TITULO:
PRÁCTICAS DE LABORATORIO ANÁLISIS INSTRUMENTAL
CATEDRÁTICO:
DRA. OLAYA PIRENE CASTELLANOS ONORIO
H. VERACRUZ VER, FEBRERO DE 2012
INTRODUCCION El color es un atributo de la visión. Si el ser humano no poseyera ojos que detectan un ámbito poco extenso de las radiaciones electromagnéticas, no sería posible identificar subjetivamente cada uno de los colores que se perciben en la vida real. El color, asimismo, es una característica de la luz. La luz se puede definir como “la forma de la energía radiante que es capaz de estimular la retina del ojo humano provocando un proceso consciente que da lugar a las sensaciones visuales”. Esta definición es subjetiva, pues la hace depender del observador. Si éste es ciego, por ejemplo, no habrá para él diferencia entre una radiación de 400 nm de longitud de onda y otra de 700 nm. Sólo podrá darse cuenta (si son lo suficientemente intensas) que la primera produce quemaduras y la segunda calor al ser absorbidas por la piel. Pero ¿qué es el color? El color, como otros términos, tiene diferentes significados. Los físicos lo aplican a las variaciones en las distribuciones espectrales de las luces, tanto si son emitidas directamente por fuentes como si lo son indirectamente reflejadas o transmitidas por objetos. Los químicos utilizan la palabra color para referirse a diferencias espectrales debidas a variaciones en la composición molecular o en las configuraciones de los compuestos químicos. En sociología color significa un aspecto de la respuesta de un observador humano, una percepción que tiene lugar en el cerebro del observador como resultado de la estimulación visual. En el lenguaje normal el color se asocia con objetos, de modo que el mismo objeto debe de tener siempre el mismo color; así decimos rojo sangre o verde césped. Por lo tanto todos usamos la palabra color de manera diferente dependiendo del interés del momento. La Sociedad Óptica de los EE.UU. (OSA) definió el color en 1944 como “aquellas características de la luz distintas de las inhomogeneidades espaciales y temporales”. Definición poco feliz ya que induce a pensar en este atributo como una propiedad física más que psicofísica. Por otra parte, es siempre preferible definir las cosas por lo que son y no por lo que no son. Si se tuviera que definir el color, sería quizá más simple y más directo utilizar la definición dada por Judd, que dice: “si dos objetos de igual forma y textura iluminados con la misma luz y en iguales condiciones de observación pueden diferenciarse, el atributo de esos objetos que produce esa diferenciación es el color”. Si se desea otra definición más rigurosa podría decirse que: “el color es el atributo de la luz que hace corresponder de forma unívoca a cada distribución espectral una sensación. Esta sensación está condicionada por la intensidad y duración del estímulo, el estado de adaptación del observador, el área de la retina afectada y el contraste luminoso y cromático con que se recibe”. Es importante destacar algo. Cuando se dice
unívocamente, se indica que para cada composición espectral de la luz en las condiciones dadas se produce, una y sólo una, sensación de color. En cambio, inversamente, para cada sensación de color no existe una correspondencia biunívoca, la misma sensación puede ser producida por infinitas combinaciones de distribuciones espectrales. A este fenómeno se le llama metamerismo. Es evidente, entonces, que los colores dependen de los objetos, al mismo tiempo que de la luz que los ilumina. Sea cual fuere el iluminante empleado, sus propiedades físicas permanecerán inalterables; sin embargo, su apariencia psicológica dependerá de la composición espectral del iluminante; es por tanto un fenómeno psicofísico. No hay una sola definición de color, pero la norma UNE y la CIE definen dos conceptos diferentes color percibido y color psicofísico. De acuerdo con la CIE (1970) el color percibido se define como el aspecto de la percepción visual mediante el cual un observador puede distinguir entre dos campos del mismo tamaño, forma y textura basándose en las diferencias en la composición espectral de las radiaciones relacionadas con la observación. El color psicofísico es la característica de la radiación visible que permite al observador distinguir las diferencias entre dos objetos de las mismas dimensiones, forma y estructura, siendo estas diferencias de la misma naturaleza que las producidas por una diferencia en la composición espectral de la radiación que interviene en la observación.
Determinación de Fe+2 por el método de colorimetría visual Objetivo Que el alumno a través de la formación de un complejo colorido del ión Fe +2 y una serie de tubos patrón preparados a diferentes concentraciones encuentre la concentración de ese ión en un problema dado. Reactivos
1- 10 Ortofenantrolina Solución de sulfato ferroso amoniacal Solución buffer de pH 3 Solución reductora de ácido ascórbico al 10%
Preparación de reactivo
SOLUCIÓN DE Fe +2 Pesar 0.702 g. de sulfato ferroso amoniacal, disolver en agua destilada y adicionar 0.2 ml de ácido sulfúrico y aforar a 1 L. Concentración 0.1 mg/ml.
