6. Polarimetría - Laboratorio de análisis instrumental PDF

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Sexta practica de la asignatura con un valor del 20% de la asignatura. En esta práctica de laboratorio se estudia el funcionamiento del polarímetro, la forma correcta de realizar las mediciones y con esto se busca determinar la concentración de diferentes muestras problema realizando curvas de calib...

Description

Mariana Obando Ramírez - 108834090 Mariana Naranjo Gómez - 1088347955

INFORME POLARIMETRÍA INTRODUCCIÓN La polarimetría es un método instrumental el cual estudia la rotación del plano de la radiación polarizada debida a la interacción entre esta y las moléculas de una sustancia ópticamente activa. En la polarimetría se utiliza un instrumento denominado ‘’polarímetro’’ el cual mide dicho ángulo de giro en grados angulares. En esta práctica de laboratorio se estudia el funcionamiento del polarímetro, la forma correcta de realizar las mediciones y con esto se busca determinar la concentración de diferentes muestras problema realizando curvas de calibración a partir de soluciones madre y soluciones patrón de concentración conocida.

RESULTADOS Problema P1:

Solución 5%

β=αLc

(

β α= Lc

→

5g ) 100 mL

→

β = 11,2 - L= 2dm

11,2 5g α = 2 dm x 100 mL

Según la tabla 3.7.9 la muestra problema P1 es Maltosa (

α =112

→

α =131 )

Problema P2: Tabla 1: Datos para construir la gráfica de calibración de � vs concentración en % m/v para hallar la concentración de solución problema p2. Solución madre: Sacarosa 15% (+) Patrones

1

2

3

4

5

6

x

Concentració n

15%

12%

10%

8%

6%

4%

10,54%

�

18,3

15,45

12,5

8,7

6,9

5,5

13,3

Figura 1: Gráfica de� vs concentración en % m/v para hallar la concentración de solución problema p2.

Problema P3: Tabla 2: Datos para construir la gráfica de calibración de � vs concentración en % m/v para hallar la concentración de solución problema p3.

Solución madre: Fructosa 8% (-) Patrones

1

2

3

4

x

Concentración ( g /100 mL)

8%

6%

4%

2%

4,24%

�

-13,95

-9,8

-6,5

-3,5

-6,9

Figura 2: Gráfica de� vs concentración en % m/v para hallar la concentración de solución problema p3.

Aplicación de control de calidad, Vino blanco:

Tabla 3: Datos para construir la gráfica de calibración de � vs concentración en % m/v para hallar la concentración de vino blanco en la aplicación de control de calidad.

Patrones

1

2

3

4

x

Concentración

2%

4%

6%

8%

3,46%

�

1,6

5,5

6,9

8,7

4,45

Figura 3: Gráfica de� vs concentración en % m/v para hallar la concentración de sacarosa en vino

blanco.

Cinética de la sacarosa: Tabla 4: Datos experimentales obtenidos en la cinética de la sacarosa No.medición

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Tiempo(min)

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

�t

10,5

7,6

6,8

5,25

3,5

2,3

1,6

0,7

-0,4

-2,4

-3

K

0,234 0

0,089 6

0,053 9

0,030 9

-0,0145

-0,0050

-0,0003

0,0050

0,0115

0,0290

0,0356

Tabla 5: Valores constantes � ∞ 177,6-180 = -4,2 �o

1,559

� o - � ∞ 1,559-(-4,2) = 5,759

Temperatura

50 °C

Concentración HCl para � o

4 N

Concentración HCl para � ∞

6N

Tabla 6: Datos para trazar la gráfica Log(� t - � ∞) vs tiempo en minutos

Tiempo(min)

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

Log(�t - �∞)

1,167

1,072

1,041

0,975

0,887

0,818

0,763

0,690

0,580

0,255

0,079

Figura 4: Gráfica de Log(� t - � ∞) vs tiempo en minutos.

