Química Analítica
Guía de Laboratorio
1er Cuatrimestre 2015
http://www.qi.fcen.uba.ar/materias/qa/index.htm
Química Analítica - Régimen de Aprobación
La aprobación de los TP del curso cuenta de 3 instancias: las Prácticas de
Laboratorio, el parcial de Laboratorio y los 2 parciales de Problemas.
1) Prácticas de laboratorio:
1.1 Determinación analítica: En aquellas prácticas en las que se dan muestras
incógnitas se evaluará la exactitud del resultado entregado. Este resultado deberá
estar informado en las unidades que correspondan a la práctica realizada y no en
el parámetro primario del cual se calculan los resultados (p.ej masa, volumen,
absorbancia, etc.). Se recomienda fuertemente buscar en bibliografía, previo
a cada determinación, como convertir los parámetros primarios en el
resultado a entregar. Para las gravimetrías se considerará aprobado si el
resultado difiere igual o menos del 1% del valor correspondiente a la muestra.
Para las volumetrías este error podrá ser de hasta el 3% y en las prácticas
instrumentales hasta del 5%.
Las determinaciones analíticas de muestras incógnitas de este año:
TP3 - Valoración de ácido fosfórico - resultado al 3%
TP4 – Asignar correctamente ambas mezclas recibidas.
TP5 - Gravimetría de sulfato de bario - resultado al 1%
TP6 - Argentimetría - resultado al 3%
TP7 - Complejometría - resultado al 3%
TP8 – Redox - resultado al 3%
TP9 - Análisis con disgregación - resultado al 5%
TP11 - Determinación de Quinina - resultado al 5%
La entrega de los resultados deberá ser antes de la finalización del turno. A
partir de ese momento, el resultado no podrá ser entregado y la práctica deberá
recuperarse.
Un máximo de 2 prácticas antes de cada parcial pueden recuperarse.
1.2 Informe: Salvo en los TP que así lo aclaren expresamente, los informes
deberán ser concisos y contener las magnitudes primarias medidas (p. ej. masa,
volumen) y los resultados obtenidos, con el error en los casos en que se pueda
determinar.
2
No deben contener introducciones teóricas ni demás material superfluo. Deben
estar pensados como un informe técnico que se entrega para dejar constancia
de un resultado.
2) Examen de Laboratorio:
Se realizará al final del cuatrimestre y se dispondrá de una fecha de recuperación.
Se evaluará la destreza práctica en el laboratorio (a través de una determinación
que no contara con guía) y el conocimiento de las técnicas de laboratorio y los
principios implicados en ellas. Se aprueba con 55 puntos y contará con un
recuperatorio al final del cuatrimestre.
3) Parciales de Problemas:
Los parciales de problemas son 2. En ellos se evaluará la capacidad de resolver
problemas, tanto numéricos como de concepto, y los principios implicados en
dichas resoluciones. Se aprueban con 55 puntos y pueden recuperarse al final del
cuatrimestre.
3
Seguridad en el laboratorio
Las medidas de Seguridad en Laboratorios son un conjunto de normas preventivas
destinadas a proteger la salud de los que allí se desempeñan frente a los riesgos
propios derivados de la actividad, para evitar accidentes y contaminaciones tanto
dentro de su ámbito de trabajo, como hacia el exterior.
Las reglas básicas aquí indicadas son un conjunto de prácticas de sentido común
realizadas en forma rutinaria. El elemento clave es la actitud proactiva hacia la
seguridad y la información que permita reconocer y combatir los riesgos presentes en
el laboratorio. Será fundamental la realización meticulosa de cada técnica, pues
ninguna medida, ni siquiera un equipo excelente puede sustituir el orden y el cuidado
con que se trabaja.
1- Se deberá conocer la ubicación de los elementos de seguridad en el lugar de trabajo,
tales como: matafuegos, salidas de emergencia, mantas ignífugas, lavaojos, gabinete
para contener derrames, accionamiento de alarmas, etc.
2- No se permitirá comer, beber, fumar o maquillarse.
3- No se deberán guardar alimentos en el laboratorio, ni en las heladeras que contengan
reactivos.
4- Se deberá utilizar vestimenta apropiada para realizar trabajos de laboratorio y
cabello recogido (guardapolvo preferentemente de algodón y de mangas largas,
zapatos cerrados, evitando el uso de accesorios colgantes).
5- Es imprescindible mantener el orden y la limpieza. Cada persona es responsable
directa de la zona que le ha sido asignada y de todos los lugares comunes.
6- Las manos deben lavarse cuidadosamente después de cualquier manipulación de
laboratorio y antes de retirarse del mismo.
7- Se deberán utilizar guantes apropiados para evitar el contacto con sustancias
química o material biológico. Toda persona cuyos guantes se encuentren
contaminados no deberá tocar objetos, ni superficies, tales como: teléfono, lapiceras,
manijas de cajones o puertas, cuadernos, etc.
8- No se permitirá pipetear con la boca.
9- No se permitirá correr en los laboratorios.
10- Siempre que sea necesario proteger los ojos y la cara de salpicaduras o impactos se
utilizarán anteojos de seguridad, viseras o pantallas faciales u otros dispositivos de
protección. Cuando se manipulen productos químicos que emitan vapores o puedan
provocar proyecciones, se evitará el uso de lentes de contacto.
11- No se deben bloquear las rutas de escape o pasillos con equipos, máquinas u otros
elementos que entorpezcan la correcta circulación.
12- Todo material corrosivo, tóxico, inflamable, oxidante, radiactivo, explosivo o
nocivo deberá estar adecuadamente etiquetado.
13- No se permitirán instalaciones eléctricas precarias o provisorias. Se dará aviso
inmediato a la Secretaría Técnica en caso de filtraciones o goteras que puedan afectar
las instalaciones o equipos y puedan provocar incendios por cortocircuitos (Interno
355).
14- Se requerirá el uso de mascarillas descartables cuando exista riesgo de producción
de aerosoles (mezcla de partículas en medio líquido) o polvos, durante operaciones de
pesada de sustancias tóxicas o biopatógenas, apertura de recipientes con cultivos
después de agitación, etc.
15- Las prácticas que produzcan gases, vapores, humos o partículas, aquellas que
pueden ser riesgosas por inhalación deben llevarse a cabo bajo campana.
16- Se deberá verificar la ausencia de vapores inflamables antes de encender una
fuente de ignición. No se operará con materiales inflamables o solventes sobre llamas
directa o cerca de las mismas. Para calentamiento, sólo se utilizarán resistencias
4
eléctricas o planchas calefactoras blindadas. Se prestará especial atención al punto de
inflamación y de autoignición del producto.
17- El material de vidrio roto no se depositará con los residuos comunes. Será
conveniente ubicarlo en cajas resistentes, envuelto en papel y dentro de bolsas
plásticas. El que sea necesario reparar se entregará limpio al taller.
18- Será necesario que todo recipiente que hubiera contenido material inflamable, y
deba ser descartado sea vaciado totalmente, escurrido, enjuagado con un solvente
apropiado y luego con agua varias veces.
19- Está prohibido descartar líquidos inflamables o tóxicos o corrosivos o material
biológico por los desagües de las piletas, sanitarios o recientes comunes para residuos.
En cada caso se deberán seguir los procedimientos establecidos para la gestión de
residuos. Consultar al Servicio de Higiene y Seguridad (Interno 275).
20- Cuando sea necesario manipular grandes cantidades de materiales inflamables
(más de 5 litros.) deberá tenerse a mano un extintor apropiado para ese material en
cuestión.
21- Cuando se trasvase material combustible o inflamable de un tambor a un recipiente
más pequeño, realice una conexión con una cadena del tambor a tierra y con otra entre
el tambor y el recipiente de manera de igualar potenciales y eliminar la posible carga
estática.
22- Al almacenar sustancias químicas considere que hay cierto número de ellas que
son incompatibles pues almacenadas juntas pueden dar lugar a reacciones peligrosas.
Ante dudas consultar al Servicio de Higiene y Seguridad (Interno 275).
23- No almacene en estantes sobre mesadas sustancias corrosivas, hágalo en estantes
bajo mesadas y en caso de ácidos o álcalis concentrados (mayor de 2N) deben ser
mantenidas dentro de lo posible en bandejas de material adecuado.
24- Los cilindros de gases comprimidos y licuados deben asegurarse en posición
vertical con pinzas, grampas y correas o cadenas a la pared en sitios de poca
circulación, protegidos de la humedad y fuentes de calor, de ser posible en el exterior.
25- Los laboratorios contarán con un botiquín de primeros auxilios con los elementos
indispensables para atender casos de emergencia.
26- Se informará al Dpto. de Seguridad y Control cuando se necesiten dejar equipos
funcionando en ausencia del personal del laboratorio.
¡Recuerde!: USTED también es responsable de la seguridad en su lugar de
trabajo.
5
Procedimientos ante emergencias:
Emergencias médicas
Si ocurre una emergencia tal como: cortes o abrasiones, quemaduras o ingestión
accidental de algún producto químico, tóxico o peligroso, se deberá proceder:
1- A los accidentados se les proveerán los primeros auxilios.
2- Simultáneamente se tomará contacto con el Servicio Médico (Interno 482), o al
Servicio Médico de Deportes (4784-4351 / 3948)
3- Avise al Jefe de Laboratorio o autoridad del Departamento, quienes solicitarán
asistencia de la Secretaría Técnica (interno 380) para que envíen personal del Dpto..
de Mantenimiento, Seguridad y Control o Servicios Generales según correspondan.
4- El Jefe de Departamento notificará el accidente al Servicio de Higiene y Seguridad
para su evaluación e informe, donde se determinarán las causas y se elaborarán las
propuestas para modificar dichas causas y evitar futuras repeticiones.
5- Centros para requerir ayuda médica:
S.A.M.E. Teléfono 107
Hospital Pirovano
Av. Monroe 3555 Tel.4542-5552 / 9279
INTOXICACIONES:
Hospital de Niños. Dr. R. Gutiérrez
Sánchez de Bustamante 1399. Capital Federal.Tel: 4962-6666.
Hospital de Niños. Dr. P. de Elizalde
Av. Montes de Oca 40 Tel. 4307-7491 Toxicología 4300-2115
QUEMADURAS:
Hospital de Quemados P.Goyena 369 Tel. 4923-4082 / 3022
OFTALMOLOGÍA
Hospital Santa Lucía San Juan 2021 Tel. 4941-7077
Hospital Dr. P. Lagleyze Av. Juan B. Justo 4151 Tel. 4581-0645 / 2792
Incendio:
1- Mantenga la calma. Lo mas importante es ponerse a salvo y dar aviso a los demás.
2- Si hay alarma, acciónela. Si no grite para alertar al resto.
3- Se dará aviso inmediatamente al Dpto. de Seguridad y Control (Interno 311)
informando el lugar y las características del siniestro.
4- Si el fuego es pequeño y sabe utilizar un extintor, úselo. Si el fuego es de
consideración, no se arriesgue y manteniendo la calma ponga en marcha el plan de
evacuación.
5- Si debe evacuar el sector apague los equipos eléctricos y cierre las llaves de gas y
ventanas.
6- Evacúe la zona por la ruta asignada.
7- No corra, camine rápido, cerrando a su paso la mayor cantidad de puertas. No utilice
ascensores. Descienda siempre que sea posible.
8- No lleve consigo objetos, pueden entorpecer su salida.
9- Si pudo salir por ninguna causa vuelva a entrar. Deje que los equipos especializados
se encarguen.
6
Teléfonos útiles
BOMBEROS Teléfono 100
DIVISIÓN CENTRAL DE ALARMA: 4381-2222 / 4383-2222 / 4304-2222.
CUARTEL V DE BELGRANO:
Obligado 2254 Capital Tel. 4783-2222
BOMBEROS DE VICENTE LÓPEZ
Av. Maipú 1669 Vicente López. Tel. 4795-2222
BOMBEROS DE SAN ISIDRO:
Santa Fe 650 Martínez. Tel. 4747-2222
Derrame de productos químicos
1- Atender a cualquier persona que pueda haber sido afectada.
2- Notificar a las personas que se encuentren en las áreas cercanas acerca del derrame.
Coloque la cinta de demarcación para advertir el peligro.
3- Evacuar a toda persona no esencial del área del derrame.
4- Si el derrame es de material inflamable, apagar las fuentes de ignición, y las fuentes
de calor.
5- Evite respirar los vapores del material derramado, si es necesario utilizar una
máscara respiratoria con filtros apropiados al tipo de derrame.
6- Ventilar la zona.
7- Utilizar los elementos de protección personal tales como equipo de ropa resistente a
ácidos, bases y solventes orgánicos y guantes.
8- Confinar o contener el derrame, evitando que se extienda. Para ello extender los
cordones en el contorno del derrame.
9- Luego absorber con los paños sobre el derrame.
10- Deje actuar y luego recoger con pala y colocar el residuo en la bolsa roja y
ciérrela.