SOLUCIÓN REDUCTORA Disolver 10 g. de ácido ascórbico y aforar a 100 ml.
SOLUCIÓN BUFFER pH 3 Pesar 16.3 g. acetato de sodio, disolver en agua y agregar 11.5 ml. de ácido acético aforar a 100 ml.
SOLUCIÓN DE ORTOFENANTROLINA Pesar 0.5 g. de ortofenantrolina, disolver y aforar a 100 ml, calentar ligeramente la solución.
Material 7 Matraces aforados de 50 ml. 3 Tubos Nessler. 3 Pipetas volumétricas de 1 ml. 1 Pipeta graduada de 5 ml. 1 Pipeta graduada de 1 ml
1 Piseta.
Técnica
Preparar patrones en los matraces aforados de 50 ml. adicionando 0, 0.25, 0.5, 1.5, 2.5 y 3.5 ml de solución de sulfato ferroso amoniacal (0.1 mg/ml) Adicionar a cada matraz 1 ml de solución buffer, 1 ml de solución reductora y 1 ml. de solución de ortofenantrolina. Aforar a 50 ml. cada matraz. Adicionar la misma cantidad a la muestra problema. Comparar los colores obtenidos de las diferentes concentraciones conocidas, con la muestra problema uno antes y uno después, colocando los patrones y el problema en los tubos Nessler.
Observaciones Conclusiones
Actividades
Investigar en que consiste el colorímetro de Lovibond
Describir como son los tubos Nessler y las probetas de Hehner.
Investigar sobre el colorímetro de la A.S.T.M. para determinar el color en aceites lubricantes.
Es sabido que el agua es incolora; entonces, investigar a que se debe su color y como se clasifica este.
Las aguas con más de 20 unidades de color no se aceptan como de calidad potable, por tanto; se siguen dos métodos oficiales para medir el color al agua, ¿cuales son estos y en que consisten?
COLORIMETROS COMPARADORES
Determinación Colorimétrica del Fe+2 por el método de Igualación y curva de calibración
Objetivo Que el alumno a través de la formación de patrones de soluciones coloridas con el ión Fe+2 determine la concentración en un problema por el método de igualación visual y construyendo una curva de calibración. Reactivos
Ortofenantrolina 1-10 Solución de sulfato ferroso amoniacal (0.1 mg. /ml) Solución buffer de pH 3 Solución acondicionadora de ácido ascórbico al 10%
Material 3 Matraces aforados de 100 ml. 3 Pipetas volumétricas de 2 ml. 1 Pipeta graduada de 1 ml. 1 Piseta 1 Colorímetro Dubosq 1 Colorímetro de Klett 1 Cubeta (celda) para colorímetro de Klett 1 Filtro # 42 azul 1 Filtro # 54 verde 1 Filtro # 66 rojo Técnica
En los matraces aforados de 100 ml., adicionar en cada uno de ellos 0 ml. de la solución madre, en otro 5ml. y en otro la muestra problema. Adicione a cada matraz 2 ml. de solución buffer, 2 ml de ácido ascórbico al 10 % y 2 ml de ortofenantrolina (en ese orden); aforándolos a 100 ml. Colocar la solución patrón de concentración conocida en el aparato y mediante la técnica correspondiente, obtener y anotar la lectura. Colocar la muestra problema, anotar la lectura obtenida.
Observaciones Resultados
Interpretación de resultados Cálculos Conclusiones Actividades Complete el cuadro siguiente Color de la solución Púrpura Naranja Amarillo Violeta Azul
Filtro adecuado Verde Azul, verde Azul, verde y rojo Verde Verde y rojo
Investigue el principio de la determinación del Fe por éste método. Diga usted que le ocurre al Fe al reaccionar con la 1-10 ortofenantrolina. Explíquelo con reacciones químicas. Si se construyera una gráfica en ppm. (mg. /ml) vS lectura, como serían las graduaciones de la escala de concentración. Problema Una solución estándar de sulfocianuro de molibdeno 2 x 10-4 M. la profundidad o espesor es de 8.47 cm. la profundidad de la solución problema es de 6.55 cm. Calcular la concentración de la solución problema.
Colorímetro de Klett Colorímetro Dubosq
Determinación de sulfatos Objetivos Que el alumno determine el contenido de sulfatos en una solución aplicando técnicas turbidimétricas. Reactivos
Na2SO4 Solución acondicionadora para sulfatos Cloruro de bario
Preparación de los reactivos
Solución de Na2SO4 Pesar 0.148 g. de Na2SO4. Disolver en agua y aforar a 1000 ml.
