7 UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN.docx
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ANALISIS INSTRUMENTAL
Practica Nro 7: Espectrofotometra ultravioleta - visible1. Introduccin.-
La espectrofotometra ultravioleta - visible o espectrofotometra UV VIS implica laespectroscopia de fotones en la regin de radiacin ultravioleta- visible utiliza la luz en losrangos visibles y adyacentes (el ultravioleta (UV) cercano y el infrarrojo (IR) cercano
!n esta regin del espectro electromagn"tico# las mol"culas se someten a transicioneselectrnicas
!sta t"cnica es complementaria de la espectrometr$a de fluorescencia# %ue trata contransiciones desde el estado e&citado al estado basal# mientras %ue la espectrometr$a deabsorcin mide transiciones desde el estado basal al estado e&citado
Aplicaciones
La espectrometr$a UV'VI se utiliza abitualmente en la determinacin cuantitativa desoluciones de iones met*licos de transicin y compuesto org*nicos muy conjugados
Las aplicaciones principales son+
,eterminar la cantidad de concentracin en una solucin de algn compuestoutilizando las frmulas ya mencionadas
.ara la determinacin de estructuras moleculares
La identificacin de unidades estructurales especificas ya %ue estas tienen distintostipos de absorbancia (grupos funcionales o isomer$as)
,eterminar constantes de disociacin de indicadores *cido-base
Soluciones de iones metlicos de transicin
Las soluciones de iones met*licos de transicin pueden ser coloreados (es decir# absorben laluz visible) debido a %ue lo electrones en los *tomos de metal se pueden e&citar desde unestado electrnico a otro !l color de las soluciones de iones met*licos se ve muy afectadopor la presencia de otras especies# como algunos aniones o ligando# por ejemplo# el color deuna solucin diluida de sulfato de cobre es muy azul+ agregando amoniaco se intensifica elcolor y cambia la longitud de ondas de absorcin m*&ima
Compuestos orgnicos.
Los compuestos org*nicos# especialmente a%uellos con un alto grado de conjugacin#tambi"n absorben luz en las regiones del espectro electromagn"tico visible o ultravioleta Losdisolventes para estas determinaciones son a menudo el agua para los compuestos solublesen agua# o el etanol para compuestos org*nicos solubles Los disolventes son adecuadospara su uso en espectrometr$a UV !l etanol absorbe muy d"bilmente en la mayor$a delongitudes de onda La polaridad y el ./ del disolvente pueden afectar la absorcin delespectro de un compuesto org*nico La tirosina# por ejemplo su m*&imo de absorcin y su
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coeficiente de e&citacin molar cuando aumenta el ./ de 0 a 12# o cuando disminuye lapolaridad de los disolventes
3un%ue los complejos de transferencia de cargas tambi"n dan lugar a colores# estos son amenudo demasiado intensos para ser usados en mediciones cuantitativas
La ley de 4eer 5Lambert estable %ue la absorbancia de una solucin se directamenteproporcional a la concentracin de la solucin .or tanto# la espectrometr$a UV'VI puedeusarse para determinar la concentracin de una solucin !s necesario saber con %u"rapidez cambia la absorbancia con la concentracin !stos pueden ser obtenido a partir dereferencias (las tablas de coeficiente de e&tincin molar) o# con m*s e&actitud# determinado apartir de una curva de calibracin
!l espectrmetro UV'Vis puede utilizarse como detector para la cromatograf$a li%uida de altaresolucin (6L3R) La presencia de un analito de una respuesta %ue puede ser proporcionala la concentracin .ara resultados precisos# la respuesta del instrumento al analito debecompararse con la respuesta a un est*ndar# lo %ue es muy similar al uso de curvas decalibracin La respuesta (por ejemplo# el pico de altura) para una concentracin particular seconoce como factor de respuesta
e! de "eer - ambert
La espectrometr$a UV 5 Vis se utiliza con mayor frecuencia en forma cuantitativa paradeterminar las concentraciones de especies absorbentes en solucin# usando la ley de beer- lambert
A=log10( IIO )=CL
,onde 3 es la absorbancia medida# I#es la intensidad de la luz incidentes a una determinadalongitud de onda# I es la intensidad de transicin# la longitud de ruta a trav"s de la muestra#y Cla concentracin de las especies absorbentes .ara cada especie y longitud de onda# $es una constante conocida absortividad molar o coeficiente de e&tincin !sta constante esuna propiedad fundamental molecular en un solvente dado# a una temperatura y presinparticular# y tiene como unidades %&'( cmo# a menudo# U&'( cm.
