En esta región del espectro electromagnético, las moléculas se someten a transiciones electrónicas.
Informe de Practica de Laboratorio Instrumental Determinación de Hierro en Alimentos (Semilla de Girasol) por Espectrofotometría.
Fecha de presentación 24/04/2015 1. Resumen La espectrometría UV/Vis se utiliza habitualmente en la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados. La ley de Lambert - Beer establece que la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración de la solución. Por tanto, la espectrometría UV/Vis puede usarse para determinar la concentración de una solución en este caso de minerales como lo es el hiero. El objetivo de esta práctica fue determinar por espectroscopía de Ultravioleta - Visible la concentración de hierro en la semilla de girasol respectivamente. La concentración de solución para el hierro en la semilla de girasol mediante la ecuación de mínimos cuadrados fue de 47.16 ppm y gráficamente mediante la curva de calibración fue de 47 ppm aproximadamente.
2. INTRODUCCIÓN La espectrometría ultravioleta-visible ultraviolet a-visible o espectrofotometría UV-Vis implica la espectroscopia de fotones en la región de radiación ultravioleta-visible. Esta utiliza la luz en los rangos visible y adyacentes (el ultravioleta (UV) cercano y el infrarrojo (IR) cercano.
Esta técnica es complementaria de la espectrometría espectrometr ía de fluorescencia, fluorescenci a, que trata con transiciones desde el estado excitado al estado basal, mientras que la espectrometría de absorción mide transiciones desde el estado basal al estado excitado. La espectrometría UV/Vis se utiliza habitualmente en la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados. La ley de Beer-Lambert establece que la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración de la solución. Por tanto, la espectrometría UV/VIS puede usarse para determinar la concentración de una solución. Es necesario saber con qué rapidez cambia la absorbancia con la concentración. Esto puede ser obtenido a partir de referencias (las tablas de coeficientes de extinción molar) o, con más exactitud, determinándolo a partir de una curva de calibración. [1] calibración. [1]
Ley de Lambert-Beer Al realizar una medición de absorción espectral típica por medio de luz monocromática, la muestra que se desea analizar se introduce dentro de un contenedor adecuado llamado celda de muestra, de tal manera que una parte de la radiación es reflejada, una parte es absorbida, y una parte se transmite. Por lo tanto, la intensidad de la radiación original (Po) es igual a la suma de las intensidades de radiación reflejada (Pr), absorbida (Pa) y transmitida (Pt), como se expresa en la siguiente ecuación: Po = Pr + Pa + Pt
[Ecuación 1]
En este proceso el fenómeno de reflexión es despreciable con respecto al fenómeno de absorción y transmitancia, por lo cual la Ecuación 1 la podemos expresar de la siguiente forma: Po =Pa + Pt
[Ecuación 2]
La intensidad de la luz transmitida medida (Pt) depende del espesor del medio absorbente y la concentración de la sustancia cromófora (que absorbe), además de la intensidad de la radiación incidente (Po) (Figura 1). Esta dependencia constituye la base de determinaciones por espectrometría y se da en términos de dos leyes fundamentales. Una es la ley de Lambert, que expresa la relación entre la capacidad de absorción de la luz de la muestra y el espesor del medio absorbente y la otra es la ley de Beer, que expresa la relación entre la capacidad de absorción de la luz de la muestra y su concentración. Las dos leyes se combinan para darla ley de BeerLambert.[2]
Figura 1. Esquema del paso de la radiación a través espectrofométrica.
