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Actividad experimental no 11

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  • 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 InstrumentalIntroducción: 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 InstrumentalCuando la luz atraviesa una sustancia, parte de laenergía es absorbida. El color de las sustancias sedebe a que estas absorben ciertas longitudes deonda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólovemos aquellas longitudes de onda que no fueronabsorbidas.Componentes de un espectrofotómetro1.- Fuente de luz La misma ilumina la muestra. Debecumplir con las condiciones de estabilidad, direccionabilidad, distribución de energía espectralcontinua 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 ondadeseada que inciden o se reflejan desde el conjunto.3.- Foto detectores En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 foto detectores parapercibir la señal en forma simultánea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Estoreduce 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 = CLa aplicación práctica de la Ley de Beer es, que conociendo la absorbancia de una sustancia podemosaveriguar 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 entrelas cuales existe una relación lineal entre Absorbancia y Concentración.Cuando la concentración del cromógeno sobrepasa los límites de linealidad se deja de cumplir la Leyde Beer, convirtiéndose la recta en una curva. La lectura de la Absorbancia fuera de los límites delinealidad se traduce en una concentración falsamente baja de cromógeno. En esta situación, hay quediluir 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 InstrumentalProcedimiento: 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
  • 6. Análisis InstrumentalManejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
  • 7. Análisis InstrumentalReporte de la Actividad.Hipótesis:Observaciones :Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
  • 8. Análisis InstrumentalEsquematización del equipo.Barrido de la longitud de onda optima ( )Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
  • 9. Análisis InstrumentalTabla 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 VariableConcentración [ ] Absorbancia Abs Resultados Estadísticos de la Curva de CalibraciónPendiente: Ordenada al Origen : Coeficiente de Correlación :Expresión Matemática y = mx + bAnálisis de Resultados de la actividad experimental.Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12
  • 10. Análisis InstrumentalConclusiones: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 001Nombre 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 obtenidoHipótesis 2 1.5 1 0Observaciones 4 3 2 0Esquema del equipo 3 2 1Barrido de optima 3 2 1Tabla de resultados 6 4 2 0Análisis de resultados 3 2 1 0Conclusiones 2 1 0.5 0Anexos (cuestionario) 2 1 0.5 0 Puntaje TotalResultado de la actividad: E 25 MB 20 B 15 S 10 NA - 10Observaciones:Manejo del Espectrofotómetro. JEVP Sem. 2.11.12

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