Universidad de Antioquia F.Q.F. Ingeniería de Alimentos Lab. Análisis Instrumental

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1 Universidad de Antioquia F.Q.F. Ingeniería de Alimentos Lab. Análisis Instrumental 2. CONCENTRACIÓN Y CALIBRACIÓN: LEY DE BEER Profesor: Lucas Blandón Deymer Gómez Emilson León Florian

2 PRÁCTICA 2: Concentración y calibración: Ley de Beer 1. Objetivos: - Desarrollar conocimientos acerca de la relación entre la cantidad de radiación absorbida por soluciones y la concentración de la sustancia absorbente en dichas soluciones. - Destacar la importancia de una curva de calibración. - Seleccionar la longitud de onda más apropiada para analizar la sustancia absorbente (Nitrato de cromo) empleando la ley de Beer. - Calcular la concentración de cromo en una muestra problema 2. Materiales: - Espectrofotómetro (Espectronic 20) - Soluciones 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 y 0.05 M de nitrato de cromo (lll) Cr(NO3)3. - Solución de concentración desconocida (muestra problema #2) - Agua destilada (para ajuste del blanco) - Pipetas volumétricas - Celdas porta muestras. 3. Método: - Se hicieron lecturas de valores de A y %T, para cada una de las soluciones de diferentes concentraciones, incluyendo la muestra problema, en cada una de las longitudes de onda seleccionadas. - Se descargaron los datos en el formato de recolección del manual (TABLA DE DATOS) 4. Resultados y discusión: Tabla 1. Resultados obtenidos para Transmitancia en función de concentración a una longitud de onda dada λ (nm) C (mol/l) ,04 24,2 30,7 69, ,1 0,03 39,9 40,5 76,3 45,3 39,4 0,02 48,1 53,6 81,3 57,7 43,3 0,01 71,8 74,9 93,5 78,8 74,9 M#2 57,3 62,1 87,4 66,5 61,5 %T

3 %T Las longitudes de onda utilizadas corresponden a puntos críticos en el espectro de absorción obtenido en la práctica anterior. 415 nm, por ejemplo, corresponde a la longitud de onda en donde se presentó la máxima absorbancia de la muestra de Cr(NO3)3 y 490 nm para la mínima absorbancia. Tabla 2. Resultados obtenidos para Absorbancia en función de concentración a una longitud de onda dada λ (nm) C (mol/l) ,04 0,615 0,513 0,16 0,456 0,537 0,03 0,469 0,393 0,117 0,344 0,404 0,02 0,318 0,27 0,09 0,239 0,364 0,01 0,144 0,125 0,029 0,103 0,125 M#2 0,242 0,207 0,058 0,177 0,211 A Figura 1. %T en función de la Concentración a diferentes longitudes de onda %T Vs Concentración ,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 C (mol/l) λ=415 λ=430 λ=490 λ=550 λ=580 De la figura 1 se obtiene, como era de esperarse, que a mayor concentración es menor el porcentaje de transmitancia de la sustancia a una determinada longitud de onda, así mismo, se ve que la línea correspondiente a λ=490 nm presenta valores mayores de transmitancia (menor absorbancia). Las curvas de la Fig. 2, son construidas con el fin de obtener el intervalo óptimo de concentraciones para la posterior construcción de la curva de calibración. Para la mayoría de los sistemas la curva de Ringbom corresponde a una curva en forma de S. La parte lineal de esta gráfica permite obtener el intervalo de concentraciones óptimo o el intervalo que presentara una relación lineal entre

