LICENCIATURA EN FARMACIA ÁREA: QUÍMICA ANALÍTICA ASIGNATURA: LABORATORIO DE ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICOS CÓDIGO: FARM-012 L

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1 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA EN FARMACIA ÁREA: QUÍMICA ANALÍTICA ASIGNATURA: LABORATORIO DE ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICOS CÓDIGO: FARM-012 L ELABORADO POR: Eber Ruth Rodríguez Gutiérrez Pilar Trujillo García Carlos Gracia Vázquez Alejandro Gómez Sainz José Luis Garate Morales Jorge Cerna Cortéz AGOSTO 2008

2 PRACTICA 1 FUNDAMENTOS PARA EL MANEJO DEL REFRACTOMETRO OBJETIVO.- Conocer el manejo del refractómetro de Abbe y determinar el índice de refracción del agua destilada. INTRODUCCIÓN.- Cuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio hacia otro de densidad diferente, su dirección cambia al atravesar la superficie que los separa. A esto se le llama refracción. Si el segundo medio es ópticamente más denso que el primero, el rayo resultará más perpendicular a la superficie divisora, se llama ángulo de incidencia, (i) en tanto que al ángulo correspondiente en el segundo medio se le denomina ángulo de refracción, (r). El seno de (i), y el seno de ( r) son directamente proporcionales a las velocidades de la luz en dos medios. la proporción seno ( i /sen r ) se llama índice de refracción, ( n.) Si el rayo incidente en el medio más denso, ( n ) será menor que 1; se está en el menos denso, mayor que 1. Por lo general, se considera que ( n ) es mayor que 1 cuando el rayo pasa por el medio ópticamente menos denso hacia el más denso. El índice de refracción de dos medios dados varía con la temperatura y con la longitud de ondas de luz y también con la presión, cuando se trata de gas. Si estos factores se mantienen invariables, el índice de refracción es una constante característica del medio considerado y se emplea en la identificación y de la pureza de sustancias y para el análisis de la composición de mezclas binarias homogéneas de constituyentes conocidos. Los refractómetros determinan el índice de refracción por medio de la medición de la posición del rayo crítico. Un prisma de vidrio se moja con una capa delgada del liquido que se esta midiendo, o se sumerge en dicho liquido. En el refractómetro de Abbe, la posición del rayo crítico, se indica por la interfase entre las posiciones iluminada y oscura del campo visual del telescopio enfocado sobre el prisma, se mide haciendo girar el telescopio, que cuenta con una escala. Puesto que se conoce el índice de refracción en lugar de grados angulares. En este modelo, se coloca una gota de la muestra entre los dos prismas. Refractómetro Abbe Gotero Picnómetro Algodón o papel secante Etanol 1.- Poner en funcionamiento el sistema de circulación del agua y ajústese de tal manera que la temperatura sea de 20ºC. 2.- Limpie los prismas con algodón o papel humedecidos con etanol. Dejar secar al aire. 3.- Colocar la muestra; con el gotero y sin tocar los prismas colocar 2 ó 3 gotas de agua en el centro de los prismas. 4.- Observar el ocular 5.- Calibrar; mover el botón de dispersión hasta que aparezca una parte sombreada y una iluminada. a).- Puede aparecer oscuro o iluminado b).- Después se quitan colores ( azul o rojo ) c).- Centrar la interfase en la X que aparece en el ocular 6.- Leer el índice de refracción y grados Brix 7.- Con el picnómetro determine la densidad del agua 1.- Describa las características de luz refractada al pasar de un medio a otro de diferente densidad 2.- Indique que tipo de luz se utiliza para la determinación del índice de refracción 3.- Dibuje un prisma de Amici 4.- Con los valores de refracción atómica reportados en tablas *. Calcular la refracción molecular del agua 5.- Calcula la refracción molecular del agua por la ecuación de Lorentz - Lorenz y comparar los resultados 6.- Conociendo el indice de refracción y la densidad, calcular la refracción especifica del agua. * Problemas y experimentos de análisis instrumental Cliftón E. Meloan Ed. Reverte pag. 522

