Curva espectral de sustancias orgánicas e inorgánicas, longitud de onda óptima y curva de Ringbown PDF

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primer informe de Quimica Analitica Instrumental...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

“Año de la div diversificación ersificación productiva y del for fortalecimiento talecimiento de la educación”

FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA BÁSICA Y APLICADA

QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL “Uso espectrofotómetro Uso y cuidado del espectrofo tómetro de absorc ión UV -VISIBLE y obtención de absorción UV-VISIBLE espectros espectros” “Curva espectral de sustancias orgánicas e inorgánicas, longitud de onda óptima y curva de Ringbown”  Número de mesa: MESA 3

 Integrantes:

 Chávez Cerna, Ruben Freddy  Huamán Huayllahuaman, José Luis Christofer  Orihuela Martínez, Luis Alberto  Sanchez Rivera, Karlo Josue

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 Hora: 3 p.m. – 7 p.m.  Docente: Q.F. Fredy Enrique Quispe Jacobo

Lima – Perú 2015 USO Y CUIDADO DEL ESPECTROFOTÓMETRO DE ABSORCIÓN UV-VISIBLE Y OBTENCIÓN DE ESPECTROS CURVA ESPECTRAL DE SUSTANCIAS ORGÁNICAS E INORGÁNICAS, LONGITUD DE ONDA ÓPTIMA Y CURVA DE RINGBOWN

1. OBJETIVOS

    

Operar correctamente el espectrofotómetro de absorción UV- visible modelo GENESYS 10S UV-VIS marca THERMO SCIENTIFIC. Adquirir experiencia en la obtención de espectros de adsorción. Conocer el comportamiento de las sustancias frente a las radiaciones electromagnéticas. Determinar la longitud de onda optima de la sustancia y sus aplicaciones analíticas. Determinar la zona de trabajo y la concentración óptima.

2. INTRODUCCIÓN Desde hace muchos años se ha usado el color como ayuda para reconocer las sustancias químicas; al reemplazar el ojo humano por otros detectores de radiación se puede estudiar la absorción de sustancias, no solamente en la zona del espectro visible, sino también en ultravioleta e infrarrojo. Se denomina espectrofotometría a la medición de la cantidad de energía radiante que absorbe un sistema químico en función de la longitud de onda de la radiación, y a las mediciones a una determinada longitud de onda. La teoría ondulatoria de la luz propone la idea de que un haz de luz es un flujo de cuantos de energía llamados fotones; la luz de una cierta longitud de onda está asociada con los fotones, cada uno de los cuales posee una cantidad definida de energía.

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Como futuros profesionales en ciencias químicas es de suma importancia que sepamos utilizar el espectrofotómetro e interpretar los resultados que este nos brinde más allá de los cuidados necesarios para la obtención de un análisis confiable.

3. MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALES: Equipos y reactivos:       

Espectrofotómetro UV – Visible: Modelo GENESYS 10S UV- Visible Cubeta de Cuarzo de 1cm Solución estándar de Azosulfamida 500µg/ml Pipetas de diferentes volúmenes Fiolas de diferentes volúmenes Agua destilada Propipeta

MÉTODO OPERATORIO: La primera práctica tuvo como fin el correcto uso y manejo adecuado del espectrofotómetro de UV-VISIBLE, para lo cual se respetó los pasos indicados en la guía de prácticas.

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Esta segunda práctica fue de tipo experimental, tiene como fin el cálculo de la curva espectral y de Ringbown de la muestra coloreada (Azosulfamida). Para la curva de Ringbown se prepararon soluciones de azosulfamida a diferentes concentraciones. Se calcula la trasmitancia y a partir de este la absortancia. Luego de obtener las absortancias se grafican en papel semilogarítmico para obtener la zona de trabajo y la concentración óptima.

4. RESULTADOS -

Determine la longitud de onda óptima de azosulfamida. (Adjuntado al final del informe) Represente en papel semilogarítmico la curva de Ringbown del azosulfamida y ubique la concentración máxima y mínima cuantificable, y la concentración óptima. (Adjuntado al final del informe)

5. CUESTIONARIO

 CUESTIONARIO Nº 1:

1. ¿Cuál es diferencia entre un fotocolorímetro y un espectrofotómetro?

