Taller 3

TALLER 3. Instrumental

1. Describa cuáles son los componentes básicos de un espectrómetro. 2.

La absortividad molar de una solución acuosa es 200 dm 3 mol-1 cm-1. Calcular el porcentaje de transmitancia a través de una celda de 1.00 cm y que es llenada con la solución acuosa con concentración de 5x10 -3 mol dm-3.

3. El β-caroteno tiene una absortividad molar de 100000 dm 3 mol-1 cm-1 a cierta longitud de onda. Calcular la cantidad de caroteno en una celda de 1.00 cm necesario para absorber el 90% de la radiación incidente. 4. Explique por qué los complejos de metales de transición son coloreados. 5. Un compuesto tiene una absortividad molar de 2.17 x 10 3 L cm-1mol-1. Que concentración de compuesto se necesitaría para obtener una disolución que tiene una transmitancia de 8.42 por 100 en una cubeta de 2.5 cm? R: 1.98 x 10-4. 6. Mediante una técnica de espectrofotometría se determinó el contenido de fósforo en un mineral. El  procedimiento empleado se describe describe a continuación: continuación: 8.35 g de de muestra se disuelven disuelven y se tratan de manera manera que todo el fósforo se transforme en el complejo azul de ortofosfato y se completa con agua destilada a volumen final de 100 mL. La transmitancia de la solución resultante es 30.6 %. Si la solución patrón de ortofosfato de sodio, que se trata de igual manera, y que tiene una concentración final de 2.467x10 -4 M dio una transmitancia de 20.5 %, calcule el contenido de fósforo en la muestra expresado en ppm de  Na3PO4. 7.

La cafeína (C 8H10O2 N  N4•H2O) posee una absorbancia de 0.510 a 272 nm y 1 cm de paso óptico en disoluciones de concentración de 1 mg/100 mL. Una muestra de 2.5 g de café soluble se diluye con agua a 500 mL. Se toman 250 mL se añaden 25.0 mL de H 2SO4 0.1 M y se diluye a 500 mL. Se mide la absorbancia a 272 nm resultando ser 0.415. Calcular los gramos de cafeína por Kg de café soluble que tiene muestra muestra. Peso molecular (cafeína)=212 g/mol

8. Un analista desea determinar la concentración exacta de una solución de Sulfato de Cobre (II) por espectroscopia Uv-Vis la cual se estima que esta alrededor de 0.01 mol.dm -3. El analista cuenta con una solución estándar de 1 mol.dm -3  de Sulfato de Cobre (II). Describa detalladamente el proceso para realizar dicho análisis y obtener una concentración lo más exacta posible. 9. Se prepara una solución estándar de 4.95X10-3 M de un compuesto tomando 2 mL de esta solución y

diluyéndola con un solvente a 25 mL. El estándar diluido tiene una absorbancia de 0.624 a 238 nm en una celda de 1.00 cm. Un blanco que contiene solo el solvente tiene una absorbancia de 0.029 a 238 nm. La absorbancia de una muestra de concentración desconocida de este compuesto preparada en el mismo solvente tiene una absorbancia de 0.377 a 238 nm. Cuál es la concentración del compuesto en la muestra? Cuál es la absortividad molar de del compuesto a 238 nm? 10. Una de las formas para determinar hierro en alimentos, es convertir, todo el hierro presente a su estado Fe +3 con oxidantes, después de lo cual se adiciona tiocianato de potasio, formando un complejo de color rojo que  permite su cuantificación. cuantificación. El complejo complejo FeSCN 2+, cuya longitud de onda máxima de absorción es de 580 nm, tiene una absortividad molar de 7.00 x 10 3 Lcm-1mol-1. Calcular: La absorbancia a 580 nm de una solución del complejo 2,22 x 10 -4 M, si se mide en una cubeta de 1.25 cm. Rta.1.94  b. La absorbancia de una solución cuya transmitancia es la mitad de la solución anterior. Rta.2.24 a.

c.