11- Comuníquese con el Servicio de Higiene y Seguridad para disponer la bolsa con
los residuos.
12- Si el derrame es de algún elemento muy volátil deje dentro de la campana hasta
que lo retire para su disposición.
13- Lave el área del derrame con agua y jabón. Seque bien.
14- Cuidadosamente retire y limpie todos los elementos que puedan haber sido
salpicados por el derrame.
15- Lave los guantes, la máscara y ropa.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------Declaro haber leído las medidas de seguridad que aparecen en la guía de
Trabajos Prácticos de Química Analítica bajo los títulos SEGURIDAD EN EL
LABORATORIO y PROCEDIMIENTOS ANTE EMERGENCIAS.
Fecha: .......................................
L.U. Nº: .......................................
Firma:.......................................
Turno de Laboratorio:......................
Aclaración:.......................................
7
TRABAJO PRÁCTICO N°1A
CALIBRACIÓN DE MATERIAL
Al finalizar esta práctica uno debería ser capaz de:
Comprender el concepto de calibración, y su importancia en el
trabajo experimental en química.
Adquirir destrezas básicas relacionadas con la calibración del
material de trabajo del laboratorio
Manejar las técnicas estadísticas minimas ligadas a la calibración.
Parte experimental
1.- Pesado de material.
Asegúrese que antes de realizar las mediciones experimentales usted
sea capaz de:
1) Entender el concepto de calibración
2) Definir precisión y exactitud y entender la diferencia entre ambos
conceptos
3) Conocer los cuidados mínimos que requiere el trabajo con una
balanza analítica.
4) Conocer la rutina de trabajo para realizar la pesada correcta de
objetos.
Los puntos 3 y 4 serán discutidos previamente con los docentes.
1.1 Procedimiento
1.1.1 Medición de un patron único
Identifique la balanza con la que realizará la pesada de acuerdo
con el número que ésta tiene asignado y el número de su cajon.
Cajones terminados en 1 y 9
Cajones terminados en 2 y 0
Cajones terminados en 3 y 6
Cajones terminados en 4 y 5
Cajones terminados en 7
Cajones terminados en 8
BALANZA A (1)
BALANZA B (2)
BALANZA C (3)
BALANZA D (4)
BALANZA E (5)
BALANZA F (6)
8
Solicite al docente el objeto que será pesado.
Anote los valores que resulten de 10 pesadas sucesivas (retirando
y volviendo a colocar el objeto en el platillo de la balanza en cada
caso)
Pase los datos a la planilla de calculo general del turno.
1.1.2 Análisis de datos
En la primera parte del TP (primer dia) se hará el análisis solamente
sobre las mediciones individuales y durante el turno. La estadística
comparando con los demas datos se hará en la segunda parte de la
práctica (TP1B)
-
Con los datos propios, obtenga el promedio, la mediana y los desvios
estandar muestral (sn-1) y poblacional (σ).
Determine el peso del objeto con un intervalo de confianza del 90, 95
y 99% utilizando el estadistico t
2.- Material Volumétrico.
En esta sección se deberán manejar una serie de conceptos
teóricos y prácticos previos, para lo que se realizará una discusión
previa con los docentes. Preste mucha atención y participe activamente
en la charla. Asegúrese que antes de realizar las mediciones
experimentales usted sea capaz de:
Entender la importancia de la calibración del material de vidrio en
el laboratorio
Reconocer la diferencia entre los distintos tipos de material de
vidrio
Conocer los cuidados que requiere el uso de cada tipo de
material.
Manejar adecuadamente las técnicas de carga y descarga de
cada uno de los materiales seleccionados. (Practique varias veces
antes de realizar las medidas)
2.1 Procedimiento
Se trabajará en grupos de acuerdo con las indicaciones del docente.
9
2.1.1 Material necesario
Cada grupo realizará la calibración del material que sigue, pero cada
integrante debe calibrar su propio material:
Pipeta Graduada de 10 mL
Pipeta aforada de 10 mL
2.1.2 Medición
La calibración se realizará individualmente. Cada estudiante utilizará la
balanza que corresponda a su cajón (que será la misma que utilizó en la
primera parte del TP), para pesar los volúmenes de descarga de cada
uno de los materiales.
Este volumen de descarga será siempre de 10 mL. Para cada elemento
a calibrar se repetirá la medida de la descarga diez veces.
Una vez que tenga los datos páselos a la planilla de calculo general
del turno.
Nota: El docente podrá determinar (si hay tiempo disponible) que se
haga la misma operatoria usando una probeta, cargando 10 mL.
2.1.3 Análisis de los datos
Evaluar la exactitud y la precisión del volumen nominal de cada
uno de los elementos calibrados. Determinar si es preciso
aplicar un factor de corrección sobre dicho volumen nominal.
Esto es muy importante para las siguientes prácticas, dado que se
utiliza siempre el mismo material
Determinar si existen diferencias significativas entre los
volúmenes descargados por material volumétrico de diferente tipo
e idéntico volumen nominal (por ej, pipeta graduada y pipeta
aforada de 10,00 mL)
Discuta la precisión y exactitud del volumen nominal para cada
uno de los materiales empleados. Analice como afectará a las
medidas que realice.
Evalúe la necesidad de utilizar uno u otro en función de la técnica
a utilizar (por ej., medición del volumen de muestra, adición de
reactivo en exceso, etc.)
3.- Informe
El informe se realizará luego de la segunda parte de la práctica.
10
TRABAJO PRÁCTICO N°1B
ESTADISTICA DE LAS MEDICIONES
Al finalizar esta práctica uno debería ser capaz de:
Manejar fluidamente las técnicas estadísticas de rutina ligadas a
la calibración.
Determinar las incertidumbres asociadas a los procedimientos de
medición.
Discernir entre las diversas fuentes de error
Encontrar métodos para reducir el error asociado a una medición
experimental.
1.1 Procedimiento
Se utilizarán los datos provenientes de los 3 turnos de TP de
laboratorio, los cuales estarán disponibles en planillas Excel,
ordenadas por numero de cajon, numero de balanza y numero de
turno.
1.1.1 Estadistica del patron único
- Con los datos de todos los turnos que hayan usado la misma
balanza que Ud. calcule el promedio, la mediana y los desvios
estandar muestral (sn-1) y poblacional (σ), y determine el peso del
objeto patron con una confianza del 95% utilizando el estadistico t
- haga un histograma que tenga entre 7 y 11 bandas de pesada.
- Repita los dos procedimientos anteriores (valores e histograma)
con los datos de todo el turno.
- Analizando posibles datos anómalos, equivocaciones en la
planilla, etc. determine el valor mas probable del peso del objeto
patrón.
Determinación de la incertidumbre del operador y el instrumento
- Agrupe los datos por operador. Obtenga para cada operador el
11
promedio y el desvio estandar. ¿ Existe relación entre la imprecision del
operador y la distancia del valor obtenido con el peso mas probable ?
- Agrupe los datos por balanza. Obtenga para cada balanza el
promedio y el desvio estandar. ¿ Existe relación entre la imprecision de
la balanza y la distancia del valor obtenido con el peso mas probable ?
- A partir de los resultados obtenidos intente distinguir la
incertidumbre relativa al operador de aquella relativa a la balanza.
1.1.2 Estadistica del material volumetrico
La medición del material volumétrico tiene 2 diferencias sustanciales con
la medición del patrón de la parte 1.1.1, ellas son:
a) En el procedimiento no solo se pesa sino que se efectua un "pipeteo"
que tiene asociado un error, generalmente mucho mayor que el de la
pesada.
b) No se utilizó un patron, sino el material de vidrio de cada cajon, el cual
puede tener diferentes volúmenes reales.
Para estimar los errores debidos a la volumetría consideraremos que el
error de pesada (absoluto) se conserva respecto del obtenido en el punto
anterior.
Determinación de la incertidumbre del operador.
- Para cada una de las mediciones (pipeta graduada, pipeta
aforada, etc.), agrupe los datos por operador.
- Obtenga para cada operador el promedio y el desvio estandar.
- Utilizando los valores de los otros 2 turnos (mismo cajón,
diferente operador), compare los valores obtenidos. Tenga en cuenta
que utilizaron la misma balanza y el mismo material volumétrico que Ud.
¿ Existe relación entre la imprecision del operador y la distancia del valor
obtenido con el valor mas probable ?
- utilizando la totalidad de los valores de todos los turnos, intente
identificar las diferencias en precisión de los elementos volumétricos
utilizados.
12
TRABAJO PRÁCTICO Nº 2
MUESTREO EN QUÍMICA ANALÍTICA
Objetivos
• Realizar un muestreo estadísticamente representativo en
muestras sólidas heterogéneas.
• Comprender la influencia de la toma de muestra en el resultado de
un análisis.
• Discutir la varianza de muestreo en relación a la del método
analítico.
Introducción
Los cursos introductorios de química estudian principalmente el uso
exacto de determinados métodos analíticos (uso del material
volumétrico, de instrumental como la balanza y el espectrofotómetro,
etc.). Si se utilizan adecuadamente, estos métodos ofrecen una exactitud
y precisión en la determinación muy por debajo de 0,5% respecto del
valor real del analito a cuantificar. En general, las prácticas de laboratorio
se centran en el análisis de una muestra desconocida pero bien definida,
tal como lo es una solución homogénea. Sin embargo, en la vida real, el
análisis presenta desafíos adicionales. Tanto la recolección de la(s)
muestra(s) (muestreo propiamente dicho) como los pasos de
preparación de la(s) muestra(s) también son importantes en la
determinación analítica. De hecho, la incertidumbre final se encuentra a
menudo más limitada por problemas con el muestreo o la preparación de
la muestra que por el análisis de la muestra ya preparada. Si las
muestras recogidas son del tipo o tamaño incorrecto, incluso el mejor de
los análisis de laboratorio de las muestras no puede ser capaz de
contestar correctamente la pregunta que ha inspirado el análisis.
La incertidumbre global (representado por σ total ó σ2 total) está
compuesta por las contribuciones aditivas de muestreo, preparación de
muestra y medición analítica:
2
2
2
σ 2total = σ muestreo
+ σ preparació
n + σ medición
Las tres contribuciones son potencialmente importantes y la mayoría de
los estudios analíticos se diseñan para reducir al mínimo cada una de
ellas. Las muestras heterogéneas proporcionan los mayores retos de
13
muestreo, siendo no trivial la obtención de muestras representativas a
partir de estos sistemas. Considere, por ejemplo, la posibilidad de
analizar la suciedad del piso. La composición varía considerablemente
en distancias pequeñas, con la profundidad como otra variable
importante. De la misma forma, las mediciones de partículas
contaminantes de los vehículos con motor de combustión muestran una
fuerte dependencia de la distancia entre la zona de muestreo y el centro
de una avenida, así como también de la profundidad en el suelo a la que
se toma la muestra. Por otro lado, recolectar muestras representativas
de fluidos como aire o agua es más fácil que para sólidos, aunque
también puede existir una gran variación con el lugar y el momento de
muestreo (no es lo mismo muestrear agua en el centro de un lago al
mediodía, que hacerlo en la costa a la medianoche).
La preparación de la muestra puede introducir variabilidad adicional. Por
ejemplo, en las digestiones con ácido y calentamiento que se utilizan a
menudo para disolver sólidos poco solubles o para mineralizar los
componentes orgánicos; las
pérdidas inespecíficas de materiales
(salpicaduras) y/o la evaporación parcial del analito resultan problemas
importantes.
Por supuesto, el proceso de medición en sí mismo también aporta
incertidumbre en la medición, incluso cuando se esté utilizando la mejor
de las técnicas. Tanto la química húmeda (principalmente, volumetrías)
como las técnicas instrumentales poseen incertidumbres de medición.
¿Cuáles son los objetivos y principios de muestreo? Considere la
siguiente lista, recordando que la experiencia y el sentido común siempre
son parte de una experiencia analítica exitosa.
1. La obtención de una muestra representativa. La muestra
representa una “población” que es mucho más grande, y debe
replicar fielmente la composición química de dicha población. La
elección de muestras adecuadas puede llegar a ser difícil. Por
ejemplo, considere una muestra segregada o estratificada. ¿Se debe
tomar toda la muestra, o muestras por separado de cada capa? Por
lo general, los estratos se muestrean por separado de ser posible.
Pero muy a menudo las capas no se pueden visualizar a simple vista
y las opciones incluyen un muestreo ciego con un mezclado completo
o se muestrea el interior del sólido a ciegas. ¿Los tamaños relativos
de las capas hacen una diferencia? ¡Sí! Las estimaciones de los
tamaños relativos de las diferentes capas es algo que debe
considerarse e incluirse en los cálculos, así como también asegurar
que el número de muestras de cada capa sea proporcional al tamaño
14
de la capa. Los problemas más difíciles de muestreo ocurren cuando
se debe muestrear un número pequeño de partículas.
