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• paulina zamudio

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS Laboratorio de Optativa II: Espectroscopía Molecular y Atómica

Reporte Práctica 2: Análisis cuantitativo de un solo componente. Determinación de cafeína en refrescos de cola SOLIDO Práctica 8: EQUILIBIO QUIMICO HETEROGENEO GAS “ANALISIS DE LA CONSTANTE DE REACCION A Profesor: Tamara Vázquez TRAVESJemima DE DIFERENTES CONDICIONES EXPERIMENTALES” Rodríguez

Alumno: Tania Robles Figueroa a

Grupo: 3IM69

Sección: A

Práctica 2: Determinación de cafeína. Objetivos:  

Manejar con mayor seguridad un espectrofotómetro UV-Vis. Determinar la concentración de sustancias orgánicas en muestras problema por medio de una curva de calibración.

Consideraciones Teóricas: La Espectroscopía o Espectrofotometría UV-Vis es hoy en día, una de las técnicas de análisis más populares debido a su sencillez, accesibilidad y amplio campo de utilización. La Espectroscopía o Espectrofotometría UV-Vis es una técnica de análisis instrumental que nos permite determinar la concentración de sustancias orgánicas en solución. Ésta técnica está fundamentada en la capacidad de las moléculas de absorber radiación electromagnética dentro del espectro Ultravioleta-Visible, y en que la cantidad de luz absorbida es directamente proporcional a la concentración. Cuando la energía electromagnética (en forma de luz) es absorbida por una sustancia genera un salto desde un estado energético basal, a un estado de mayor energía (excitado). Cuando esto sucede, la molécula sólo va a absorber la energía necesaria para que se produzca este estado excitado. Cada molécula tiene una serie de estados excitados que las distingue del resto de las moléculas. Como consecuencia, su espectro de absorción, es decir, la absorción que presenta a diferentes longitudes de onda, es una señal de identidad de ésta. La región Ultravioleta corresponde al rango de longitudes de onda de 195 a 400 nm. Los compuestos que contienen en su estructura dobles enlaces aislados, triples enlaces, enlaces peptídicos, sistemas aromáticos, grupos carbonilo, etc. Tienen su máximo de absorción en ésta región, por lo que ésta técnica es ideal para la determinación cualitativa y cuantitativa de compuestos orgánicos. La región visible permite la apreciación del color visible de una solución, y que corresponde a la cantidad de energía que transmite, no que absorbe. Longitud de aproximada 390 – 435 435 – 490 490 – 580 580 – 595 595 – 650 650 – 780

onda Color de absorbe Violeta Azul Verde Amarillo Naranja Rojo

luz

que

se Color de luz que se refleja Amarillo verdoso Amarillo Rojo Azul Azul verdoso Verde azulado

La transmitancia de una solución es la relación entre la cantidad de luz transmitida que llega al detector una vez que atravesó la muestra (I t), y la cantidad de energía que incidiió sobre ella: %T=(It/Io)x100. La absorbancia es la cantidad de luz absorbida por la muestra: A= log (1/T) = -log(T) = -log (It/I0). Ley de Lambert-Beer. Si se hace incidir radiación monocromática sobre una muestra con una concentración “C” de una sustancia que absorbe a esa longitud de onda “λ”, la intensidad de la radiación que la atraviesa, I, está relacionada con la intensidad incidente I0 y con el espesor de la muestra,l , por la expresión:

Según estas definiciones, queda finalmente la siguiente expresión que se conoce con el nombre de la ley de Lambert-Beer:

Donde ε es la absortividad molar, que es un valor constante para cada sustancia a cada longitud de onda. Si se opera, por tanto, a una longitud de onda dada y con una cubeta de un determinado espesor, l, la absorbancia A, medible directamente, es proporcional a la concentración molar de la muestra, c, lo que constituye el fundamento del análisis espectrofotométrico cuantitativo.