Qué concentraciones de Fe(III) podrían determinarse, si se usan cubetas de 1.00 cm y la absorbancia se mantiene entre 0.100 y 1,50? Rta. 1.43 x 10 -5 –  2.05 x 10 -4

11. La constante de equilibrio de la reacción 2CrO 4- + 2H+ ⇆ Cr 2O72- + H2O es de 4.1x10 14. Las absortividades molares de las dos especies principales en una solución de K 2Cr 2O7 son: -



 CrO4

345 370 400

1,84 x 10 3 4,81 x 10 3 1,88 x 10 3

 Cr 2O7

2-

10,7 x 10 2 7,28 x 10 2 1,89 x 10 2

Se prepararon tres soluciones disolviendo 4.00 x 10  – 4, 2.00 x 10  – 4 y 1.0 x 10  – 4 moles de K 2Cr 2O7 en agua y diluyendo hasta 1 litro con una disolución tampón de pH igual a 5.6. Deducir los valores de absorbancia teóricos (cubetas de 1.00 cm) para cada solución y representar los datos gráficamente para (a) 345 nm, (b) 370 nm y (c) 400nm. Rta: M K 2Cr 2O7 4,0 x 10 -4

M CrO43,055 x10 -4

M Cr 2O722,473 x 10 -4

A345 0,827

A390 1,649

A400 0,621

12. Un producto alimenticio se sometió a una serie de procedimientos experimentales para identificar presencia de contaminantes donde se evidenció plomo luego del estudio. Por tanto, se llevó a cabo un análisis por absorción atómica para determinar el contenido del contaminante en la muestra. El procedimiento que se siguió fue el siguiente: se tomó 1.0 mL de la muestra y se diluyó a un volumen final de 5.0 mL, donde se obtuvo una señal de absorbancia de 0.293 a 283.3 nm. Una segunda muestra de 1.0 mL es fortificada con 1.00 μL de un estándar de plomo de 1860 ppb y diluido posteriormente a un volumen final de 5.0 mL. Luego, se realizó la medida de esta nueva muestra y se obtuvo una señal de absorbancia de 0.436 a la misma longitud de onda. Determinar la concentración de plomo en la muestra original. 13. Una alícuota de 25,0 ml de una solución acuosa de quinina, utilizada como infusión antimalárica, se diluyó a 50 ml y se encontró que tenía una absorbancia de 0.832 a 348 nm cuando se midió en una celda de 2 cm. Una segunda alícuota de 25 ml se mezcló con 10 ml de una disolución que contenía 23.4 ppm de quinina; después de diluir a 50,0 ml, esta disolución presentó una absorbancia de 1,22 cuando se leyó en la cubeta de 2,00 cm. Calcular las partes por millón de quinina en la muestra. Rta. 20.1 ppm. 14. Los compuestos A y B absorben en la región UV del espectro. La sustancia A tiene un máximo a 267 nm (Ɛ=175 L g-1cm-1) y un mínimo a 312 nm (Ɛ =12.6 L g -1cm-1). La sustancia B exhibe un máximo de absorción a 312 nm (a=186 l g-1cm-1) y no absorbe a 267 nm. Una solución que contiene los dos componentes tiene una absorbancia de 0.726 y 0.544 a 267 y 312 nm respectivamente cuando se utilizan celdas de 1 cm de camino óptico. ¿Cuáles son las concentraciones de A y B en mg/l? 15. Una muestra de 5,12 g de una muestra que contiene sulfato de cobre grado alimenticio, se disolvió en solución ácida, luego se adicionó un ligando que forma con el catión un complejo coloreado. A continuación se diluyó con agua hasta 200,0 ml en un balón volumétrico. El análisis se completó tratando las siguientes alícuotas como se indica: Volumen de reactivos, ml Vol. de muestra, ml 3,82ppm Cu2+ Ligando H2O 50,0 0,00 20,0 30,0 50,0 4,00 20,0 26,0 Calcular el porcentaje de cobre en la muestra.

A (545nm,1,0 cm) 0,512 0,844

16. Una disolución que contiene el complejo formado entre Bi(III) y tiourea tiene una absortividad molar de 9,3 X 103 L cm-1 mol-1 a 470 nm. a. Cuál es la absorbancia de una disolución 5,67 X 10 -5 M del complejo a 470 nm en una celda de 1,00 cm. Rta. 0,528.  b. Cuál es el porcentaje de transmitancia de la disolución descrita en a. Rta. 29,6%. c. Cuál es la concentración molar del complejo en una disolución que tiene la absorbancia descrita en a) cuando se mide a 470 nm en una celda de 2,50 cm. Rta. 2,27 X 10 -5 M. 17. Describa brevemente los siguientes términos: a. Fotoluminiscencia  b. Quimioluminiscencia c. Fluorescencia d. Fosforescencia e. Conversión interna f. Rendimiento cuántico 18. ¿Qué características estructurales favorecen la fluorescencia? 19. Explique por qué es importante realizar espectroscopia de florescencia con bajas concentraciones del compuesto. 20. Describa los componentes de un espectrofluorometro? ¿Qué método tiene mayor sensibilidad y selectividad Uv-vis o fluorescencia? ¿Por qué? 21. Explicar la diferencia que existe entre un espectro de emisión fluorescente y un espectro de excitación fluorescente. ¿Cuál se parece más a un espectro de absorción? 22. ¿Para cuál de los siguientes compuestos se espera un mayor rendimiento cuántico de fluorescencia? Explicarlo.

