Longitud de onda 400-435 435-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-595 595-610 610-750
Color violeta azul verde-azul azul-verde verde amarillo-verde amarillo-verde anaranjado rojo
Colores complementarios amarillo-verde amarillo-verde anaranjado rojo purpura violeta azul verde-azul azul-verde
Los cuerpos coloreados, absorben luz de determinada longitud de onda y reflejan el resto del espectro luminoso visible e invisible (colores complementarios). Esta luz reflejada es la que observamos como color propio del cuerpo coloreado. Interesa particularmente los colores que absorben la solución que queremos medir. La selectividad de absorción de una partícula por una longitud de onda se basa en que cada longitud de onda de luz corresponde a un distinto nivel de energía y para excitar los electrones de cada partícula se necesita un particular nivel de energía. Sí consideramos que cada molécula absorbe luz de acuerdo a la concentración en que se encuentre dentro de la solución, a mayor concentración de sustancia, mayor absorción de luz y menor luz trasmitida. Estos factores están considerados en la Ley de Lambert y Beer, que es la siguiente: Log Io/It = e.l.c Donde: Io = Luz incidente, I t = Luz transmitida, C = concentración, de paso, e = constante.
L = longitud
FOTOCOLORIMETRIA – ESPECTROFOTOMETRIA La fotocolorimetría es la medida de la luz absorbida por una solución mediante un aparato que es un fotocolorímetro. El equipo consta de una fuente de luz artificial,
un monocromador que separa exclusivamente luz de una sola longitud de onda (la que sea preferente para la medida), un recipiente o tubo de vidrio (que alberga la solución a medir), una célula fotoeléctrica que transforma la luz trasmitida en corriente eléctrica y una unidad de medida de la corriente eléctrica o galvanómetro.
Luz Incidente I o
Luz trasmitida I t
La calificación de colorímetro o espectrofotómetro depende del monocromador, sí éste es un filtro tendremos un fotocolorímetro, pero si es un prisma, o cualquier aditamento que proporcione luz de diversas longitudes de onda tendremos un espectrofotómetro. Fuente de luz blanca
Muestra: Absorción
Monocromador
Galvanómetro
Celda
Los fotocolorímetros y los espectrofotómetros reportan sus resultados bajo dos formas: absorbancia o luz absorbida por las partícula de la solución y transmitancia a o luz transmitida luego de atravesar el tubo con la solución. La transmitancia se expresa en valores numéricos entre 0 y 100%, es decir que una solución que no tiene particular trasmitirá el 100% y una perfectamente opaca el 0%. La absorbancia, también llamada densidad óptica DO, se expresa en valores semilogarítmicos entre 0 y 2 correspondiendo el 0 a la solución que no tiene partículas y por lo tanto no absorbe la luz.
Para encontrar la concentración de una solución problema, debemos comparar su lectura frente a un blanco agua destilada o reactivos sin modificarse con la lectura de un patrón o solución estándar bajo las mismas condiciones. Una solución estándar es generalmente una que contiene el problema con una concentración perfectamente medida en el laboratorio. –
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CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN DE UN PROBLEMA Para hallar la concentración de una muestra problema tenemos dos procedimientos: 1. 2.
Factor de Calibración Curvas de calibración
Factor de calibración: es la concentración de sustancia que corresponde a una unidad de medida, generalmente 0,001 de absorbancia. Se obtiene Factor de calibración:
concentración del patrón Lectura del patrón (en absorbancia)
Esta fórmula deriva de la densidad óptica o absorbancia del problema: DOP= eP lP cP Si el coeficiente de extinción (e) es el mismo en ambos casos y el diámetro del tubo de lectura(l) es el mismo, la única diferencia está en la concentración. Luego: DOst
=
DOp
CS CP
Despejando la concentración del problema cp, se obtiene: cs
cp=Dp x -------Dost Concentración del problema = Densidad Óptica del Problema X Factor de calibración La curva de calibración consiste en la obtención de las lecturas de absorción 0 de % de trasmitancia que corresponde a una secuencia creciente de concentraciones, estas son graficadas en un papel milimétrico si se trata de
absorbancia o densidad óptica y de papel semilogarítmico si se trata de % de transmitancia.
PARTE EXPERIMENTAL PREPARACIÓN DE UNA CURVA DE CALIBRACIÓN El experimento consiste en preparar tubos de concentración creciente de un colorante y leerlos al fotocolorímetro o al espectrofotómetro, llevando a cero (0) el aparato con agua destilada. Construir una gráfica usando papel milimetrado para las lecturas hechas en DO (densidad óptica) o papel semilogarítmicos para las lecturas hechas en % transmitancia. Para el efecto, preparar cinco tubos de acuerdo al esquema y leer las soluciones al espectrofotómetro a 540 nm de longitud de onda. Practicar esta lectura tanto en DO como en % de transmitancia. Construir dos curvas de calibración, una en papel milimetrado y otra en papel semilogarítmico. Tubo Nº 2 3 4 4 6 8 6 4 2
Contenido mL Azul metileno al (5 mg/mL) mL Agua destilada
1 2 8
Concentración (mg/mL)
%T
A (A=2-logT%)
Desconocido 1 Desconocido 2
Experimento: Efecto del pH 100 o t c u d o r p n ó i c a m r o F %
80 60 40 20 0 0
1
2
3
4
5
6 pH
7
8
5 10 0
9 10 11 12
COMENTARIO ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………...
Usando los valores obtenidos en % semilogarítmico de esta página.
de trasmitancia, grafique
usando el papel
100 ) m n 0 4 5 ( T %
80 60 40 20 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Concentración (mg/mL) COMENTARIO ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …….
Firma del alumno
Firma del profesor