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Actividad experimental no 11
1. Análisis Instrumental
Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de México
Plantel Ciudad Azteca 001
Nombre del Modulo: Análisis Instrumental Fecha de realización:
Nombre del Docente: Q.F.B. José Esteban Valencia Pacheco Actividad a Evaluar:
Nombre del Estudiante: Grupo:
Actividad Práctica N° 11 Manejo del Espectrofotómetro
Objetivo General:
El estudiante llevara a cabo el manejo del espectrofotómetro de luz visible de acuerdo a sus
especificaciones técnicas.
Objetivos particulares:
El estudiante reconocerá y manipulara un equipo de tipo espectroscópico.
Realizar el barrido de una solución de permanganato de potasio ó sulfato de cobre, para
determinar la longitud de onda óptima de lectura para su cuantificación.
Diseño de una curva de calibración apropiada, para cuantificar la cantidad de materia del
permanganato de potasio ó sulfato de cobre presente en solución.
Graficación de los resultados obtenidos, para la realización del estudio estadístico para
determinar la confiabilidad del proceso de cuantificación.
Materiales y equipos:
1 Gradilla 1 Probeta de 50 ml
10 Tubos de ensaye (Medianos) 1 Pizeta
1 Pipeta graduada de 1 ml Escobillón
1 Pipeta graduada de 5 ml Franela
1 Pipeta graduada de 10 ml
1 Propipeta ó perilla Espectrofotómetro
2 Vasos de precipitados de 50 ml Interfase (Mini lap)
1 Matraz Volumétrico de 250 ml
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
2. Análisis Instrumental
Introducción:
La espectroscopia es una técnica analítica
experimental, muy utilizada en las diversas
áreas de la química, la física y la
astronomía. Se basa en la detección de la
absorción o emisión de radiación
electromagnética de ciertas energías y su
relación con los niveles de energía
Región de la Luz Visible
implicados en una transición cuántica. De
esta forma, se pueden hacer análisis
cuantitativos o cualitativos de una enorme
variedad de sustancias.
En pocas palabras la espectroscopia es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética
y la materia, con absorción o emisión de energía radiante
Un espectroscopio es un instrumento destinado a
separar los diferentes componentes de un espectro
óptico. Está constituido por una rendija situada en el
plano focal de un prisma o una red de difracción y un
anteojo para observar el haz dispersado.
Así, que la espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado en las investigaciones
químico biológicas. El espectrofotómetro es el instrumento que permite comparar la radiación
absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que
contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.
Todas las sustancias pueden absorbe energía radiante, aun el vidrio que para ser completamente
transparente absorbe longitud de ondas que pertenecen al espectro visible; el agua absorbe
fuertemente en la región del infrarrojo.
ESPECTROFOTÓMETRO
Un espectrofotómetro es un instrumento que tiene la capacidad
de manejar un haz de Radiación Electromagnética (REM),
comúnmente denominado Luz, separándolo en facilitar la
identificación, calificación y cuantificación de su energía. Su
eficiencia, resolución, sensibilidad y rango espectral, dependerán
de las variables de diseño y de la selección de los componentes
ópticos que lo conforman.
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
3. Análisis Instrumental
Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la
energía es absorbida. El color de las sustancias se
debe a que estas absorben ciertas longitudes de
onda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólo
vemos aquellas longitudes de onda que no fueron
absorbidas.
Componentes de un espectrofotómetro
1.- Fuente de luz La misma ilumina la muestra. Debe
cumplir con las condiciones de estabilidad, direccionabilidad, distribución de energía espectral
continua y larga vida. Las fuentes empleadas son lámpara de tungsteno y lámpara de arco de xenón.
2.- Monocromador Para obtener luz monocromática, constituido por las rendijas de entrada y salida,
colimadores y el elemento de dispersión. El monocromador aísla las radiaciones de longitud de onda
deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto.
3.- Foto detectores En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 foto detectores para
percibir la señal en forma simultánea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto
reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes móviles del equipo.
Utilidad.
Los espectrofotómetros son útiles debido a la relación de la intensidad del color en una
muestra y su relación a la cantidad de soluto dentro de la muestra.