23. ¿Cómo afectan la temperatura y el tipo de solvente la fluorescencia de un analito? 24. Si en su laboratorio se necesita analizar Riboflavina (vitamina B2) en una muestra de alimento y usted sospecha que esta se encuentra a niveles excesivamente bajos, ¿Cuál método escogería usted, Uv-Vis o fluorescencia y por qué? 25. La vitamina E tiene una  de emisión de 280 nm. Una muestra de 0,842 g de leche en polvo se diluyó a 1,0 litro con isopropanol. La fluorescencia de esta solución fue de 280 U.F. Una mezcla de una alícuota de 25 ml de la

muestra con 5 ml de una solución estándar de vitamina E de 0,250 ppm, dio una intensidad fluorescente de 670 unidades. Calcular el % de vitamina E en la muestra de leche. 26. En la determinación fluorimétrica de la extracción de dosis terapéuticas de penicilina, la muestra de orina (10 mL) es primero extraída con cloroformo, y a 10 mL del extracto de cloroformo que contiene penicilina se le añaden 5 mL de una solución de benceno que contiene 10 mg de 2-metoxi 6-cloro 9-(8 aminoetil)- aminocridina  junto con 2 mL de acetona y 5 mL de una solución de ácido acético glacial al 1% en volumen. Después de un  periodo de espera de una hora, la aminoacridina forma un producto de condensación con la penicilina que es aislado por una serie de extracciones. Finalmente, una solución acuosa acidificada del producto de condensación; se coloca en una celda, se irradia con luz ultravioleta a 365 nm y se mide la luminiscencia a 540 nm, determinándose la señal como lectura de corriente en un galvanómetro. En el análisis de una muestra de orina (10 mL) tratada de acuerdo con este procedimiento, el galvanómetro registró 28,79 uA. Una muestra blanco (no contiene penicilina) dio una lectura de 9,13 uA, mientras que dos soluciones patrones que contenían 0,65 y 1,50 µg de penicilina por 10 mL dieron lecturas de 18,89 y 32,54 uA, respectivamente cuando se trataron por el procedimiento anterior. Calcular el contenido de  penicilina en la muestra de orina en microgramos. R: 1,285 µg. 27. La micotoxina M1 encontrada en la leche (potente carcinógeno, cuyo valor máximo permisible por la FDA es de 0.5 ppb), tiene una   de excitación de 365 nm y una   de emisión de 420 nm. Si las siguientes soluciones estándar de M1 dieron, respectivamente: [M1 ppb] Intensidad Fluores. 0,2 0,013 0,3 0,027 0,4 0,039 0,5 0,045  



Construir una curva de calibración y deducir la ecuación de la recta generada. Si una muestra de leche se diluye a la mitad y al analizar su fluorescencia, a las mismas condiciones de los estándares, dio una intensidad fluorescente de 0,031, ¿Cuál es el nivel de la micotoxina M 1 en la muestra de leche? De acuerdo al procedimiento descrito, ¿por qué cree usted que no se requirió etapa adicional, como la derivatización?

28. Varias soluciones (50 mL) que contienen diferentes concentraciones de zinc son acomplejados con un exceso de 8-hidroxiquinolina y extraídas con 100 mL de cloroformo. La fluorescencia medida de cada solución es la siguiente: Zn (mg/100mL)