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La absorbancia y e&tincin $a veces son definidas en t"rminos de logaritmos natural enlugar de logaritmo de base %).
La ley de beer- lambert es til para la caracterizacin de mucos compuestos# pero no sirvecomo relacin universal para la concentracin y absorcin de todas las sustancias !n
mol"culas complejas de gran tama7o# como los tintes org*nicos (8ylenol naranja o rojoneutro# por ejemplo)# a veces se encuentra una relacin polinmica de segundo orden entrela absorcin y la concentracin
Los fotones de la radicacin visible 5 ultravioleta (VI-UV) poseen energ$a suficiente comopara alterar la estructura electrnica de los *tomos y mol"culas Incluso pueden romperseenlaces %u$micos en los procesos foto%u$micos desencadenados por dica radicacin
.or ejemplo# los fotones UV con longitud de onda 29: nm fracmentan las mol"culas deozono+
#*+g, v #/+g, # +g, +01*/)nm,
!mpleando radicacin menos energ"tica# como la luz visible comprendida entre los ;:: y
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on varios los factores %ue e&plican la aparicin de bandas en los espectros Vis 5UV# por unlado# la frecuencia caracter$sticas de una transicin electrnica puede estar acompa7ada demucas otras frecuencias cercanas debido a mltiples cambios rotacionales vibraciones %ue
ocurren simult*neamente al cambio electrnico .or otro lado# las interacciones entremol"culas vecinas en fase condensada# difumina la posicin e&acta de los estadosenerg"ticos accesibles a cada mol"cula
2. mtodo
>"todo de espectrofotometr$a UV - Visible
3. Interferencias
?o aplica
4. Fundamentos
La espectrofotometr$a molecular est* basada en la radicacin UV# Visible e IR La %ue nosinteresa en esta pr*ctica es la UV- Visible y# probablemente# es la m*s empleada en loslaboratorios %u$micos y cl$nicos de todo el mundo
e basa en la absorcin de las mol"culas de la radicacin ultravioleta 5 visible (zona delespectro)!n forma de una o m*s bandas de absorcin electrnica# cada una de las cualesconsta de un no muy grande de rayas# muy pr&imas unas de otras por ello# estos espectrossuelen presentar m*&imos de absorcin muy ancos
!l instrumento utilizado para las medidas de la absorbancia es un espectrofotmetro Lafuente de radicacin utilizada por el mismo es una l*mpara de @olframio %ue proporciona
una radicacin de intensas constantes !l rango de A %ue se puede medir est* comprendido
entre 9::nm >1000nm
Caractersticas de un espectrofotmetro
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Color de las sustancias 2umicas
>ucas substancias org*nicas %ue poseen una estructura conjugada son colorantes
3simismo Las substancias %ue contienen metales de transicin (6r# 6o# Be# 6u# >n# etc)tambi"n son coloreadas i una mol"cula posee un grupo de *tomos %ue absorbe luz visible#se dice %ue es un cromforo
La fenolftale$na# al igual %ue el fenantreno# es un cromforo por %ue posee una ampliaestructura de enlaces C-C con3ugados.4Cul es el mecanismo del color5.ara %ue una sustancia sea coloreada debe absorberluz visible# esto es# radiacin electromagn"tica con una longitud de onda comprendida entre;:: y C::nm %ue provoca tr*nsitos electrnicos?aturalmente# la cuant$a del desdoblamiento energ"tico de los orbitales d depende delnmero# disposicin y naturaleza de las mol"culas coordinadas al ion central
.or ltimo debes tener clara la relacin entre luz absorbida por una muestra y percepcin del
color de dica muestra .ara el caso de los espectros de absorcin# el color %ue nosotrospercibimos es la suma de los restantes colores %ue no son absorbidos y %ue son entoncesreflejados (objetos opacos) o transmitidos (objetos translucidos) i un objeto absorbe todotipo de luz visible# entonces es un cuerpo negro i no absorbe luz visible# lo percibimoscomo blanco o transparente i absorbe todo tipo de luz e&cepto la luz naranja# entonces lopercibimos como naranja i absorbe solo luz azul# entonces percibimos el colorcomplementario del azul %ue es el color naranja B$jate en las siguientes relaciones decomplementariedad de los colores+
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Colores complementarios
6o3o verde
Violeta
A7ul naranja
48u9 es un espectro
fotmetro5
Un espectrofotmetro es un
instrumento %ue tiene la
capacidad de manejar un azde Radiacin !lectromagn"tica
(R!>)# comnmente denominado Luz# separ*ndolo en facilitar la identificacin# calificacin y
cuantificacin de su energ$a u eficiencia# resolucin# sensibilidad y rango espectral#
depender*n de las variables de dise7o y de la seleccin de los componentes pticos %ue lo
conforman
Cuando la lu7 atraviesa una sustancia: parte de la energa es absorbida.
