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PNT-‐4

Marcel Gallen – Celeste Solè

05/09/2014

ANÁLISIS INSTRUMENTAL

2º CFGS

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FECHA EDICIÓN : 05/09/2014 FECHA REVISIÓN:

REALITZADO POR: Marcel Gallen y Celeste Solè FIRMA ALUMNOS FIRMA PROFESOR REVISAT PER: Luis

1. OBJETIVO Determinación del contenido de fosfatos solubles en una muestra de Aquarius mediante

espectrofotometría ultravioleta-‐visible, aplicando el método de adiciones estándar para eliminar interferencias con otros compuestos.

2. INTRODUCCIÓN El ácido fosfórico (H3PO4), se utiliza en la industria alimenticia como ingrediente de las

bebidas carbonatadas, particularmente en la CocaCola, donde su principal aplicación es como regulador de la acidez, además le añade un agradable sabor amargo a las bebidas.

El fosforo, es un mineral esencial en la dieta ya que contribuye al crecimiento y mantenimiento de los huesos y dientes. Algunos estudios en humanos han demostrado que la ingesta de 1-‐2 g diarios de ácido fosfórico suplen los requerimientos metabólicos de este micronutriente. Es imprescindible que la dieta sea equilibrada en los contenidos de calcio y fósforo, porque ingerir más fósforo que calcio acelera el proceso de desmineralización ósea, es decir, se moviliza el calcio de los huesos, lo que puede causar osteoporosis que se caracteriza por una disminución de la densidad y la mineralización ósea y aparece frecuentemente en mujeres de avanzada edad. Hay que tener presente que existe un intercambio continuo de el calcio y el fosforo de los huesos y el que contienen los líquidos orgánicos, principalmente el plasma sanguíneo.

La combinación ácido fosfórico con azúcar refinado y fructosa, dificulta la absorción de hierro, lo que puede producir anemia simple, lo que se traduce en sensación de cansancio, menor rendimiento en el trabajo y mayor receptibilidad del organismo a las infecciones.

También una investigación realizada por H.Hafer, presentada en una publicación determina que algunas bebidas como la Coca Cola, producen trastornos en la conducta de los jóvenes, aumentando la agresividad.

Los valores diarios recomendados varían según la edad, siendo los valores recomendados para adultos de 700mg diarios aunque el límite máximo tolerable (UL) es de 4 g. Según la Coca-‐Cola Company, la concentración de fósforo en Coca-‐Cola es17 mg/100g por lo que la cantidad de fósforo ingerido en este tipo de bebidas es sólo un porcentaje de la dieta diaria. Sin embargo, las personas que sufren determinados tipos de afecciones como Insuficiencia Renal Crónica, no pueden eliminar el exceso de fósforo y deben evitar los alimentos ricos en este mineral. Por otra parte, existen estudios que demuestran que el consumo excesivo de fósforo sumado a un consumo bajo de calcio, podría ser perjudicial para la formación ósea en personas saludables. Esto se suma a que la ingesta de fósforo suele ser 2 o 3 veces superior a la dosis


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diaria recomendada y que es frecuente no cubrir en la dieta la cantidad de calcio recomendada.

3. FUNDAMENTO MÉTODO:

A. Fundamento

El método para determinar fosfatos se basa en la formación de un heteropoliácido con el reactivo Vanadio-‐Molibdeno (de color amarillo y soluble en agua) cuya absorción de luz se mide a 420 nm. Para el ortofosfato, la formación de este complejo tiene lugar según la reacción:

(PO4)3− + (VO3)− + 11(MoO4)2− + 22 H+ ↔ P(VMo11O40)3− + 11 H2O (1)

En esta identificación interfieren concentraciones apreciables de Fe(III), silicato y

arseniato, entre otras especies. Es decir, estas especies absorben luz a la longitud de onda utilizada (420 nm, absorción del P(VMo11O40)3-‐). Para eliminar dicha interferencia se preparará un blanco (sin fosfato) cuya absorbancia se restará de la del resto de las muestras.

