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• Diana Catalina Castiblanco Soriano

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ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTAL

INFORMES LABORATORIO

Presentado a: Ing. MANUEL LOZANO RIGUEROS

Presentado por: DIANA CATALINA CASTIBLANCO SORIANO Cód. 53012233 Grupo de Laboratorio No. 2 Grupo Curso Virtual 301101_1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD – CEAD JOSÉ ACEVEDO Y GÓMEZ INGENIERÍA DE ALIMENTOS QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTAL BOGOTÁ D.C., 2010

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INFORME PRÁCTICA DE LABORATORIO NO. 5 ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE I – CURVA DE ABSORCIÓN

1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA 1.1 GENERAL Aplicar los conceptos de espectrofotometría para hacer una curva de absorción. 1.2 ESPECÍFICOS      

Identificar las partes de un espectrofotómetro. Aprender a manejar un espectrofotómetro. Elaborar patrones para hacer curva de absorción. Realizar curva de absorción de un compuesto químico. Elaborar la curva de absorción característica de un compuesto químico. Determinar la longitud de onda óptima para un análisis espectrofotométrico.

2. MARCO TEÓRICO 2.1 ESPECTROFOTOMETRÍA Este método de análisis óptico es el más utilizado en las investigaciones químicas y biológicas. El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto y una que contiene una cantidad conocida de la misma.

2.2 PRINCIPIO DE LA ESPECTROFOTOMETRÍA Un haz de luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida; la energía radiante no puede producir ningún efecto sin ser absorbida. Entonces, las sustancias absorben ciertas longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas y solo se puede ver aquellas longitudes de onda no absorbidas. La espectrofotometría visible se usa con radiaciones del espectro electromagnético, en el rango de la luz visible de 400 a 800 nm. La absorción y la transmitancia de la luz dependen de la cantidad de concentración de la sustancia y la distancia recorrida

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COMPONENTES DE UN ESPECTROFOTÓMETRO

Luz de Color  Io

Muestra a Analizar



L

If

Detector de Luz

LUZ BLANCA

MONOCROMADOR

.Lámpara



3. PROCEDIMIENTO PREPARACIÓN DE SOLUCIÓN KMnO4

LECTURA EN EL ESPECTROFOTÓMETRO

Tomar alícuota de 25 ml de KMnO4 y llevar a balón aforado a y completar a 100 ml.

Colocar el dial en longitud de onda en el valor 380 nm y seleccionar lecturas en %T

Colocar la solución en la buretra de 25 ml

El portaceldas vacío ajustar hasta 0%T

Marca los 10 tubos de ensayo

Colocar una celda con agua destilada y colocar la lectura en 100%T

En el primer tubo de ensayo colocar KMnO4 1ml e ir aumentando de a 1 ml en los otros 9 tubos de ensayo Llenar otra celda con el patrón tubo No. 8, leer en la pantalla el valor de %T Luego añadir a los 10 tubos de ensayo con KMnO4 agua destilada y completar 15 ml, cada uno.

Tapar los tubos agitar suavemente y conservar al abrigo de la luz.

4. REACTIVOS  

Permanganato de Potasio 0.02 N. Agua destilada

5. EQUIPOS Y MATERIALES  Espectrofotómetro  Celdas de Lectura

Hacer lo anterior cambiando la longitud de onda y registrar los valores de %T

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         

Agua Destilada Solución patrón de KMnO4 a 0.02 N Gradilla para tubos de ensayo 10 Tubos de ensayo Soporte universal Pinzas para bureta Bureta de 25 ml con llave de teflón Pipeta aforada de 25 ml Balón aforado de 100 ml Papel celofán

5. CÁLCULOS Tabla No. 2. ppm de Mn en los 10 tubos patrón Alícuota de Solución ml 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

KMnO4 mg/15ml 0,16 0,32 0,47 0,63 0,79 0,95 1,11 1,26 1,42 1,58

KMnO4 mg/ml 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,11

KMnO4 mg/L 1,05 2,11 3,16 4,21 5,27 6,32 7,37 8,43 9,48 10,53

Mn mg/L 0,37 0,73 1,10 1,47 1,83 2,20 2,57 2,93 3,30 3,67

6. RESULTADOS El ajuste se realizó al patrón No. 8 (2.93 mg/L de Mn) Tabla No.1 Lectura del Tubo de Ensayo No. 8 en el espectrofotómetro T% Absorbancia  380 11,6 0,93930 396 26 0,58503 400 42 0,37675 410 59 0,22915 420 66 0,18046 430 64 0,19382 440 46,7 0,33068 450 43 0,36653 460 29,7 0,52724 470 15,3 0,81531