!l color de las sustancias se debe a %ue estas absorben ciertas longitudes de onda de la luz
blanca %ue incide sobre ellas# y slo vemos a%uellas longitudes de onda %ue no fueron
absorbidas
Componentes de un espectrofotmetro
%;
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Los espectrofotmetros son tiles debido a la relacin de la intensidad del color enuna muestra y su relacin a la cantidad de soluto dentro de la muestra .or ejemplo#si usted utiliza una solucin del colorante rojo del alimento en agua# y mida lacantidad de luz azul absorbida cuando pasa a trav"s de la solucin# una fluctuacinmensurable del voltaje puede ser inducido en una fotoc"lula en el lado opuesto i
aora la solucin del tinte rojo es diluida por la adicin del agua el color ser* menosintenso 3s$# ay una relacin entre el voltaje y la cantidad de tinte en la muestra
!l espectrofotmetro tiene la capacidad de proyectar un az de luz monocrom*tica(de una longitud de onda particular) a trav"s de una muestra y medir la cantidad deluz %ue es absorbida por dica muestra !sto le permite al e&perimentador realizardos funciones+
?os da informacin sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra !sto podemoslograrlo midiendo la absorbancia (3bs) a distintos largos de onda (l) y graficar estosvalores en funcin del largo de onda# formando un espectrograma 6omo cadasustancia tiene unas propiedades espectrales nicas# distintas sustancias producen
distintos espectrogramas !sto se debe a %ue cada sustancia tiene un arreglo de*tomos tridimensional particular %ue ace %ue cada sustancia tenga caracter$sticasnicas
=ipos de >spectrofotmetros
3bsorcin 3tmica de emisin Ultravioleta Infrarrojo
>l espectrofotmetro VIS - UV.ara medir cuantitativamente diferencias en la intensidad de los colores o bien registrar
espectros Vis - UV# se necesita un espectrofotmetro vis 5 UV %ue proporciona datos deabsorbancia a distintas longitudes de ondas Recuerda %ue la absorbancia 3 para unalongitud de onda se define como+
A=log(I, OI ),onde
I ,O es la intensidad del a7 incidenteen la muestra eI es la intensidad del
a7 emergentede la muestra !n la pr*ctica# se realiza medidas relativas de absorbanciaya %ue lo %ue verdaderamente entereza conocer es la diferencia en intensidad transmitida
cuando un az luminoso atraviesa un blanco de disolvente puro(I) : con respecto a la
intensidad transmitida cuando el az pasa a trav"s de la muestra real
I()
tal y como se
ilustra en el siguiente es%uema+
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Un espectrofotmetro Vis -UV se compone de cinco elementos principales+
Una fuerte luz Una l*mpara de @olframio es abitual y# en nuestro caso# emite
radicacin entre 2;: y 11:: nm Un monocromador %ue selecciona un az de luz con una longitud de onda
determinada (un az monocrom*tico) esto se consigue mediante el uso de rejillas de
difraccin y filtros para descomponer la luz de la l*mpara Una celda porta muestras e utilizan materiales transparentes en el rango de
frecuencias utilizado tales como pl*sticos y sobre todo# cuarzo Un detector para medir la intensidad del az transmitido generalmente se trata de
una c"lula fotoel"ctrica %ue traduce IA en una intensidad de corriente o diferencial depotencial
Un contador o una pantalla de visualizacin 6
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!ste m"todo se aplica a la determinacin de p inorg*nico u ortofosfatos e basa en la
relacin en medio acido entre el ion fosfato y el molibdato amnico en presencia tartrato de D
y b# para generar acido fosfomolibdico el cual es reducido mediante acido ascrbico
generando una coloracin azul debida al >o y susceptible de determinacin colorim"trica
!l ion . u ortofosfatos en disolucin acida y en presencia de molibdato amnico (e&ceso)#
forman un complejo de fosfomolibdato (?/2);(.>o19E;:) %ue reducido por el acido ascrbico
y en presencia de antimonio desarrolla una coloracin azul (azul de molibdeno) susceptible
de determinacin espectrofotom"trica (colorimetr$a) La formacin de este complejo con >o
e realiza por %ue es m*s estable el complejo %ue el ion simple# dando un compuesto de
estado de o&idacin inferior (>o (V)) y de coloracin azul intenso La sensibilidad del m"todo
puede aumentarse e&trayendo el azul de molibdeno 6on un disolvente !ste m"todo es
satisfactorio para concentraciones de fosfatos superiores a 1 mg por litro (1 ppm)
5 Objetivos
,eterminar la concentracin de fosfatos presentes en un muestra de agua
6 Material !"ui#o
!spectrofotmetro o color$metro e%uipado para lecturas en zonas visible a aterial de vidrio de laboratorio y en especial# matraces aforados de 1:: ml Vasos de precipitado .ipetas graduadas de = 5 1: ml .ipeta volum"trica de 9= ml
6.1 soluciones y reactivos
,isolucin de /9E; ,isolucin de molibdato amnico al ;F ,isolucin de acido ascrbico ,isolucin de tartrato doble de potasio Reactivo de cloruro estannoso ( se debe preparar cada vez %ue se aplica el m"todo ,isolucin patrn de 1:: mg'L de fosforo
$. %rocedimiento.
