Profesor: Dr. Siles

Alumnos:

6IM2

OBJETIVO GENERAL:

Conocer las partes principales y el manejo de un espectrómetro UV- visible y verificar las condiciones del equipo.

OBJETIVOS PERSONALES:

Llegar a conocer el funcionamiento de un espectrofotómetro de ultravioleta visible así como sus principios básicos y aplicaciones en la industria.

INTRODUCCIÓN

Cuando un haz de energía radiante atraviesa una sustancia, la molécula pasa de su estado basal a su estado excitado, o sea, de mayor energía. Si la longitud de onda comprende la región de energía ultravioleta y visible, los electrones de los orbitales externos pasan a un nivel de energía superior. Según la teoría de los orbitales moleculares, a cada orbital de unión corresponde un orbital de anti unión. Los electrones que forman el enlace generalmente no ocupan el orbital de anti unión, pero al absorber energía radiante pueden pasar del orbital de unión al de anti unión. Los enlaces σ , por ser más estables, necesitan una energía mayor para pasar a su orbital de anti unión σ ¿, por lo tanto absorben radiaciones de longitud de onda correspondiente a la región del ultravioleta lejano.

Los valores de ∆ E siguen el orden de:

σ→σ¿≫ π→ π¿>n→π ¿

ELEMENTOS QUE DESCRIBEN LOS ESPECTROS DE ABSORCIÓN

Cuando un compuesto absorbe luz en las regiones ultravioleta y visible del espectro, las características más importantes son la posición de la banda de absorción máxima, o sea, la longitud de onda a la cual un compuesto presenta su máxima absorbancia λmax y la intensidad que esta dada por el coeficiente de absortividad molar ϵ .

Cromóforo: los grupos que dan lugar a las transiciones n→π y π→π ¿ se denominan crómoforos y las moléculas que los contienen se denominan cromógenos.

En la siguiente tabla se muestran algunos crómoforos y sus características:

Cromóforo λmax ϵmax DisolventeEtileno 193 10000 Vapor

Aldehído 293.4 11.8 EtanolNitro 271 18.6 Alcohol

Acido acético 204 60 agua

Los disolventes empleados y los radicales adyacentes a un Cromóforo pueden tener influencia en la longitud de onda y la intensidad. Dicha influencia da lugar a los siguientes efectos:

Batocrómico: la absorbancia máxima cambia de una longitud de onda menor a una mayor sin variar la intensidad.

Hipsocrómico: La absorbancia máxima cambia de una longitud de onda mayor a una menor sin cambiar la intensidad, o sea, el efecto contrario al Batocrómico.

Hipercrómico: Aumenta la intensidad de la banda sin variar la longitud de onda.

Hipocrómico: Es el efecto de de la disminución de la intensidad de la banda a la misma longitud de onda.

Crómoforos múltiples: cuando las moléculas contienen dos o más grupos crómoforos pueden producir efectos Batocrómico o hipercromicos de acuerdo con la posición de los crómoforos. Si estos son conjugados el efecto es Batocrómico si no son conjugados se trata de un efecto hipercromico.

ESPECTROFOTÓMETRO UV- vis

Diagrama de un espectrofotómetro UV-visible:

Fuentes de poder: Las fuentes de radiación deben cumplir con las siguientes características:

1.- La señal emitida debe ser continua y estable

2.- Debe emitir una señal detectable en toda la región de estudio

3.- la intensidad de la luz emitida debe ser uniforme en toda la región

Monocromadores: Tienen por objeto descomponer la radiación poli cromática en sus componentes, permitiendo así el paso de un haz monocromado cuya longitud de onda corresponda a la región en estudio. Las ventajas de la luz monocromada son:

1.- La ley de Beer está basada en las radiaciones monocromadas.

2.- La sensibilidad de las medidas aumenta

3.- Las interferencias disminuyen.

FUENTE DE PODER MONOCROMADOR CELDA DETECTOR REGISTRADOR

La unidad del monocromador consiste en lentes de enfoque, diafragma de entrada, monocromador, y diafragma de salida.