de
una
celda
La ley de Lambert-Beer describe la correlación entre el comportamiento de absorción de una sustancia, así como la concentración y el espesor de la capa de esta sustancia en la solución. Esta relación se expresa de la siguiente manera:
A = ε ×L ×c
[Ecuación 3]
Donde el término ε se llama coeficiente de extinción molar o absortividad molar, el cual presenta unidades de L mol-1 cm-1 y depende de la longitud de onda de medición, por tanto su valor se escribe ε(λ, nm), por ejemplo el coeficiente de absortividad medido a 235 nm se escribe ε235. El siguiente término L es la longitud de la trayectoria que realiza la luz medida en cm y c es la concentración del analito en mol L-1. La ley de Lambert-Beer se cumple solamente para soluciones diluidas, ya que para valores de concentración altos, el coeficiente ε varía, debido a fenómenos de dispersión de la luz, agregación de moléculas, cambios del medio, etc. Para determinar el hierro en una matriz alimenticia es importante conocer que el hierro es un elemento metálico, que se puede encontrar en la naturaleza presente en dos estados de oxidación que son: 2+ (ferroso) y 3+ (férrico). El hierro (II) forma un complejo de color anaranjado claro con 1,10-fenantrolina según la reacción[4]:
Para asegurarse de que todo el hierro presente en la muestra se encuentra en forma de Fe 2+ se añade, antes de la formación del complejo, un agente reductor como es el clorhidrato de hidroxilamina, el cual reduce el Fe3+ a Fe2+ según la reacción: 4Fe 3+ + 2 NH2OH 4 Fe 2+ + N2 + O + 4 H3O + H2 O La formación del complejo hierro (II) con fenantrolina se da en un intervalo de pH comprendido entre 2 y 9, aunque éste es
suficientemente amplio, para asegurar la formación cuantitativa del complejo se adiciona al medio acetato sódico que neutraliza el ácido formado durante la reducción del hierro (III) y ajusta el pH a un valor al que se puede efectuar la formación del complejo[5,6]. Este método puede aplicarse a matrices alimentarias y permite determinar el contenido total de hierro (Fe 2+ + Fe3+). En las siguientes secciones se expondrá el procedimiento y los resultados para determinar por espectroscopia de Ultravioleta - Visible la concentración de hierro en las semillas de girasol.
3. METODOLOGIA I.
Preparación de la muestras.
Al ingresar al laboratorio nos encontramos con las muestras ya listas en cenizas para poder iniciar con la practica correspondiente.
II.
Preparación de las cenizas para la determinación de Hierro
Dilución de las cenizas: En la campana de extracción, se le añadió al beaker 5 mL de HCl concentrado hasta que se disolvieron los 0,247 g de muestra. Se adicionaron 10 ml de agua destilada, agitando con un agitador de vidrio hasta que se disolvieron las cenizas en su totalidad. Se filtró para eliminar pequeños grumos, se pasó cuantitativamente el líquido a un matraz de 25 ml y para finalizar se aforó.
Cuantificación del hierro: Se tomaron tres alícuotas de 0,2 ml de la solución obtenida de las cenizas y se llevaron a tubos de ensayo, se añadieron los siguientes reactivos, en este orden para que se desarrollara de color anaranjado por la reacción entre el hierro (II) y el 1,10 fenantrolina: 0,1 ml de solución de
clorhidrato de hidroxilamina, 0,8 ml de acetato de sodio, 1ml de 1,10fenantrolina. Luego se agitó y se dejó en reposo durante 15 minutos. Se tomaron 3 tubos de ensayo para realizar tres semi-replicas respectivamente y en cada uno se realizo el mismo paso anterior en el mismo orden y simultaneo a las diluciones para realizar la curva de calibración.
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS I.
Barrido espectral
Para la realización del barrido espectral se leyó uno de los patrones que contenía hierro, teniendo en cuenta el intervalo de longitud de onda entre 400 y 600 nm, obteniendo como longitud de onda promedio para el hierro de 530 nm.
II.
Curva de calibración de los patrones
De acuerdo a la bibliografía la semilla de girasol contiene 5,3 mg de hierro por cada 100 g de muestra. Se determinó la concentración entonces del cereal en ppm de la siguiente manera: , mg 00g
×
000g kg
= 53
[Ecuación 4]
Para determinar el intervalo de concentración de los patrones se eligieron tres concentraciones por debajo (10 ppm, 25 ppm y 40 ppm) y tres por encima de la muestra (55 ppm, 70ppm y 85 ppm), obteniendo de la suma de las concentraciones un total de 285 ppm. La muestras madre presentes en el laboratorio tenían concentraciones de 1000 ppm y 1250 ppm respectivamente.
Se eligió la concentración para la muestra madre de 1000 ppm puesto que esta fue la más cercana al total de 285 ppm. Con estos datos se pudieron hallar los volúmenes de los patrones a partir de la
Ecuación 5.
C1×V1=C2×V2
Patrone Concentració Volumen n s 10 0,50 1 25 1,25 2 40 2,00 3 55 2,75 4 70 3,50 5 85 4,25 6 Tabla 1. Volúmenes de los patrones.
[Ecuación 5]
Despejando V1, se obtiene que:
1 = (C2 × V2)/C1
[Ecuación 6] 1 =
2 =
3 =
4 =
0 × 000
× 000
0 × 000
× 000
Después de tomar alícuotas de 0,2 mL de las soluciones de los estándares preparados y haberles agregado la cantidad apropiada de clorhidrato de hidroxilamina, acetato de sodio y 1,10 – fenantrolina respectivamente, se procedió a realizar la curva de calibración en el espectrofotómetro a una longitud de onda de 530nm, obteniendo las absorbancias de los patrones como se muestra en la Tabla No. 2.