2. La obtención de una muestra homogénea. En algún momento
anterior al del análisis, el tamaño de la muestra suele reducirse para
montar el experimento o insertar la muestra en un instrumento. Antes
de ese paso de reducción del tamaño de la muestra, ésta debe ser
completamente homogeneizada (y a menudo, reducida a pequeñas
porciones, especialmente cuando se evidencian tamaños de
partículas variados).
3. El muestreo debe incluir una toma de porciones aleatorias de la
población. Tanto la recolección inicial de la muestra y eventuales
reducciones de tamaño de la misma que se efectúen posteriormente
deben responder a un proceso de selección aleatoria (deben ser al
azar). Por lo general, la muestra o las regiones de una muestra se
dividen en una serie de zonas reales o imaginarias, donde se dibujan
porciones que llevan a la creación de la porción de muestra más
pequeña. A menudo, las zonas concretas en las que se toman
muestras de la población son elegidas por un generador de números
aleatorios. Tal combinación de muestras se denomina muestra
compuesta. Las zonas combinadas pueden ser diferentes partes
físicas de una muestra grande, o muestras de una misma región pero
tomadas en diferentes momentos (por ejemplo, muestras de aguas
residuales que fluyen una vez cada 15 minutos en un período de 24
horas).
4. Toma de muestras y manipulación de las muestras no deben
cambiar las concentraciones de analito. Factores tales como la
adsorción del analito a las paredes del recipiente, la descomposición
del analito catalizada por la luz, el oxígeno, la humedad o los
componentes del recipiente, la evaporación del analito, la
contaminación de la muestra durante el muestreo o el pre tratamiento
(por ejemplo, la contaminación por los materiales en un recipiente, un
instrumento de muestreo, etc.), y muchos otros ejemplos más, deben
ser considerados. A menudo, estas consideraciones conllevan a un
análisis rápido después del muestreo, en cuestión de días o incluso
horas.
15
Parte experimental
1.- Muestra sintética
1.1 Instrumental
- Vasos de precipitados de 25, 50 y 100 mL.
- Bandeja de plástico.
1.2 Reactivos
Muestra “sintética” de esferas de plástico (pedir a los docentes). A
efectos del experimento, los colores se utilizan para ilustrar diferentes
productos químicos en una mezcla sólida. Las esferas son inofensivas,
sin importar qué tipo de compuesto representa. Todas las esferas tienen
el mismo tamaño y masa. Así, los porcentajes en número, peso y
volumen son coincidentes. Las esferas fucsia representan el principio
activo de un medicamento, las esferas verdes el estabilizante del
medicamento, las esferas azules un subproducto de la síntesis del
remedio que es perjudicial a concentraciones por encima de una
concentración fraccional de 0,10 y las esferas amarillas a la matriz sólida
(excipiente inocuo) en la cual que se comercializa el medicamento.
1.3 Procedimiento
1. Trabajar en un equipo de dos estudiantes, tomar un dispenser con
una muestra mixta de esferas, y una bandeja plana para realizar el
conteo. Describir la muestra en forma cualitativa.
a. Mezclar las esferas, agitando el recipiente que las contiene
antes de realizar cada toma de muestra.
b. Tomar una muestra al azar con el vaso de precipitados de 25
mL. Llenar al ras, evitando que se desborde la muestra.
c. Volcar su muestra en la bandeja. Registrar el número de
esferas de cada color.
d. Retornar las esferas en el contenedor original y homogeneizar
su contenido.
e. Repita los pasos a) a d) nueve veces más.
f. Repita los pasos a) a e) dos veces más, una vez con un vaso de
precipitados de 50 mL, y una vez con un vaso de precipitados de
100 mL. Tendrá un total de 30 conjuntos de muestras de contado,
diez para cada tamaño de la muestra, vuelque los datos en la
Tabla 1.
16
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Vaso de 25 mL
AM
F
V
AZ
Vaso de 50 mL
AM
F
V
AZ
Vaso de 100 mL
AM
F
V
AZ
Tabla 1. AM, F, V, AZ representan las esferas amarillas, fucsias, verdes y
azules.
g. Asegúrese de que todas las esferas sean devueltas al envase
original, y retornar los recipientes que son de la materia a los
docentes. No intercambie su muestra con otro grupo, no
pierda esferas.
2. Haga una copia de la tabla con los datos de su grupo al finalizar la
sección 1 y entréguela a los docentes; los mismos serán analizados en
conjunto con los datos de todo el turno de laboratorio (ver ítem 3 de
“Tratamiento de resultados”).
1.4 Tratamiento de resultados
1. Complete la tabla 2 utilizando los datos recogidos en la Tabla 1.
Calcule los parámetros estadísticos indicados, utilice para tal fin un
programa adecuado. Recuerde que para cada tamaño de muestra
(tamaño del vaso), debe combinar las diez mediciones individuales
realizadas.
Comente la tendencia general observada y compare sus resultados con
la composición real de la muestra proporcionada por los docentes.
2. Ahora observe y compare los datos de laboratorio combinados (se le
suministrarán oportunamente). ¿Es la tendencia más definida cuanto
mayor es el número de medidas consideradas?
3. Discuta la respuesta a la pregunta "¿Se encuentra la concentración
del subproducto tóxico, representada por las esferas azules, en un nivel
nocivo?" Recuerde que el significado del intervalo de confianza se
traduce en "Estamos 95% seguros de que el valor real cae en este
17
intervalo." ¿Cómo afecta eso a la conclusión de su medición con
respecto a informar si es o no "perjudicial"?
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
xAM
Vaso de 25 mL
xF
xV
xAZ
xAM
Vaso de 50 mL
xF
xV
xAZ
xAM
Vaso de 100 mL
xF
xV
xAZ
Parámetros estadísticos
SD%
SDR%
IC
Tabla 2. xi: concentración fraccional de esferas i en la muestra.
: Media porcentual
( *100). SD%: desviación estándar de la muestra (SD*100). SDR%: desviación estándar
relativa porcentual (SDR*100). IC: Intervalo de confianza al 95 %.
4. Cuantitativamente, el (porcentaje de desviación estándar relativa)2 x (#
esferas en una muestra) debe ser una constante para un analito
específico (llamada constante de muestreo de Ingamells). Estimar esta
constante primero, mediante el cálculo de la constante para cada tamaño
de la muestra, y luego promediando los tres valores para obtener una
estimación global. A continuación, utilizar esta constante para predecir el
tamaño de la muestra (# de esferas) que deben utilizarse para obtener
una SDR% del 1%.
2.- Muestra incógnita
2.1 Instrumental
- Vidrio de reloj/superficie lisa de vidrio,
- Espátula,
- Pipeta aforada de 5 mL,
- Vasos de precipitados,
- Balanza Analítica,
- Espectrofotómetro
- Cubetas de vidrio/plástico
18
2.2 Reactivos
Muestra sólida incógnita compuesta por:
- NaCl
- CoSO4.7H2O
2.3 Procedimiento
2.3.1 Curva de Calibración
El cálculo de la concentración del ión Co(II) se llevará a cabo a través de
un método espectrofotométrico. Para ello, usted deberá realizar una
curva de calibración adecuada.
1. Prepare las diluciones (mínimo 5) que considere necesarias en el
rango de concentraciones de 1×10-2 M a 1×10-1 M en CoSO4.7H2O.
Recuerde utilizar material volumétrico aforado. Consultar con los
docentes, algunas comisiones realizaran la misma curva en presencia de
NaCl constante.
2. Obtenga el espectro de absorción, y determine la longitud de onda
correspondiente al máximo valor de absorbancia (λmáx).
3. Mida la absorbancia de las soluciones preparadas en el punto 1 a
λmáx.
4. Realice la curva de calibración y obtenga la relación que vincula la
absorbancia con la concentración del ión Co(II) utilizando un programa
adecuado.
2.3.2 Muestreo y determinación de concentración incógnita
1. Pesar aproximadamente 5 a 6 g de la mezcla de CoSO4/NaCl
suministrada por los docentes. Verter la muestra en un vidrio de reloj
grande, y darle forma de torta. Dividir la misma en cuatro cuadrantes
iguales y descartar dos cuadrantes diametralmente opuestos mezclando
los dos cuadrantes restantes. Este proceso se denomina "apilar y
cuartear" y está diseñado para separar una muestra sin tener un sesgo
en la distribución de tamaños de partículas en la sub-muestra que se
analizará. El procedimiento de apilar y cuartear se debe repetir hasta
reducir el tamaño de muestra necesario (en el laboratorio, lo haremos
una sola vez).
2. A partir de la mezcla resultante, pesar tres muestras diferentes (I, II,
III) de 0,50 g cada una en un vaso de precipitados, registrar la masa con
precisión. Disolver la muestra en 5,00 mL de agua utilizando una pipeta
aforada. Mezclar hasta disolución completa.
3. Medir las absorbancias de las tres soluciones a λmáx determinada en la
parte 2.3.1. Sólo para la “muestra I”, medir la absorbancia por triplicado
simplemente quitando e introduciendo la cubeta del espectrofotómetro
entre las mediciones. Estos datos adicionales nos ayudarán a medir y
19
analizar la incertidumbre asociada con el método analítico
(espectrofotométrico) en el proceso global de análisis. Las otras dos
soluciones sólo medirlas una vez cada una.
4. Repita los pasos 1 a 3 utilizando una porción de muestra previamente
homogeneizada. Use el pilón adecuado y muela la muestra muy bien
(estamos tratando de mejorar la homogeneidad y reducir la desviación
estándar de muestreo).
5. Utilizando la curva de calibración determinada en la parte 2.3.1,
calcule la concentración del ión Co(II) en todos los casos.
2.4 Tratamiento de resultados
1. Sobre la serie de 3 muestras de laboratorio obtenidas sin molienda
efectúe el cálculo de las respectivas absorbancias por gramo de
muestra.
2. Utilice los valores obtenidos sobre el triplicado de mediciones
realizados en la “muestra I” para calcular la
(método), SD%(método),
SDR(método).
3. Utilice los valores obtenidos en las muestras I, II y III (sin molienda)
para calcular la
(muestreo), SD%(muestreo), SDR(muestreo). Para la
“muestra I” elija una medición.
4. Repita los pasos 1 a 3 para la muestra homogeneizada.
5. Compare y analice los valores estadísticos de los dos grupos
diferentes: "Muestra sin tratar" y "Muestra homogeneizada".
3.- Informe
Elaborar un informe completo, colocando en el anexo del mismo las
cuentas y estimadores estadísticos utilizados.
Cuestionario
1. Describir los pasos involucrados en una operación de muestreo.
2. Diferenciar entre una muestra global (bruta) y una muestra de
laboratorio.
3. Discuta las diferencias entre una alícuota y una muestra de
laboratorio.
4. ¿Cuáles son los factores considerados en la elección de una muestra
representativa?
5. El muestreo de esferas es una simplificación de la realidad. Discuta
qué implicaciones tendrían los siguientes factores:
a) La muestra contiene esferas fucsia (el principio activo) pero con
tamaños disímiles mezcladas con las otras esferas.
b) Las esferas azules (nocivo) son mucho menos densas que las otras
esferas.
20
6. En la sección 2, vimos tres tipos de incertidumbre. Uno de ellos fue la
incertidumbre de medida con el espectrómetro, otro fue la incertidumbre
que se genera al pesar diferentes muestras en polvo y el tercero fue el
efecto de la molienda. Discutir sobre los pesos relativos de estas fuentes
de incertidumbre, en base a los valores de DER%. Moliendo la muestra
también puede mejorar la precisión. Comparar el DER% para los dos
conjuntos de datos obtenidos. ¿La molienda ha mejorado (disminuido) la
DER%? ¿Fue esta diferencia estadísticamente significativa?
7. Considere la posibilidad de muestrear un tren cargado de carbón para
analizar su contenido de azufre. ¿Cómo incluiría el hecho de muestrear
en diferentes vagones?, ¿cómo tomaría muestras en un vehículo en
particular? y ¿cómo habría que manejar el tamaño de las diferentes
partículas presentes en el carbón?
8. En Times Beach, Missouri (USA), la contaminación por dioxinas de la
tierra causó la evacuación y abandono de toda la ciudad en 1983. Los
aceites contaminados con dioxinas fueron depositados originalmente en
las carreteras, y fueron migrando a suelos con el transcurso del tiempo.
Se encontraron concentraciones de dioxinas 1100 veces por encima del
límite permitido. Discutir el diseño de muestreo que Ud. utilizaría en la
exploración de las concentraciones de dioxinas actuales en el área, 30
años más tarde. Explique en detalle.
Bibliografía
• Harris, D. C. (2003); “Quantitative Chemical Analysis 6th ed.”; Chapter 4 and
pp. 701-705.
• “An Experiment in the Sampling of Solids for Chemical Analysis” Guy, R.D.;
Ramble, L.; Wentzell, P.D. J. Chem. Educ. 1998, 75, 1028-1033.