3 PRACTICA 2 DETERMINACION DEL INDICE DE REFRACCION EN DIFERENTES SUSTANCIAS OBJETIVO.- Determinar el índice de refracción de diferentes sustancias INTRODUCCIÓN.- El índice de refracción de una sustancia se determina ordinariamente midiendo el cambio en dirección (refracción) de una radiación a cuando pasa a traves de medios de diferente densidad. n2 v1 sen = = n1 v2 sen 2 Es mucho más cómodo medir el índice de refracción respecto a algún medio distinto del vacío; con este objeto se emplea a menudo el aire como referencia, la mayoría de las recopilaciones de valores de n para líquidos y sólidos, que aparecen en la literatura son con referencia al aire, a temperaturas y presiones de laboratorio. Por fortuna el cambio en el liquido de refracción del aire con la temperatura y la presión es bastante pequeño, por lo que una corrección de las condiciones ambientales del laboratorio a condiciones estándar solo se necesita para el trabajo de máxima precisión. La temperatura, la longitud de onda y la presión son las variables más comunes que afectan a la medición de un índice de refracción. a).-temperatura.- La temperatura influye en el indice de refracción de un medio principal por el cambio concomitante en la densidad. b).- Longitud de onda de la radiación.- El índice de refracciónde un medio de transporte disminuye gradualmente al aumentar la longitud de onda. c).- Presión.- El índice de refracción de una sustancia aumenta con la presión, debido al concomitante aumento de la densidad. Refractómetro ABBE Gotero Algodón o papel secante Etanol Soluciones diversas Tequila Gatorade Aceite Mennen Aceite Comestible, etc. 1.- Poner en funcionamiento el sistema de circulación del agua y ajustarse de tal manera que la temperatura sea de 20ºC 2.- Limpie los prismas con algodón o papel humedecido con etanol. deje secar al aire 3.- Con el gotero y sin tocar los prismas colocar 2 ó 3 gotas de agua en el centro de los prismas 4.- Leer el índice de refracción y grados Brix 5.- Limpie los prismas con algodón o papel humedecido con etanol. Deje secar al aire 6.- Determine el índice de refracción de otras sustancias. 7.-Con el picnómetro determine la densidad del alcohol 1.- Indique cada uno de los pasos para determinar el índice de refracción 2.- Elaborar una tabla donde se indique: Sustancia Indice de refracción Temperatura C Grados Brix

4 PRACTICA 3 DETERMINACION DE LA CONCENTRACION CONOCIENDO EL INDICE DE REFRACCION Y GRADOS BRIX OBJETIVO.- Determinar la concentración de una solución problema conociendo el índice de refracción (jarabes) INTRODUCCIÓN.- La medición del índice de refracción de mezclas de dos componentes suelen ser el método de análisis más rápido y más sencillo. Sin embargo, la presencia de dos o más componentes hace que probablemente este método no sea exacto. Todo lo que se necesita es una grafica en función de la concentración del soluto. Una vez que sea medido cuidadosamente el índice de refracción de una muestra desconocida, su concentración se lee en la gráfica. Como las moléculas de mayor tamaño en solución refracta la luz en mayor grado que las moléculas pequeñas, no resulta sorprendente que muchos compuestos de peso molecular elevado se hayan determinado en solución por refractometría. Un ejemplo es el análisis de soluciones acuosas, sacarosa. El contenido de sacarosa de muchas preparaciones comerciales, tales como los jarabes, puede obtenerse rutinariamente por medición de sus índice de refracción. Refractómetro ABBE Matraz aforado Gotero Pipeta Algodón Etanol Soluciones Azucaradas Jarabes medicinales 1.- Preparar una serie patrón a partir de una estandar (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0) 2.-Se prepara una solución problema 3.- Poner el funcionamiento el refractómetro 4.- Se lee el índice de refracción y los grados Brix para cada una de las soluciones índ 1.- Graficar en papel milimétrico el índice de refracción en función de la concentración Índice de Refracción Concentración 2.- Determina la concentración de la solución problema conocido su índice de refracción