Solución acondicionadora para sulfatos 50 ml. de glicerina + 30 ml. de HCl + 300 ml de agua destilada + 100 ml. de etanol + 75 g. de NaCl.
Material 2 Matraces aforados de 100 ml. 1 Matraz Erlenmeyer de 250 ml. 1 Pipeta graduada de 5 ml. 1 Agitador magnético 1 Mosca para agitador 1 Colorímetro de Klett 1 Celda para Klett 1 Piseta. 1 Filtro azul Nº 42 1 Reloj con segundero Técnica Se prepara una solución estándar de sulfatos (tomando de 1 a 5 ml de la solución madre) y se afora hasta 100 ml. Se vierte el contenido en un matraz Erlenmeyer y se agregan 5 ml. de la solución acondicionadora y cristales de BaCl2 ∙ 2H2O (Tome el tiempo a partir de la adición de los cristales)
Agitar durante 1 min. Pasado el minuto, se lleva al colorímetro de Klett, y se toman lecturas cada minuto durante 3 min. Se toma la lectura más alta para hacer los cálculos correspondientes. Para la alícuota del problema, seguir el mismo procedimiento. Observaciones
Resultados
Interpretación de resultados
Conclusiones Actividades Definir los siguientes términos: Dispersión tipo Ryleigh. Dispersión de Tyndall. Efecto Raman. Explique como de determina el SO=4 en detergentes (reactivos, tratamientos, etc.)
Cuál es la diferencia entre turbidimetría y nefelometría (esquematice).
Problema El azufre contenido en sulfatos orgánicos y sulfonamidas puede ser transformado por digestión (Zdybek G. D. S. McCann y A.J. Boyle) a sulfato, el cual se determina turbidimétricamente. Una muestra que pesaba 30 g. de una preparación que contiene p-toluenosulfonamida p-CH3C6H4SO4NH2 (cuya masa molar es 171), fue sujeta al tratamiento de digestión. A continuación, un décimo de la cantidad anterior fue llevada a 10 ml. y se le agregó solución acondicionadora y cloruro de bario en cantidades adecuadas. Al leer la suspensión resultante en un fotómetro, la turbidancia fue de 0.229. Por otra parte un estándar de sulfato de amonio, conteniendo 0.20 mg. de azufre, tratado en forma similar, dio una turbidancia de 0.322, además se comprobó que el sistema sigue una relación lineal. Calcule el porcentaje de pureza en p-toluenosulfonamida de la muestra original.
Introducción La Espectrofotometría es una de las técnicas experimentales más utilizadas para la detección específica de moléculas. Se caracteriza por su precisión, sensibilidad y su aplicabilidad a moléculas de distinta naturaleza (contaminantes, biomoléculas, etc) y estado de agregación (sólido, líquido, gas). Los fundamentos físico-químicos de la espectrofotometría son relativamente sencillos. Las moléculas pueden absorber energía luminosa y almacenarla en forma de energía interna. Esto permite que se inicien ciclos vitales de muchos organismos, entre ellos el de la fotosíntesis en plantas y bacterias. La Mecánica Cuántica nos dice que la luz está compuesta de fotones cada uno de los cuáles tiene una energía:
Efotón = h×n = h×c/ λ donde c es la velocidad de la luz, n es su frecuencia, l su longitud de onda y h= 6.6 10-34J×s es la constante de Planck. Cuando decimos que una sustancia química absorbe luz de longitud de onda l, esto significa que las moléculas de esa sustancia absorben fotones de esa longitud de onda. En esta práctica estudiaremos la absorción de luz en el visible (λ»440-600 nm). Cuando una molécula absorbe un fotón en este intervalo espectral, se excita pasando un electrón de un orbital del estado fundamental a un orbital excitado de energía superior. De está manera la molécula almacena la energía del fotón:
A+h*vA* Como la energía se conserva, la diferencia de energía entre el estado fundamental de la molécula (A) y su estado excitado (A*) debe ser exactamente igual a la energía del fotón. Es decir, una molécula sólo puede absorber fotones cuya energía h×n sea igual a la energía de un estado molecular excitado. Cada molécula tiene una serie de estados excitados discretos (o bandas) que dependen de su estructura electrónica y que la distinguen del resto de moléculas. Como consecuencia, el espectro de absorción, es decir, la luz absorbida en función de la longitud de onda, constituye una verdadera seña de identidad de cada sustancia o molécula.
Determinar el pico de máxima absorbancia de KMnO4 y K2Cr2O7 Objetivo Que el alumno mediante métodos espectrofotométricos y con la obtención de datos de absorbancia, determine el pico de máxima absorbancia de soluciones de KMnO4 y K2Cr2O7 . Reactivos
Solución de KMnO4 5 x 10 -4 M Solución de K2Cr2O7 5 x 10 -4 M
Preparación de los reactivos
Solución de KMnO4 5 x 10 -4 M Pesar 0.079 g. de KMnO4, disolver y transferir a un matraz aforado de 1 L. Añadir 27 ml. de H2SO4 y aforar 1000 ml.