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480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600

7 1,9 0,7 0,2 8 19 22 35 40 48 51 57 65

1,15490 1,72125 2,15490 2,69897 1,08092 0,71670 0,65758 0,45223 0,39794 0,32331 0,29073 0,24413 0,18709

En la gráfica No. 1 se presenta el comportamiento de la longitud de onda seleccionada y el porcentaje de transmitancia respectivo, donde más adelante se concluirá la discusión de los resultados experimentales y con la observación visual se elegirá la lectura para el permanganato de potasio. 7. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Teniendo en cuenta que se realizó medición a diferentes longitudes de onda comprendidas en los valores de 380 nm a 600 nm, la región de onda donde el ión permanganato preparada por un patrón de 2,93 mg/L de Mn recibe el mínimo porcentaje de transmitancia es 510 cuyo valor se correlacionó como el máximo valor de absorbancia que es 2,69 8. RELACIÓN DE LA PRÁCTICA DE ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE I – CURVA DE ABSORCIÓN DEL LABORATORIO DE QUÍMICA CON LA INGENIERÍA DE ALIMENTOS. La espectrofotometría es una técnica utilizada en laboratorios para el análisis de alimentos, un ejemplo es en la industria del vino para medir los polifenoles como antioxidante, teniendo los taninos y antocianos; medir la intensidad de colorante; también para determinar concentraciones de minerales y elementos traza en los alimentos que son esenciales en la salud humana. 12. CONCLUSIONES Los principales elementos de un espectrofotómetro, son los generadores de haz de radiación, los monocromadores, la rendija seleccionadora de onda, el detector y el registrador el cual convierte la señal del detector en un valor útil ya sea en porcentaje de transmitancia o de absorbancia

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Para realizar una curva de absorción es necesario realizar patrones, en este caso de permanganato de potasio, con valores conocidos y tomar lecturas en varios rangos o longitudes de onda. Se determino que el mínimo valor de porcentaje de transmitancia es el máximo valor de absorbancia y se utilizo el valor encontrado para la determinación de manganeso en un patrón. 13. BIBLIOGRAFÍA

Skoog, Douglas A., West, Donal M., Holler, F. James y Crouch, Stanley R. 2005. Fundamentos de Química Analítica. México. Thomson. Pág. 353. Gutiérrez Rodríguez, José Humberto. 2006. Módulo Química Analítica e Instrumental. Bogotá D.C., Unad. Págs. 717-720 www.fao.org.docrep/010/ah833s/AH833S22.html Elementos Traza en Alimentos”. www.wikipedia.org “Espectrofotometría”.

“Análisis

de

Minerales

y

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INFORME PRÁCTICA DE LABORATORIO NO.6 ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE II – CURVA DE CALIBRACIÓN

1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA 1.2 GENERAL Aplicar los conceptos de espectrofotometría para hacer una curva de calibración a partir de una serie de soluciones preparadas y una solución problema. 1.3 ESPECÍFICOS     

Determinar los valores de porcentaje de transmitancia a las soluciones preparadas Determinar los valores de absorbancia a partir del porcentaje de transmitancia (Ley de Beer Lamber) Realizar curva de calibración para el Manganeso. Ajustar con mínimos cuadrados la curva de calibración obtenida Hallar la concentración de una solución problema a partir de la ecuación de la recta ajustada.

2. MARCO TEÓRICO 2.1 ESPECTROFOTOMETRÍA Este método de análisis óptico es el más utilizado en las investigaciones químicas y biológicas. El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto y una que contiene una cantidad conocida de la misma. 2.2 LEY DE BEER LAMBERT. . Dice que la cantidad de luz absorbida por un cuerpo depende la concentración en la solución y la distancia recorrida por la luz. 2.3TRASMITANCIA Y ABSORCIÓN DE LAS RADIACIONES Al hacer pasar una cantidad de fotones o de radiaciones, por las leyes anteriores, hay pérdida que se expresa: It es la intensidad de la luz que sale de la cubeta y que a llegar a la celda fotoeléctrica. Io es la intensidad con la que sale al atravesar la celda T es la Transmitancia

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La ecuación simplificada de la Ley de Beer – Lambert

Comprende a la mínima ecuación que relaciona la concentración (c), la absorbancia de la muestra (A), el espesor recorrido por la radiación (d) y el factor de calibración (ε). También, absorbancia es: Lo que es igual a:

2.4 AJUSTE DE MÍNIMOS CUADRADOS Técnica analítica que busca encontrar la función que mejor se aproxime a los datos, de acuerdo de mínimo error cuadrático. 3. PROCEDIMIENTO PREPARACIÓN DE SOLUCIÓN KMnO4 Tomar alícuota de 25 ml de KMnO4 y llevar a balón aforado a y completar a 100 ml.