Tabla 7: Datos para trazar la gráfica de concentración en moles por litro de sacarosa vs tiempo en minutos. [ ] molar

0,8785

0,7985

Tiempo( min)

4

8

0,7746 0,7251 12

16

0,6634

0,6164

20

24

0,5866 0,5452 28

Figura 5: Gráfica de concentración en moles por litro vs tiempo en minutos.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

32

0,4882 36

0,3529 40

0,5848 44

●

Para P1 En el apartado RESULTADOS se encuentran los datos correspondientes a la concentración de la solución, a la longitud del tubo de observación y beta. A partir de dichos datos y como se muestra en el mismo apartado, haciendo uso de la ecuación de Biot se despeja el valor de alfa el cual es la rotación específica de la especie. En este caso, el valor de alfa para la muestra problema P1 es de 112, el cual no corresponde a ninguno de los valores presentado en la tabla 3.7.9 del manual de prácticas de laboratorio de Análisis instrumental l, pero el valor al cual se acerca más es al correspondiente a la Maltosa, con un alfa de 131. Como se sabe, las variaciones de estos valores pueden deberse a factores como la concentración de la solución, la temperatura, la longitud del tubo de observación, etc; pero tampoco debe descartarse un error por parte del observador a la hora de leer el ángulo en el dispositivo analizador, un error instrumental o la posibilidad de que la muestra estuviera contaminada.

●

Para P2 En el apartado RESULTADOS está la tabla 1, donde se presentan los valores de concentración y beta para las muestras patrón y la muestra de concentración desconocida P2. A partir de la curva de calibración (figura 1) y realizando la respectiva interpolación en Microsoft Excel, se obtuvo que la concentración de la muestra P2 es 10,54%. El valor de concentración correspondiente al beta arrojado por el polarímetro tiene bastante lógica, esto basado en que beta se encuentra entre el rango obtenido y así mismo, el valor de concentración también. Como se sabe, la sacarosa es dextrógira (+) o sea que gira en el sentido de las manecillas del reloj, por esto el valor del ángulo obtenido es positivo.

Para determinar la sensibilidad del método de utiliza la ecuación

r=

m , donde m es la s

pendiente (ver figura 1) y s es la desviación estándar; así:

r=

2,7 0,03325

→r =81,203

Este valor indica que el método es sensible ya que el resultado de la operación es considerablemente alto; así que podemos decir que este método es confiable porque puede medir fácilmente variaciones en la concentración de una solución.

dβ x 100 , β

El porcentaje de error instrumental se determina utilizando la ecuación

%EI=±

patrón

1

2

3

4

5

6

x

%EI

0,27

0,32

0,4

0,57

0,73

0,91

0,38

así:

Es conocido que los porcentajes de error deben ser muy pequeños y con este cálculo comprobamos que dicho porcentaje que provee el instrumento es mínimo, lo cual es muy

positivo ya que genera más confianza a la hora de tomar las mediciones. Como se puede observar en la tabla, todos son valores menores al 1% de modo que indica que el método es muy exacto. Al mirar el valor de x (0,38), que corresponde a la muestra problema P2, se hace evidente que al haber un porcentaje de error tan bajo, el valor que obtuvimos para la concentración de esta muestra desconocida es muy cercano a la realidad, o sea, más exacto, de modo que se puede confiar en el valor de beta arrojado por el instrumento para cada una de las mediciones. ●

Para P3

La Fructosa de forma molecular C6H12O6 es un isómero de compensación de función de la glucosa, es levógira y tiene tres carbonos asimétricos por lo tanto ella es una de los componentes de los cuatro pares de enantiómeros. Su nombre sistemático es 1,3,4,5,6 pentahidroxi-2-hexanona. En esta parte se determinó el valor del ángulo de giro para una serie de patrones preparados a partir de una concentración de 8% de Fructosa con el fin de obtener una concentración desconocida x, la cual por medio de la curva de calibración obtuvo un valor de 4,24% y un valor en el ángulo de giro de -6,9. Por ser la Fructosa una sustancia levógira (-), o sea que gira en el sentido contrario de las manecillas del reloj, se obtienen valores del ángulo de giro negativo. Para determinar la sensibilidad del método de utiliza la ecuación

r=

m , donde m es la pendiente s

(ver figura 2) y s es la desviación estándar; así:

r=

2,42 0,02005

→r =120,67

El porcentaje de error instrumental se determina utilizando la ecuación

%EI=±

dβ x 100 , β

así: patrón

1

2

3

4

x

%EI

0,36

0,51

0,77

1,43

0,73

Como se puede observar los porcentajes de error instrumental con valores bajos son aceptables, por tanto las mediciones realizadas están en un rango de confiabilidad alta. ●

Aplicación de control de calidad

Para esta práctica se evaluará el contenido de sacarosa presente en el vino blanco. Tendrá base en la curva de calibración ya planteada para la sacarosa (figura 3) y que a su vez está apoyada en los valores mostrados en la tabla 3 del apartado RESULTADOS.