4 Absorbancia 100-%T absorbancia y concentración 1. Para este(os) caso(s) no se ve con claridad la forma típica esperada de la(s) curva(s). Esto se puede deber al número reducido de datos obtenidos y graficados (4 concentraciones diferentes). Figura 3. Absorbancia en función de la concentración (curvas de calibración) Figura 2. Curvas de Ringbom (100-%T) Vs Log(Concentración) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0-2,2-2,0-1,8-1,6-1,4-1,2-1,0 Log(C) λ=415 λ=430 λ=490 λ=550 λ=580 Figura 3. Absorbancia en función de la concentración (Curvas de calibración) Absorbancia Vs Concentración 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 C (mol/l) λ=415 λ=430 λ=490 λ=550 λ=580 Como se observa claramente, la recta obtenida a una λ=415 nm, presenta mayor linealidad y mayor pendiente. Este resultado era de esperarse pues es la misma longitud de onda a la que se había dado la mayor absorbancia en el espectro de absorción obtenido en la práctica anterior para esta sustancia. De ésta gráfica, y mediante el análisis estadístico (para este caso se trabajó Regresión Lineal en calculadora), se obtienen los siguientes parámetros: 1 Universidad Nacional, material académico virtual.

5 A = a + bc Ecuación (1) Donde: Parámetro Significado Valor a Intercepto con el eje 4,5x10 3 b Pendiente de la recta 15,64 r Coeficiente-correlación 0,999 r 2 Coeficiente-determinación 0,998 Finalmente, para un valor de 0,242 que fue la absorbancia presentada por la muestra problema #2, se obtiene, con la ecuación (1), el siguiente valor de concentración: C = C = A a b 0,242 ( 4,5)x ,64 C = 0,0158 mol L Esta concentración, obtenida interpolando a partir de la curva de calibración para el Cr(NO3)3, corresponde a la concentración de Cr (III) en la muestra problema #2. 5. Algunas consideraciones: Durante el desarrollo de la práctica se pretende adquirir los conocimientos necesarios acerca de la relación existente entre la absorbancia y la concentración en las soluciones empleadas. Para llevar a cabo el análisis es necesario realizar una etapa de calibración, en la que se mide la absorbancia de varias muestras de concentración conocida, las cuales serán de gran utilidad para comparar y calcular la concentración de una muestra problema asignada. Para la obtención de la curva de calibración, se representan gráficamente las absorbancias de las muestras de concentración conocida a la longitud de onda de máxima absorbancia, frente a la concentración de dichas muestras, de esta forma se obtiene la curva, que según la ley de Beer debe mostrar un comportamiento lineal.

6 De acuerdo a los resultados experimentales es posible observar para cada una de las gráficas de la ley de Beer (A Vs C) que concentraciones se ajustan a ella, la longitudes de onda donde no se evidencia el cumplimiento de dicha ley es en λ= 580 y λ= 490nm la cuales se observan como las menos lineales en comparación con las demás longitudes analizadas en la gráfica. Por otra parte, la mejor longitud de onda para evaluar el Nitrato de Cromo es a 415nm, ya que es allí donde hay mejor absorbancia. 6. Conclusiones - Las curvas de calibración constituyen una herramienta muy útil para la cuantificación (e identificación) de sustancias a partir de sus espectros de absorción. - Para poder cuantificar una sustancia por interpolación a partir de su espectro es necesario que su concentración se encuentre en el intervalo de linealidad de la curva de calibración, ya que valores por encima (muy concentrada) o por debajo (muy diluida) no serán cuantificados de manera confiable. Las curvas de Ringbom constituyen una ayuda valiosa para determinar dichos rangos de concentración óptimos. - La elección de la longitud de onda óptima para la elaboración de la curva de calibración es determinante a la hora de cuantificar una sustancia por el método estudiado en esta práctica, pues es a esta λ en donde la relación entre Absorbancia y concentración es más marcada (mayor dependencia). - En general, se lograron todos los objetivos. 7. Referencias - BAEZA, Alejandro. Química Analítica Instrumental I: Precisión en espectrofotometría; Documento de apoyo - Manual de laboratorio de Análisis Instrumental: Amally Guzman C. - Universidad Nacional de Colombia, establecimiento de un método espectrofotométrico. Servicios académicos virtuales. Disponible en << 01_01_01.htm>> Consultado en abril de 2013.