Es posible que la absorbancia del complejo se vea afectada por efectos de matriz. La matriz puede potenciar o atenuar la absorbancia de luz por el complejo, lo que puede conducir a resultados erróneos. Para minimizar este efecto, podemos aplicar el método de adiciones estándar, que consiste en la adición de cantidades crecientes del analito de interés (fosfato en nuestro caso) a una cantidad fija de muestra. Éste procedimiento resulta más efectivo que un calibrado externo (recta de calibrado con disoluciones patrón) cuando la matriz interfiere en la detección. El fosfato es un ión incoloro que pertenece a un sistema ácido-‐base triprótico, pero preferentemente se encuentra formando H2PO4 – y HPO4

-‐2 . Los fosfatos están presentes en ciertas rocas y arenas, en las aguas negras municipales, en abonos naturales y en el suelo, y por tanto es de esperar que se les encuentre en el agua. Además de los fosfatos de origen natural, casi siempre agregan otros fosfatos en los abastecimientos de agua, que provienen de las escorrentías agrícolas y del uso tan extendido de detergentes con fosfatos. En las aguas subterráneas los fosfatos se encuentran en cantidades pequeñas, dependiendo de la contaminación original del agua y de los estratos para los que han percolado.


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Los métodos espectrofotométricos para determinar ortofosfato no son numerosos. Es muy usual utilizar el método del azul de fosfomolibdeno para determinar cantidades del orden del µg de fósforo, con extracción o sin extracción previa. En medio ácido y en presencia de un exceso de molibdato y de ión amonio, el ortofosfato forma el fosfomolibdeno amónico de color amarillo pálido:

(NH4)3(PO4·12MoO3)·12H2O

que en disolución absorbe intensamente el ultravioleta. La reacción es útil para determinar fosfato en concentraciones relativamente elevadas. No obstante, la sensibilidad puede incrementarse considerablemente utilizando disoluciones acuosas de acetona.

Un método más sensible para determinar el fosfato se basa en la reducción del ácido fosfomolíbdico a azul de fosfomolibdeno en condiciones suaves, para evitar la reducción del ácido molíbdico libre. El molibdato aumenta su poder oxidante cuando forma parte de un heteropoliàcido. La fórmula probable del compuesto reducido es Mo2O5 ·∙ nMoO3. Los reductores que pueden utilizarse son el hidracina, cloruro estanos y ácido ascórbico.

El ácido fosfomolíbdico se puede reducir al medio acuoso de H2SO4 aproximadamente 0.5M, o en una fase orgánica de butanol, tras ser extraído del ácido fosfomolíbdico. Alternativamente, el azul de fosfomolibdeno formado en la fase acuosa, puede ser extraído con butanol. La especie reducida es más fácilmente extraíble que el ácido fosfomolíbdico. La absorbancia del azul de fosfomolibdeno depende del disolvente utilizado (agua, butanol u otros disolventes orgánicos oxigenados), del reductor y de la acidez de la fase acuosa. El absortividad molar de la disolución azul en butanol, después de la reducción con hidrazina, es aproximadamente 3x104 mol-‐1 del cm-‐1, a una longitud de onda de 790 nm.


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Espectro de absorción de azul de arsenomolibdéno (1), azul de fosfomolibdé (2), después de ser reducido con hidrazina y extraído con butanol, azul de silicomolibdéno (3), después de extraer con alcohol amílico y reducir con cloruro de estaño (II).

Se determinará colorimétricamente el contenido en fosfato de bebidas carbonatadas de

diversa procedencia, mediante reacción con molibdato amónico en medio ácido, para formar fosfomolibdato amónico de color amarillo, seguido de reducción a la forma azul con sulfato de hidrazina. El azul de fosfomolibdéno es finalmente extraído con butanol, midiéndose la absorbancia a 790 nm.