Cálculos previos: 

Preparación de estándares de 10, 15 y 20 ppm a partir de una solución madre de 100 ppm de cafeína. V std C std V M C M =V std C std ∴V M = CM Para 10 ml de solución→ V std =10 ml 10 ml ∙ 5 ppm =0.5 ml solución madre 100 ppm 10 ml ∙ 10 ppm std 10 ppm → V M 1 = =1.0 ml solución madre 100 ppm 10 ml ∙ 15 ppm std 15 ppm → V M 1 = =1.5 ml solución madre 100 ppm 10 ml ∙ 20 ppm std 20 ppm → V M 1= =2.0 ml solución madre 100 ppm Preparación de muestras de cafeína std 5 ppm → V M 1=



Las muestras se prepararon bajo las indicaciones de la profesora: Muestra de Coca-Cola: = 0.3 ml de coca-cola sin gas, se llevaron a aforo de 10 ml con etanol al 10% Muestra de Te: 0.5 ml de Te se llevaron a aforo de 10 ml con etanol al 10% Desarrollo de la práctica: 1. Encendido del equipo. Como se aprendió en la práctica de Rutinas de diagnóstico, el encendido del equipo tiene una secuencia y es la siguiente: Regulador → Equipo → computadora. Así se hizo, y procedimos a abrir el programa “Lambda 25”.

2. Preparación de estándares. Se procede a la preparación de los estándares 5, 10, 15 y 20 ppm de cafeína y de la muestra diluída. Nota: Este paso se tuvo que repetir, pues hubo un error en la preparación de los estándares que ocasionó que los espectrogramas salieran repetidos.

3. Establcer las condiciones de barrido. Se establecieron las siguientes condiciones en el software para el equipo: - Lámpara UV - Modo ABS - Ordenada límite de 0-1.5 - Intervalo de longitud de onda: 300 a 200 nm - Velocidad de barrido: 120nm/seg 4. Obtención del espectrograma. Se introdujeron uno por uno los estándares y las muestras para obtener el espectrograma, siempre en presencia de un blanco de etanol.

Resultados Construir curva de calibración para la cafeína

Nota: Los datos obtenidos del espectrograma son aproximados.

Curva Cafeína 1

Absorbancia

0.8

f(x) = 0.05 x − 0.03 R² = 0.98 Curva Cafeína

0.6

Linear (Curva Cafeína)

0.4 0.2 0 4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

concentración (ppm)

Curva Cafeína C (ppm) Absorbancia 5 0.21 10 0.47 15 0.8 20 0.95

Observación: Se puede percibir en la gráfica una pequeña desviación en el estándar de 15 ppm, esto puede deberse a una lectura incorrecta de los valores de Absorción en el espectrograma. Aun así, se puede observar una tendencia lineal.

Calculo de la concentración de cafeína en muestras a partir de la curva de calibración

y=mx+b=0.051 x −0.03 ∴ x=

y +0.03 A+ 0.03 ∴ C= 0.051 0.051

Donde y= Absorbancia x= concentración ACoca =0.4 C Cocacurva=

0.4+ 0.03 =8.43137 ppm 0.051

ATe =0.3 C Te curva=

0.3+0.03 =6.47059 ppm 0.051

Calculo de la absortividad promedio A A=abc ∴ a= bc Donde: A= absorbancia [adimensional] a= absortividad [L/mg cm] b= longitud de celda = 1cm c= concentración [mg/L] 0.21 L =0.042 mg cm ( 1 cm ) (5 ppm) 0.47 L a 1= =0.047 mg cm ( 1 cm ) (10 ppm ) 0.8 L a 1= =0.053333 mg cm ( 1 cm ) (15 ppm ) 0.95 L a 1= =0.0475 mg cm ( 1 cm ) (20 ppm) 0.042+ 0.047+0.053333+0.0475 L a prom= =0.04745833 4 mg cm Calculo de la concentración de cafeína en muestras a partir de la absortividad a 1=

A=abC ∴ C= a prom=0.04745833

A ab L mg cm

ACoca =0.4 C Coca=

0.4 L ( 0.0474583 )(1 cm) mg cm

=8.42845 pmm

ATe =0.3 C Te=

0.3 =6.32133 pmm L (47.4583 )(1 cm) mg cm Cálculo de la concentración real de la muestra