El espectrofotómetro tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática (de una
longitud de onda particular) a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es
absorbida por dicha muestra. Esto le permite al experimentador realizar dos funciones:
1. Nos da información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra. Esto podemos
lograrlo midiendo la absorbancia (Abs) a distintos largos de onda ( ) y graficar estos valores
en función del largo de onda, formando un espectrograma. Como cada sustancia tiene unas
propiedades espectrales únicas, distintas sustancias producen distintos espectrogramas.
Esto se debe a que cada sustancia tiene un arreglo de átomos tridimensional particular que
hace que cada sustancia tenga características únicas.
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
4. Análisis Instrumental
Al ser expuestos a la luz del espectrofotómetro, algunos electrones de los átomos que
forman las moléculas absorben energía entrando a un estado alterado. Al recuperar su
estado original, la energía absorbida es emitida en forma de fotones. Esa emisión de
fotones es distinta para cada sustancia, generando un patrón particular, que varía con el
largo de onda usado. Dependiendo del largo de onda, será la cantidad de energía absorbida
por una sustancia, lo que logra generar un espectro particular al graficar Abs vs .
2. Nos dice cuanta cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra. La
concentración es proporcional a la absorbancia, según la Ley Beer-Lambert: a mayor cantidad
de moléculas presentes en la muestra, mayor será la cantidad de energía absorbida por sus
electrones.
Abs = K C L Abs: absorbancia
K: coeficiente de extinción molar
C: concentración
L: distancia que viaja la luz a través de la muestra. (normalmente es de 1 cm)
La cubeta promedio, que guarda la muestra, tiene dimensiones internas de un
centímetro (L). La ecuación describe una línea recta, donde el origen es cero. Si L es
constante (1.0 cm) y se conoce el valor de K, podemos calcular C en base a Abs:
Abs / K L = C
La aplicación práctica de la Ley de Beer es, que conociendo la absorbancia de una sustancia podemos
averiguar su concentración y esto lo podemos hacer de dos formas:
1. Por comparación con una solución conocida: si tenemos 2 soluciones, una problema (P) y una
estándar (S), podemos establecer la siguiente relación matemática entre ellas:
2. A través de una curva de calibración: la curva de calibración es la representación gráfica en un
eje de coordenadas de la Absorbancia (eje de ordenadas) frente a la Concentración (eje de
abscisas). Se ensayan varias soluciones de concentración conocida y se determinan sus A,
construyéndose la curva de calibrado, que es una recta. Una vez ensayadas las soluciones
problemas, su concentración se averigua por interpolación de las A de las soluciones problema
en la curva de calibración.
Hay que tener en cuenta la LINEALIDAD, que es el intervalo de concentraciones del cromógeno entre
las cuales existe una relación lineal entre Absorbancia y Concentración.
Cuando la concentración del cromógeno sobrepasa los límites de linealidad se deja de cumplir la Ley
de Beer, convirtiéndose la recta en una curva. La lectura de la Absorbancia fuera de los límites de
linealidad se traduce en una concentración falsamente baja de cromógeno. En esta situación, hay que
diluir la muestra para que su concentración entre en los límites de la linealidad.
Tipos de espectrofotómetros: Absorción atómica, de emisión, Ultravioleta, Infrarrojo, Visible, Etc.
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
5. Análisis Instrumental
Procedimiento:
Actividad N° 1.- Diseño de la curva de calibración.
Para efectuar la cuantificación de una sustancia en solución a través de la técnica espectrofotométrica
es necesario primeramente realizar el diseño de una curva de calibración (curva de referencia ), la
cual permita que a través de una serie de elementos de concentración conocida se relacionen y
comparen los resultados obtenidos por medio de un carácter medible como es la absorbancia, para
ello se efectuaran una serie de diluciones con cantidad de materia conocida obteniendo sus lecturas y
estableciendo así una función matemática que relacione a ambas, lo cual permita una interpolación
de datos experimentales, este curva deberá presentar una respuesta lineal la cual se analizara a
través de un test estadístico para evaluar su confiabilidad.