LECTURA EN EL ESPECTROFOTÓMETRO Leer en el espectrofotómetro las en la soluciones de los 10 tubos de ensayo del laboratorio anterior

Colocar la solución en la buretra de 25 ml

Marca los 10 tubos de ensayo

Tomar datos

En el primer tubo de ensayo colocar KMnO4 1ml e ir aumentando de a 1 ml en los otros 9 tubos de ensayo

Hacer cálculos Luego añadir a los 10 tubos de ensayo con KMnO4 agua destilada y completar 15 ml, cada uno.

Realizar curva de calibración Tapar los tubos agitar suavemente y conservar al abrigo de la luz.

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3. MATERIALES Y EQUIPOS         

Espectrofotómetro Vis Celdas de lectura Gradilla para tubos de ensayo 10 tubos de ensayo Soporte universal Pinzas para bureta Bureta de 25 o 50 ml con llave de teflón Pipeta aforada de 25 ml Balón aforado de 100 ml

4. REACTIVOS  

Permanganato de Potasio 0.02 N. Agua destilada desmineralizada

5. FORMULAS DE CÁLCULO Absorbancia es igual al logaritmo de la diferencia del porcentaje de la luz incidente y el porcentaje de luz transmitida; puesto que la luz incidente es el 100%, se puede escribir que: A = log (100% - %T) = 2 – log %T Ajuste por mínimos cuadrados Y = ax + b, Donde: a = pendiente de la recta b = corte con el eje x También se puede establecer la siguiente correlación en la cual Y= Absorbancia de la muestra, y X es igual a la concentración de la muestra. Por lo tanto Abs= a * mg/L + b

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6. RESULTADOS Tabla No. 3. Valores de %T y Absorbancia de los 10 Tubos. Alícuota de Solución ml 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

KMnO4 mg/15ml 0,16 0,32 0,47 0,63 0,79 0,95 1,11 1,26 1,42 1,58

KMnO4 mg/ml 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,11

KMnO4 mg/L 1,05 2,11 3,16 4,21 5,27 6,32 7,37 8,43 9,48 10,53

Mn mg/L 0,37 0,73 1,10 1,47 1,83 2,20 2,57 2,93 3,30 3,67

T%

Absorbancia

69,7 65,1 60,3 60,3 56,6 50,1 55,5 46,5 41,4 43,9

0,157 0,186 0,220 0,220 0,247 0,300 0,256 0,333 0,383 0,358

Tabla No. 4. Ajuste de Mínimos Cuadrados N1

Mn mg/L (x1)

Absorbancia (y1)

(x1)(y1)

(x1)^2

Aborbancia Ajustada

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

0,4 0,7 1,1 1,5 1,8 2,2 2,6 2,9 3,3 3,7 20,17

0,157 0,186 0,220 0,220 0,247 0,300 0,256 0,333 0,383 0,358 2,6587

0,057 0,137 0,242 0,322 0,453 0,660 0,656 0,975 1,264 1,311 6,0782

0,134 0,538 1,210 2,151 3,361 4,840 6,588 8,604 10,890 13,444 51,76

0,16 0,18 0,21 0,23 0,25 0,28 0,30 0,33 0,35 0,37

 (x1)^2 a b

406,69 6,46E-02 1,356E-01

En la gráfica 2, se puede observar la dispersión, la línea de ajuste de absorbancia y su respectiva ecuación.

