Instituto Tecnológico de Estudios
Superiores de Monterrey
Campus Puebla
Escuela de Ingeniería y Ciencias
Aplicadas
Departamento de Biotecnología
Laboratorio de Química Experimental-Q.1014.01
Dr. Isaac Monroy
Mtro. Víctor H.
Blanco
Práctica 21: ESPECTROFOTOMETRÍA
DE ABSORCIÓN VISIBLE:
Preparación de un
espectro de absorción y de una curva estándar.
Equipo 7:
Laura Barba Castillo
A01322562
Alejandro Larios Campos A00399515
Rodrigo E. Hernández
Jiménez A01324406
Brenda Berenice
Jerónimo Atanacio A01324138
Fecha de entrega: martes 23 de abril de
2013
Objetivo:
Ø Aprender
el uso del espectrofotómetro, así como aprender a preparar un espectro de
absorción y una curva estándar.
Introducción
La espectrofotometría es un
método de análisis óptico que se encarga de estudiar la energía radiante,
propagación de energía en el espacio sin necesidad de materia, o flujo que se
transmite absorbe o refleja a través de una superficie como función de la longitud
de onda y para esto es necesario un espectrofotómetro.
Los espectrofotómetros son
instrumentos utilizados en el laboratorio para realizar análisis cuantitativos
y cualitativos de ciertas mezclas o compuestos químicos. El uso de estos instrumentos es esencial para
realizar análisis de gran importancia dentro de los diversos sectores de la
industria, por ejemplo, la farmacéutica,
análisis clínicos, refresqueras, alimentos, área textil, pintura, petroquímica,
química entre otros.
Por medio del espectrofotómetro
podemos obtener valores para determinar la transmitancia, absorbancia o
longitud de onda. El primero se refiere a la magnitud que se presenta al
relacionar la energía radiante que atraviesa la muestra sin cambio en la
frecuencia y la que incurre en ella. El segundo término es la cantidad de
energía radiante que se absorbe por la muestra y por último, longitud de onda
es el desplazamiento en dirección de propagación entre dos puntos consecutivos
de una onda periódica en la cual la fase es la misma.
El ancho de banda espectral
(ABE) es lo que caracteriza la longitud efectiva de una curva de distribución
de intensidad entre diferentes longitudes de onda, determina la abertura por la
cual pasa el haz de luz.
La región visible del espectro
electromagnético abarca de 380 a 780 nm. Esta región del espectro es usada
ampliamente en el laboratorio analítico. Cuando observamos una muestra,
vemos luz reflejada. La luz que se
refleja es la que el objeto absorbió varias en longitudes de onda.
El análisis cualitativo por
espectroscopia de absorción mide la absorbancia de una sustancia a varias
longitudes de onda crecientes. Graficando absorbancia contra concentración, se
obtiene la curva estándar. (Harris 2007)
En esta práctica se trabajó con
un colorante rojo para alimentos en el cual se determinó el espectro de
absorción y la longitud de onda para la curva estándar a partir de la cual se
obtuvo la concentración de la muestra.
Desarrollo
1.
Se pesaron 0.05g de colorante rojo en polvo.
2.
Se preparó una solución de colorante a 1000ppm.
3.
Se tomaron 2.5ml de la solución original y se
diluyó a 50ppm.
4.
Después se tomaron 10ml de la solución de 50ppm
y se diluyó a 10ppm.
Resultados
Tabla. Absorbancia
de la muestra de 10ppm a diferentes longitudes de onda.
Longitud de onda (nm)
|
Absorbancia
|
280
|
0.043
|
340
|
0.031
|
440
|
0.022
|
540
|
0.054
|
580
|
0.018
|
640
|
0.007
|
760
|
0.005
|
Fuente.
Laboratorio de Química Experimenta, ITESM, Campus Puebla.
Se eligió la longitud de onda de 340nm porque presentaba un
valor intermedio en la absorbancia.
Tabla. Absorbancia
presentada por las diferentes soluciones a una longitud de onda de 340nm.
Solución (ppm)
|
Absorbancia
|
Solución (ppm)
|
Absorbancia
|
2
|
0.013
|
100
|
0.127
|
10
|
0.019
|
4
|
0.016
|
2
|
0.045
|
6
|
0.049
|
8
|
0.050
|
4
|
0.062
|
100
|
0.169
|
6
|
0.058
|
50
|
0.109
|
8
|
0.076
|
10
|
0.031
|
50
|
0.183
|
Fuente.
Laboratorio de Química Experimenta, ITESM, Campus Puebla.
Discusión
La absorbancia, también
conocida como densidad óptica, corresponde al logaritmo negativo de la
tramitancia. Su importancia se debe a que es proporcional a la concentración c
de la especie que absorbe la luz de la muestra. Esto se expresa en la ley de Lambert-Beer, la cual constituye el
fundamento de la espectrofotometría en química analítica, de acuerdo con la
siguiente ecuación:
A = ebc
Por lo general, la
concentración de la muestra esta expresada en moles/litro y el camino óptico b,
en centímetros. La cantidad e
(épsilon) es llamada absortividad molar, y tiene unidades 1/M * cm. (Harris,
2007)
A partir de la absorbancia se
construyó una curva de calibrado, utilizando soluciones patrón o estándar de
colorante rojo de comida a 2, 4, 6, 8, 10, 50 y 100 ppm. Para este procedimiento se utilizó una
longitud de onda de 340nm, la cual se determinó a partir del espectro de
absorción de una muestra de 10 ppm. (Harris, 2007)
Se utilizó una solución blanco
con agua destilada para eliminar el error debido a impurezas o especies con
absorbancia a dicha longitud de onda. Finalmente se construyó un gráfico de
dispersión y se obtuvo la recta de mejor ajuste a través de una regresión
lineal simple. A partir de la ecuación de la curva es posible determinar la
concentración de las soluciones problema a partir de sus valores de
absorbancia. (Harris, 2007)
Figura. Curva
estándar de colorante de alimentos rojo a 340nm.