5 PRACTICA 4 DETERMINACION DEL PORCENTAJE EN PESO DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA BINARIA OBJETIVO.- Determinar el % en peso de los componentes de una mezcla conociendo el índice de refracción. INTRODUCCION.- Si cuando se mezclan dos sustancias, el volumen total no cambia, como sucede generalmente en la solución diluida, es posible calcular el índice de refracción por la siguiente ecuación aproximadamente: n = n1v1 + n2v2 v1 + v2 Las mediciones del índice de refracción proporcionan datos para la medición de la composición de mezclas, que de otra forma seria difícil calcular. Considerando a la refracción Específica, ( r ), como una propiedad aditiva, nos permite establecer un sistema de ecuaciones para calcular la composición de la mezcla. Refractometro ABBE Matraz aforado Gotero Picnómetro Pipeta Algodón Solución azucarada transparente jarabes 1.- Preparar una solución problema mezclando cualquier cantidad de agua destilada y solución azucarada estándar 2.- Poner en funcionamiento el refractómetro 3.- Determinar el índice de refracción del agua destilada, solución azucarada estándar y de la mezcla 4.- Determinar la densidad de agua destilada, de la solución azucarada estándar y de la mezcla 1.- Calcular la refracción especifica por la ecuación de Lorentz-Lorenz 2.- Aplicando el principio de aditividad del índice de refracción, calcular el % en peso del agua y de solución azucarada en la mezcla. X r1 + Y r2 = Z r m

6 PRACTICA 5 FUNDAMENTOS PARA EL MANEJO DEL ESPECTROFOTOMETRO Y OBTENCION DE UNA CURVA DE CALIBRACION, ABSORBANCIA EN FUNCION DE LA LONGITUD DE ONDA OBJETIVO.- Conocer el manejo del espectrofótometro y construir una curva de calibración: Absorbancia - Longitud de onda. INTRODUCCION.- Absorbancia (A): Es el logaritmo en base 10 del recíproco de la transmitancia (T) en el que el disolvente puro es el material de referencia; esto es A=log 10 1/T. Esta propiedad se llamaba antiguamente densidad óptica o algunas veces solo densidad, o extinción o extintancia. Transmitancia (T):Es la relación entre el poder de radiación transmitida por una muestra (P) y el poder de radiación que incide sobre la muestra de (Po), medidos ambos en la misma posición del espectro y con la misma rendija, T=P/Po. Se supone que el haz es de radiación paralela y que indice sobre las superficies planas y paralelas de la muestra, formando ángulos rectos. Las energías de las transiciones electrónicas en átomos y moléculas corresponden a la región visible y ultravioleta del espectro; así, al incidir un rayo de luz sobre una molécula, sus electrones se excitan debido a la absorción de ciertas frecuencias y dejan pasar el resto. El aparato que puede medir la intensidad de la absorción a diferentes longitudes de onda se llama ESPECTROFOTÓMETRO. Por ejemplo, el color verde de las hojas se debe a que la clorofila absorbe la luz roja y un poco de la azul; un parte de la luz blanca del sol que llega a la hoja es atrapada y el resto se refleja, llegando hasta nuestros ojos un color determinado, ya no luz blanca. 1.- Se selecciona una longitud de onda de 350 nm 2.- Se calibra a 0% de T y a 100% de T. 3.- Se coloca lo solución y se mide la absorbancia 4.- Se selecciona una longitud de onda de 360 nm 5.- Se vuelve a calibrar a 0 y 100% de T 6.- Se mide nuevamente la absorbancia de la solución 7.- Se toma mediciones cada 10 nm hasta llegar a 800 nm 1.- Graficar en papel milimetrico, absorbancia en función de la longitud de onda 2.- Anote la longitud de onda en donde la absorbancia sea máxima Absorbancia Longitud de onda