Se procederá a depositar el vino blanco en el tubo de observación del polarímetro, posteriormente se realizará la medición del ángulo beta el cual se determina con el polarímetro y a continuación, a partir de los datos que ya eran conocidos, se harán los cálculos pertinentes para determinar la concentración de sacarosa en el vino blanco teniendo como patrón el ángulo beta anteriormente medido. Dicha concentración se obtiene interpolando la curva de calibración que se tiene como referencia. Se realizó la medición del beta en el polarímetro y el valor fue de 4,45 el cual corresponde a una concentración de 3,46% de sacarosa en el vino blanco. El beta obtenido es positivo debido a que la sacarosa es dextrógira. ‘’El vino blanco se encuentra en la variedad de los vinos secos, cuyo contenido en azúcar residual es de 3 g/ 100 mL como máximo, pudiendo ser de hasta 9 g/ 100 mL si su contenido en acidez total, expresado en g/mL de ácido tartárico, no es inferior en más de 2 g/ 100 mL a su contenido en azúcar residual.’’ Basado en la explicación anterior, tiene mucho sentido la concentración de sacarosa obtenida en el laboratorio, debido a que nuestro valor se encuentra entre los valores designados para los vinos secos en general. Para determinar la sensibilidad del método de utiliza la ecuación

r=

m , donde m es la pendiente s

(ver figura 3) y s es la desviación estándar; así:

r=

1,665 0,02618

→r =63,598

La sensibilidad es alta, de modo que se puede concluir que el método mide bajas variaciones en la concentración. El porcentaje de error instrumental se determina utilizando la ecuación

%EI =±

dβ x 100 , así: β

patrón

1

2

3

4

x

%EI

1,9

0,9

0,72

0,57

1,12

Los porcentajes de error instrumental son bajos, de modo que así se comprueba que la técnica utilizada es válida en la determinación del contenido de sacarosa de una sustancia o especie sin ningún conocimiento previo de la concentración real del vino blanco.

●

Cinética de la sacarosa

Para comenzar, � t pudo ser determinado mediante la preparación de sacarosa al 20% diluido con HCl 4N midiendo el ángulo de giro durante 12 lapsos de tiempo cada 4 minutos, los resultados obtenidos contribuyeron en la determinación de � o, ángulo de giro inicial apenas se diluye la

sacarosa y el ácido clorhídrico, el cual no pudo ser tomado por ser una reacción instantánea para ello se extrapolan los valores de Log(� t - � ∞) con los tiempos de reacción. En la determinación de �∞, fue puesto durante dos horas en un sistema termostático el tubo de observación del polarímetro que contenía una solución de sacarosa al 20% m/v y HCl 6N. Pasadas las dos horas se obtuvo el valor del ángulo de giro de �∞ el cual obtuvo un valor negativo que indica que desvía la luz polarizada hacia la izquierda y que tuvo una inversión de la sacarosa algo que será explicado más adelante, por ello era necesario hacer la diferencia con el valor de �o y obtener un valor positivo. Por otra parte, la gráfica de Log(� t - � ∞) vs tiempo en minutos, se extrapola a cero y se obtiene el valor de �o. En la Tabla 4 con los datos experimentales obtenidos en la cinética de la sacarosa se hallan los valores de K, las constantes de velocidad en términos del ángulo de giro. La cinética de la sacarosa se realiza para hacer una inversión de sacarosa en glucosa o fructosa, es decir, es la disgregación por hidrolización de la sacarosa en glucosa y fructosa. Su nombre hace referencia a que el poder rotatorio de la solución frente a la luz polarizada es invertido por el proceso de hidrólisis que separará la sacarosa en sus dos subunidades ya mencionadas. Por esta razón, el ángulo de giro �∞ tuvo un valor negativo, ya que la fructosa y la glucosa son levógiras, o sea que giran el plano de vibración de la luz polarizada hacia la izquierda. Por otra parte, en cuanto a la cinética de la reacción los valores obtenidos de K tienen diferencias muy pequeñas lo que indica que la reacción es neutra y que la velocidad de inversión de la sacarosa por la presencia de los iones hidrógeno acelera la reacción de manera que se pueden medir con exactitud los datos requeridos. Por ser la velocidad de inversión proporcional a la concentración de los iones hidrógenos en la solución, en el tiempo transcurrido se obtuvo con exactitud una medición correcta de los ángulos de giro, obteniendo en la Figura 5 la gráfica de concentración en moles por litro vs tiempo en minutos un coeficiente de correlación muy exacto con valor igual a 1. PREGUNTAS 1. Qué factores afectaron las medidas del ángulo de giro �? Las medidas del ángulo de giro pudieron ser afectadas por: ● ●

