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UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO
ANÁLISIS INSTRUMENTAL
DETERMINACIÓN DE CONCENTRACIÓN
DE UNA DISOLUCIÓN USANDO EL
ESPECTROFOTÓMETRO
Castillo V, Sandra C; Delvasto, Dary N; Pinzón G, Andrea M y Roa P, Sebastian
{scastillo46, ddelvasto88, apinzon76, sroa30}@uan.edu.co Resumen— En este laboratorio se realizó una espectroscopia visible empleando una solución de azul de metileno como stock y agua destilada como blanco para la configuración del equipo: espectrofotómetro. Se prepararon disoluciones a partir de la muestra pura de azul de metileno a 1:2 1:4 1:8 y 1:16 para leerlas en el equipo y realizar una curva de calibración, datos que se repitieron en tres equipos diferentes. Lo cual generó tres gráficas una correspondiente a cada equipo, con las cuales podemos ver los diferentes cambios que presentan estos equipos y cual es el más confiable. Palabras Clave—Absorbancia, espectrofotometría, gráfica, stock, blanco.
1. INTRODUCCIÓN
La ley de Beer-Lambert explica que hay una relación exponencial entre la transmisión de luz a través de una sustancia y la concentración de la sustancia, así como también entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa. Si conocemos l y α, la concentración de la sustancia puede ser deducida a partir de la cantidad de luz transmitida[1]. Esta ley expresa la relación entre absorbancia de luz monocromática (de longitud de onda fija) con la concentración en solución,constante de absortividad propia de cada sustancia y el grosor en centímetros del recipiente que la contiene:
Lo cual puede ser evaluado a través de la espectroscopia UV-Vis esta es una técnica analítica que mide la proporción de longitudes de onda discretas de luz UV o visible que son absorbidas o transmitidas por medio de una muestra en paralelo con una muestra de referencia o en blanco. Esta propiedad se ve intervenida por la estructura de la muestra, potencialmente proporcionando datos sobre lo que hay en la muestra y en qué concentración. [2] Adicionalmente la espectroscopia UV-visible se emplea para reconocer algunos grupos funcionales de moléculas, y adicional, para establecer el contenido y fuerza de una sustancia. Su uso generalmente está en la determinación cuantitativa de los componentes de soluciones de iones de metales de transición y compuestos orgánicos altamente conjugados. [3] Para realizar una representación se hace uso de la curva de calibración, que es una técnica empleada que consiste en una curva de referencia, donde la magnitud medida es la concentración de un analito en el eje horizontal (X), mientras que la respuesta instrumental aparece en el eje vertical (Y). [4] En este laboratorio, se determinó cuantitativamente la concentración de albúmina en una muestra problema mediante el método de Biuret y la espectrofotometría visible todo esto en el marco experimental. Mediante procesos como la realización de los cálculos y preparación de los patrones para establecer la curva de calibración, un barrido espectral para identificar la longitud de onda de máxima absorción de la compleja proteína albúmina y por último los cálculos correspondientes para determinar la cantidad de proteína en unas soluciones preparadas
2. EXPERIMENTAL
Para la determinación de concentración de una disolución de azul de metileno usando espectroscopia U-Vis, se empleó un espectrofotómetro y diferentes disoluciones del mismo analito para lograr apreciar su comportamiento. 2.1 Preparación de soluciones Se inicia tomando 1 mL de azul de metileno el cual se considera la solución stock o madre la cual se usará como referencia junto al blacco donde será solamente agua destilada.