• “Effect of Sample Size on Sampling Error” Vitt, J.E.; Engstrom, R.C. J. Chem.
Educ. 1999, 76, 99-100.
• “A Classroom Exercise in Sampling Technique” Ross, M.R.; Bacon, D.W.;
Wolsey, W.C. J. Chem. Educ. 2000, 77, 1015-1016.
• “Two Experiments Illustrating the Importance of Sampling in a Quantitative
Chemical Analysis” Harvey, D. J. Chem. Educ. 2002, 79, 360-363.
• "Sampling Error in a Particulate Mixture: An Analytical Chemistry Experiment".
Byron Kratochvil, R. Stephen Reid and Walter E. Harri. J. Chem. Educ., 1980,
57 (7), 518.
21
TRABAJO PRÁCTICO N°3
VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE
Objetivos
• Estudiar equilibrios ácido-base en sistemas complejos, vinculando
las curvas de distribución de especies con la curva de titulación.
• Comparar curvas de titulación de distintos pares ácido-base en
término de las zonas de regulación que se forman en cada caso.
• Analizar los criterios de selección de indicadores ácido base en
una titulación.
• Preparar y valorar (utilizando un patrón primario) una solución de
hidróxido de sodio.
• Realizar el análisis volumétrico de una muestra de ácido con
indicador de punto final.
Introducción
Los ácidos son sustancias que al disolverse en agua se disocian para
dar iones hidroxonio.
Los ácidos polipróticos se ionizan por etapas. Cada etapa del proceso de
disociación tiene su propia constante. Para el caso del fosfórico se
tendrán tres constantes de disociación: Ka1, Ka2 y Ka3.
La titulación de un ácido poliprótico con una solución valorada de un
álcali implica una reacción de neutralización en donde iones hidroxonio e
hidroxilo se combinan para dar agua. Para comprender el mecanismo de
esta neutralización debe estudiarse la variación de la concentración del
ión hidroxonio durante la titulación. El pH y su variación en las
proximidades de los puntos de equivalencia son importantes para elegir
el indicador que reduzca a un mínimo el error de titulación. Al
representar el pH como ordenadas en función de los mL de base
agregados como abscisas se tiene la curva de titulación que se puede
obtener experimentalmente por determinación del pH en cada punto, o
bien a través de cálculos teóricos supuesto conocidos los valores de
constante de disociación, volumen de ácido y concentraciones de
titulante y titulado.
Nota: el cálculo teórico, al no considerarse los coeficientes de actividad,
es solamente aproximado y tiene validez cualitativa únicamente.
22
Reacciones involucradas
H3PO4- + OH- <----> H2PO4- + H2O
H2PO4 + OH- <----> HPO42- + H2O
HPO42- + OH- <----> PO43- + H2O
HInd <----> Ind- + H+ (indicación de punto final).
Parte Experimental
1.1 Procedimiento
1.1.1 Valoración de una solución de NaOH 0.1M
1- Pese dos porciones de unos 150 mg con aproximación al décimo
de mg de biftalato de potasio (patrón primario) en erlenmeyers de
125 ó 250 ml limpios y secos (por qué?).
2- Disuelva cada porción de biftalato de potasio en
aproximadamente 20 ml de agua destilada. Agregue 2 gotas de
fenolftaleína al 0.1%.
Nota: Antes de proceder con la titulación del biftalato, calcule el
volumen de solución de NaOH que debería utilizar para la misma,
suponiendo que su concentración es exactamente 0.1 M (factor
1,000). Luego de hacer este cálculo, Ud. tiene una estimación
razonable del volumen de titulación, lo cual le permitirá agilizar
mucho el agregado inicial de titulante.
3- Enjuague una bureta de 10 ml con pequeñas porciones de NaOH
0.1M.
4- Llene la bureta con NaOH y enrase cuidando que no queden
burbujas.
5- Titule el biftalato y calcule el factor de normalidad del NaOH. Si
los resultados de ambas titulaciones difieren en más del 1%, debe
repetir hasta obtener concordancia.
1.1.2 Valoración volumétrica de una muestra de concentración
conocida
1 - Coloque 10.00 ml de la muestra en un erlenmeyer de 250mL (seco?
porque?) y agregue agua destilada hasta alcanzar un volumen
apreciable (aproximadamente 30 mL) a titular (Es importante conocer la
cantidad exacta de agua? Por qué?).
2 - Agregue 4 gotas de fenolftaleína 0.1% en etanol.
3 - Titule con el NaOH valorado hasta viraje del indicador.
4 - Valore repetidamente hasta obtener dos titulaciones que
23
concuerden al 1%.
5 - Exprese el resultado de la muestra en molaridad de H3PO4
compárelo con el valor informado por los docentes
y
1.1.3 Valoración volumétrica de una muestra incógnita
Repita el procedimiento utilizado en 1.1.2. Exprese el resultado de la
muestra en molaridad de H3PO4.
Si el volumen gastado en la primer titulación es inferior a 4 ml, cargue
nuevamente muestra utilizando una pipeta aforada de mayor volumen
(20 o 25 mL). Calcule cuantos mL va a gastar aproximadamente en las
nuevas titulaciones.
1.2 Informe
• Entregar el resultado de la molaridad incógnita del analito
con su respectivo error (informe).
Para ello, elaborar un informe (ver modelo), el mismo tendrá un formato
breve y deberá incluir:
- Factor obtenido de la solución titulante de NaOH, con su desvío.
- Volúmenes utilizados de titulante en las valoraciones de H3PO4 y para
el cálculo del factor del NaOH.
- Concentración del H3PO4 con su desvío.
- En el anexo del mismo coloque todas las cuentas complementarias
utilizadas (cálculo del factor, error del factor, cálculo de la [H3PO4], error
de la [H3PO4]).
Modelo Informe
---------------------------------------------------------------------------------------------Nombre:
Número de Cajón:
Masa biftalato pesada (para cada determinación):
Volumen NaOH gastado (para cada determinación): (
±
) mL
factor NaOH con su error: (
±
)
Volumen NaOH gastado para la muestra incógnita: (
±
) mL
[H3PO4] incógnita: (
±
)M
Bibliografía
- Kolthoff et al. "Análisis Químico Cuantitativo"
- Vogel: "Química Analítica Cuantitativa"
- Butler: "Ionic Equilibrium"
- Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis
24
TRABAJO PRÁCTICO N°4
POTENCIOMETRÍA y CONDUCTIMETRÍA ÁCIDOBASE
Objetivos
• Ilustrar acerca de los principios de las titulaciones
potenciométricas, conductimétricas y sus aplicaciones. Observar
la forma de las diferentes curvas de titulación de ácidos, bases y
mezclas con distintos valores de constante disociación.
• Valoración potenciométrica de un ácido poliprótico y de una
mezcla de ácidos. Cálculo de la concentración de cada una de las
especies presentes y estimación de los valores de las constantes
de un ácido poliprótico.
• Comparación de distintos métodos para la determinación del
punto final de una titulación ácido base: indicación visual, punto
final potenciométrico (primera y segunda derivada), punto final
conductimétrico, etc.
• Comparar críticamente los resultados obtenidos.
Parte Experimental
1.1 Potenciometría
1.1.1 Instrumental
- pH metro equipado con un electrodo de vidrio y un electrodo de
calomel (alternativamente se podrá utilizar un electrodo combinado que
incluye a los dos anteriores)1.
1.1.2 Reactivos
- Solución de NaOH 0,1 N de título conocido.
- Soluciones reguladoras de pH conocido.
- Muestra de acido fosfórico de concentración conocida (TP 3)
- Muestra incógnita ácida
- Agitador magnético.
1
Consulte al personal de la materia antes de poner en funcionamiento al pH metro y/o sobre
cómo manipular los electrodos
25
1.1.3 Procedimiento
Titulación una muestra de concentración conocida de H3PO4
Se utilizará la muestra de H3PO4 de concentración conocida usada en el
TP 3. Encender el pH metro y dejar estabilizar. Calibrar el equipo y
enjuagar los electrodos con abundante agua destilada (piseta). Colocar
10,00 ml de la muestra en un vaso de precipitados de 150 ml y agregar
agua hasta totalizar aproximadamente 50 ml. (tome nota de este
volumen). Introducir la barrita del agitador magnético y los electrodos en
el vaso de modo que estos no toquen ni las paredes del vaso ni el
agitador. Iniciar la agitación y colocar la bureta con el NaOH 0,1N de
modo que el pico de la misma quede próximo a la superficie de la
solución. Registrar el pH inicial y agregar unas gotas de naranja de
metilo. Comenzar el agregado del álcali en porciones de 0.20 ml
registrando el pH luego de cada agregado. La titulación se debe
continuar hasta pH= 11 (no se pase de ese valor, porque??) y se
realizará por simplificado.
Valoración de una muestra incógnita
Repetir el procedimiento del punto anterior. La muestra incógnita podrá
consistir en un ácido (fuerte o débil) ó mezcla de ácidos, contando con
una lista de las distintas posibilidades:
- H3PO4
- H3PO4 + HCl
- H3PO4 + H2PO4- Acido Oxálico
- HCl + Acido Acético
- H2SO4
La titulación se debe realizar hasta pH= 11 agregando de a 0.2 mL de
titulante. Cuando finalice la titulación, grafique los valores obtenidos
en las computadoras de los espectrofotómetros.
1.1.4 Tratamiento de los resultados
26
• Construya una tabla que le permita consignar cada uno de los
siguientes parámetros: Número, volumen, pH, ∆pH, ∆vol., vol. +
1/2 ∆vol., ∆pH/∆vol y ∆2pH/∆vol2.
• Represente para cada muestra: pH vs. volumen, ∆pH/ ∆vol vs. vol.
+1/2 ∆vol, ∆2 pH/ ∆vol2 vs. volumen. (que están graficando???)
• Calcular la concentración de la muestra determinando el punto de
equivalencia a partir de cada gráfico.
• Calcule los valores de las constantes del ácido fosfórico,
compárelos con los datos que figuran en la literatura y con lo
hecho en el TP 3.
1.2
Conductimetría
1.2.1 Instrumental
- Conductímetro
- Agitador magnético
1.2.2
-
Reactivos
Muestra incógnita ácida
Muestra de acido fosfórico de concentración conocida (TP 3)
Solución valorada de NaOH 0,1 N
1.2.3 Procedimiento
Valoración conductimétrica:
Se efectuarán 2 valoraciones. Una con la misma muestra de H3PO4 de
concentracion conocida del TP3, la otra de una mezcla incógnita (ver
abajo).
Encender el instrumento y dejar estabilizar durante algunos minutos.
Medir 10,00 ml de la muestra y transferirlos a un vaso de precipitados de
250 ml y diluir con 150 ml de agua destilada. Colocar el vaso sobre el
agitador magnético e introducir la celda de conductividad hasta que esté
cubierta por la solución, el bastón medidor tiene unos agujeritos, deben
estar totalmente cubiertos por solución, sino alcanza agregar un poco
mas de agua. Luego, regular la agitación para evitar la formación de
turbulencia y registrar la conductancia inicial (da alguna información??).
Titular con la solución de NaOH 0,1 N efectuando agregados de 0,2 ml
hasta completar 25 ml. Registrar los valores de conductancia luego de
cada agregado.
Cuando finalice la titulación, grafique los valores obtenidos en las
computadoras de los espectrofotómetros. Con este resultado realice
27
una segunda titulación modificando los ml de álcali agregados en caso
de ser necesario.
La muestra incógnita podrá consistir en un ácido (fuerte o débil) ó mezcla
de ácidos, contando con una lista de las distintas posibilidades:
- H3BO3
- Acido Acético
- H2SO4
- HCl
- HCl + NH4Cl
- HCl + Acido Acético
1.2.4 Tratamiento de los resultados
- Representar los valores de conductancia vs. volumen agregado y
trazar líneas rectas a través de los puntos obtenidos, dando poco
peso a aquellos cercanos al punto de equivalencia. (¿Por qué en
este caso es diferente a lo que decíamos en el práctico de
potenciometría).
- Determinar el punto final prolongando las rectas hasta que se corten.
Calcular la concentración en gramos de los ácidos/100 ml de muestra.
- 1.3 Informe
Para la siguiente clase, elaborar un informe en el cual deben asignarse
las muestras incógnitas para ambos métodos. En el mismo explicar
detalladamente las observaciones que le permitieron dilucidar las
mismas, colocando todos los gráficos pedidos. Para aprobar dicha
práctica debe resolver correctamente ambas mezclas recibidas.
En esa misma clase se discutirá en el pizarrón los distintos casos,
comentando las ventajas y/o desventajas de cada método de
observación del punto final.