7 PRACTICA 6 DETERMINACION DE LA CONCENTRACION CONOCIENDO LA ABSORBANCIA OBJETIVO.- Obtener una curva de absorción en función de la concentración. INTRODUCCIÓN.- La espectroscopia de absorción es una de las herramientas más útiles y ampliamente utilizada para el químico en el análisis cuantitativo. Las variables que influyen en la absorbancia incluyen la naturaleza del disolvente, el ph de la solución, la temperatura, las concentraciones elevadas de electrolitos y la presencia de sustancias interferentes. Una gráfica de absorbancia vs. la concentración.- Después de decidir las condiciones de análisis es necesario preparar la curva de calibrado a partir de serie de soluciones estándares. Estos estándares deben aproximarse a la composición global de las muestras y deben de cubrir un intervalo de concentración razonable de analito. Son de gran importancia este tipo de curvas para poder obtener una concentración desconocida de alguna muestra requerida. Espectrofotómetro Baush & Lomb Tubos de ensayo Gradilla Solución estándar Solución problema Soluciones coloreadas 1.- Se selecciona la longitud de onda adecuada a la solución 2.- Se calibra a 0 y 100% de transmitancia 3.- Se prepara una serie patrón a partir del estándar (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0) 4.- Se mide la Absorbancia para la solución problema 5.- Se mide la Absorbancia para cada una de las soluciones 1.- Construir en papel milimetrico la gráfica absorbancia en función de la concentración 2.- Determinar la concentración de la solución problema por medio de la gráfica. Absorbancia de la Solución Problema Absorbancia Concentración Concentración Solución Problema

8 PRACTICA 7 DETERMINACION DE LA CONCENTRACIÓN DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA BINARIA OBJETIVO.- Calcular la concentración de cada uno de los componentes de una mezcla INTRODUCCIÓN.- Análisis de mezclas de sustancias absorbentes: La absorbancia total de una disolución una longitud de onda dada es igual ala suma de las absorbancias de los componentes individuales presentes. Esto hace posible la determinación cuantitativa de los constituyentes individuales de una mezcla, incluso si su espectro se superpone. Las absorbancias de las mezclas A y B se determina experimentalmente al igual que b, la anchura de la celda. Así facilmente se pueden calcular las concentraciones de cada una de las costituyentes individuales. Estas relaciones son validas solo si se cumple la ley de Beer y si las dos componentes se comportan independientes una de la otra. la mayor precisión de un análisis de este tipo se alcanza cuando se eligen longitudes de onda en las cuales las que las diferencias entre las absortividades molares sean grandes,. Se pueden analizar mezclas que contengan más de dos especies absorbentes, al menos al principio si se hace más medidas de absorbancia para cada componente añadido. Sin embargo las determinaciones en los datos obtenidos se hacen mayores a medida que el numero de medidas aumenta. Algunos de los espectrofotometros computarizados más recientes son capaces de reducir estas indeterminaciones aumentando el número de determinaciones. Esto es, estos instrumentos utilizan mucho más datos que incógnitas y ajustan efectivamente el espectro completo de la incógnita lo más posible a un espectro sintético derivado, asumiendo varias concentraciones de las componentes. El espectro derivado es comparado con el analito hasta encontrar un ajuste casi perfecto. Evidentemente se solicita el espectro de las soluciones patrón de cada uno de los componentes. Espectrofotometro Baush & Lomb Tubos de ensayo Gradilla Pipeta Agua detilada Solución A (un estandar de c conocida) Solución B (un estandar de c conocida) Mezcla de A y B Soluciones coloreadas 1.- Se selecciona la longitud de onda adecuada para la solución A 2.- Se calibra a 0 y 100% de T 3.- Se mide la absorbancia de la solución A, de la solución B y de la mezcla 4.- se selecciona la longitud de onda adecuada para la solución B 5.- Se calibra a 0 y 100% de T 6.- se mide la Absorbancia de la solución A, de la solución B y de la mezcla Aplicando el principio de la propiedad aditiva de la absorbancia determinar la concentración de A y B en la mezcla. Ley de Beer A = a b c A1 + A2 = A m r1 b1 c1 + r2 b2 c2 = A m