Celdas: Es el recipiente que se utiliza para colocar la muestra ya sea liquido o gaseoso también recibe el nombre de cubeta o célula. Son de diferentes materiales dependiendo la región del espectro de estudio. Para la región ultravioleta las celdas son de cuarzo o de sílice fundido. La longitud más común es de 1 cm aunque también existen de 0.1 cm, 2, 5 y 10. Es importante que la celda este completamente limpia y no debe tocarse con los dedos pues la grasa que contienen estos alteran los resultados.

Detectores: Los fotones correspondientes a las radiaciones ultravioleta y visible tienen la suficiente energía para emitir electrones cuando chocan con la superficie tratada con compuestos específicos, que actúan como cátodo. La radiación también puede producir un paso de corriente a través de ciertos semiconductores. En ambos casos se genera una corriente eléctrica que es directamente proporcional al poder radiante de la luz emitida al detector. Los detectores basados en la generación de corriente eléctrica se conocen como fotoeléctricos y pueden ser de dos tipos:

Fototubo: Consiste en un bulbo de vidrio al vacio en cuyo interior hay un cátodo semicilíndrico cubierto con una película de un metal que pierde fácilmente electrones. Contiene también un alambre que actúa como ánodo.

La radiación entra a través de la ventana de cuarzo y choca contra la superficie cóncava del cátodo semicilíndrico, en donde los electrones de la película del metal absorben energía y pasan al ánodo produciéndose un flujo de corriente en el circuito.

Celda de “capa-barrera” o fotovoltaica: Este tipo de celda se usa en la región visible. Consiste de un electrodo plano de cobre o fierro sobre el cual se encuentra depositada una capa de un material semiconductor como oxido cuproso o selenio.

Cálculos y resultados.

1- Exactitud fotométrica

Longitud de pico = 15 mm

λexperiemtal= λmax−longitud milimetrica∗velocidad debarrido

velocidadde carta=nm

λexperiemtal=660nm−15mm∗15nm /min60mm /min

=656.25nm

2- Ancho de banda espectral.

Longitud de pico = 16.5 mm

λexperiemtal= λmax−longitud milimetrica∗velocidad debarrido

velocidadde carta=nm

λexperiemtal=490nm−16.5mm∗15nm /min60mm/min

=485.875nm

condiciones de operaciónlampara uvmodo CALλ=660-650 nmv barrido= 15 nm/minordenada= 0-30v carta = 60 mm/min

λmax teórica λmax experimental656.1 nm 656.25 nm

condiciones de operaciónlampara uvmodo CALλ=490-480 nmv barrido= 15 nm/minordenada= 0-30v carta = 60 mm/min

3- Vapor de benceno.

operaciónlampara UVmodo ABSλ=280-230 nmv barrido=15nm/minordena limite=0.1v carta=30mm/min

λexperiemtal=280nm−26mm∗15nm /min30mm /min

=267nm

λexperiemtal=280nm−38mm∗15nm /min30mm /min

=261nm

λexperiemtal=280nm−49mm∗15nm /min30mm /min

=255.5nm

λexperiemtal=280nm−60.5mm∗15nm /min30mm /min

=249.75nm

λexperiemtal=280nm−71mm∗15nm/min30mm /min

=244.5nm

λexperiemtal=280nm−80mm∗15nm /min30mm /min

=240nm

λmax teórica λmax experimental486.1 nm 485.875 nm

pico longitud (mm)1 262 383 494 60.55 716 80

λmax teórica (nm)

λmax experimental (nm)

237 240242.2 244.5247.8 249.75253.6 255.5259.6 261266.8 267

4- Linealidad fotométrica utilizando dicromato de potasio

Longitud de pico = 50 mm

λexperiemtal=450nm−50mm∗120nm /min60mm/min

=350nm

5- Grafica de linealidad fotométrica de ABS vs Conc del dicromato de potasio

condiciones de operaciónlampara uv-vismodo ABSλ=450-250 nmv barrido= 120 nm/minordenada= 0-1.5v carta = 60 mm/min

λmax teórica λmax experimental350 nm 350 nm

longitud de onda =350 nmC(ppm) absorbancia

25 0.2250 0.45575 0.68

20 30 40 50 60 70 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

f(x) = 0.0092 x − 0.0083333333333333R² = 0.999842494881084

linealidad fotometrica del dicromato de potasio

C(ppm) de dicromato de potasio

abso

rban

cia

CUESTIONARIO PRACTICA NUMERO 1

ULTRAVIOLETA-VISIBLE RUTINAS DE DIAGNOSTICO

1.- ¿Cuál es el fundamento de los métodos espectroscópicos de análisis?