Cuestionario
1) Explique, asistiéndose de una curva de titulación ácido base, si es
posible titular ácido bórico con NaOH utilizando un indicador
visual de punto final, entiende Usted que la indicación
potenciométrica es una alternativa válida?, por qué?, en què
condiciones?, y la indicación conductimétrica?. Justifique. (pKa
H3BO3 = 10)
28
2) Y si la muestra líquida contuviera borato de sodio con HCl como
titulante, sería la indicación visual una alternativa válida?, en qué
condiciones?. Cómo modificaría el experimento de no ser esto
posible?, por qué?. Justifique
3) Explique porqué una titulación conductimétrica resulta la más
recomendada para titular ácidos y bases débiles diluídas.
Asístase de un ejemplo práctico
(Admita que pueden diferenciar +/- 0,1 unidades de pH con indicación
potenciométrica y +/- 1 unidad de pH con la indicación visual)
Bibliografía
- Bates. “Electrometric pH determinations”.
- Butler. “Ionic equilibrium”.
- Willard, Merrit, Dean y Seattle. “Análisis Instrumental”.
- Delahay. “Análisis Instrumental”
- Meites. “Advanced Analytical Chemistry”
- Lingane. “Electroanalytical Chemistry”.
29
TRABAJO PRÁCTICO N°5
PRECIPITACIÓN Y GRAVIMETRIA
Parte Experimental
1.- Tipos de precipitación
1.1 Precipitación de sulfato de bario en caliente
1- Agregar en un vaso de precipitados de 100ml, 15ml de agua destilada,
2-3 gotas de H2SO4 (c) y 0.1ml de HCl (c). Llevar a ebullición.
2- Agregar 10 gotas de solución de azul de metileno 0.1% en HCl 6M.
3- Agregar 3ml de solución de BaCl2 1M, calentada a ebullición, gota a
gota y agitando con varilla. Luego hervir durante 2 minutos y dejar en
digestión, con mechero Bunsen sobre tela, cinco minutos a 80°C.
4- Compruebe si la precipitación ha sido completa vertiendo sobre la
superficie del líquido límpido 2 gotas de solución de BaCl2 1M. Si se
observa enturbiamiento debe repetirse la etapa 3.
5- Se filtra por papel S&S banda azul ó W42, armando un embudo de
modo tal que el vástago quede cargado con la columna de agua
mediante un buen ajuste del papel en la parte superior del mismo. Filtre
primero el líquido claro sobrenadante dirigiéndolo con una varilla de
vidrio.
6- Se lava con porciones de 2-3ml de agua destilada caliente con las que
se pasa el precipitado al papel de filtro.
7- El precipitado que quede en el vaso adherido a las paredes, se separa
con una varilla con uno de sus extremos recubierto con un trozo de
goma.
8- Se sigue lavando con ayuda de una piseta con agua destilada
caliente, ensayando la ausencia de cloruro en el líquido de lavado no
antes del tercer lavado. Para ello se recogen 0.5ml de líquido de lavado
y se agrega una gota de AgNO3 0.05M y una gota de HNO3 7M.
9- Observar el precipitado y guardar para comparar.
1.2 Precipitación de sulfato de bario en frío
1- Agregar en un vaso de precipitados de 100ml, 15ml de agua destilada,
2-3 gotas de sulfúrico concentrado, 0.1ml de clorhídrico concentrado y
10 gotas de azul de metileno al 0.1% en HCl 6M
2- Agregar 3ml de BaCl2 1M, de una vez y en frío.
3- Repetir las etapas 5-9 de la experiencia anterior.
30
1.3 Precipitación de hidróxido de aluminio
1- Agregue a un vaso de precipitados de 100ml, 15ml de agua destilada,
1ml de solución de Al(NO3)3 de 10mg Al(III)/ml, 0.25ml de solución de
NH4Cl 4M y 10 gotas de azul de metileno al 0.1% en HCl 6M.
2- Lleve a ebullición y agregue gota a gota amoníaco concentrado hasta
que se perciba su olor en los vapores desprendidos.
3- Mantenga a ebullición dos minutos más y filtre en caliente empleando
papel de filtro S&S banda negra o W41. Trate de mantener el filtro lleno
de líquido.
4- Lave el precipitado con fracciones de solución caliente de NH4Cl 1M,
previamente neutralizado con solución de amoníaco.
5- Observe y anote el aspecto de este precipitado. Compárelo con los
obtenidos en las experiencias anteriores.
6- Explique por qué adsorben distintas cantidades de azul de metileno.
2.- Propiedades de los precipitados
1- Prepare tres tubos de ensayo.
2- Agregue a cada uno, 2ml de Al(NO3)3 de 10mg de Al(III)/ml.
3- Agregue al primer tubo amoníaco 7.5 M en frío, hasta precipitación
total. Anote el número de gotas empleadas. Centrifugue y descarte el
líquido sobrenadante.
4- Agregue HCl(c) gota a gota, hasta disolución total. Registre el nro. de
gotas requeridas.
5- Agregue al segundo tubo el mismo nro. de gotas de amoníaco que en
la etapa 3. Caliente en baño de agua hirviente durante quince minutos,
centrifugue y descarte el líquido sobrenadante.
6- Deje enfriar y disuelva con HCl 6M hasta disolución total. Registre el
número de gotas requeridas.
7- Repita con el tercer tubo la etapa 5 y deje hasta la clase siguiente.
8- Repita la etapa 6.
9- Tabule los valores obtenidos e intérprete los resultados.
3.- Determinación gravimétrica de sulfato
La técnica corresponde al caso de un sulfato de metal alcalino.
1- Colocar en un vaso de precipitados de 250ml, 10.00ml de muestra con
concentración desconocida.
2- Agregar aproximadamente 80ml de agua destilada.
3- Agregar 0.5ml de HCl(c) por cada 100ml de solución.
4- Calentar a ebullición y agregar rápidamente 60ml de una solución de
BaCl2 0.05M previamente calentada a ebullición.
31
5- Cubrir con un vidrio de reloj, hervir suavemente durante unos cinco
minutos.
Dejar en digestión durante una hora a 70-80°C.
6- Se filtra armando un embudo con papel S&S banda azul o W42 de
modo que quede el vástago cargado con la columna de agua por
buen ajuste del papel en la parte superior del embudo. Se filtra primero
el líquido claro sobrenadante dirigiéndolo con una varilla de vidrio.
7- Se lava con porciones de 2-3ml de agua destilada caliente con las que
se pasa el precipitado al papel de filtro.
8- El precipitado que quede en el vaso adherido a las paredes, se separa
con una varilla con uno de sus extremos recubierto con un trozo de
goma.
9- Se sigue lavando con ayuda de una piseta provista de agua destilada
caliente, ensayando la ausencia de cloruro en líquido de lavado
después del sexto lavado. Para ello se recogen 0.5ml de líquido de
lavado y se agrega una gota de AgNO3 0.05M y una gota de HNO3 7M.
(Chequear previamente el agua con la que está haciendo los lavados)
10- Colocar el papel de filtro con el precipitado en un crisol de porcelana
que ha sido llevado previamente a peso constante. Se considera que un
crisol ha llegado a peso constante cuando dos pesadas sucesivas del
mismo no difieren en más de 0.5 mg.
11- Secar el crisol con el precipitado, calentando suavemente sobre tela
metálica. Proseguir hasta carbonizar el papel.
12- Colocar el crisol sobre triángulo de arcilla. Calcinar hasta total
eliminación del carbón. Se debe evitar que el papel carbonizado se
incendie. En caso de ocurrir, tapar inmediatamente el crisol con un
vidrio de reloj limpio y seco.
13- Dejar enfriar en desecador aproximadamente 20 minutos y pesar.
14- Repetir la calcinación y el paso 13 tantas veces como sea necesario
hasta lograr constancia de peso.
15- La determinación debe hacerse por duplicado. En caso de no
obtener resultados coincidentes (diferencia mayor del 1%) deberá optar
por una de las determinaciones justificando razonablemente su decisión.
16- Informar la concentración de sulfato en la muestra. Exprese el
resultado en g SO42- / 100 ml de muestra.
4 – Informe
• Entregar antes de la finalización de la última clase de
realización del TP el resultado obtenido, que deberá estar
informado en las unidades que correspondan (g SO42- / 100 ml) y
32
no en el parámetro primario del cual se calculan los resultados (gr
BaSO4)
Para la siguiente clase elaborar un informe, el mismo tendrá un formato
breve. En el informe deberá incluir:
- Observaciones de los tipos de precipitados (comparar la
coloración de los 3 papeles de filtro y cuanto solido atravesó los
mismos)
- Observaciones de las propiedades de los precipitados (gotas de
HCl agregadas en cada caso)
Cuestionario
1) ¿De qué modo pueden separarse las fases en una precipitación?
2) ¿Qué tipo de precipitados conoce? Ejemplifique.
3) ¿Qué propiedades posee un precipitado en función de su estado de
agregación?
4) ¿Qué es un coloide? ¿Cómo se clasifican? Dé tres ejemplos en que
las propiedades de los coloides son aprovechadas con fines analíticos, y
tres ejemplos en los que se demuestre cómo influyen negativamente
5) ¿Por qué al filtrar el Al(OH)3 se recomienda mantener lleno el filtro?
6) ¿Cómo lavaría un precipitado gelatinoso y uno cristalino?
7) ¿Qué es preferible?: a) lavar un precipitado con n porciones de líquido
b) lavarlo con una porción n veces mayor
¿Cómo se prueba?
8) ¿Qué establece la ecuación de Von Weirman y qué parámetros
vincula?
9) ¿Por qué se emplea HCl para precipitar BaSO4?
10) ¿Cómo pueden clasificarse los distintos tipos de impurificación de un
ppdo?
¿Cómo purificaría un precipitado en función del tipo de impureza que
contenga?
11) ¿En qué consiste el envejecimiento de un precipitado?
12) ¿En qué consiste la digestión de un precipitado y en qué casos no es
recomendable?
13) ¿En qué consiste la precipitación en fase homogénea? ¿Cuáles son
sus ventajas y por qué las posee? Describa cuatro ejemplos con las
ecuaciones correspondientes.
14) ¿Qué diferencia existe, desde el punto de vista analítico, entre un
papel de filtro "cualitativo" y uno "cuantitativo"?
15) Justifique la temperatura a la cual precipita el sulfato de bario.
16) Mencione algún reactivo que permita generar iones sulfato en fase
homogénea.
33
17) ¿Cuáles son los aniones y cationes que pueden coprecipitar con el
BaSO4?
18) ¿A qué temperatura conviene calcinar el sulfato de bario? ¿Qué
pasa si la temperatura es más alta? Y si es más baja?
19) ¿Qué sucede si se deja calcinar muy rápidamente el papel de filtro?
20) ¿Qué tipo de error se cometerá por la coprecipitación de ácido
sulfúrico:
a) al determinar bario?
b) al determinar sulfato?
Ídem si coprecipita BaCl2.
Bibliografía
- Walton: Principles and Methods of Chemical Analysis.
- Laitinen & Harris: Chemical Analysis.
- Blaedel & Meloche: Elementary Quantitative Analysis.
- Kolthoff et al. Análisis Químico Cuantitativo.
34
TRABAJO PRÁCTICO N°6
VOLUMETRÍA POR FORMACIÓN DE
PRECIPITADOS
Objetivos
•
Valorar haluros en una muestra de agua artificial por volumetría por
formación de precipitados. Ilustrar el uso de indicador de punto
final por:
a) aparición de precipitado coloreado
b) aparición de solución coloreada
c) adsorción del indicador en la superficie del precipitado
Introducción
Las volumetrías por precipitación más importantes son aquellas que
utilizan una solución valorada de AgNO3 (Argentimetría). La teoría de la
argentimetría se aplica a numerosas reacciones de precipitación, en
nuestro caso se aplicará a la valoración de haluros. El ión Ag+ forma con
los haluros, tiocianatos y cianuros precipitados amorfos poco aptos para
la valoración gravimétrica. El análisis volumétrico conducirá a resultados
satisfactorios seleccionando un indicador tal que dé la menor diferencia
entre punto final y punto de equivalencia.
Existen diversos métodos para establecer el punto final de estas
reacciones. Los más importantes son:
a) Formación de un precipitado coloreado: el método de Mohr para la
valoración de soluciones incoloras de cloruros y bromuros realiza la
titulación en medio neutro con solución valorada de nitrato de plata
utilizando una pequeña cantidad de cromato de potasio como indicador
de punto final.
b) Formación de un compuesto coloreado: el método de Volhard permite
la valoración de cloruros, bromuros y ioduros en medio ácido por el
agregado de un volumen conocido de solución valorada de AgNO3 y
titulando por retorno el exceso con solución valorada de tiocianato. Se
utilizan iones Fe(III) para la indicación del punto final.
c) Empleo de indicadores de adsorción: Fajans introdujo un nuevo tipo
de indicadores para las titulaciones de precipitación. Su empleo se
basa en que en el punto de equivalencia el indicador es adsorbido por el
haluro de plata provocando un cambio de color en la superficie del
mismo y no en la solución.
