Problemas de Espectroscopia UV

Laboratorio de técnicas analíticas instrumentales Problemas de espectroscopia UV-visible//Fluorescencia

Aspectos básicos de la ley de Beer

Enuncie la ley de Lambert-Beer, explique sus limitaciones químicas e instrumentales, y defina claramente absorbancia y transmitancia

Problema 1 Con los datos que se proporcionan, calcule las cantidades omitidas Compuesto A B C

Abs 0,345 4

3,70.10 4 5,20.10

0,176

b (cm) 2,0 1,0

Conc. -4 4,25.10 M 1,20 ppm (PM= 375) -4 2,26.10 M

Problema 2 Una solución tiene una transmitancia de 0,10 0, 10 a una cierta λ, a) determine su absorbancia b) si su concentración es de 0.020 g/l, su masa molecular de 100 y su transmitancia fue medida en celdas de 1,0 cm, determine su absortividad y su absortividad molar. c) Calcule la transmitancia para una solución que tenga la mitad de concentración pero se mida en cubetas de 5.0 cm. -1

-1

Respuesta: A= 1; = 5000 cm M ; T=0,32%

Problema 3 -4

Una solución de una sustancia pura B (peso molecular 180.00) de concentración 1.43 10 M tiene una absorbancia de 0,572. Una solución obtenida a partir de 0,1358g de un preparado farmacéutico, que contiene a la sustancia B, en 1,0L de agua presenta una transmitancia de 0,362. Ambas medidas se han realizado a 284nm y en cubetas de 1.00cm de paso óptico. Calcular el %B de la muestra Respuesta: 14,6% m/m

Problema 4 Una solución 15 μg/mL de un compuesto de masa molecular 280 g/mol absorbe el 65% de la radiación incidente, a una longitud de onda característica de dicho compuesto. Si la longitud del camino óptico es de 2 cm, determine la absortividad molar dicho compuesto. 3

-1

Respuesta: =4,3 10 cm M

-1

Laboratorio de técnicas analíticas instrumentales Problemas de espectroscopia UV-visible//Fluorescencia Problema 5 La adenina es una de las cinco bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y tiene una absortividad molar de 13,100 L/cm*mol, a una longitud de onda de 263 nm. Calcule la concentración molar de una solución de adenina, que presenta un porcentaje de transmitancia del 75% cuando 2 mL de la solución, son colocados en una celda de 1 cm. -6

Respuesta: 9,54 x10 M.

Problema 6 -4

Una solución 1,28 x 10 M de permanganato de potasio tiene una transmitancia de 0,5 a una longitud de onda de 525 nm usando una celda de 1cm. a) Determine la absorbancia de la solución. b) Si la concentración es el doble, ¿cuál será la absorbancia y la transmitancia? Respuesta a) A=0,301; b) A=0,602; T=0,25.

Problema 7 Una solución de 10,0 mg/L de hidrocloruro de procaína tiene una absorbancia de 0,65 a 290 nm. ¿Cuál es la concentración de una solución que tiene una absorbancia de 0,93? Calcule la absortividad molar del hidrocloruro de procaína a 290 nm, si su masa molecular es de 272,8 g/mol. Asuma un camino óptico de un centímetro (1,00 cm). 4

-1

-1

-5

Respuesta = 1,77 10 cm M ; C=5,24 10 M

Problema 8 La transmitancia T (a 520 nm) de una solución de KMnO 4 (5 ppm), es de 27 % usando una celda de 1,00 cm. a) Calcule la absorbancia de la solución. b) Calcule la absorbancia y el porcentaje de transmitancia de una solución que contiene 3,2 ppm de KMnO4. -

c) Si 0,10 g de un acero es disuelto, oxidado a MnO 4 y diluido en 100,0 mL y la absorbancia de la solución es de 0,52. ¿Cuál es la masa de manganeso en la muestra original? d) Determine la absortividad molar del KMnO 4. 4

-1

-1

Respuestas a) A= 0,569 b) A= 0,364 T= 0,43 c) m= 0,16 mg d) = 1,80 10 cm M

Análisis de muestras

Explique los diferentes métodos de calibración. Estándares internos y externos. Método de adiciones estándar. Estándar interno

Laboratorio de técnicas analíticas instrumentales Problemas de espectroscopia UV-visible//Fluorescencia Problema 9 La vitamina D2 (calciferol/C28H44O), tiene una absorción máxima a 264 nm en alcohol y obedece la ley de Beer en un amplio rango de concentraciones con una absortividad molar de ε= 18,200 L/mol*cm. ¿Qué rango de concentraciones expresada en g/L, puede ser usado para el análisis, sí se quiere medir absorbancias entre 0,40 y 0,90? Asuma que b = 1,0 cm. -5

-5

-3

Respuesta: entre 2,2 10 y 4,9 10 M; 8,7 10 y 0,02 g/L

Problema 10 1,0 g de acero es disuelto en ácido nítrico y el manganeso presente, es oxidado a permanganato con periodato de potasio. La solución es llevada a 250,0 mL y se encontró que tenía una absorbancia 1,5 veces más grande que la de una solución estándar de permanganato de potasio 0,001 M. Calcule el % de Mn en el acero. Respuesta: 2,1%.