B. Métodos de calibrado: patrón externo y adiciones estándar Una curva de calibrado Es un método de química analítica empleado para medir la concentración de una sustancia en una muestra por comparación con una serie de elementos de concentración conocida , representa la respuesta de un método analítico (señal detectada) sobre muestras patrón o estándar con concentraciones conocidas de analito. Se prepara además una disolución blanco, que contienen únicamente la matriz, es decir todos los reactivos y disolventes de la muestra salvo el analito de interés. En el intervalo de respuesta lineal del método analítico (dentro del cual la señal es proporcional a la concentración de analito), se obtiene una recta de calibrado a partir del procedimiento siguiente:

1) Se representa la señal detectada corregida de la señal del blanco frente a la concentración de cada disolución patrón;

2) Se realiza una regresión lineal de los puntos resultantes por el método de mínimos cuadrados (ver el apéndice de este guion). La recta de calibrado y = a x + b (x: Concentración , y: señal) permite obtener la concentración de cualquier muestra problema a partir de la señal obtenida experimentalmente


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Figura 3: Recta de calibrado a partir de patrones externos El método alternativo de adiciones estándar consiste en añadir sobre la muestra problema cantidades crecientes conocidas de analito. De esta manera, todas las medidas se realizan sobre la misma matriz. Al representar la señal experimental frente a la concentración de analito añadida resulta una recta a partir de cuya pendiente y ordenada en el origen se obtiene la concentración de la muestra problema. El procedimiento se demuestra e ilustra en la figura 4.


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Figura 4: Recta de calibrado a partir de adiciones estándar


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4. MATERIAL

n Matraz aforado de 100 mL (2) n Matraz aforado de 250 mL n Matraz aforado de 50 mL n Pipeta aforada de 25 mL n Pipeta graduada de 10 mL n Embudo de extracción de 50 mL (4) n Probeta de 25 mL n Vaso de precipitado de 250 mL n Vaso de precipitado de 100 mL (4) n Soporte con aros n Espectrofotómetro

5. REACTIVOS

n H2SO4 ácido sulfúrico n N2H4 ·∙ H2SO4 sulfato de hidrazina n KH2PO4 dihidrogenofosfato(5)de potasio n C4H7OH butanol n Bebidas Carbonatadas (Coca Cola, Aquarius,…) n (NH4)2MoO4 molibdato de amonio

6. EQUIPOS:

ü Espectrofotómetro ü Mantas calefactoras

7. PROCEDIMIENTO:

A. Acondicionamiento de la muestra:

- En caso de que la muestra sea gaseosa es necesario degasificarla dejándola reposar

abierta o usando embudo Buchner y bomba de vacío. - Realizar tres diluciónes 1:50, pipeteando 1ml de Coca-‐Cola o Aquarius e introducirlo en

un aforado de 50ml enrasando luego con agua destilada.


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B. Preparación del reactivo de Molibdeno

- Preparar las disoluciones de molibdeno y de hidracina. Estas disoluciones no se pueden conservar más de 3 o 4 días.

- Para el disolución de molibdeno se pesa 1g de molibdato de amonio y se disuelve en 100mL de H2SO4 , 2 M.

- Para la disolución de hidracina se pesa 0.1g de sulfato de hidrazina y se disuelve en 100mL de agua destilada.

- Para el reactivo de Molibdeno se mezclan 20mL de la disolución de molibdeno con 20mL de la disolución de sulfato de hidracina y se afora con agua destilada a 200mL.

C. Curva de Calibrado

- Prepara una disolución de fosfato pesando 0.14g de dihidrogenofosfato (V) de potasio con una

precisión de 0.1mg y aforar a 500mL con agua destilada. Pipetear 10mL de esta y aforar a 250 mL con agua destilada.

- Pipetear en cuatro vasos de precipitados: 2mL, 4mL, 7mL y 10mL respectivamente de la disolución de dihidrogenofosfato de potasio.

- Añadirle a cada vaso 25 mL de la disolución de reactivo de molibdeno y calentar a ebullición durante 10min.