35
Reacciones involucradas
Ag+(aq) + Cl-(aq) <·····> AgCl(s)
a)
2 Ag+(aq) + CrO42-(aq) <·····> Ag2CrO4 (s)
(indicación de pto. Final)
2 CrO42-(aq) + 2 H+(aq) <·····> Cr2O72-(aq) + H2O
(reacc. no deseada)
Ag+(aq) + Br-(aq) <·····> AgBr(s)
b)
Ag+(aq) + SCN-(aq) <·····> AgSCN(s)
Fe3+(aq) + SCN-(aq) <·····> FeSCN2+(aq)
(indicación de pto. final)
Ag+(aq) + Cl-(aq) <·····> AgCl(s)
c)
(El AgCl adsorbe el indicador en el punto final)
Parte Experimental
Solicite la muestra incógnita al docente, el cual le indicará el
método de determinación que deberá realizar.
1.1 Método de Mohr:
(se utilizará para la valoración de la solución de AgNO3)
1.1.1 Reactivos:
- Carbonato de Calcio p.a.
- Solución de cromato de potasio 5%
- Solución de nitrato de plata 0.05 N
1.1.2 Procedimiento:
Pese una porción de unos 0.5-0.6 g con aproximación al décimo de mg
de cloruro de sodio (patrón primario). Disuelva en unos 50 ml de agua
destilada y transfiera a un matraz aforado de 250 mL. Complete hasta el
enrase con agua destilada. De esta solución tomar una alícuota de 25,00
ml (realizar la determinación por duplicado), transferirla a un frasco
Erlenmeyer, agregar aproximadamente 50 ml de agua destilada y 1 ml
de cromato de potasio al 5 %. Titular con la solución de nitrato de plata
36
0,05 N hasta igualar el color del blanco (para preparar el blanco utilice 25
mL de agua destilada en lugar de muestra y simule el precipitado de
cloruro de plata con carbonato de calcio exento de cloruros).
(utilizar bureta de 25 mL)
1.2 Método de Volhard
(se utilizará para la valoración de la muestra)
1.2.1 Reactivos:
- Ácido nítrico p.a. (δ=1.40 g/cm3)
- Solución de nitrato de plata 0.05 N
- Solución de sulfato férrico amónico (40%)
- Solución de tiocianato 0.05 N
1.2.2 Procedimiento:
Medir 10.00 ml de muestra, colocar en erlenmeyer de 250 ml y agregar
1 ml de ácido nítrico concentrado. Agregar 10,00 mL de solución de
nitrato de plata 0.05 N y una vez precipitado el bromuro de plata, agregar
1 ml de solución de sulfato férrico amónico.
Titular con la solución de tiocianato 0.05 N hasta débil tinte pardo rojizo
(utilizar bureta de 10 mL).
1.3 Método de Fajans:
(se utilizará para la valoración de la muestra)
1.3.1 Reactivos:
- Solución de diclorofluoresceína 0.1% en EtOH
- Solución de nitrato de plata 0.05 N
1.3.2 Procedimiento:
Medir 15.00 ml de muestra (pedir pipeta al docente), colocar en un
erlenmeyer de 250 ml, neutralizar y agregar agua hasta totalizar
aproximadamente 100 ml.
Agregar nitrato de plata hasta casi alcanzar el punto final (según el
resultado obtenido por el método de Volhard) Agregar 10 gotas de
indicador y valorar hasta aparición de color rosado permanente sobre el
precipitado (utilizar bureta de 10 mL).
1.4 Informe
•
Entregar antes de la finalización del turno con el resultado
obtenido, expresado como g Br- /100 ml muestra
•
. En el informe deberá incluir:
- Volúmenes utilizados de titulante en todas las valoraciones37
- Concentración y factor de las soluciones de titulantes con su desvío
- Concentración del Br- con su desvío.
- En el anexo del mismo coloque todas las cuentas complementarias
utilizadas.
1.5 Otros métodos de valoración de cloruros
Si bien la argentimetría es el método más utilizado para el análisis
cuantitativo de cloruros como macro o mesocomponentes, se pueden
utilizar varias técnicas para la detección del punto final de la titulación
entre las que podemos mencionar la potenciometría tal como se verá
en un práctico posterior.
Para los casos en que se quieran valorar microcantidades de cloruros se
utilizan en general métodos espectrofotométricos.
Cuestionario
1) Explique las condiciones de contorno que deben cumplirse para
poder realizar correctamente los distintos métodos de cuantificación
de haluros y por qué.
2) ¿Cuál de las metodologias de analisis de haluros cree usted que es
mas precisa?, ¿Cuál cree que es mas exacta?
3) En base a lo contestado en los puntos anteriores responda que
metodo utilizaría para cuantificar Cloruro en las siguientes matrices y
por qué:
a) Agua de Río.
b) Sólido de NaCl (para analisis de pureza).
c) En queso (luego de ser digerido en HNO3 concentrado).
d) En agua en concentraciones de ppm.
e) En una muestra coloreada.
f) En una mezcla de haluros.
g) En un efluente industrial a pH =8 y en precencia de Ba+2.
4) Para cuantificar cloruros por el método de Volhard es necesario
agregar 1 ml de Nitrobenceno luego del agregado de AgNO3. ¿Por
qué?
Bibliografía
- Kolthoff, "Análisis Químico Cuantitativo", 4ta.ed., Ed. Nigar
- Skoog & West, "Introducción a la Química Analítica", Ed. Reverté
- Blaedel & Meloche, "Elementary Quantitative Analysis", Ed. Harper Int.
- Willard, Furman y Bricker, "Análisis Químico Cuantitativo", Ed. Marín
- Butler, "Ionic Equilibrium"
- Daniel C.Harris, Quantitative Chemical Analysis
38
TRABAJO PRÁCTICO N°7
VOLUMETRIA POR FORMACIÓN
DE COMPLEJOS CON EDTA
Objetivos
• Valorar Ca2+ y Mg2+ en agua artificial por volumetría de formación de
complejos con EDTA.
• Ilustrar el uso de indicadores metalocrómicos.
• Mostrar la acción de los agentes enmascarantes (sulfuro) y el control de pH
en la selectividad del EDTA como agente complejante.
Introducción
El análisis volumétrico por formación de complejos utiliza con frecuencia los
ácidos aminopolicarboxílicos como agentes complejantes de un gran número de
elementos metálicos. Las denominadas "complexonas" poseen un grupo funcional
característico: -N(CH2-COOH)2 , siendo la más simple el ácido imino diacético:
HN(CH2COOH)2 .Todas las restantes son derivados de este último y poseen
buenas posibilidades analíticas dado su capacidad de formar iones complejos con
la mayoría de los metales.
Los complejos formados son del tipo "quelato", donde los cationes
aparecen formando parte de estructuras tipo anillo de 5 ó 6 miembros. Aquellas
complexonas que favorecen este tipo de formación, como el EDTA, son las más
útiles para el análisis titrimétrico.
La estructura del EDTA es: (HOOC-CH2)2N-CH2-CH2-N(CH2-COOH)2. El
poder complejante del EDTA se basa en su capacidad de actuar como ligando a
través de los átomos de nitrógeno y de los oxígenos carboxílicos de los grupos
acetato. Los grupos formadores de quelatos están ubicados en la molécula de
modo que los centros de coordinación son fácilmente accesibles y aseguran la
formación de anillos de cinco miembros tal como se observa:
El EDTA forma con los metales e independientemente de su estado de
oxidación, complejos del tipo 1:1 solubles en agua. Estos complejos serán
incoloros si el acuocomplejo del metal es incoloro, y serán a su vez fuertemente
coloreados para aquellos metales que den acuocomplejos de color. Estudiando la
estructura del EDTA se puede observar que su poder complejante se verá
disminuido por la presencia de iones hidrógeno. De esta manera, el pH de la
solución juega un papel preponderante en la formación del complejo y las
modificaciones del pH pueden hacer la reacción selectiva para diferentes
especies según los casos (los complejos de metales divalentes son estables en
solución amoniacal y se descomponen en medio ácido, mientras que los metales
trivalentes son estables aún en este medio).
El punto final de la titulación se alcanza por la adición de una sustancia
indicadora que da color con el metal a ser titulado. El color producido es
usualmente el resultado de la formación de un nuevo quelato. Es fundamental que
el indicador no forme complejos más fuertes con el metal que los que forma el
EDTA, dado que entonces el punto final no podrá ser observado.
Aunque el EDTA no es un reactivo selectivo, es posible a través de la
adición de especies enmascarantes llevar a cabo la titulación de un dado metal en
presencia de otros que normalmente interferirían. Los agentes enmascarantes
son: cianuro, sulfuro, ioduro, fluoruro, ácido ascórbico, trietanolamina, pH, etc...
Se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos
minerales de cationes polivalentes (principalmente divalentes y específicamente
los alcalinotérreos) que hay en una determinada cantidad de agua, en
particular sales de magnesio y calcio. La presencia de los iones Ca2+ y Mg2+ es
muy común en el agua natural, y sus concentraciones pueden determinarse por
titulación complejométrica, utilizando una solución de EDTA cuya concentración
sea conocida exactamente.
En una primera etapa, se determinará la concentración total de iones Ca2+
y Mg2+ que reaccionan con EDTA, en presencia del indicador Negro de Eriocromo
T (NET) a pH 10. En la segunda etapa se determinará únicamente el Ca2+ por
titulación con Murexida (Mx) como indicador. Para ello, se precipitará previamente
al Mg2+ como Mg(OH)2 en medio fuertemente básico (pH = 12,5). Por diferencia
entre ambos obtiene la dureza proveniente del magnesio.
La dureza del agua se expresa normalmente como cantidad equivalente
de carbonato de calcio (aunque propiamente esta sal no se encuentre en el
agua) y se calcula a partir de la suma de las concentraciones de calcio y
magnesio existentes (miligramos) por cada litro de agua; que puede ser
expresado en concentraciones de CaCO3
Reacciones involucradas
Me2+ + H2Y2- ∆ MY2- + 2 H+
Me = Ca(II) y Mg(II)
Parte Experimental
40
1.1 Reactivos
•
•
•
•
•
Negro de Eriocromo T (NET) 1% en NaCl sólido
Murexida (0.1 g en 25 g de KCl).
Solución reguladora de pH=10. (que se prepara mezclando 67.5 g de cloruro
de amonio con 570ml de amoníaco (δ=0.91g/cm3) y diluyendo a un litro con
agua destilada libre de cobre -¿por qué?-).
NaOH 5 M
Solución de EDTA 0.01 M. (se prepara disolviendo 4.0 g de la sal disódica
dihidratada del EDTA y 0.1g de cloruro de magnesio hexahidratado -¿por
qué?- en 750 mL de agua destilada. Esta solución debe valorarse con sl de
Ca2+ patrón).
1.2 Determinación de Ca2+ y Mg2+ (Dureza total)
1.2.1 Procedimiento
Transferir 10.00 mL de muestra a un erlenmeyer y diluir a unos 50 mL con agua
destilada.
Agregar 1ml de solución reguladora y una punta de espátula del indicador NET.
Titular con la solución valorada de EDTA hasta desaparición de todo vestigio de
color púrpura.
Si el volumen gastado en la primer titulación es inferior a 4 ml, cargue
nuevamente muestra utilizando la pipeta aforada de mayor volumen que posea
(20 o 25 ml) junto con la bureta de 25 ml. Calcule cuantos ml va a gastar
aproximadamente en las nuevas titulaciones.
1.2.2 Precauciones a tener en cuenta para obtener resultados óptimos:
• El punto final de la titulación se observará con facilidad si no se agrega NET en
exceso. La solución al comienzo de la titulación deberá ser rosa bien pálido.
• Una vez agregado el buffer titule rápidamente y evitará así la precipitación de
carbonato de calcio.
• Agregue lentamente las últimas gotas de titulante dado que la reacción es de
cinética lenta.
• Si la solución se torna incolora en las cercanías del punto final, agregar una
pequeña cantidad de indicador.
• Titular hasta que la solución sea azul. No titular al color del blanco ya que el
indicador se descompone con el tiempo, variando su color.
1.3 Determinación de la concentración de Ca2+ (Dureza Cálcica)
41
1.3.1 Procedimiento
1. Agregar 25,0 mL de la muestra en un Erlenmeyer de 250 mL
2. Agregar agua destilada dentro del Erlenmeyer hasta alcanzar un volumen de
aproximadamente 50 mL.
3. Agregar 3 mL de NaOH 5 M y agitar aproximadamente 2 minutos para permitir
la precipitación del Mg2+ como Mg(OH)2. Éste puede no ser visible.
4. Agregar el indicador Murexida (Mx).
5. Agitar el contenido del Erlenmeyer hasta disolver el indicador. Observarás un
color rojo.