Inicialmente se prepararan 250 ml de una solución patrón (StocK) de sulfato de cobre penta hidratado
CuSO4 5H2O, ó permanganato de potasio KMnO 4 de concentración conocida (aproximadamente de
2000 ppm), esta solución será repartida entre los diversos equipos del laboratorio.
Esta solución será el Stock de donde se partirá para la realización de las diversas disoluciones,
primeramente se identificaran los tubos de ensaye que serán utilizados para el proceso de la
disolución, marcándolos y ordenándolos de forma creciente, Ejemplo del tubo 1 al tubo 10.
Cada equipo realizara 8 diluciones de acuerdo a la siguiente tabla:
Solución Blanco Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Tubo 7 Tubo 8
Stock 0 ml 0.5 ml 1 ml 2 ml 4 ml 5 ml 6 ml 8 ml 10 ml
Agua 10 ml 9.5 ml 9 ml 8 ml 6 ml 5 ml 4 ml 2 ml 0 ml
Realizadas las disoluciones, se efectuara una inspección visual de los resultados, anotando cada una
de las observaciones pertinentes, de acuerdo a estas y a criterio personal se propondrá el trabajar con
estas diluciones o en caso necesario si la concentración de color es extremadamente colorida o
diluida, preparar nuevas diluciones convenientes para el experimento.
Ya seleccionadas y aceptadas las diluciones convenientes, se calibrara el equipo con el blanco
(muestra de agua destilada) y se realizara el barrido con la solución de mayor concentración para
determinar la longitud de onda optima a la cual se leerán las disoluciones (barrido de los 400 a 800
nm con intervalos de lectura de 10 nm).
Efectuada la selección de la longitud de onda optima, esta se establecerá en el equipo y se
comenzaran a leer una por una las diferentes disoluciones, es recomendado llevar a cabo la lecturas
de las disoluciones al azar (a doble ciego) o en su defecto de forma creciente (de menor a mayor
concentración) para evitar la posibilidad de predisposición de resultados o aumento de errores.
Los resultados obtenidos se anotaran en la tabla No 1. Graficándolos y con ayuda del equipo se llevara
a cabo el estudio estadístico que nos indique la linealidad de la curva y la confiabilidad de esta para la
cuantificación de diversas sustancias problemas.
Como ultima parte de la experimentación se tomaran lecturas de soluciones problemas diseñadas por
el profesor y de acuerdo a los resultados obtenidos se interpolaran en la grafica elaborada para
conocer las concentraciones desconocidas de las soluciones.
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
9. Análisis Instrumental
Tabla de Resultados. Diseño de la Curva de calibración.
Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Tubo 7 Tubo 8 Prob 1 Prob 2
Variable
Concentración [ ]
Absorbancia Abs
Resultados Estadísticos de la Curva de Calibración
Pendiente: Ordenada al Origen : Coeficiente de Correlación :
Expresión Matemática y = mx + b
Análisis de Resultados de la actividad experimental.
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
10. Análisis Instrumental
Conclusiones:
Cuestionario.
¿Qué es un espectrofotómetro?
¿Qué es un análisis espectral?
¿Qué es una longitud de onda?
¿Qué es un espectro
electromagnético?
¿Qué es la luz visible?
¿Qué es una curva de calibración?
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
11. Análisis Instrumental
Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de México
Plantel Ciudad Azteca 001
Nombre del Modulo: Análisis Instrumental Fecha de realización:
Nombre del Docente: Q.F.B. José Esteban Valencia Pacheco Actividad a Evaluar:
Nombre del Estudiante: Grupo:
Rubrica de la Actividad
Cumple No cumple Puntaje
Indicador
Excelente Pts Bien Pts Suficiente Pts Insuficiente Pts obtenido
Hipótesis 2 1.5 1 0
Observaciones 4 3 2 0
Esquema del equipo 3 2 1
Barrido de optima 3 2 1
Tabla de resultados 6 4 2 0
Análisis de resultados 3 2 1 0
Conclusiones 2 1 0.5 0
Anexos (cuestionario) 2 1 0.5 0
Puntaje Total
Resultado de la actividad:
E 25
MB 20
B 15
S 10
NA - 10
Observaciones:
Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