Problema 11 La concentración de una especie se determina por el método de sobreagregado. La solución de concentración desconocida da un valor de absorbancia de 0,251. A 10mL de esa solución se -2

añaden 5mL de una solución patrón de concentración 1,00.10 M. La absorbancia de esta solución resultó 0,483. Calcule la concentración de la solución original. -3

Respuesta: C= 2,6.10 M

Problema 12 Un volumen de 5 mL de una solución de KMnO 4 de concentración desconocida dio una señal de absorbancia de 0,318. A esta solución se le añadieron 2 mL de una solución patrón de KMnO4 de 5 ppm, y la absorbancia medida a la misma longitud de onda es de 0,356. Calcule la concentración de KMnO4 en la solución desconocida. ( Método de adiciones estándar ) Respuesta: 3,5 ppm.

Problema 13 En la determinación de Cu en una solución acidificada con ácido sulfúrico, se transfirieron 5 mL de la solución en una celda de 1,0 cm de camino óptico y se observó, a la longitud de onda de máxima absorción, transmitancia de 0,753. Al añadir a la celda 1,00 mL de una solución estándar se sulfato cúprico 0,010 M (con los 5 mL de muestra aún presentes) se observó una transmitancia de 0,625. Determine la concentración de ión cúprico en la muestra original. -3

Respuesta: C= 2,0 10 M

Problema 14 La determinación de hierro en una muestra de agua residual se lleva a cabo mediante una técnica instrumental aplicando el método de calibración de adiciones estándar. Para ello, se transfieren a matraces de 50.0mL cinco alícuotas de 10.0mL de la muestra problema, a los que

Laboratorio de técnicas analíticas instrumentales Problemas de espectroscopia UV-visible//Fluorescencia se adicionan 0.00, 5.00, 10.0, 15.0 y 20.0mL, respectivamente, de una solución de hierro de 10.0ppm. Las disoluciones resultantes, tras su enrase al volumen final de 50.0mL, originan las siguientes medidas de la señal analítica:

Vsol. Fe añadido [mL] 0.00 5.00 10.0 15.0 20.0

Absorbancia 0.215 0.424 0.625 0.836 1.040

a. Determine gráficamente la concentración de hierro en la muestra de agua. b. efectúe el cálculo analítico por regresión de cuadrados mínimos Respuesta: C= 5,23 ppm

Problema 15 La concentración máxima del herbicida 3-aminotriazol (M= 84) presente en alimentos es 0.05 ppm. Dicho compuesto se determina mediante una reacción colorimétrica (Método de Galoux). A partir de 3-aminotriazol puro (comercial) se construyó la siguiente curva de calibración empleando una celda de 1 cm:

Abs C (ppm)

0,02 0,05

0,04 0,10

0,06 0,15

0,08 0,20

0,10 0,25

0,15 0,38

Determinar la absortividad y concentración molar de 3-aminotriazol en un alimento sabiendo que la absorbancia es igual a 0.047. -6

4

Respuesta: C= 1,4 10 M; = 3,33 10 M

Problema 16 La cafeína (C8H10O2N4.H2O) posee una absorbancia de 0,510 a 272 nm y 1 cm de paso óptico en una solución de concentración de 1 mg/100 mL. Una muestra de 2.5 g de café soluble se diluye con agua a 500 mL. Se toman 250 mL se añaden 25.0 mL de H 2SO4 0.1 N y se diluye a 500 mL. Se mide la absorbancia a 272 nm resultando ser 0,415. Calcular los gramos de cafeína por Kg de café soluble que tiene muestra muestra. Respuesta: 3.3 g/Kg

Problema 17 Una muestra de 5,12 g de un pesticida que contiene cobre, se descompuso mediante digestión húmeda y a continuación se diluyó hasta 200.0 mL en un matraz aforado. El análisis se completó tratando las alícuotas de esta solución como se indica, llevando a 100 ml finales con agua y midiendo la absorbancia del complejo:


Volúmenes de reactivo utilizados (ml) +2 3.82 ppm Cu Ligando H2O

V de muestra tomado, mL 50.0 50.0

0.00 4.00

20.0 20.0

30.0 26.0

A 545

nm (cubetas de 1.00 cm) 0.512 0.844

Calcule el porcentaje de cobre en la muestra. -3

Respuesta: 1.83x10 %

Problema 18 En la determinación de Pb en una harina de pescado contaminada se peso 5,0 g de muestra. Se aplico digestión con ácidos y se llevo a sequedad. Luego se aforo a 10 mL y se midió la absorbancia obteniéndose un valor de 0,012. En la tabla siguiente se presentan los datos de la curva de calibración realizada. Pb, g/L