C real=

C Leida dela curva∗V aforo V muestra

C realcoca =8.4313 C realte =6.470588

pmm∗10 ml =281.04575 pmm 0.3 ml pmm∗10 ml =129.41176 pmm 0.5 ml

Tablas de datos experimentales y resultados Muestra std1 std2 std3 std4

Muestra Coca Te

C (ppm)

Absorbanci a a (L/g cm) 5 0.21 0.042 10 0.47 0.047 0.0533333 15 0.8 3 20 0.95 0.0475 0.0474583 a prom 3

Absorbanci a

C calc C curva (ppm) (ppm) C real 8.4284460 8.4313725 281.04575 0.4 1 5 2 6.4705882 129.41176 0.3 6.3213345 4 5

Conclusiones: - Se analizaron y comprendieron conceptos como Absorbancia, transmitancia, absortividad, ley de Labert-Beer.

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Se aterrizó el aprendizaje sobre el correcto uso del espectrofotómetro. Se comprendió cómo se relaciona la espectroscopía de UV-Vis con la Ley de Labert-Beer, y se utilizó esta relación para realizar cálculos de concentraciones. Se realizó la curva de calibración del espectrofotómetro para la cafeína. Se determinaron las concentraciones de cafeína en las muestras problema De esta manera, se puede concluir que los objetivos de la práctica se cumplieron satisfactoriamente

Cuestionario: 1. Explique la Ley de Labert-Beer. Es una ecuación empírica que da la relación entre la absorbancia de una solución y la concentración de la misma, y establece que son directamente proporcionales. 2. Diga cuales son las principales limitaciones de esta ley. Es una ley límite ya que solo se lleva a cabo con concentraciones entre 10 -6 – 10-2 M. Puede haber interacciones entre el soluto y la radiación diferentes a la absorción, que son detectadas como tal, generando errores. Las muestras deben ser rectangulares. Desviaciones químicas e instrumentales. 3. En la ecuación de Lart-Beer, explique que es el coeficiente de absorción Molar. Es una unidad que mide la capacidad de las sustancias de absorber radiación. 4. Explique en qué consiste el método de cuantificación por curva de calibración. A partir de los espectrogramas de los estándares de cafeína, se obtiene el valor de la Absorbancia. Se grafica Absorbancia vs Concentración (en las unidades que se requieran), y se realiza una regresión lineal para obtener la ecuación de la curva (y=mx+b, en la que y es la absorbancia y x es la concentración). De ésta ecuación, se va a despejar a la x, que es el valor que buscamos, y de esta manera obtenemos una ecuación para obtener la concentración a partir de la absorbancia. 5. ¿Qué otro método de cuantificación existe y en qué casos puede ser utilizado? Volumetría, se utiliza cuando tenemos dos sustancias reaccionantes en fase líquida, y debemos conocer la concentración de la solución que deseemos valorar. 6. Defina los siguientes términos: -Absorbancia: Cuando un haz de luz incide sobre un cuerpo traslúcido, una parte de esta luz es absorbida por el cuerpo. A éste fenómeno se le conoce como absorbancia. -Transmitancia: Cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en determinada longitud de onda. 7. ¿Cuáles son los factores que influyen en los máximos de la absorbancia? Concentración, ancho de celda, transiciones electrónicas

8. Mencione los factores que influyen en los corriemientos de la longitud de onda. pH, temperatura y tipo de solvente 9. ¿Qué características deben tener los disolventes empleados en la técnica UV-Vis? Deben disolver la sustancia que se va a analizar, y deben ser transparentes en la región del espectro examinada.

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Bibliografía: “Determinación de cafeína por UV-Vis” FarmUpibi http://farmupibi.blogspot.mx/2015/03/determinacion-de-cafeina-por-uv-vis.html http://navarrof.orgfree.com/Docencia/AnalisisInstrumental/UT2/UV2.htm Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. “Manual de prácticas de laboratorio de Espectroscopía Molecular y Atómica”.