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Prácticas de Análisis Instrumental 1

Práctica 1

ANALISIS CUANTITATIVO DE UNA MEZCLA DE PERMANGANATO Y DICROMATO POTÁSICOS POR ESPECTROFOTOMETRIA UV-VISIBLE.

Objeto de la práctica

Adquirir destreza en la realización de medidas experimentales de absorbancia y su aplicación a la determinación de la concentración de una mezcla de permanganato y dicromato potásicos.

Fundamento

Cuando en una disolución hay varias sustancias que absorben radiación, es posible, en muchos casos, llevar a cabo su determinación sin necesidad de separar previamente los distintos componentes. Cuando se trata de dos componentes, M y N, cuyos espectros de absorción están superpuestos a todas las longitudes de onda, la forma de proceder es medir las absorbancias A1 y A2 a las longitudes de onda λ1 y λ2 respectivamente, y planteando las ecuaciones siguientes:

A1 = εM1 b CM + εN1 b CN (a λ1) A2 = εM2 b CM + εN2 b CN (a λ2)

A

M

λ1 λ2

N

M+N

.

Esto es posible porque la ley de Beer establece que la absorbancia es una propiedad aditiva, de forma que la absorbancia total de una disolución a una


longitud de onda dada es igual a la suma de las absorbancias de los componentes individuales presentes.

En las ecuaciones anteriores, b representa el camino óptico y εM1, εM2, εN1 y εN2 las absortividades molares de M y N a las longitudes de onda λ1 y λ2, que deben ser determinadas previamente a partir de disoluciones patrón, o mejor, a partir de las pendientes de sus representaciones de la ley de Beer.

Reactivos

• Disolución patrón de KMnO4 0.003 M

• Disolución patrón de K2Cr2O7 0.015 M

• Disolución de H2SO4 3.75 M

Material y aparatos

• Matraces aforados de 50 mL

• Pipetas de varios volúmenes

• Espectrofotómetro provisto de cubetas de 1 cm de paso óptico.

Técnica experimental

a) Determinación de las absortividades molares el permanganato y del dicromato a las longitudes de onda de medida

Poner en matraces aforados de 50 mL los siguientes volúmenes de la disolución de permanganato potásico: 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 y 10.0 mL. A continuación añadir a cada uno de ellos 20 mL de la disolución de ácido sulfúrico y enrasar con agua desionizada. Medirlas absorbancias de las disoluciones preparadas anteriormente a 440 nm y a 545 nm, frente a un blanco preparado con 20 ml de disolución de H

2SO4 y dilución a 50 mL.

Repetir el procedimiento anterior para el dicromato potásico.

b) Análisis cuantitativo de una mezcla problema de permanganato y dicromato

Transferir 5.0 mL de la disolución problema a un matraz de 50.0 mL, añadir 20 mL de ácido sulfúrico 3.75 M y enrasar con agua desionizada. Medir las absorbancias a 440nm y a 545 nm frente al


mismo blanco que en el caso anterior. Calcular las concentraciones de permanganato y dicromato en la disolución problema.

Resultados

KMnO4 Volumen

mL KMnO4

M A

440 nm A

545 nm Volumen

mL KMnO4

M A

440 nm A

545 nm

0.5 4.0

1.0 5.0

2.0 7.0

3.0 10.0

Ecuaciones de las rectas de regresión:

• A 440 nm: • A 545 nm:

Absrtividades del KMnO4:

• ε a 440 nm: ...................................... L mol-1 cm-1 • ε a 545 nm: ....................................... L mol-1 cm-1

K2Cr2O74 Volumen

mL K2Cr2O7

M A

440 nm A

545 nm Volumen

mL K2Cr2O7

M A

440 nm A

545 nm

0.5 4.0

1.0 5.0

2.0 7.0

3.0 10.0

Ecuaciones de las rectas de regresión:

• A 440 nm:


• A 545 nm:

Absrtividades del K2Cr2O7:

• ε a 440 nm:.........................................L mol-1 cm-1 • ε a 545 nm:......................................... L mol-1 cm-1

Mezcla problema

• Absorbancia a 440 nm: • Absorbancia a 545 nm:

Cálculos

• Concentración de KMnO4 en la mezcla: • Concentración de K2Cr2O7 en la mezcla:


Práctica 2 DETERMINACION DE HIERRO EN VINOS POR ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION ATOMICA


Llevar a cabo medidas de absorbancia atómica para la determinación de elementos a nivel de trazas en muestras reales utilizando el método de adición estándar

El hierro en los vinos

El contenido de hierro en los vinos suele oscilar entre 4 y 20 mg por litro, con contenidos medios de 6 a 12 mg/L. Su origen puede ser diverso. Una cantidad que apenas sobrepase los 3 ò 4 mg por litro constituye el hierro normal o hierro biológico absorbido por las raíces de la viña. Otra parte procede de la tierra o de los polvos terrosos que puedan manchar la superficie de las uvas. Además, ciertas cantidades pueden proceder de las herramientas metálicas utilizadas en su elaboración (trituradoras de uvas, prensas de acero, herramientas de vendimia, etc.) o en su almacenamiento (tornillos de las compuertas de los barriles, etc.)

Las sales de hierro se encuentran en el vino en los estados de oxidación (II) y (III). Las sales ferrosas son totalmente solubles y dejan el vino límpido, mientras que ciertas sales férricas (que pueden originarse por oxidación de las sales ferrosas por el oxígeno atmosférico) son insolubles o coloreadas. Este es el caso del fosfato férrico, sal blanquecina origen de la "quiebra blanca". Por otra parte, las combinaciones del hierro (III) con los poli-fenoles, coloreados de azul oscuro, son la causa de la "quiebra azul". Los vinos blancos están más sujetos a la primera, y, por el contrario, los vinos tintos, ricos en taninos, dejan un poso azulado o ennegrecido: "quiebra negra". Una concentración total de hierro del orden de los 10 mg/litro indica riesgo de quiebras férricas, si bien, este valor límite varía mucho en función de la composición del vino. .


Reactivos

• FeSO4.(NH4)2.SO4.6 H2O (Sal de Mohr) sólido

Material y aparatos

• Matraces aforados de 50 mL


• Espectrofotómetro de absorción atómica con llama


En cinco matraces aforados de 50 mL se ponen 10 mL de vino (o el volumen adecuado al contenido de hierro). Añadir a continuación a cada uno de ellos, 0, 5, 10, 15 y 20 mL de una disolución patrón de hierro conteniendo 10 p.p.m. de Fe. (Esta disolución se obtendrá por dilución de otra que contenga 500 p.p.m. de Fe, preparada a partir de sal de Mohr ). Seguidamente se añade una gotita de n-octanol a cada matraz, se enrasan con agua desionizada y se mide la absorbancia atómica del hierro.

Resultados

Fe añadido

mL p.p.m.

A

0

5

10

15

20

Ecuación de la recta de regresión:

Concentración de hierro en la muestra de vino (mg/L)


Práctica 3

DETERMINACION ESPECTROFLUORIMETRICA DE QUININA EN AGUA TONICA


El objetivo de la práctica es la determinación del contenido de quinina en una muestra de agua tónica comercial, para lo cual, previamente se registran los espectros de excitación y emisión fluorescentes de la quinina en medio acuoso ácido, tras lo cual se obtiene la curva de calibrado correspondiente, procediendo finalmente a la determinación propuesta.

Características fluorimétricas de la quinina

La quinina es un compuesto que presenta una intensa fluorescencia en medio ácido diluido, con longitudes de onda de máxima excitación a 250 y350 nm y una emisión fluorescente máxima a 450 nm, fácilmente apreciables para concentraciones del orden de 2 p.p.m.

Sin embargo, pueden apreciarse otros picos debido a peculiaridades de

la red del monocromador y a efectos de dispersión Rayleigh, Tyndall y Raman.