Error en la preparación de los patrones. Burbuja encontrada en el tubo de observación.

2. Qué factores afectan la medida de la rotación específica? La rotación específica depende de la longitud de onda de la luz empleada, la temperatura, el espesor del tubo que contiene la muestra, el solvente y la concentración; por tanto si es alterado alguno de estos factores, la medida de la rotación específica varía.

3. Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos? Para la determinación de la confianza en los resultados obtenidos al realizar la curva de calibración para cada especie, es necesario tener en cuenta la exactitud con los valores de porcentaje de error. Los cálculos de porcentaje de error de los datos de rotación específica fueron planteados en el apartado de RESULTADOS. 4. Cómo puede adaptar la técnica polarimétrica para el control de calidad y controlar algunos procesos industriales? La técnica polarimétrica es ampliamente utilizada en las industrias químicas y farmacéuticas para el control de calidad. Existen más de 60 variedades de sustancias químicas listadas, de las cuales se pueden medir con un polarímetro. Entre estas se incluyen: ácido ascórbico, testosterona y cocaína. Se aplica las medidas con polarímetros para aditivos alimenticios , esencias y perfumes. En análisis de azúcares, siendo la forma estándar de medición empleando la unidad de la escala Internacional estándar de azúcar.

5. En qué consiste la escala internacional del azúcar? La ICUMSA (Comisión internacional para los métodos uniformes de análisis de azúcar) recomienda un polarímetro con una exactitud de +/- 0,01 Z°, los cual corresponde aproximadamente a 0,003° de rotación óptica. Un sacarímetro es básicamente un polarímetro con la escala internacional del azúcar (ISS). Es usado para medir la concentración de soluciones azucaradas. Los métodos analíticos para la industria azucarera están hechos para una asociación global de más de 30 países. Estos métodos se basan en las actividades del Comité Nacional para el análisis del azúcar de los países miembros, y es reconocido por autoridades como la OIML (Organización legal internacional de metrología). El ICUMSA fija los estándares y especificaciones de la escala internacional para determinar el contenido de productos que contienen sacarosa usando métodos polarimétricos. La rotación óptica de soluciones de sacarosa depende de la concentración, el largo del tubo, la temperatura y la longitud de onda. Basado en la escala internacional del azúcar (ISS) 100°Z puntos corresponden a una rotación óptica de una solución normal de sacarosa pura. Una solución normal de sacarosa corresponde a 26.0000 g pesados en aire bajo condiciones normales (1013 mbar, 20 °C, 50% humedad relativa) y disueltos en agua hasta un volumen final de 100 cm3.

CONCLUSIONES Las mediaciones que se realizan en el polarímetro se adaptan fácilmente al análisis cualitativo de compuestos ópticamente activos. Se emplean curvas de calibración que relaciona la rotación óptica con la concentración buscando una relación lineal de acuerdo a la ecuación de la recta. La velocidad de una reacción química es aquella a la que las concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el tiempo y utilizando un método polarimetrico se puede determinar la cinética de la reacción con los resultados de k que en el caso fueron relativamente constantes. El resultado de la hidrólisis es una mezcla equimolar de glucosa y fructosa que presentan un poder rotatorio total de signo negativo debido a la fuerte contribución levógira de la fructosa. BIBLIOGRAFÍA http://www.mep.net.au/foodlab/FL_16/FL16_D02IA03-A_Application_Note_Sugar.pdf

https://aprendeacatarvino.wordpress.com/2008/12/31/tipos-de-vino-en-funcion-de-la-cantidad-deazucar/ http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=10376...