Se basan en la medición de la radiación electromagnética emitida o absorbida por la materia.

Emisión: utilizan la radiación emitida por una sustancia que ah sido excitada por una energía al pasar al estado fundamental

Absorción: se basa en la disminución de potencia de una radiación electromagnética que ah interactuado con la materia.

2.- ¿Qué se entiende por transición electrónica?

Es el salto de un electrón de un orbital a otro, por lo consiguiente hay un aumento o disminución de energía.

3.- ¿Cuáles son las transiciones electrónicas que se presentan en compuestos orgánicos?

σ→σ¿ Con una longitud de onda menor a 150nm se dan en hidrocarburos que únicamente contienen enlaces sigma. La energía para esta transición es relativamente grande.

n→σCon longitud de onda entre los 150-200 nm. Correspondiente a hidrocarburos que poseen átomos con pares de electrones no compartidos, la energía utilizada es alta aunque menos que la anterior; región espectral UV lejano. n→π y π→π ¿ Longitud de onda de entre 200-700 nm la energía de excitación corresponde a un UV lejano.

4.- ¿Qué tipos de compuesto se pueden analizar por esta técnica?

Ácidos compuestos aromáticos y cromados

5.-De dos ejemplos de compuestos que absorban en la región UV-visible. Proporcione la formula desarrollada.

Benceno C6H6 dicromato de potasio K2Cr2O4

6.-Describa brevemente cual es el objetivo de la practica

Conocer el equipo, las partes que lo conforman y como es que se maneja

7.-Menciones cuáles son las partes que constituyen un espectrofotómetro UV-vis.

Lámpara, lente, monocromador, celda de muestra y detector.

8.-Explique cuál es el propósito de calibrar los equipos antes de realizar cualquier tipo de análisis instrumental.

Para no obtener resultados erróneos, por no colocar los parámetros o características que requiera la muestra a analizar.

9.- ¿Qué se entiende por barrido espectral?

Es la variación de la longitud de onda a un rango preestablecido hasta que la radiación logre excitar a la molécula y pasar de un orbital a otro.

10.- ¿Qué información analítica proporcionan los resultados de un espectrograma?

Proporciona la concentración de las sustancias que se buscan dentro del análisis

11.- ¿en qué tipo de muestras se puede aplicar la técnica UV-vis?

Industrias refresqueras vinos y licores. Ti

OBSERVACIONES:

Durante la realización de la práctica se observaron varios aspectos en cuanto al conocimiento básico sobre los principios de la espectroscopia en los métodos de análisis ya que la mayoría de los compañeros no entendimos muy bien el concepto. Ahora sabemos con claridad que su principio básico es la interacción de la energía de radiación con la materia para pasar de su estado fundamental a su estado excitado.

La práctica se realizo con un espectrofotómetro anticuado pero que aun así logramos realizar las experimentaciones que el instructivo sugiere excepto la última, ya que hubo un problema con el aparato y no la pudimos realizar.

Conclusiones

Como conclusión podemos agregar que la espectroscopia ultravioleta visible se utiliza para la identificación de algunos grupos funcionales de moléculas y para determinar el contenido y fuerza de una sustancia. Con ella se pueden hacer análisis cuantitativos de componentes de soluciones y compuestos orgánicos entre otros.

Es importante conocer el fundamento básico de la espectroscopia y del funcionamiento del espectrofotómetro ya que será de gran utilidad para el análisis de soluciones ya sea cuando se requiera una longitud de onda (haciendo un barrido espectral) o cuando se requiera la absorbancia o transmitancia de una solución a diversas concentraciones.

Morales González Luis Alberto

Bibliografía: QUÍMICA ANALÍTICA MARGARITA WATT B. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y CIENCIAS QUÍMICAS UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA

PRIMERA EDICIÓN 1982

EDITORIAL AL HAMBRE MEXICANA S. A.

PÁGINAS 427-460