ESPECTROFOTÓMETRO  Lee longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo.  Permite medir la relación entre la energía radiante de dos rayos, con lo cual se mide la absorbancia.  Utiliza como fundamento los fenómenos que le ocurren a la luz una vez que interactúa con la muestra, tales como la absorción, reflexión, difracción, etc.  La longitud de onda se puede modificar continuamente, por lo que es posible registrar espectros de absorción.

FOTOCOLORÍMETRO  Lee en longitudes de onda del rango "Visible".  Se utiliza generalmente para determinar con exactitud el color de una substancia, ya sean soluciones o sustratos sólidos como tintas o pinturas.  Emplean filtro para seleccionar las longitudes de onda en combinación con un transductor de radiación adecuado.

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2. Explique las diferencias entre instrumentos de un solo haz y de doble haz para las mediciones de absorbancia.

 Los instrumentos de simple haz son aquellos en los cuales el haz de luz sigue una única trayectoria entre la fuente y el detector. La banda de luz atraviesa la muestra que se halla contenida en una celda, la luz transmitida por la muestra pasa al detector originándose una corriente eléctrica que por medio de diferentes circuitos permite observar una señal, ya sea el movimiento de una aguja o señal digital o un registro gráfico.

 En cambio en los instrumentos de doble haz la luz proveniente de la fuente es dividida en dos haces después de salir del monocromador mediante un sistema de espejos divisores. Esta división produce dos haces de luz, uno de ellos se dirige a la celda de referencia, que contiene el blanco, y el otro haz se dirige hacia la celda de muestra. Los dos haces de luz después de atravesar la celda de referencia y la de muestra llegan a detectores separados para obtener la señal correspondiente.

3. ¿Cuál es el criterio para seleccionar el uso de un instrumento de un solo haz o doble haz? Espectrofotómetro de simple haz: En un instrumento de simple haz, la luz pasa desde la fuente al monocromador o filtro y después por la cubeta que contiene la muestra para llegar al fotodetector.

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Espectrofotómetro de doble haz: En un monocromador de sistema de doble haz, la luz de un solo o de dobles monocromadores se enfoca a través de una referencia y un compartimiento de muestra. La intensidad de estos dos haces de luz se medida por cualquiera de los dos detectores, y el haz de la muestra se compara con el haz de la referencia proporcionalmente. Esta proporción puede ser alimentada a un metro o directamente en un instrumento registrador. El diseño de doble haz de los instrumentos o pueden usarse en doble haz en el espacio o doble haz en el tiempo. Entonces cuando sea necesario comparar directamente con una referencia estándar de la muestra problema, nosotros deberíamos usar un instrumento de haz doble. Pero si no fuera necesario ósea su se tiene la certeza de lo que estas analizando, pues e usa un instrumento de haz simple. 4. Defina cada término: Exactitud fotométrica. Ruido. Ancho de banda. Sistema dispersor.  Exactitud fotométrica: es el grado de concordancia entre la absorbancia real y la absorbancia medida.  Ruido: desviaciones aleatorias observadas cuando se repiten mediciones de señales que se controlan de forma continua.  Ancho de banda: es la longitud, medida en Hz, de la extensión de frecuencias en la que se concentra la mayor potencia de la señal.  Sistema dispersor: puede ser (prisma, red o filtro de absorción o interferencias). Un prisma dispersa la REM por el fenómeno de refracción. La REM cambia de dirección al llegar al medio determinado. Este cambio de dirección se mide con el índice de refracción, que puede ser: absoluto o relativo 5. ¿Cuál es el ERROR ABSOLUTO DE UN ESPECTROFOTÓMETRO? ¿Cuál es su valor numérico? La exactitud se expresa en términos de errores absolutos y relativos. El error absoluto de la media x del análisis de un pequeño conjunto de replicados se expresa mediante la relación:

Donde:

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xt es el valor aceptado como verdadero de la cantidad medida. Es habitual expresar la exactitud en términos de error relativo:

La mayoría de las veces el error se expresa en tanto por ciento, aunque no es raro expresarlo en tanto por mil. Es importante llamar la atención acerca del hecho de que tanto el error relativo como el absoluto llevan un signo positivo para indicar que el resultado medido es mayor que el valor verdadero y un signo negativo para indicar que el valor medido es inferior que el verdadero. 6. Deduzca matemáticamente la formula A= 2 – log%T. ¿Cuál es el rango de valores de transmitancia y de la absorbancia?