= 0,5 mL
= 1,25 mL
= 2,00 mL
= 2,75 mL
Concentración (ppm) 10 25 40 55 70 85
Absorbancia 0,056
0,055
0,055
0,061
0,061
0,061
0,196
0,197
0,196
0,205
0,206
0,205
0,275
0,275
0,275
0,334
0,334
0,335
Tabla 2. Absorbancia de los patrones a
5 =
6 =
70 × 000
8 × 000
530 nm. = 3,50 mL
= 4,25 mL
De acuerdo a la tabla 2 se demuestra la manera que cumple con la ley de Lambert – Beer ya que a mayor concentración hubo mayor absorbancia.
= 47 ,16
Concentración (ppm)
MTC
10 25 40 55 70 85
0,055 0,061
También se determinó la concentración de la muestra problema gráficamente (Gráfico No. 1).
0,196 0.400
0,205
0.350
0,275
0.300 A I C N0.250 A B0.200 R O S 0.150 B A0.100
0,334
Tabla 3. Media de tendencia central de la absorbancia.
III.
Se procedió a medir por triplicado en el espectrofotómetro la absorbancia de la muestra problema obteniendo como resultado las siguientes absorbancias: 0,167, 0,194, 0,196. Se sacó la medida de tendencia central la cual fue 0,186 y a partir de la Formula No. 4 se halló la concentración de la solución de muestra problema.
(Formula No. 4)
y= mx + b
−
0
20
40
Dónde de los datos obtenidos determinamos los siguientes datos:
80
Grafico No 1. Curva de calibración (Absrorbancia Vs. Concentración.)
Según el grafico la concentración encontrada es 47 aproximadamente.
IV.Cálculo cantidad de hierro en la muestra utilizada.
Hierro mg /Kg =
∗
Donde: C: concentración en ppm obtenidos por la interpolación en la curva de calibración de la muestra. V: volumen de la muestra final.
b= 0,00255
A: masa de la muestra en gramos
m= 0,00389 Pasamos a reemplazar en la fórmula: =
60
CONCENTRACION
(Formula No. 5)
y= 0,186
0.000
Despejando x: =
0.050
Concentración de la muestra problema
Hierro =
. ∗0.0
.∗0−
0 ,186 0 ,00255 0 ,00389
Hierro = 5483.72 mg /Kg
100
homogéneas, sin impurezas o precipitados, y la luz utilizada debe ser monocromática.
Seguidamente se determina la cantidad de miligramos de hierro por cada 100 g asi :
Hierro =
8.7
*
0. 00
Hierro = 5.487 mg por cada 100 gramos
El conocer el adecuado uso del espectrofotómetro permitió obtener en el laboratorio resultados con alta calidad analítica en las mediciones que son emitidas por este.
de muestra.
CUESTIONARIO 5. CONCLUSIONES
Se pudo observar de igual forma que para hallar la concentración de la solución preparada se realizo el método de mínimos cuadrados y por medio de interpolación gráficamente, siendo así mas confiable el método de mínimos cuadrados al aportar datos mucho más exactos; este dato fue necesario para poder determinar el valor real de la concentración de la muestra problema semillas de girasol. Se logró determinar la concentración de hierro en una muestra Semillas de Girasol a 530 nm, la cual fue de 5.487 mg por cada 100 gramos. Esta fue posible hallarse a partir de la reducción del Fe+3 a Fe+2 por acción de la 1,10 fenantrolina, para generar un complejo; comparando así con lo que teóricamente está establecido para la semilla e girasol una diferencia de 0.187 , lo cual pudo ser por errores en preparación de muestras y que se deben realizar más replicas para estudiar para obtener datos mucho más confiables.
La curva de calibración aportada por la solución madre indica que hay una relación directa entre la concentración y la absorbancia, es decir, hay un cumplimiento de la ley de Lambert – Beer. Para que la ley de Beer se cumpla, las soluciones a utilizar deben ser
1. Describir las desviaciones que pueden presentarse en la aplicación de la Ley de Beer. a. Desviaciones reales. i. La concentración debe ser inferior ii.
a 0,01 M La absorbancia debe darse en un rango de 0,15 -0,8
b. Desviaciones instrumentales. i. Radiación no monocromática ii. Radiación parásita iii. Errores de lectura c. Desviaciones químicas. del equilibrio i. Influencia ii. iii. iv. v.