Reactivos

• Disolución stock de quinina conteniendo 100.0 µg mL-1 (p.p.m.), preparada disolviendo 100.0 mg de quinina (o 120.7 mg de sulfato de


quinina di-hidratado) en 50 mL de H2SO4 1 M, diluyendo seguidamente con agua des-ionizada a 1 L en matraz aforado.

• Disolución 0.05 M de H2SO4 .

• Disolución-madre o de trabajo de quinina, de 10.0 µg mL-1, preparada recientemente a partir de la disolución concentrada, por dilución con H2SO4 0.05 M

Material y aparatos

• Matraces aforados de 25.0, 50.0, 100.0, 250.0 y 1000.0 mL de capacidad.


• Espectrofluorímetro con cubeta de cuarzo de 1 cm de paso óptico.


a) Preparación de la curva de calibrado

Preparar una serie de disoluciones patrón de quinina a partir de la disolución stock de 100.0 p.p.m., haciendo diluciones secuenciales de orden 1:10 o similar (cada vez) con H2SO4 0.05 M. De este modo se obtendrán concentraciones de: 10.0, 5.00, 2.00, 1.50, 1.00, 0.800, 0.500, 0.200, 0.100, 0.0100 y 0.00100 µg mL-1. Efectuar diluciones hasta que la disolución más diluida proporcione una señal de fluorescencia similar a la del blanco (H2SO4 0.05 M). Registrar los espectros del excitación y emisión y construir la curva de calibrado.

Sol. de partida

(p.p.m.) Vol.pipeta

(mL) Vol. matraz

(mL) Sol. preparada

(p.p.m.)

100.0 25.00 250.0 10.0

10.0 25.00 50.0 5.00

10.0 20.00 100.0 2.00

10.0 15.00 100.0 1..50

10.0 10.00 100.0 1.00

10.0 4.00 50.0 0.80

5.00 10.00 100.0 0.50

1.00 10.00 50.0 0.200

1.00 5.00 50.0 0.100

0.100 5.00 50.0 0.0100


b) Determinación del contenido de quinina en muestras desconocidas.

Desgasificar el contenido de una botella o una lata de agua tónica comercial mediante ultrasonidos (5 minutos aproximadamente) y hacer las diluciones correspondientes con H2SO4 0.05 M para que la intensidad de la emisión fluorescente se encuentre en la zona lineal del calibrado. (Normalmente esto se consigue con una dilución global de 1 a 50 que habría que efectuar en dos etapas si bien por econom a de tiempo puede hacerse en una sola, pipeteando 5.00 mL y diluyendo a 250.0 mL). Medir la intensidad de fluorescencia y calcular el contenido de quinina en la muestra original.

, , , í

Resultados

λ de excitación:

λ de emisión:

Quinina µg mL-1 If

Quinina µg mL-1 If

Ecuación de la recta de regresión:

Intensidad de la fluorescencia emitida por la disolución diluida de la tónica:

Concentración de quinina en la muestra de agua tónica comercial:


Práctica 4

POTENCIOMETRIA CON ELECTRODOS SELECTIVOS: DETERMINACION DE FLUORURO EN AGUAS DE CONSUMO


Llevar a cabo medidas de potenciales redox con un electrodo selectivo de iones fluoruro para determinar la concentración de este elemento en aguas de consumo.

El flúor en las aguas de consumo El flúor es considerado como un oligoelemento esencial para la formación de dientes y huesos, pero es tóxico en exceso. En un hombre adulto hay del orden de 2.5 g de flúor.

Se considera que dosis diarias de hasta 5 mg de flúor pueden ser necesarias para sobrevivir, mostrándose deficiencias cuando la ingestión es inferior a 2 mg/día. Los efectos tóxicos se presentan en dosis de 10-20 mg/día y efectos letales se manifiestan cuando la ingestión es superior a 200 mg diarios.