T= I / I0

%T = 100T

A = - log10 (T)

Donde: T: transmitancia A: absorbancia I: intensidad de luz

A = - log10(I / I0) A= log 10 (I 0 / I) A = log 10 (1 / T) A = log 10 (100 /% T) A = log10(100) – log10(%T)

A = 2 - log10(%T)

Los valores de transmitancia pueden ir de 0 a 1, cero si no pasa nada de luz y uno si pasa toda la luz. La absorbancia toma valores entre 0 e infinito. Obsérvese que la absorbancia aumenta conforme disminuye la transmitancia.

Los instrumentos miden transmitancia, es decir, comparan la intensidad de luz incidente y emergente. Tienen un procesador integrado que convierte los valores

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en absorbancia. En general, los instrumentos comunes tienen una escala de absorbancia de 0 a 2. 7. ¿Cómo se califica el buen estado de la fuente luminosa de un espectrofotómetro? Dependiendo del tipo de espectrofotometría, la fuente luminosa puede ser una lámpara con filamento de tungsteno para luz visible, o una lámpara de arco de deuterio para luz ultravioleta. Algunos fabricantes han diseñado espectrofotómetros con lámparas intermitentes de xenón de alta duración que emiten luz en el rango de la luz visible y ultravioleta. La lámpara o lámparas vienen montadas de fábrica en una base que permite asegurar una determinada posición, para que se mantengan las condiciones de ajuste óptico y enfoque cuando está en operación o se requiere reemplazarla. La energía radiante típica que emite una lámpara de tungsteno está entre los 2 600 y los 3 000 °K. Para el funcionamiento de un espectrofotómetro se requiere una fuente de suministro eléctrico de acuerdo con las normas y estándares implementados en el país. En los países americanos se utilizan, por lo general, voltajes de 110 V y frecuencias de 60 Hz. 8. ¿Cómo se hace la limpieza de las cubetas de muestra luego de ser usadas con una solución coloreada y grasa? Los ácidos grasos de las huellas dactilares son absorbentes significativos en la región UV, y si se dejan sobre las superficies ópticas, pueden provocar resultados erróneos. Limpiar bien todas las huellas y contaminantes antes de emplear una celda de muestra. Utilizar sólo paños para lentes de alta calidad y nunca secar el interior de una celda con los paños para lentes. Secar el interior de la celda con aire a presión, sin grasas, lo que evita que la celda se contamine con partículas del paño, o aclarar la celda con una disolución del blanco o de la muestra. Las partículas flotantes en la celda desvían el rayo de luz y así conducen a un espectro medido de muy baja calidad.

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 CUESTIONARIO N° 2 1. De acuerdo a la estructura química del compuesto estudiado ubique el o los grupos cromóforos. Señale las transiciones electrónicas respectivas.