- Enfriar y añadir en cada vaso 10 mL de butanol. - Extraer la fase orgánica, en campana, mediante embudos de extracción. - A la fase acuosa se le vuelve a añadir 10mL de butanol y extraer la fase orgánica de nuevo. - Juntar los dos extractos orgánicos de cada una de las cuatro mezclas y se homogenizan. - Pipetear 10mL de cada mezcla y añadir 15mL butanol a cada una. - Medir la absorbancia a 790nm utilizada el butanol como blanco. - Construir la curva de calibrado. D. Determinación de fosfatos en Muestra de Aquarius. - A las tres dilución 1:50 de muestra se le añade 25mL de disolución de reactivo de molibdeno. - Calentar hasta ebullición durante 10 minutos. - Dejar enfriar y añadir 10mL de butanol. - Extraer la fase orgánica, en campana, utilizando un embudo de extracción. - Añadir 10mL de butanol a la fase orgánica y extraer de nuevo la fase orgánica. - Juntar los extractos orgánicos de sus respectivas muestras. - Pipetear 10mL de cada muestra y añadir 15mL de butanol. - Medir la absorbancia a 790nm utilizando el butanol como blanco.


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8. DIAGRAMA DE FLUJO

Pesar 0,1400 g de K2H2PO4 y aforar a 500mL con agua destilada.

25mL reactivo de molibdeno

Pipetear 10mL y aforar a 250mL

Medir todas las absorbancias a 790nm utilizando butanol como blanco.

Pipetear en cada vaso de precipitados

Hacer tres diluciones 1:50 de la muestra Aquarius.

25mL reactivo

de molibdeno

25mL reactivo

de molibdeno

25mL reactivo

de molibdeno

25mL reactivo

de molibdeno

2mL 4mL 7mL 10mL



Llevar a ebullición durante 10 min y enfriar

Añadir 10mL de butanol y Extraer fase orgánica

Pipetear 10mL de fase orgánica y añadir 15 mL de butanol


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9. USO DEL ESPECTOFOTOMETRO: § Introducir la luz de onda en 789 o 790 nm § Introducir una cubeta como blanco en la ranura uno, llena de butanol. § Introducir una segunda cubeta con la muestra de calibrado o la muestra a leer en la

ranura dos e iniciar la lectura. Tener en cuenta que las cubetas estén completamente limpias en la zona de lectura (zona lateral lisa).

10. DATOS PRIMARIOS:

Cal 2mL Cal 4mL Cal 7mL Cal 10mL muestra Absorbancia 0,008 0,374 0,871 1,870 0,448

11. CALCULOS:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12


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12. CONCLUSIONES:

- El blanco al tomar la medida en el espectrofotómetro será el butanol por ser el medio de la muestra.

- Realizar las extracciones en la campana del laboratorio de química, por lo que se deberá realizar el montaje en la misma.

- Hacer la lectura de la recta de calibrado y la muestra a la vez a ser posible, para evitar posibles cambios al medir.

- Homogeneizar la muestra lo máximo posible, sobretodo antes de realizar la lectura en espectrofotómetro que debe realizarse rápidamente para evitar mucha variación en la lectura. 13. FUENTES DE CONSULTA Determinación de fosfatos mediante espectrofotometría en Coca-‐Cola: http://www.gobookee.org/phosphate-‐determination-‐by-‐spectrophotometry-‐diet-‐cocacola/ http://www.gobookee.org/lab-‐report-‐phosphate-‐determination-‐byspectrophotometry/ https://www.google.es/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&ved=0CG0QFjH&url=http%3A%2F%2Focw.kfupm.edu.sa%2Focw_courses%2Fuser062%2FCE37051%2FLabs%2FPhosphate%2520procedure.doc&ei=jCmBUveHB4WP0AXHoF4&usg=AFQjCNGnQDLop5itNNWxbDsh7582xi1FqQ&sig2=irTHpY26VHAHbVyOVMubTQ&bvm=bv.56146854,d.d2k&cad=rja Diapositivas sobre el método de determinación de fosfatos: http://www.chemistry.sjtu.edu.cn/kejian/experiment/6-‐Spectro.pdf

pnt 4 marcel celeste - mòdul anàlisi instrumental ... · pdf...

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