6. Prepara un testigo que te permita reconocer el color del indicador Murexida en
el punto final de la titulación y consérvalo cerca de las muestras que titularás para
que te sirva de control. Para ello,
- Agregar 50 mL de agua destilada en un Erlenmeyer de 250 mL.
- Agregar 3 mL de solución de NaOH 5 M y el indicador Murexida.
7. Titula la solución problema con la solución valorada de EDTA. El color
cambiará de rojo a violeta, hasta coloración violeta permanente.
1.4 Informe
•
Entregar antes de la finalización del turno el resultado obtenido, que deberá
estar informado en las unidades que correspondan (ppm de CaCO3 para los 3
casos) y no en el parámetro primario del cual se calculan los resultados (mL).
(Ver modelo de informe TP3).
1.5 Otros métodos de valoración:
Para la determinación de los elementos titulados en el práctico existen varios
métodos alternativos de análisis. No obstante, se pueden utilizar varias técnicas
para la detección del punto final en la titulación complejométrica. Estas incluyen
amperometría, coulombimetría, potenciometría, espectrofotometría y métodos
conductimétricos de alta y baja frecuencia, con los que Ud. se familiarizará en
prácticos posteriores.
Bibliografía
- Welcher, "The analytical uses of EDTA", D. Van Nostrand Co.
- Laitinen, "Chemical Analysis", McGraw Hill Book Co.
- Blaedel & Meloche, "Elementary Quantitative Analysis", Harper & Bow
- Kolthoff, "Análisis Químico Cuantitativo", Nigar
- Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis
- Day & Underwood “Química Analítica”
42
TRABAJO PRÁCTICO N°8
VOLUMETRÍA REDOX
Objetivo
Mostrar la aplicación de un método iodimétrico para la determinación de cloro
activo en productos de limpieza
Introducción
El análisis volumétrico basado en el uso de agentes oxidantes y reductores
ha generado una gran variedad de técnicas entre las que cabe mencionarse la
permanganimetría, dicromatometría, iodimetría, etc.
En los métodos iodimétricos la reacción de reducción de iodo a ioduro es
reversible según se resume en la hemirreacción:
I2 + 2 e - ⇔ 2 I –
Las sustancias con un potencial de reducción mucho menor que el del
sistema I2 / I- son oxidadas por el yodo y pueden titularse con una solución
valorada de yodo. Algunos ejemplos son el sulfito, el sulfuro, el tiosulfato, el Sn(II),
etc. Por otra parte, el ioduro ejerce una acción reductora sobre los sistemas
fuertemente oxidantes, con la formación de una cantidad equivalente de yodo. El
yodo liberado se titula con una solución valorada de tiosulfato. Algunos ejemplos
son el cerio, dicromato, agua oxigenada, iodato, etc.
Dado que el yodo en soluciones acuosas de ioduro tiene un intenso color
amarillo o marrón, su presencia se hace evidente aún en muy bajas
concentraciones. En consecuencia, en soluciones incoloras el yodo puede servir
como autoindicador. Sin embargo, si se usa almidón como indicador se obtiene un
viraje más pronunciado en el punto final, ya que uno de los componentes
principales del almidón, la amilosa, forma con el yodo complejos de adsorción de
color azul.
Parte Experimental
1.1 Reactivos
- Solución de Na2S2O3 0,1 M
- Solución indicadora de almidón
- K2Cr2O7 para análisis
- KI para análisis
- HCl concentrado
- H2SO4 4 M
43
1.2 Procedimiento
1.2.1 Preparación de la solución indicadora de almidón
Se trituran 2 g de almidón soluble con un poco de agua y se agrega lentamente la
suspensión a 1 litro de agua en ebullición. Se sigue la ebullición hasta que la
solución sea clara, se enfría y se transfiere a un frasco. Esta solución será
preparada previamente por el personal de la materia.
Se usan aproximadamente 5 mL de esta solución por cada 100 mL de solución
que se debe titular. Es importante que el agregado de la solución de almidón se
haga en las cercanías del punto final (por qué?).
1.2.2 Valoración de la solución de Na2S2O3
Se pesan aproximadamente 0,1000 g de K2Cr2O7 y se disuelven en 50 mL de
agua destilada. Se agregan 0,6 gr de KI y luego 8 mL de HCl concentrado. Se
mezcla bien y se deja en reposo cinco minutos en la oscuridad. Se titula con la
solución preparada de Na2S2O3 agitando constantemente hasta que el color
marrón vire al verde amarillento. En ese momento, se agregan 2 mL de la
solución de almidón y se prosigue la titulación hasta que el color vire netamente
del azul al verde claro. Realizar la determinación por duplicado y utilice la bureta
de 25 ml.
1.2.3 Determinación de cloro activo en un producto de limpieza
Pipetear 10,00 mL de la muestra, trasvasar a un matraz aforado de 100,0 mL y
completar hasta el enrase con agua destilada. De esta última solución tomar una
alícuota de 5,00 mL, transferirla a un frasco Erlenmeyer, agregar aproximadamente 50 mL de agua destilada, 0,6 g de KI y luego 5 mL de H2SO4 4 N. Dejar
reposar 5 minutos en oscuridad y titular con el tiosulfato valorado, agregando la
solución de almidón cuando el color vira al amarillo claro. Proseguir la titulación
hasta que el color vire del azul al incoloro. Informar los gramos de cloro activo por
litro de muestra.
1.3 Informe
• Entregar antes de la finalización del turno el resultado obtenido, que
deberá estar informado en las unidades que correspondan (gramos de cloro
activo por litro de muestra) y no en el parámetro primario del cual se calculan los
resultados (mL)
Bibliografía
- Laitinen, "Chemical Analysis", McGraw Hill Book Co.
- Blaedel & Meloche, "Elementary Quantitative Analysis", Harper & Bow
- Kolthoff, "Análisis Químico Cuantitativo", Nigar
- Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis
44
TRABAJO PRÁCTICO N° 9
ANÁLISIS CON DISGREGACION
Objetivos
•
•
Realizar la determinación de titanio en una muestra de sólida o semisólida
Introducir el uso de métodos de disgregación y disolución para llevar a
solución y permitir el análisis por la vía húmeda de analitos inorgánicos
presentes en matrices complejas de naturaleza orgánica.
Introducción
1.-Principios
En los métodos de análisis cuantitativo que se llevan a cabo por vía húmeda, la
primera etapa a realizar es la preparación de una solución adecuada para el
análisis. Esta operación no debe producir pérdida del material a analizar ni debe
introducir grandes cantidades de sustancias, que luego sean difíciles de eliminar o
que puedan introducir contaminantes o interferentes con el análisis.
Se acostumbra emplear ácidos minerales para disolver numerosas muestras, ya
que su exceso puede volatilizarse con facilidad.
Los ácidos que no presentan carácter oxidante (H3PO4, H2SO4(d), HCl y
HClO4(d)), suelen utilizarse para disolver sales y óxidos.
Con estos ácidos, un metal sólo puede disolverse si se le oxida a sus iones con la
correspondiente liberación de H2(g). La solubilidad de los metales en los ácidos no
oxidantes puede predecirse basándose en los potenciales de reducción: el Ered de
la cupla Men+/Me debe ser más negativo que el correspondiente a la cupla H+/H2.
Sin embargo, aunque la reacción sea termodinámicamente favorable
,
puede ocurrir que el proceso sea muy lento (cinéticamente desfavorable), o que el
metal se recubra de una capa de óxido que impida el ataque del ácido
(pasivación).
En el caso de ácidos oxidantes, el anión del ácido se ve involucrado en la
reacción. En el caso del ácido nítrico, es la reducción del nitrato la que permite la
oxidación y la disolución de los metales. En algunos casos, el ácido nítrico
reacciona con metales como Sn, Sb, W, Mo, produciendo ácidos débiles u óxidos
insolubles que pueden separarse y disolverse adecuadamente.
También los aniones pueden actuar como complejantes de la forma oxidada del
metal, favoreciendo la disolución.
El uso de ácidos, bases, sustancias oxidantes, reductoras, complejantes, etc,
permite resolver una importante cantidad de problemas sólidos o suspensiones
que requieran de un análisis inorgánico por la vía húmeda. No obstante ello, en
algunos casos la extensión del ataque, el tiempo que demanda y la temperatura
que requiere (nótese que la temperatura de ebullición de los ácidos mencionados
45
es relativamente baja y el reactivo se pierde) demanda el uso de disgregación con
sólidos las que, al utilizar la fusión de un sólido o suspension, permiten aumentar
drásticamente la temperatura de trabajo.
1.1.-Disgregación de muestras
Los tipos de disgregaciones más frecuentes se pueden agrupar en Disgregación
alcalina (simple, oxidante, reductora, sulfurante), Disgregación ácida y
Disgregación gaseosa.
La disgregación alcalina simple se aplica a sales muy insolubles, del tipo
silicato, fluoruro, sulfato, etc., y a algunos óxidos de la forma M2O3.
La disgregación alcalina oxidante se emplea con sustancias que contienen
elementos como Cr, Mn, Mo, capaces de formar aniones por oxidación, mientras
que la reductora se usa con aquellas sustancias capaces de dar metal por
reducción.
La alcalina sulfurante se emplea con muestras que contengan elementos del
subgrupo 2B de la segunda división de cationes, ya que estos forman tiosales.
La disgregación con ácidos fuertes se utiliza con muestras salinas de ácido
más volatil que el ácido disgregante. Entre las más utilizadas se puede mencionar
la disgregación de Berzelius que utiliza HF para el ataque de silicatos en un medio
sulfúrico que actúa como deshidrante.
La disgregación ácida con KHSO4 se utiliza para óxidos metálicos con los que
forman sulfatos solubles, tal como es el caso del dióxido de titanio.
Para investigar elementos alcalinos en silicatos se emplea la disgregación
Lawrence-Smith, que consta de tratar la muestra con una mezcla de CaO y
NH4Cl 7:1 respectivamente.
Según el estado físico del disgregante, variará la técnica operativa de
disgregación. En el caso general de disgregantes sólidos, un procedimiento
frecuente consiste en mezclar las proporciones convenientes lo más íntimamente
posible. La técnica a emplear sería:
1) En un crisol apropiado, mezclar la muestra con el disgregante sólido o la
mezcla de disgregantes (proporción disgregante y muestra, 5:1 respectivamente).
2) Calentar suavemente primero y enérgicamente luego, hasta fundir la masa
disgregante usando mechero Mecker sobre tela metálica.
3) Mantener fundida la masa durante 15 minutos aproximadamente.
4) Dejar enfriar y tomar con agua o agua acidulada, según corresponda. Ayudar a
deshacer la pastilla con una varilla.
5) Centrifugar.
6) Investigar los iones sobre el líquido sobrenadante.
En el caso de una disgregación con ácidos, por ejemplo con H2SO4 y HF, la
técnica será:
46
1) En un crisol de platino colocar aproximadamente 50 mg de silicato en forma de
polvo fino o vidrio molido.
2) Agregar 5 gotas de H2SO4 concentrado y mezclar con alambre de platino.
3) Agregar 1 mL de HF y evaporar en baño de agua a ebullición.
4) Agregar nuevamente HF y evaporar en baño de arena hasta la aparición de
humos blancos de anhídrido sulfúrico (SO3).
5) Dejar enfriar. Pasar el contenido del crisol a un tubo de ensayos enjuagando
con agua destilada (aproximadamente 5 mL).
6) Sobre la solución realizar el análisis de los iones corespondientes.
1.2.-Destrucción de materia orgánica
Cuando se debe destruir materia orgánica como paso previo a la determinación
de metales, la elección del método a utilizar dependerá de:
a) La naturaleza de la muestra y de los constituyentes inorgánicos.
b) Del metal a analizar y del método que se utilice para ello.
Existen dos formas de destruir la materia orgánica: por vía seca y por vía
húmeda.
1.2.1.-Destrucción de materia orgánica por vía seca
El uso de un crisol o cápsula y de calor proporcionado por la llama de un
mechero, una plancha calefactora o una mufla, resulta el método más sencillo que
permite destruir la materia orgánica. En general, la muestra primero se seca para
evitar proyecciones y luego se quema el crisol, controlando la temperatura cuando
se usa una llama y evitando que se incendie, hasta que se elimine el carbón. Si se
dispone de mufla, el proceso suele realizarse entre 500 y 550°C y, en algunos
casos, es necesario trabajar con una rampa de temperaturas para evitar
proyecciones.
Esta técnica posee la ventaja de requerir poca atención del operador y de
minimizar el riesgo de contaminación de la muestra, pero suele ser poco
recomendable en el análisis de trazas de elementos, dado el peligro de que se
produzca pérdida de los mismos por volatilización.