Desde hace tiempo se conoce la necesidad de controlar el contenido de flúor en las aguas de consumo humano, por ser ésta la fuente de mayor aporte de este elemento. La Organización Mundial de la Salud recomienda consumir aguas con contenido de flúor entre 1 y 1.5 mg/L. Un aporte insuficiente tiene mucha incidencia sobre las caries dentales, e ingestas superiores provocan fluorosis, alteraciones del tiroides, retrasos en el crecimiento y otras enfermedades óseas.

Características del método analítico

El método analítico utilizado para la determinación de fluoruro en aguas es la medida potenciométrica con un electrodo selectivo de fluoruro. Se trata de un electrodo de membrana homogénea compuesto por un mono-cristal de LaF3 que contiene pequeñas cantidades de Eu(II), con objeto de crear vacantes de fluoruro que permitan la conducción iónica de iones F- a través del cristal. En su interior contiene una disolución de NaF 0.1 M y NaCl 0.1 M, así como un electrodo de referencia interno de Ag/AgCl. La medida del potencial se realiza mediante un montaje potenciométrico en el que la célula electroquímica está constituida por el electrodo selectivo de fluoruro, que actúa como electrodo de medida y un electrodo de referencia


externo (Ag/AgCl) que posibilita la medida de la diferencia de potencial que se establece entre ambos electrodos. E lec tr o d o d e

re fe re n c ia in te rn oA g / A g C l

N aF 0 .1 M y N a C l 0 .1 M

M o n cr is t a l d e L a F 3

E , m V

E le c t ro d ose le c t i vo d e F -

E le c t r o d od e r e fe r en c ia

e x t e r n o

El potencial medido responde a la expresión:

E(V)=E(Ag/AgCl)ext –E(Ag/AgCl)int – Ea –Ej – 0.059 log [F-]

donde Ea es el potencial de asimetría de la membrana, Ej es el potencial de unión líquida y [F-] es la actividad del ión fluoruro en la disolución problema, si bien, no es necesario conocer el valor de las constantes que implica la cadena de potenciales que mide el potenciómetro, siempre que el electrodo se calibre con disoluciones de concentración conocida. En estas condiciones existe una relación lineal entre el potencial medido y el valor logarítmica de la concentración de fluoruro. Esto se conoce como respuesta nernstiana, por cumplirse la ecuación de Nernst:

E(mV)=constante – 59 log [F-]

Reactivos

• Disolución patrón de 1000 p.p.m. de fluoruro preparada por pesada de 0.2210 g de NaF y disolución en 100 mL (Disolución M)

• Disolución de TISAB (Total Ionic Strength Adjustement Buffer) que contiene por litro: 15 mL de ácido acético glacial; 58.5 g de NaCl; 102.6 g de acetato sódico trihidratado y 0.3 g de citrato sódico tri-hidratado, ajustando el pH con NaOH hasta el valor de 5.5.

Material y aparatos

• Matraces aforados de 50.0, 100.0, 250.0, 500.0 y 1000.0 mL de capacidad.



• Potenciómetro provisto de un electrodo selectivo de fluoruro y el correspondiente electrodo de referencia.


a) Preparación de la curva de calibrado

Tomar 5.00 mL de la disolución M (1000 p.p.m.) y diluir a 500 mL disolución R(

i

i i

1). De esta disolución R1 se toman 0.2, 1, 2, 5, 10 y 20 mL y se diluyen a 100 mL. Por otra parte, se toman 10 mL de la d solución My se diluyen a 100 mL (disolución R2). De esta disolución se toman 5, 10, 15 y 20 mL y se diluyen a 100 mL.

Poner en un vaso 50 mL de cada una de las disoluciones patrón de fluoruro y 5 mL de la disolución de TISAB. Se introducen los electrodos, se agita suavemente y se mide el potencial.

b) Determinación del contenido de quinina en muestras desconocidas.

Se opera de igual modo que en la construcción del calibrado, tomando 50 mL de agua y 5 mL de TISAB. Es frecuente real zar tres med dascon tres alícuotas de la muestra y obtener el valor medio.