0,011 0,025 0,042 0,084

Absorbancia 0,001 0,005 0,009 0,020 Calcule la concentración de Pb en la muestra en ppm. Respuesta: 106 ppm

Problema 19 Un laboratorio de análisis de alimentos desea poner a punto una técnica para determinar ácido ascórbico en jugos de naranja. Para ello disponen de los siguientes datos: -Se determinó la concentración de ácido ascórbico en un jugo de naranja comercial utilizando una tira comercial. En este método el ácido ascórbico reduce el ácido molibdofosfórico (amarillo) a azul de fosfomolibdeno. La muestra de jugo se decoloró empleando celulosa microcristalina y se realizó una dilución 1/10 para entrar en el rango de concentraciones de este ensayo:

Se comparó visualmente el color de la tira de ensayo de la muestra con la escala colorimétrica que provee el kit y este fue similar a un color correspondiente a concentraciones entre 100 y 200 mg/L de ácido ascórbico (aproximadamente 150 mg/L). - Se obtuvo un espectro de absorción del azul de fosfomolibdeno.


En base a los datos disponibles y considerando que el laboratorio realizará la misma preparación de la muestra y usará la misma reacción química que la empleada en el método rápido: a. Elija la longitud de onda adecuada para realizar la curva de calibración y justifique. b. Luego de realizar la curva de calibración a la longitud de onda óptima empleando una cubeta de 1cm, se obtuvo un coeficiente de extinción para el azul de fosfomolibdeno de 0,003 L/(cm mg). Se analizó la misma muestra de jugo de naranja que se había empleado para el método rápido y se obtuvo un valor de absorbancia de 0,457 y de 0,02 para el blanco de reactivos. Calcule la concentración de ácido ascórbico en el jugo. Respuesta: a) 425 nm b) 1,47 g/L

Resolución de mezclas

Explique claramente cuál es la hipótesis que emplea para resolver los siguientes problemas de mezclas de especies absortivas

Problema 20 A partir de los espectros de absorbancia de dos sustancias coloreadas X, Y, en una celda de 1,0 cm se obtuvieron los siguientes resultados:

Solución X Y X+Y

Concentración 5,0 x 10-4 M 2,0 x 10-4 M Desconocido

A (450 nm) 0,800 0,100 0,600

A (700 nm) 0,100 0,600 1,000


Calcule las concentraciones de X y Y en la solución desconocida. -4

-4

Respuesta: (X)= 2,77 10 M; (Y)= 3,15 10 M

Problema 21 El titanio (IV) y el vanadio (V) forman complejos coloreados cuando son tratados con peróxido de hidrógeno. Los espectros de algunos productos de reacción dan los siguientes resultados:

Metal

C (M )

Ti (IV) V (V)

1 x10 -2 1x10

-3

Abs 415 nm

Abs 455 nm

0,805 0,400

0,465 0,600

Una muestra de 1,00 g de una aleación que contiene ambos metales, se disuelve y se trata con un exceso de peróxido de hidrógeno y se diluye a 100,0 mL. Las absorbancias medidas para la muestra fueron de 0,685 a 415 nm y 0,513 a 455 nm, sí b=1 cm. Calcule el porcentaje en masa de V y Ti en la aleación. Respuesta: Ti: 0,33% y V: 1,6 %.

Problema 22 En el análisis espectrofotométrico para la determinación simultánea de una mezcla de iones dicromato y permanganato a 440 y 545 nm en medio ácido, los valores de absorbancia medidos fueron 0,385 y 0,653, respectivamente a cada longitud de onda, en una celda de 1cm. -4

Independientemente, la absorbancia de una solución 8,33 x10 M de dicromato en medio -4

ácido fue de 0,308 a 440 nm y 0,009 a 545 nm. Similarmente, una solución 3,77 x10 M de permanganato tiene una absorbancia de 0,035 a 440 nm y de 0,866 a 545 nm. Calcule la absortividad molar de cada ión a sus respectivas longitudes de onda y las concentraciones de las especies en la muestra. -4

-4

Respuesta: Dicromato 9,71x10 M, Permanganato 2,79x10 M.

Mediciones en presencia de equilibrios químicos Explique que es un punto isosbéstico. ¿Cuál es el fundamento y utilidad de los métodos de variaciones continuas y de razones molares?