Posteriormente esa misma cantidad de azul de metileno se lleva a una solución de 3 mL como volumen total al agregar 1 mL de agua destilada. En la siguiente solución se toma al igual que la anterior, 1 mL de azul de metileno en el matraz aforado y obtiene un volumen total de 5 mL, así con cada una de las soluciones siguientes con un volumen final de 9 y 17 mL respectivamente. 2.2 Calibración del equipo El espectrofotómetro se calibra mediante la lectura del blanco y la solución stock. El equipo debe de ubicarse a una longitud de onda de 650 nm, en la cual el blanco debe llevarse a 0 de absorbancia, después de que esto suceda con varias pruebas del mismo blanco, se realiza la lectura con la solución stock, la cual deberá ser el mayor valor de todas las demás lecturas realizadas, ya que se preparan como disoluciones de esta. 2.3 Curva de calibración Al empezar la toma de datos se debe realizar la preparación de las soluciones anteriormente descritas en sus correspondientes celdas y se lleva a un equipo previamente calibrado, realizando su repetición correspondiente de la misma manera, en un equipo diferente. 2.4 Determinación de concentraciones Para las soluciones preparadas en el punto 2.1 , se determina su concentración mediante la estructura de mL de soluto sobre mL de solución, lo cual se multiplica por su pureza. Como se expresa en las siguientes ecuaciones: (2) 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑎𝑧𝑢𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜𝑚𝐿𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 (0, 01) = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2.5 Mínimos cuadrados El método de los mínimos cuadrados se utiliza para calcular la recta de regresión lineal que minimiza los residuos, esto es, las diferencias entre los valores reales y los estimados por la recta. Se revisa su fundamento y la forma de calcular los coeficientes de regresión con este método, Para lo cual se emplean diferentes fórmulas, las cuales se presentan a continuación (3) 𝑚 = 𝑠𝑥𝑦 𝑠𝑥𝑥 (4) 𝑏 = 𝑦 − 𝑚𝑥
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Una vez fueron preparadas todas las soluciones necesarias para llevar al espectrofotómetro, se prosiguió a evaluar las disoluciones preparadas a diferentes concentraciones a una longitud de onda de 650 λnm, observando estos resultados en la tabla No. 1. Tabla No. 1 Resultados obtenidos utilizando el espectrofotómetro (ABS) y las concentración a partir de los cálculos. Equipo 1 ABS Concentración Puro 3,000 0, Solución 1 (1:2) 1,955 0, Solución 2 (1:4) 1,752 0, Solución 3 (1:8) 1,676 0, Solución 4 (1:16) 0,630 0, Para poder observar mejor los datos anteriores se construyó la gráfica No. 1, llamada equipo 1 que muestra las diferentes concentraciones vs la respuesta del equipo 1 en unidad de absorbancia a 650 λnm. Gráfica No. 1 Relación entre concentración y absorbancia de las cinco soluciones obtenidas utilizando el equipo No°1.
Con la ayuda de las tablas de los diferentes equipos y con el método de mínimos cuadrados, esto con el fin de poder mejorar cada una de las gráficas.
4. CONCLUSIONES
Los resultados de este laboratorio para la determinación de la concentración de una disolución usando el espectrofotómetro , nos proporcionó tres gráficas (equipo1,equipo2,equipo 3), en las cuales se puede apreciar que indican una mayor confiabilidad en el equipo 3 con un r2 de 0,9824. Gracias a esto también se pudo observar las exactitudes y precisiones de las distintas disoluciones en los diferentes equipos donde se pueden llegar a concluir errores sistemáticos y aleatorios. En el primer equipo se pudo analizar que hay errores sistemáticos (sistema empleado en la medición, en esté caso que el instrumento esté mal calibrado), pero no hubo errores aleatorios (los datos dieron en un rango cercano, no fue al azar). En el segundo equipo observamos errores sistemáticos como también aleatorios, pudo ser causado por condiciones ambientales fluctuantes, oscilaciones propias del instrumento o del operador. En el tercer equipo hay errores sistemáticos como también aleatorios pequeños (datos exactos). Posteriormente se logró comprobar la ley de Beer Lambert, ya que al realizar el gráfico con los valores obtenidos en la espectrofotometría se observa claramente una recta con comportamiento lineal, lo cual demuestra que la absorbancia y la concentración son directamente proporcionales. Finalmente, como indica la literatura científica, la curva de calibración permite obtener los valores desconocidos de la solución problema, gracias a que el cromógeno (azul de metileno) obedece la ley de Beer Lambert. Mediante la experimentación se pudo comprobar la veracidad de la ley de lambert beer, ya que se evidenció una relación directamente proporcional entre la transmisión de luz a través de una sustancia y la concentración, así como también entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa. El espectrofotómetro es una herramienta muy importante en el laboratorio, con ella determinamos la absorbancia de una sustancia en una cubeta a través de un haz de luz. Las técnicas colorimétricas se basan en la medida de la absorción de radiación en la zona visible por sustancias coloreadas. En principio todos los sistemas que cuantifican el color a partir de tres variables poseen aspectos colorimétricos: Luminancia, Longitud y Pureza.
REFERENCIAS
[1] Ley_de_Beer-Lambert. (n.d.). Quimica.es. Retrieved September 24, 2022, from https://www.quimica.es/enciclopedia /Ley_de_Beer-Lambert.html [2] Espectroscopía UV-Vis: principio, fortalezas y limitaciones y aplicaciones. (n.d.). News-courier.com. Retrieved August 28, 2022, from https://www.news-courier.com/analysis/art icles/uv-vis-spectroscopy-principle-strengt hs-and-limitations-and-applications- 5 [3] Espectrofotometría UV-VIS. (2019, August 11). Cromtek. https://www.cromtek.cl/espectrofotometri a-uv-vis/ [4]Zapata, F. (2020, June 5). Curva de calibración: para qué sirve, cómo hacerla, ejemplos. Lifeder. https://www.lifeder.com/curva-de-calibrac ion/
ANEXOS
Errores aleatorios y sistemáticos de los equipos