Resultados

Nº mL [F-], p.p.m.

log [F-] E, mV

1 0.2 (R1) 0.02

2 1 (R1) 0.1

3 2 (R1) 0.2

4 5 (R1) 0.5

5 10 (R1) 1.0

6 20 (R1) 2.0

7 5 (R2) 5.0

8 10 (R2) 10.0

9 15 (R2) 15.0

10 20 (R2) 20.0


Ecuación de calibración:

Análisis de las muestras:

Muestra E(mV) log [F-] [F-], p.p.m.

Agua Contenido (p.p.m.)


Práctica 5 CROMATOGRAFIA DE GASES: DETERMINACION DE FENOLES


Llevar a cabo una determinación analítica por cromatografía de gases utilizando el método de calibrado del patrón interno.

Características de los fenoles

Los fenoles son compuestos ampliamente distribuidos en la naturaleza en concentraciones a nivel de trazas. Se han identificado en un gran número de plantas y también se forman por ruptura de compuestos orgánicos naturales, como ácidos húmicos o lignina. Sin embargo, la presencia de fenoles en el medio ambiente proviene sobre todo de las aguas residuales de un gran número de industrias: química, petroquímica, papelera, farmacéutica, etc, hasta el punto de que los fenoles son índices de la contaminación orgánica. Uno de los métodos más ampliamente utilizados para la determinación de fenoles es la cromatografía de gases con detección por ionización de llama o espectrometría de masas.

Reactivos

• Disolución madre que contiene, disueltos en metanol, los cuatro analitos: fenol, m-cresol, 2,4 dimetilfenol y β-naftol. (Esta disolución debe conservarse a 4ºC)

fenol m-cresol 2,4 dimetil fenol α-naftol

• Metanol, calidad HPLC


Material y aparatos

• Matraces aforados de 10.0 y de 50.0 mL de capacidad.


• Cromatógrafo de gases, equipado con una columna capilar SPB-5 (poli (5%-difenil-95%-dimetil siloxano)) de 30 m de longitud, 0.25 mm de diámetro interno y 0.25 µm de espesor y un detector de ionización de llama de hidrógeno. El gas portador es nitrógeno. La temperatura del detector es de 350 ºC y la del inyector de 250 ºC. Para la columna se trabaja con una rampa de temperaturas como la indicada en la figura.

El volumen de inyección de muestra es 1 µL, en la modalidad split.


A partir de una disolución madre de los cuatro analitos en metanol se preparan cuatro disoluciones patrón de concentraciones del orden de 50, 100, 200 y 300 p.p.m. de fenol, m-cresol y 2,4-dimetilfenol y 150p.p.m. de α-naftol que se utilizará como patrón interno.Se registran los cromatogramas correspondientes y con los resultados de las alturas o de las áreas de pico obtenidos se construyen las rectas de calibrado.

Disoluciones madre de fenoles: Fenol: 0.0509 g + metanol -> 50.0 mL => 1018 ppm m-cresol 0.0583 g + metanol -> 50.0 mL => 1166 ppm 2,4-dimetilfenol 0.0514 g + metanol -> 50.0 mL => 1028 ppm β-naftol (p. interno) 0.1020 g + metanol -> 50.0 mL => 2040 ppm


Patrones de calibrado:

Patrón 1: 0.50 mL de cada analito + 0.75 mL de β-naftol + metanol -> 10.0 mL (fenol=50.9 ppm; m-cresol=116.6 ppm; 2,4-dimetilfenol=102.8 ppm; β-naftol=153.0 ppm).




Resultados

Patrón 1 Concentración (p.p.m.)

Area de pico Area analito/area p. interno

fenol 50.9

m-cresol 58.3

2,4-dimetilfenol 51.4

β-naftol (p.i.) 153.0



fenol 101.8

m-cresol 116.6






fenol 203.6

m-cresol 233.2





fenol 305.4

m-cresol 349.8



Recta de calibrado:

Muestra desconocida

Concentración (p.p.m.)


fenol

m-cresol

2,4-dimetilfenol


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