(dimerización, acido-base, complejos) Influencia del disolvente Influencia de la temperatura Impurezas de los reactivos Interacción entre especies absorbentes.
2. ¿Qué es un complejo? Un complejo es una ion que se compone de un átomo central que actúa como receptor de pares electrónicos y de grupos ligando que actúan como dadores de pares electrónicos formando enlaces coordinados dativos. Los complejos se forman especialmente con los elemento de transición los cuales en su notación espectral quedan con varios orbitales semillenos. Experimentalmente se observa que los diferentes cambios de
color que forman los complejos se dan debido al orden de la fuerza creada por los ligados, un orden que se esperaría por los efectos electrostáticos y teniendo en cuenta el desplazamiento delos iones, se forma la serie espectro-química debido a las diferentes coloraciones observadas.
necesita que el Fe este en estado de oxidación +2.
3. ¿Por qué se llaman complejos por transferencia de carga?
6. Si la solución de su muestra problema tiene una absorbancia por encima o por debajo de las absorbancias de las soluciones patrón usadas para la curva de calibración; ¿qué efecto puede tener esto en el resultado del análisis y como se soluciona este inconveniente?
Porque es una asociación química de dos o más moléculas, en el que la atracción entre las moléculas se debe a una transición electrónica hacia un estado electrónico excitado. La atracción electrostática resultante provee una fuerza estabilizadora para el complejo molecular. La molécula fuente de donde la carga es transferida se denominada electrón donante, y la molécula receptora es denominada electrón receptor.
4. ¿Cuáles son los factores que deben tenerse en cuenta para la determinación espectrofotométrica de iones inorgánicos por formación de complejos? Los factores que se deben tener en cuenta son: velocidad de reacción, formación de insaturaciones, tiempo, temperatura y equilibrio químico (Ref.[9]).
El agua debe ser destilada, es decir con un pH neutro, ya que se necesita que la solución se neutralice y esta no afecte la formación de complejo.
El resultado que puede tener en nuestro experimento es que la absorbancia de nuestra muestra problema no corte la curva de calibración, es decir, que nuestra muestra problema no contiene el compuesto requerido o que este en mínimas concentraciones. Para solucionar este inconveniente se sugiere hacer más patrones y de esta manera ampliar el intervalo permitiendo de esta manera que la muestra problema se pueda interpolar con las concentraciones de los patrones.
Textos
5. ¿Qué sucede si no se adiciona hidroxilamina antes de agregar la 1, 10 fenantrolina? ¿Qué condiciones debe tener el agua que se utiliza para preparar las soluciones en este análisis? Para asegurarse que todo el hierro presente en la muestra esté en estado de oxidación (+2), antes de la formación del complejo, se agrega un agente reductor como lo es el cloruro de hidroxilamina, el cual reduce el Fe+3 a Fe+2. Por lo tanto si este no se agrega no se podría presentar el complejo, puesto que se
[3] Skoog, D. A, a, Química Analítica, Editorial MC Graw-Hill, Ed.7ª, México 2004, pág. 629,630.
Internet
[1] Guillermo Pérez., Espectrometría, © ESPECTROMETRIA .COM, www.espectrometria.com/espectrom etra_ultravioleta-visible [2 ] Departamento de química analítica, Utilización de las nuevas metodologías docentes e internet en la enseñanza de la Química Analítica http://www.ugr.es/~decacien/Planes/ Quimica/Plan%201997/temarios/671 111darchivos/Practicas/Fe%20en%2 0vinos.doc
[4] Scribd, Valoración espectrofotométrica, http://es.scribd.com/doc/14174329/4VALORACIONESPECTROFOTOMETRICA#scribd [5 ] Universidad de Caldas, Determinación de hierro en alimentos por espectroscopía de Ultravioleta Visible, Guía de Practicas de Laboratorio de Análisis Instrumental. [6 ] Blogger, Espectroscopia de absorción atómica, 11 de Agosto de 2009, http://absorcionatomica.blogspot.com.co/2009/08/lim itaciones-de-la-ley-de-lambertbeer.html [7 ] Universidad Nacional, Complejos, http://www.bdigital.unal.edu.co/249/1 2/80_-_11_Capi_5.pdf [8 ] Wikipedia, Complejo de transferencia de carga, https://es.wikipedia.org/wiki/Complejo _de_transferencia_de_carga [9] Universidad Autónoma de México, Fundamentos Espectroscopía, http://www.uam.es/personal_pdi/cien cias/lhh345a/Espectrofotometria2.pdf