Equilibrios ácido-base Problema 23 -5

-1

-1

El coeficiente de absortividad molar de un ácido débil, HA (Ka=1.00x10 ) es 1100 L.mol .cm a -

305nm, donde la especie A no absorbe. Calcular los valores de absorbancia correspondientes a -3

-4

-4

soluciones 1.00x10 M, 5.00x10 M y 2.00x10 M (b=1.00cm) a 305nm

Laboratorio de técnicas analíticas instrumentales Problemas de espectroscopia UV-visible//Fluorescencia Problema 24 Determine para un ácido débil el valor de la absortividad molar, la Ka y el porcentaje de transmitancia a pH 4 a partir de los datos presentados en la tabla siguiente:

pH A

4 0,00

5 0,00

6 0,10

7 0,75

8 1,00

9 1,15

10 1,25

11 1,25

Considere que todas las soluciones buffer contienen 1 mM de la muestra y todas l as soluciones fueron medidas bajo las mismas condiciones. El anión del ácido, es la única especie que -7

absorbe a la longitud de onda usada. Respuesta: =1.250 L/cm*mol, Ka=1,5x10 , T=100 %.

Problema 25 Un indicador ácido-base tiene una forma ácida que absorbe a una lo ngitud de onda de 410 nm, con una absortividad molar de 347 L/mol*cm. Mientras que la forma básica del indicador tiene una banda de absorción con un máximo a 640 nm y una absortividad molar de 100 L/mol*cm. Por otra parte, la forma ácida no absorbe significativamente a 640 nm y la forma básica no presenta absorción significativamente a 410 nm. Una pequeña cantidad del indicador se añadió a una solución acuosa y se determinó que los valores de absorbancia son 0,118 y 0,267 a 410 y 640 nm, respectivamente. Se utilizó una celda de 1cm. Asumiendo que el indicador tiene un pK de 3,90, calcule el pH de la solución acuosa. Respuesta: pH=4.80.

Equilibrios por formación de complejos Problema 26 Las especies P y Q son incoloras y forman un compuesto coloreado PQ en una relación -3

estequiométrica 1:1. Cuando 2x10 moles de P son mezclados con un exceso de Q y diluido a un 1L, la solución tiene una absorbancia que es el doble, en comparación que cuando se -3

mezclan cantidades iguales de P y Q (a 2x10 moles) tratadas de la misma forma. En base a estas consideraciones, determine la constante de formación del complejo PQ. Respuesta: 1000.

Problema 27 -

+2

Al hacer reaccionar el ligando B con el metal M forman un complejo fuertemente coloreado. -4

En un experimento se mantuvo constante la concentración del metal en 2x10 M y se vario la concentración del ligando, midiéndose la absorbancia de cada solución, se obtuvieron los resultados siguientes: -4

[B-]x10 M A

0,25 0,055

0,5 0,112

0,75 0,162

1,0 0,216

2,0 0,438

2,5 0,456

3,0 0,457

3,5 0,458

4,0 0,465

Graficando la absorbancia en función de la relación molar ligando/catión. Determine:

4,5 0,470

Laboratorio de técnicas analíticas instrumentales Problemas de espectroscopia UV-visible//Fluorescencia a) La absortividad molar del complejo. b) La estequiometria del complejo. c) La constante de formación del complejo -1

-1

5

Respuesta: =2.350 L mol cm y Kf =9,5x10

Problema 28 +

Un complejo soluble X 2Y se disocia en agua de acuerdo a la siguiente reacción: X 2Y  2X + Y =

-4

=

+

A 520nm las especies Y y X2Y no absorben, pero una solución 1,00.10 M en X muestra una -4

transmitancia de 52% en celda de 2cm. Cuando 1,00.10 moles del complejo se disuelven en 100mL de agua, la transmitancia obtenida es de 86% a 520nm. Calcule la constante de estabilidad del complejo.

Fluorometría Problema 29 Una cantidad desconocida de riboflavina (100 tabletas) fue disuelta en 1 L de agua. Un mililitro de la solución obtenida fue diluido a 1 litro. La fluorescencia medida de la solución resultante fue de 42 % T. Un patrón que contiene 9,05 mg/L de riboflavina fluorece con intensidad de 32 % T. ¿Cuál es la cantidad promedio de riboflavina en cada tableta?

Problema 30 La forma reducida del dinucleótido de adenina y nicotinamida (NADH) es una importante y altamente fluorescente coenzima. Tiene un máximo de absorción a 340nm y un máximo de emisión a 465nm. Unas soluciones estándar de NADH dieron las siguientes intensidades de fluorescencia: C NADH (μmol/ L) 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800

Intensidad relativa 2,24 4,52 6,63 9,01 10,94 13,71 15,49 17,91

a. Construya la curva de calibrado para el NADH. b. Deducir por mínimos cuadrados la ecuación para la recta del apartado (a) c. Una solución problema presenta una fluorescencia relativa de 12,16. Calcule la concentración de NADH

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