Lectura de fluorescencia (F), %

3

15,2

4

20,1

6

31,0

8

39,8

10

51,1

12

61,0

14

72,3

16

85,7

18

95,3

20

100,0

Una solución desconocida fue tratada de la misma forma que los patrones y la lectura de la fluorescencia fue del 37%. a. . Deducir la ecuación por el método de mínimos cuadrados.  b. Calcular la concentración de Zn en la muestra. 29. Si en su laboratorio de análisis químico hay equipos de U.V. y fluorescencia, y la empresa elabora  premezclas alimenticias, ¿Cómo justificaría a su jefe la compra de un equipo de absorción atómica? 30. Describa las principales diferencias entre la técnica de absorción atómica y emisión atómica. 31. Definir los siguientes términos: Atomización, nebulización, quemador, plasma, chisporroteo, supresor de ionización, interferencia espectral, modulación, amortiguador de radiación, agente de liberación, agente  protector. 32. Una muestra de 25 mL que contiene Cd +2  dio una señal instrumental de 20,5. Al adicionar 0,5 mL de un  patrón que contiene 0,03 M de cadmio, la señal aumento hasta 50,4. a) Determine la concentración de cadmio en la muestra asumiendo que la señal es directamente proporcional, a la concentración de analito. b) ¿Que método de calibración se esta aplicando en el análisis? Explique. 33. Una muestra molida y seca de 5,0 g del alga marina espirulina se maceró con solución buffer de extracción, luego se trató con ácido tricloroacético para precipitar las proteínas, después de la filtración, se completó a volumen a 100 ml con agua destilada. 5,0 ml de esta solución se llevaron a pH de 3,0 y se extrajeron con dos  porciones de 5,0 ml de metil-isobutil-cetona, que contenían el acomplejante de plomo APCD. El extracto se aspiró en una llama de aire/acetileno y produjo una absorbancia de 0,501 cuando se leyó a 283,30 nm. Alícuotas de 5,0 ml de soluciones estándar de plomo que contienen 0,400 y 0,600 ppm de Pb se trataron de igual forma y produjeron absorbancias de 0,396 y 0,500 respectivamente. Calcular los ppm de Pb en la muestra, asumiendo que se cumple la ley de Beer. 34. Con el fin de determinar cromo en vasijas de cerámica empleadas para almacenar alimentos, se someten a lixiviación con solución de HCl 1% v/v. De la solución de extracción se toman alícuotas de 10 ml y se adicionan a cada uno de cinco balones de 50.0 ml. Luego se adicionan los siguientes volúmenes de un estándar de cromo de 12,2 ppm y las soluciones se diluyen hasta volumen con HCl 1% v/v, obteniéndose las siguientes lecturas en un equipo de absorción atómica: Muestra - ml ml de Estándar Absorbancia 10.0 0.0 0.201 10.0 10.0 0.292 10.0 20.0 0.378 10.0 30.0 0.467 10.0 40.0 0.554 a. Deducir la ecuación por el método de mínimos cuadrados.  b. Calcular en ppm la concentración de cromo en la muestra. 35. Un acero de alto grado se analizó para ver su contenido en Mn, usando para su determinación Fe como estándar interno. Se preparó una muestra estándar que contenía Fe y 5 mg L -1  de Mn cuya lectura de intensidades absolutas fueron 8.0 (2933 A) y 10.2 (2932 A) respectivamente. Una muestra desconocida de acero se trató de la misma forma, es decir, se le añadió la misma concentración de Fe y se midieron las

intensidades absolutas a las longitudes de onda correspondientes para cada metal obteniéndose valores de 8.2 y 12.5 para Fe y Mn respectivamente. a. Explica brevemente en qué consiste el método de calibración usando patrón interno.  b. calcula la concentración de Mn en la muestra de acero desconocida. Rta. 5.98 mg L -1 36. En el desarrollo de un procedimiento para análisis de sodio por emisión de llama a una  = 589 nm, en una matriz alimenticia, el analista observa que una solución de muestra que contiene 1,0 ppm de sodio da una emisión de 34% mientras la misma solución de 1,0 ppm de sodio a la que se adicionan 10 ppm de potasio, da una lectura de 43%. En vista de que una solución de 10 ppm de potasio (sin sodio) no da una lectura apreciable a  =589 nm, dé una explicación del aumento debida a la presencia de potasio en la solución. 37. Se desea determinar el contenido de Magnesio en un suplemento vitamínico que contiene como aditivos (saborizantes) compuestos que presentan una importante absorbancia en la región de 450 a 700 nm. Las vitaminas que forman parte del suplemento presentan emisión de fluorescencia entre 400-560 nm. De los siguientes métodos cuál/es podrá utilizar y cuál/es no. Justifique en los casos afirmativos los pasos adicionales, mencionando los reactivos necesarios. a) Espectroscopía de absorción atómica  b) Espectroscopía UV-visible c) Espectroscopía de fluorescencia  Mg = 5800 a 560 nm

38. Para la determinación de aluminio en muestras de agua de río se aplicó el método de adición de estándar. En todos los casos se utilizó un volumen de la muestra de 10 mL, y a las cuales se les adiciono una solución  patrón (S) de aluminio 0,15 mM. Finalmente, todas las soluciones se diluyeron a un volumen de 25 mL y se obtuvieron los resultados siguientes: Solución

Señal

Muestra sola

5,0

Muestra + 2 mL de S

10,1

Muestra + 4 mL de S

15,1

Muestra + 6 mL de S

20,0

Determine la concentración de Al en la muestra a partir de: a) Una gráfica de la señal medida, en función de la concentración del estándar y considere el efecto de dilución.  b) Una gráfica de la señal medida, en función del volumen del estándar añadido.