Solución de K2Cr2O7 5 x 10 -4 M. Pesar 0.071 g. de K2Cr2O7 disolver y transferir a un matraz aforado de 1 L., añadir 27 ml. de H2SO4 y aforar 1000 ml.
Material 2 Matraces aforados de 250 ml. con soluciones. 1 Matraz aforado de 1000 ml. 1 Vaso de precipitados. 2 Cubetas para espectrofotómetro 1 Espectrofotómetro Bausch & Lomb Técnica En una cubeta adicionar agua destilada como blanco de reactivo, y en la otra KMnO4 5 x 10 -4 M. Posteriormente repetir la práctica con el K2Cr2O7 5 x 10 -4 M. Encender el espectrofotómetro y dejar calentar durante 15 min. Ajustar a cero. Introducir el blanco de reactivo, seleccionar la longitud de onda y ajustar a 100. Sacar el blanco de reactivo, introducir la cubeta que contiene la muestra problema y anotar la lectura. Repetir la operación con el blanco de reactivo y la muestra problema, pero cambiando la longitud de onda disminuyéndola de 10 en 10, desde 600 nm. hasta 450 nm. Realizar la gráfica para determinar el pico de máxima absorbancia de cada solución Efectuar el reporte correspondiente.
Observaciones
Resultados
Interpretación de resultados. Conclusiones
Actividades Investigue cuales son las soluciones y filtros empleados para comprobar la calibración de la escala de longitud de onda de un espectrofotómetro.
USO DE LOS DISOLVENTES EN LAS DETERMINACIONES ANALÍTICAS.
Explique como funciona un espectrofotómetro de haz simple y como uno de haz doble. Espectrofotómetro de Doble Haz: Espectrofotómetro de Simple Haz (Un solo haz). Problema Para determinar el volumen de un tanque de forma irregular se le agrega 1 Kg. de un colorante soluble en agua. El tanque se llena en su totalidad y el agua se mezcla por medio de un sistema de bombeo homogeneizando el colorante; se drena una muestra y se analiza. Una porción de 0.1 gr. de colorante fue disuelto y diluido hasta 500 ml. (solución A); una porción de A fue diluida después con un volumen igual de agua para formar la solución B. en un espectrofotómetro de filtro de dos fotoceldas puesto a cero de absorbancia con la solución B se encontró una absorbancia de 0.863 para el agua del tanque y 0.750 para la solución A. Calcule la capacidad del tanque en litros.
EXTRACCIÓN Y SEPARACIÓN DE PIGMENTOS VEGETALES MANCILLA, C. G. E.; CASTREJÓN, C. R.; ROSAS, T. M; BLANCO, E. Z. y PÉREZ, S. L. J. RESUMEN: Los cloroplastos poseen una mezcla de pigmentos con diferentes colores: clorofila-a (verde intenso), clorofila-b (verde), carotenos (amarillo claro) y xantofilas (amarillo anaranjado) en diferentes proporciones. Todas estas sustancias presentan un grado diferente de solubilidad en disolventes apolares, lo que permite su separación cuando una solución de las mismas desciende por a través de una columna de cromatografía verticalmente sobre una película de un disolvente orgánico, ya que las más solubles se desplazarán a mayor velocidad, pues acompañarán fácilmente al disolvente a medida que éste desciende. Las menos solubles avanzarán menos en la columna. Aparecerán, por tanto, varias bandas de diferentes colores (hasta siete o más, dependiendo del material utilizado) que estarán más o menos alejados de la disolución alcohólica según la mayor o menor solubilidad de los pigmentos. Estas bandas poseerán diferente grosor, dependiendo de la abundancia del pigmento en la disolución. En la práctica se extrajeron estas clorofilas al primero hervir en agua las espinacas para retirar el almidón, después se extrajeron con una mezcla de metanol y éter dietílico las clorofilas y por medio de una extracción líquidolíquido con éter de petróleo clorofilas y carotenos con ayuda de una solución sobresaturada de NaCl para evitar emulsiones y obtener las 2 fases. Una vez extraídos los pigmentos fotosintéticos, se procedió a realizar una cromatografía de adsorción para separar las distintas clorofilas que componen dichos pigmentos fotosintéticos que componen las coloraciones de las hojas de las plantas observándose que estas se iban corriendo por la columna dependiendo de la afinidad que tuvieran por el disolvente y se obtenían en diferentes cantidades de acuerdo al tipo de clorofila, ya que por ejemplo se obtuvo en mayor cantidad la clorofila alfa debido a que esta es la que compone casi el 75% de las clorofilas de la planta.