9 OBJETIVO.- Conocer el manejo del polarimetro PRÁCTICA 8 FUNDAMENTOS PARA EL MANEJO DEL POLARIMETRO INTRODUCCIÓN.- Como sucede en la refractometria, la medición de la rotación óptica requiere instrumentos de diseño relativamente sencillo. Los instrumentos escogidos determinan la precisión que pueda obtenerse y las mediciones se hacen fácilmente con todos los tipos. Necesariamente, las aplicaciones analíticas están limitadas a la determinación de sustancias asimétricas. En el trabajo cualitativo, los efectos ópticos rotatorios son medios valiosos para identificar, cuando las posibilidades mediante el uso de otros datos son pocas ( mínimos), además, las mezclas orgánicas que contienen una o más sustancias ópticamente activas, pueden analizarse con frecuencia en forma cuantitativa, mediante la polarimetría. Polarimetro Herma vaso de ppdo de 100 ml agitador de vidrio probeta Miel Karo Soluciones azucaradas Jarabes, etc. 1.-Se conecta la lámpara esperando unos 16 minutos 2.- Se hacen coincidir los ceros de la escala móvil y el cuadrante 3.-Se observa a través del ocular (las dos mitades deben verse iguales) 4.- Con cuidado se llena la celda de 10 cm. 5.- Se atrapa la burbuja 6.- Se introduce en el polarimetro 7.- Se observa el ocular 8.- Se mueve la escala móvil hasta lograr que nuevamente las dos mitades se vean iguales 9.- Se leen los grados de rotación de rotación y los grados Brix 10.-Se lava la celda CUESTIONARIO 1.-Elaborar una tabla donde se indique lo siguiente: Sustancia Rotación específica Grados Brix

10 PRACTICA 9 DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE ROTACION ESPECIFICA Y LOS GRADOS BRIX OBJETIVO.- Conocer el manejo del polarímetro y determinar la concentración de una solución problema, conociendo la rotación especifica y grados Brix. INTRODUCCIÓN POLARIMETRIA.- La actividad óptica es una medida de la capacidad de ciertas sustancias para hacer girar la luz polarizada en un plano. El término POLARIMETRIA, tal como se ha usado por muchos químicos, puede definirse como el estudio de la rotación de la luz polarizada por sustancias transparentes. La dirección y la rotación ( potencia rotatoria óptica ) es útil para el análisis cualitativo y cuantitativo y para la elucidación de estructuras químicas. POLARIMETROS.- Los componentes básicos de un polarimetro son: una fuente de luz monocromática, un prisma polarizado para producir radiaciones polarizada, un tubo de muestra, prisma analizador con escala circular y un detector. En la mayoría de los polarímetros el ojo funciona como un detector, si bien tiende a generalizarse el uso de los polarímetros fotoelectrónicos. El dispositivo de media sombra típico consta de un pequeño prisma de NICOL (llamado prisma de Lippich) que intercepta la mitad del haz que sale del polarizador. la posición del prisma de Lippich se ajusta para alterar el plano de polarización en unos pocos grados; así en ausencia de muestra y con el analizador, se observa un campo dividido, mitad iluminado y mitad oscuro. APLICACIÓN DE LA POLARIMETRIA Análisis Cualitativo.- La rotación óptica de un compuesto puro bajo condiciones especificas proporcionan una constante física fundamental útil para fines de identificación semejante al punto de fusión al punto de ebullición o al índice de refracción. Determinación Estructural.- En esta aplicación, se mide el cambio en rotación óptica resultante de una transformación química. Se emplean entonces correlaciones empíricas, obtenidas del estudio de estructuras conocidas, para deducir información sobre un compuesto desconocido. Análisis Cuantitativo.- Las mediciones polarimetricas se adaptan fácilmente al análisis cuantitativo de compuestos ópticamente activos. Se emplean curvas de calibración empíricas que relacionan la rotación óptica con la concentración. Estas gráficas son lineales. Polarimetro Herma Matraz aforado de 50ml Pipeta graduada de 10ml Vaso de precipitado de 100ml Agitador de Vidrio Miel Karo jarabes 1.- Prepara una serie patrón a partir de un estándar: (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 ). 2.- Se prepara una solución problema 3.- Se conecta la lámpara esperando unos 16 minutos 4.- Se hacen coincidir los ceros de la escala móvil y el cuadrante 5.- Se observa a través del ocular (las dos mitades deben verse iguales) 6.- Con cuidado se llena la celda de 10 cm 7.- Se atrapa la burbuja 8.- Se introduce en el polarímetro 9.- Se observa el ocular 10.- Se mueve la escala móvil hasta lograr que nuevamente las dos mitades se vean iguales 11.- Con cuidado se leen los grados de rotación y los grados Brix 12.- Se lava la celda 13.- Se miden las demás soluciones 1.- Gráficar en papel milimetrico rotación especifica en función de la concentración y grados Brix en función de la concentración 2.- Determina la concentración desconocida mediante la gráfica Rotación de la solución problema Concentración Problema Concentración