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7. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS La curva analítica para la determinación de Manganeso fue determinada por medio de la preparación de 10 tubos de los cuales al primero se le añadió 1 ml y los siguientes se les aumentaba 1 ml más por cada tubo hasta llegar a 10 ml de KMnO4, llevado a un volumen total de 15 ml con agua destilada, la mínima relación en esta preparación fue de 0,16 ml KMNO4 /15 ml y la máxima fue de 1,58 ml KMNO4 /15 ml, partiendo de esta relación se encontró la nueva concentración de permanganato como sustancia total dando valores máximos y mínimos para la curva de calibración el mínimo valor fue de 1,05 mg KMnO4/L y el máximo fue de 10,53 mg KMnO4/L, y después se midió las respectivas absorbancias, las cuales partieron originalmente del porcentaje de transmitancia que aplicando una ecuación matemática permite hallar la Absorbancia por medio del porcentaje de Transmitancia, esta relación estableció que para el primer patrón contemplado como 1,05 mg KMnO4/L el porcentaje de transmitancia es de 69,7 y despejando la ecuación da como resultado 0,157 unidades de absorbancia, por otra parte para el valor de 10,53 mg KMnO4/L estableció un porcentaje de transmitancia igual a 43,9 y su respectivo valor de absorbancia es de 0,358. Cuando se desea realizar una determinación cuantitativa se puede verificar la pureza en este caso la sustancia de permanganato. En los alimentos, esta sustancia como tal carece de valor ya que ningún alimento lleva en su composición permanganato de potasio, pero si lleva trazas de manganeso, es por ello que se establece la relación de mg de Manganeso por Litro de muestra (ppm). Por ello a partir de las cantidades establecidas para permanganato por medio de cálculos matemáticos es posible transformar a unidades de mg Mn/L, para nuestra curva de estudio encontramos que la mínima concentración de Manganeso fue de 0,37 mg Mn/L el porcentaje de transmitancia de esta concentración es de 69,7 y despejando la ecuación da como resultado 0.157 unidades de absorbancia, por otra parte para el valor de 3,67 mg Mn/L que corresponde al máximo valor de manganeso se pudo establecer un porcentaje de transmitancia igual a 43,9 y su respectivo valor de absorbancia es de 0,358. Por medio de la fórmula de mínimos cuadrados se estableció el comportamiento de la recta dando como resultado que el intercepto en y (b) es 1,356 x 10-01 y el valor de su pendiente (a) es de 6,46x 10-02. Utilizando la ecuación , es posible determinar la concentración del metal manganeso para cualquier absorbancia que no se salga de los límites anteriormente relacionados (gráfica No. 2). De esta forma se halla la concentración de Mn mg/L, y teniendo en cuenta que el valor de R2 representa la linealidad de los datos, donde el valor ideal es 1, obtuvimos R2=0.913, esto indica y como se puede observar en la gráfica que los tubos 6, 7 y 9 se dispersan lejos de la línea ajustada, lo que quiere decir que fallo el proceso de medición y hubo un error accidental donde prevaleció el fallo

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humano a falta de experiencia en el manejo del instrumental de laboratorio, en este caso cuando se estaba aplicando el permanganato de potasio a los tubos de ensayo. 8. RELACIÓN DE LA PRÁCTICA DE ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE II – CURVA DE CALIBRACIÓN DEL LABORATORIO DE QUÍMICA CON LA INGENIERÍA DE ALIMENTOS. Este análisis y realización de cálculos son importantes para la ingeniería de alimentos, ya que tomar resultados y realizar los diferentes cálculos y gráficas permiten interpretar mejor lo que sucede con el analito. Por otra parte, el espectrofotómetro se convierte en una herramienta importante en la química instrumental debido a que por este método se pueden determinar una variedad de sustancias las cuales desarrollan color y pueden ser leídas. Se pueden determinar metales como el hierro utilizando fenantrolina en ph acido, o determinar arsénico en forma de arsina, o plomo por coloración con ditizona, o sustancias más complejas como almidón por coloración de antrona sulfúrica o nitritos por medio de reactivo de Griess, etc., ya que existe variedad de técnicas las cuales son aplicables a la espectrofotometría. 9. CONCLUSIONES Por medio de patrones de solución se puede tomar lectura por parte del espectrofotómetro, teniendo en cuenta que se deben seguir parámetros de las buenas practicas de laboratorio, para hallar valores con un bajo valor de error y así poder lograr una curva de calibración del equipo adecuada para la determinación de manganeso La recta de ajuste a todos los puntos por medio del método de mínimos cuadrados es una forma de ver los errores que suceden en laboratorio y también como técnica analítica. Por medio de esta técnica se pudo establecer los valores de intercepto y dependientes, datos útiles en la ecuación de la recta y los cuales sirven para hallar después la concentración de una sustancia, partiendo solamente de su transmitancia o absorbancia.

10. BIBLIOGRAFÍA Skoog, Douglas A., West, Donal M., Holler, F. James y Crouch, Stanley R. 2005. Fundamentos de Química Analítica. México. Thomson. Pág. 729-735. www.wikipedia.org “Mínimos cuadrados”.