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1 .ipetear = ml de muestra problema previamente centrifugada durante cinco minutos a
=::: rpm y vierte el contenido en un vaso de precipitado9 .repara patrones de :#= 1#: 9# : ;# : C# : mg'L a partir de una solucin madre de
1:: mg'L en un matraz aforado de 1::ml ,ebes realizar juntamente con los patrones
y las muestras un blanco2 i el agua se colorea con fenolftale$na (p/ C#2) neutraliza con algunas gotas de
acido sulfrico = ?; 37ade = ml de molibdato de amonio# tapa y agita el tubo tres veces= 3gregar agua desionizada asta completar a 9= ml0 3gregar ; gotas de cloruro estannoso
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G 34 6
4 100 0,0 0,0 1 7,12 1,14 0,29
2 51,5 0,29 0,60
4 42,6 0,37 0,78
8 39,3 0,41 0,85
M 51,1 0,29 0,61
+juste de curva x=c y= ABS
x y x2 xy
0 0,0 0 01 0,14 1 0,142 0,29 4 0,584 0,37 16 1,488 0,41 64 3,28
=15x = 21,1y =852x = 48,5xy
a) Reemplazar los valores de las sumatorias en las ecuaciones frmulas correspondientesy encontrar los valores de a y b
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=
22
2
)(
))(())((
xxn
xyxxya
10,0)15()85*5(
)48,5*15()85*21,1(2
=
=a
( ) ( )
( ) ( ) 0463,0
1585*5
21,1*1541,5*52
=
=b
b) Reemplazar los valores dea y ben la ecuacin de la rectabxay +=
c) 6on "sta ecuacin ajustar la curva originalH utilizando los mismos valores de calcularlos nuevos valores de !
6alcular los mg# me% y porcentaje del fosforoy la
concentracin de fosfato%ue e&iste en la muestra
2#mg'L .Concentracin fosforo ( meq /L )
a !"#!
b!"!$%
&!"#!'!"!$%(
( )( )
=
22 )( xxn
yxxynb
10,0)0*046,0(10,0' =+=y
142,0)1*046,0(10,0' =+=y
193,0)2*046,0(10,0' =+=y
28,0)4*046,0(10,0' =+=y
47,0)8*046,0(10,0' =+=y
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3,9
mg
l 1 g
1000mg1mol
31 g P 1eq
1mol 1000meq
1eqP =0,125meq /l
Concentracin fsforos ( )
1< 1000ml
100=0,0004
3,9
mg
l 1gr
1000mg
Para fosfatos
100mg
l
P1 g1000mgP
1mol
31g P 174 g
1molP =
0,56 g
l k2HPO4
?1V1J?9V9
1= N2V2V1
N
1=25ml100ppm
100ml
N,25 ppm de fosfatos
1. )onclusin.
La espectrofotometr$a de absorcin molecular UV 5 VI contina siendo una de las
erramientas m*s amplias para determinar especies moleculares en solucin grandes.
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6on la estandarizacin de la t"cnica espectrofotom"trica UV-VI# se proporciona una
erramienta de an*lisis con la cual se puede reportar resultados confiables y repetibles# la
cual es necesaria en el laboratorio# donde se realizan investigaciones adem*s del servicio de
an*lisis se puede brindar como valor agregado en el asesoramiento a las estrategias %ue se
pueden adoptar en pro de mejorar sus productos para %ue cumplan con la normatividadestipulada
11. iblio/raf0a.
Ku$mica 3nal$tica 6uantitativa# ,ay and Under@ood Ku$mica 3nal$tica# oog and Mest 3n*lisis Instrumental# ,ouglas R oog and ,onald > Mest /arris# , 6 An!"s"s
#$%m"co &$ant"tat"'o 2N ed 6ap$tulo 1C !d Revert"# 9::