Grupos cromóforos: N=N

transición n π*

2. Calcule la energía y el número de ondas de la longitud de onda óptima obtenida.

V=

3 x 108 m /s C V= V =5,66 x 1014 s−1 −9 ❑ 530 x 10 m

E=h . v E= ( 6,626 x 10−34 J . s )(5,66 x 1014 s−1) −20

E=37,50 x 10

J

Número de ondas=

1 1 =2,85 x 10−6 m−1 = ❑ 530 x 10−9 m

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3. De acuerdo a la curva de Ringbown, explique y fundamente ¿a qué se debe la formación de mesetas, inferior y superior? Ringbom en el análisis espectroscópico de la curva es una sigmoide que muestra la magnitud-1 T (o 1-% T, usando la transmitancia porcentaje) contra el logaritmo decimal de la concentración de analito (ppm o ppb). Su uso permite determinar el "error relativo asociado con un cierto intervalo de concentración de analito que se está midiendo, error relativo, que es una función de la pendiente de la curva. Aplicando la ley de Lambert-Beer en el cálculo del error relativo para el error fotométrico de 1% de transmitancia, es posible calcular el error relativo en la concentración de analito. De esta manera también muestra que en los extremos de concentraciones bajas o altas de la incidencia del error relativo es máxima: de hecho, acercándose a la tangente a cero, los relativos error aumenta hasta el infinito. 4. Investigue sobre los principales errores en la lectura de absorbancia con la concentración. (error relativo ΔC/C) y error absoluto y la curva de Crackford Los errores indeterminados que se producen en la lectura de las escalas de transmitancia o absorbancia son errores instrumentales siempre presentes y deben ser tomados en cuenta por todos los usuarios de espectrofotómetros cuando realizan mediciones cuantitativas. Pequeños errores en la lectura de la transmitancia o de la absorbancia pueden ocasionar errores grandes en la concentración cuando se opera en los extremos de la escala. El error absoluto cometido en la determinación de la concentración, para una cierto error de lectura de transmitancia, es pequeño, pero al ser pequeña la concentración, el error relativo puede ser grande. Esto es, el error absoluto en una concentración es pequeño, ahora bien el error relativo (el error absoluto dividido por la concentración a determinar) será elevado, dando lugar de nuevo a poca precisión en la medida de la concentración, intuitivamente se puede concluir que parece razonable aceptar que los valores intermedios de la transmitancia son los que darán una precisión óptima, esto explica la importancia de la gráfica de la curva de Ringbown. Curva de Crackford: Si: (ΔC/C) / ΔT = 0.4343 / T. logT.

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A partir de esta última relación se construye la curva del error o curva de Crawford graficando el valor absoluto de (D C/C) / D T vs. T, tomando transmitancia entre cero y uno. Esta gráfica indica que el error depende en forma compleja de la medida de la transmitancia y para valores muy bajos o muy altos de transmitancia, el error en la concentración crece exponencialmente, mientras que para valores intermedios el error permanece aproximadamente constante, presentándose un mínimo error en la concentración para la transmitancia correspondiente a 0.368 o 36.8 %T.

6. DISCUSIÓN

Para obtener el intervalo óptimo y adecuado de concentraciones con el menor error por lectura primero se construye la curva de Ringbown que consiste en construir una gráfica de absortancia (100% - T) vs la concentración. 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 absorbancia y concentración. En esta gráfica, los cruces de la parte recta (la intermedia), con la parte baja y con la parte alta, pueden servir para determinar un valor para los límites de detección mínimo y máximo, respectivamente. En la curva de Ringbown para la azosulfamida resulto como concentración optima el valor de 15 µg/mL así como la concentración mínima cuantificada a 7 µg/mL y la concentración máxima cuantificada a 30 µg/mL.

7. CONCLUSIÓN -

Las diferentes sustancias tienen diferentes comportamientos frente las radiaciones electromagnéticas por lo cual al llevarlas al espectrofotómetro este nos brinda las absorbancias de cada concentración de las sustancias.

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Determinando la curva de Ringbown podemos demostrar mediante trazos y rectas en la gráfica, que no todas las concentraciones cumplen con la ley de Lambert- Beer; es decir, se halla la concentración óptima y la zona de trabajo óptima (concentraciones mínima y máxima).

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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 Harris. Análisis Químico Cuantitativo. 3ra ed. Ed. Barcelona. Editorial REVERTE. 2007.

 Walter, Reyes. Análisis químico e instrumental moderno. España. Editorial REVERTE; 2005.

 Técnicas espectrométricas. [Actualizado el 19 de agosto de 2010; Citado el

24 de agosto de 2015]. Disponible en: https://docs.google.com/document/d/1IStRYXgU2LMyemg7GI0enZuSYGqecjBfocWL_LfYel/edit?pli=1

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