Cuestionario
1. Defina
los siguientes términos: absorbancia, extinción, densidad óptica, transmitancia
porcentual, absortividad, absortividad molar, coeficiente de extinción molar,
espectro de absorción, curva estándar.
°
Absorbancia: se
define por la ecuación:
Extinción: la expresión log10
Io/I se conoce como la
extinción E o absorbancia. (Plummer,
1981)
°
Densidad
óptica: es la absorbancia.
°
Transmitancia
porcentual: Cuando la celda del solvente es reemplazada por
la celda que contiene la muestra. (Brunatti & Martín, s.f.)
°
Absortividad:
constante de proporcionalidad. a en
la relación: A = abc. Donde A es la
absorbancia, b es la longitud del
camino a través de la solución y c es
la concentración de la especie absorbente.
°
Absortividad
molar: es cuando la concentración se expresa en moles por litro y
la longitud de la celda en centímetros. Se designa como ɛ.
°
Coeficiente
de extinción molar: es una constante para cada sustancia y se
denota por ɛ en la ecuación: A = ɛcl
°
Espectro
de absorción: gráfico que muestra cómo varía A al variar la
longitud de onda. Este es característico para cada sustancia y la forma de la
curva es igual para cada sustancia a diferentes concentraciones.
°
Curva
estándar: gráfica que representa la respuesta del detector en función
de la concentración del analito.
(Harris,
2007)
2. ¿Cuál
es la diferencia fundamental entre un espectrofotómetro convencional y un
colorímetro o fotocolorímetro?
En los
procedimientos basados en igualación de color se deben usar continuamente
disoluciones patrón, mientras que en el espectofotómetro una vez construida la
curva sólo es necesario comprobar
ocasionalmente un punto.
3. ¿Cuál o
cuáles son las diferencias entre un espectrofotómetro convencional y uno de
arreglo de diodos o fotodiodos?
Un transductor
con fotodiodos de silicio se compone de una unión pn de polarización inversa formada por un circuito integrado de
silicio. Requiere sólo de alimentación de bajo voltaje o pueden funcionar en
polarización cero. Tienen intervalos espectrales entre 190 y 1100nm. (Douglas,
et al.)
En el
espectrofotómetro la luz que procede de una fuente continua pasa a través de un
monocromador que selecciona una banda estrecha de longitudes de onda del haz
incidente, esta luz atraviesa la muestra y mide la irradiancia que la luz que
emerge. (Harris, 2007)
4. ¿Qué
tipo de detectores se utilizan en fotocolorímetros y espectrofotómetros?
Para el
fotocolorímetro se utilizan las células fotoeléctricas y galvanómetros.
Existen
tres montajes fotoeléctricos que se emplean en la detección de radiación:
·
Células fotovoltaicas o de barrera.
·
Fototubos.
·
Células fotoconductivas.
(Pino & Pérez, 1983)
5. ¿Cómo
funcionan estos detectores?
Fotocolorímetro:
la luz llega a una fotocélula que genera una corriente eléctrica en proporción
directa a la intensidad de la luz incidente. Esta señal eléctrica pequeña se
incrementa mediante un amplificador y la señal amplificada pasa a un
galvanómetro calibrado en una escala logarítmica que da directamente medidas de
absorbancia. (Plummer, 1981)
Montajes
fotoeléctricos:
·
Células fotovoltaicas o de barrera: la energía
radiante genera una corriente en la interface de un semiconductor y un metal.
·
Fototubos: la radiación origina fotoemisión de
electrones desde una superficie sólida.
·
Células fotoconductivas: la absorción de la
radiación por un semiconductor origina un cambio en su resistencia eléctrica. Se
emplean especialmente para detectar radiación infrarroja.
(Pino
& Pérez, 1983)
Conclusión
Por medio del manejo del espectrofotómetro
y a través de la medición de absorbancia usando soluciones patrón de colorante
rojo para alimentos, fue posible realizar una curva estándar para futuras
mediciones de soluciones problema de concentraciones conocidas.
Bibliografía
Brunatti, C. & Martín, A. (s.f.) Introducción a la
Espectroscopía de Absorción Molecular Ultravioleta, Visible e Infrarrojo
Cercano.
Capilla, P.; Artigas, J. & Pujol i Ramo, J. (2002) Fundamentos
de colorimetría. Universitat de València. España.
Harris, D. (2007) Análisis Químico Cuantitativo 3ra
ed. Barcelona, España: REVERTÉ
Pino, F. & Pérez, D. (1983) Análisis de elementos-traza
por espectrofotometría de absorción molecular ultravioleta – visible. Universidad
de Sevilla. España.
Plummer, D. (1981) Bioquímica práctica. McGraw-Hil.
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