Los metales que sufren pérdidas considerables por volatilización son As y Hg, y
en menor grado Cd, Cu, Ag y Pb; La magnitud de las pérdidas depende
considerablemente de la composición de la muestra. Otra desventaja es que a
veces es muy difícil lograr la eliminación total del carbón. Se debe tener en cuenta
que en muestras que contengan aluminio, silicatos, etc., se obtienen residuos
insolubles que luego deben ser disgregados. Estos problemas se pueden resolver
con la adición de coadyuvantes (como el KNO3) e incluso se puede utilizar una
etapa final con ácido nítrico para oxidar el carbón, operación que se realiza sobre
plancha calefactora hasta desaparición del color gris que genera el carbón sobre
el residuo de mineralización.
47
1.2.2.-Destrucción de materia orgánica por vía húmeda
Estos métodos suelen preferirse cuando se desea analizar algún elemento que se
encuentra a nivel de trazas, ya que el ataque no requiere temperaturas tan
elevadas y las condiciones pueden controlarse para disminuir el riesgo de pérdida
por volatilización. En el caso de la disgregación con ácidos, se utiliza ácido nítrico
concentrado como oxidante y ácido sulfúrico como deshidratante para que la
reacción de oxidación –que tiene al agua como producto- proceda. No obstante, la
contaminación puede ser importante haciendo imprescindible el uso de ácidos de
muy alta pureza ya que, en función de la cantidad de materia orgánica en la
muestra, los volúmenes de ácidos a agregar suelen ser lo suficientemente
importantes como para producir blancos de reactivos altos. Recordar que el
blanco de reactivos es mandatorio en todas estas operaciones.
Este tipo de ataques se suelen realizar en balones Kjeldahl, produciéndose un
reflujo parcial de los ácidos calientes. Se utilizan, tal como se señala más arriba,
HNO3 + H2SO4, el primero como oxidante y el segundo como deshidrante e
indicador del consumo completo del oxidante a través de la aparición de humos
blancos de SO3. La persistencia de carbón en la solución (observable por el color
caramelo que adquiere) aún después del desprendimiento de SO3, obliga a
nuevas adiciones de nítrico hasta que el color desaparezca.
Además de la mezcla HNO3/H2SO4, se pueden utilizar otras como HNO3/HClO4/
H2SO4, H2SO4/H2O2, H2SO4/KmnO4, etc.
Como la mejor opción de digestión depende de la cantidad de muestra a
mineralizar, la matriz de muestra, y el tipo y concentración esperable del analito
en la matríz, se recomienda consultar las normas nacionales e internacionales
aconsejadas para cada tipo de muestra (EPA, FDA, WHO, ASTM, IRAM, etc. )
Parte Experimental
2.-Determinación de titanio en material plástico
2.1.-Materiales
•
Cápsula o crisol grande de porcelana.
•
Mechero.
•
Tela metálica.
•
Triángulo de arcilla.
•
Pipetas graduadas y aforadas.
•
Varilla de vidrio.
•
Matraces aforados de 10,00; 25,00; 50,00 y 100,00 mL.
•
Tubos de hemólisis.
•
Probeta de 50 mL.
48
2.2.-Reactivos
•
Sulfato ácido de potasio (KHSO4).
•
H2SO4 1,5 M.
•
Solución patrón de Titanio de 1000 mg/L.
•
Agua oxigenada 50 vol. (H2O2 15%).
2.3.-Procedimiento
1. Separar en dos mitades aproximadamente iguales la muestra (capuchon,
pastel, pintura, segun indicacion del docente) y pesar cada porción precisamente
en sendas cápsulas o crisoles de porcelana (para realizar duplicado).
2. Eliminar la materia orgánica calentando sobre tela metálica, bajo campana,
hasta obtener un residuo sólido marrón La temperatura debe elevarse
gradualmente para evitar que la muestra se incendie y se produzcan
proyecciones. Para la eliminación del residuo sólido carbonoso colocar el crisol a
fuego directo sobre triángulo de arcilla por unos minutos hasta aparición de un
residuo blanco recubriendo el fondo del recipiente. Para acelerar el proceso de
eliminación del residuo carbonoso pueden colocarce unas gotas de ácido nítrico y
calentar evitando proyecciones.
3. Apagar el mechero, dejar enfriar y en la misma cápsula o crisol agregar
aproximadamente 1,5 g de KHSO4. Llevar a fusión calentando con mechero sobre
tela metálica, primero suavemente y luego de ser necesario llevar a fuego directo
cuidando que no se produzcan proyecciones, hasta que se forme una solución
traslúcida amarilla y sin residuos insolubles.
4. Dejar enfriar y disolver en aproximadamente 10 mL de H2SO4 1,5 M. Para
favorecer la disolución romper la pastilla formada con varilla de vidrio y calentar
suavemente sobre tela metálica.
5. Una vez enfriada la solución a temperatura ambiente, trasvasar a un matraz
aforado de 50 mL. Enjuagar la capsula o el crisol varias veces volcando siempre
en el matraz y enrasar con H2SO4 1,5 M (solución A).
6. Preparar soluciones que contengan entre 10 y 75 ppm de Ti(IV) (consultar con
el docente) a partir de una solución patrón de 1 g de Ti (IV) /L. Usar H2SO4 1,5 M
para preparar las diluciones.
7. Colocar 2 mL de cada solución en tubos de hemólisis y agregar una gota de
H2O2 15% a cada tubo. Realizar el mismo procedimiento con la solución A
(original y duplicado).
8. Comparar el color de la muestra con los patrones y estimar la concentración de
titanio en la solución A.
9. Medir espectrofotométricamente las soluciones (tanto diluciones como solución
A) y calcular la cantidad de titanio en la muestra expresada como mg Ti(IV)/g
muestra.
49
Cuestionario
1) ¿Cuando trata una muestra sólida y calienta se puede dar lugar a la formación
de ciertos gases como O2, H2S, HCl, etc?. Dé ejemplos de su procedencia.
2) ¿Qué es el agua regia? ¿Cómo actúa sobre el HgS y sobre el Pt? Escriba las
ecuaciones completas. ¿Qué tipo de sustancias son solubles en agua regia?
3) ¿Qué tipo de disgregantes conoce? ¿Para qué sustancias se utilizan? ¿Qué
crisoles se utilizan en cada caso?
4) ¿Cómo disolvería los siguientes compuestos?:
a) Al2O3.
b) Cr2O3.
c) SiO2.Al2O3.K2O.
d) SiO2.Al2O3.
e) SnO2.
5) Describa el método de Lawrence-Smith. Explique en qué casos es útil su
empleo. Aplique el método a la disgregación de un vidrio con las ecuaciones
completas.
6) Indique, en el método de Berzelius (disgregación con HF y H2SO4) ¿Por qué se
agrega cada reactivo? Escriba las ecuaciones que tienen lugar en la disgregación.
7) Escriba la reacción entre TiO2 y KHSO4, indicando con claridad el producto
soluble de titanio obtenido.
8) Escriba la reacción que da lugar a la aparición del complejo coloreado con
H2O2 que permite la cuantificación espectrofotométrica de titanio en el visible.
¿Cuáles son las interferencias de la misma?, ¿cómo afectaran la determinación
del analito?.
50
TRABAJO PRÁCTICO N°10
ESPECTROFOTOMETRÍA
Objetivos
• Introducir el uso de espectroscopia de absorción molecular
(absorciometría) en la química analítica.
• Analizar los errores absolutos y relativos en las determinaciones
espectrofotométricas de concentración y la forma de minimizar los mismos.
• Discutir el cumplimiento de la ley de Lambert-Beer.
• Analizar la relación entre longitud de onda, ancho de las bandas y color
percibido.
• Relacionar la espectrofotometría con la percepción directa de color, y el
uso de métodos que implican indicadores coloreados.
• Poder hacer un examen minucioso de las características de los equipos de
espectrofotometría, de modo de estar capacitado para elegir
adecuadamente.
Introducción
1.1 Ley de Lambert - Beer
La ley de Lambert-Beer relaciona la intensidad de luz entrante en un medio, con
la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca absorción.
La relación entre ambas intensidades puede expresarse a través de la siguiente
relación:
51
Donde:
I1 e I0 son las intensidades saliente y entrante respectivamente.
A es la absorbancia, que puede calcularse también como:
l es la longitud del medio por donde pasa la luz
c es la concentración de la substancia absorbente en el medio
α es el coeficiente de absorción.
En el caso de que la concentración esté dada en unidades de molaridad, se usa la
absortividad molar ε(λ) en vez de α.
ε(λ) se suele dar en unidades de M-1cm-1
La ley determina que hay una relación exponencial entre la transmisión de
luz a través de una sustancia y la concentración de la sustancia, así como
también entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa.
Si conocemos l y α, la concentración de la sustancia puede ser deducida a
partir de la cantidad de luz transmitida.
Habitualmente se escribe la ley simplemente como A = ε(λ)lc, siendo
A = -log T (T = I1/I0 se denomina transmitancia)
En química analítica, la longitud del medio suele ser fija, determinada por la
cubeta donde se coloca la substancia a medir. Por lo tanto, la concentración c
puede determinarse fácilmente si se conoce la absortividad molar ε(λ).
Como ε(λ) puede variar un poco con la temperatura y con la presencia de
otras substancias (solvente de medición, sales, etc.), generalmente se utiliza una
curva de calibración para obtenerlo en forma directa en las mismas condiciones (o
similares) que en la medida a realizar.
El método de agregado patrón es particularmente útil cuando se desconoce
la composición de la matriz, ya que permite reproducir más fielmente las
condiciones de la medición.
1.2 Espectro electromagnético
La región conocida como “visible” del espectro electromagnético se
extiende de 400 a 700 nm de longitud de onda aproximadamente. Por debajo de
los 400 nm se encuentra el ultravioleta (UV). Por encima de 700 nm el infrarrojo
(IR). En general, a la espectrofotometría entre 100 y 2000 nm se la denomina
UV-Vis, por más que se extienda en forma importante en el IR.
La percepción de color en el ojo es variable para cada ser humano (y aun
más variable si se comparan diferentes especies animales). No solamente el
rango de longitudes de onda puede variar, sino también la cantidad y
“representación cerebral” de los colores percibidos. Esto último es evidente en las
personas que sufren de ceguera parcial a los colores, conocida como Daltonismo.
52
Para los individuos no daltónicos, la percepción de los colores se da a
través de tres fotorreceptores llamados conos que se encuentran en la retina, que
son sensibles a diferentes regiones del espectro visible, como se indica en la
figura.
La excitación diferente de los 3 receptores genera las diversas
percepciones de color. Por ejemplo, si el cono M y el cono L son excitados en
forma más o menos similar, se percibe un color amarillo. Esto ocurre alrededor de
580 nm. Si el cono M es el más excitado, se verá rojo (λ > 610 nm), mientras que
el cono S excitado en forma individual se percibe azul (λ ~ 450 nm). Si todos los
conos se excitan la sensación es de luz blanca. Así para todos los colores.
Si bien la percepción de color en el ojo es adecuada para la vida diaria, no
llega a igualarse a la medición espectrofotométrica. El ancho de banda de los
receptores es grande, solo hay 3 tipos, y, sobre todo, la percepción de la
intensidad no es lineal. Por lo tanto, es extremadamente difícil, aun para el ojo
entrenado, determinar concentraciones de substancias coloreadas en base a
inspección ocular.
Se puede mejorar la performance utilizando patrones de color (como en el
papel pH o el indicador universal) o patrones de intensidad con color constante
(como en los ensayos colorimétricos de cloro en piletas), pero es imposible medir
con precisión mejor del 5% por estos métodos.
53
1.3 Error en las determinaciones espectrofotométricas
Las fuentes de error en la absorciometría son –como en todos los métodos
analíticos- muy diversas. En esta práctica nos focalizaremos solo en aquellos
errores que son propios del método.
En la mayoría de los métodos de medición, en especial los instrumentales,
el error absoluto suele ser aproximadamente fijo y por lo tanto el error relativo
aumenta al disminuir la magnitud observada (p.ej. la masa o concentración).
Este no es el caso de la medición de concentración por absorciometría. El
error relativo es mayor tanto al disminuir como al aumentar la concentración de
cualquier substancia. Esto no tiene que ver con posibles desviaciones de la Ley
de Beer (si bien estas desviaciones pueden añadir más error) sino con la física
inherente al método.
Por lo tanto, se explorará en la práctica como minimizar el error relativo en
la concentración, y se determinará que las mejores condiciones de medición se
dan para un determinado rango de absorbancias.
Parte Experimental
2.1 Ley de Lambert-Beer y determinación de Fe(II)
2.1.1 Reactivos
- Solución de 1,10-fenantrolina: disolver 0,1 g de 1,10-fenantrolina
monohidratada en 100 mL de agua destilada; si es necesario, calentar para
disolverla.
- Solución de ácido ascórbico: disolver 0,4 g de ácido ascórbico en 100 mL de
agua destilada.
- Solución de acetato de sodio: disolver 10 g de acetato de sodio en 100 mL de
agua destilada.
- Solución de 1000 ppm Fe(II): Preparada por el plantel docente (se pesaron
7,000 g de sulfato de amonio y hierro(II) para análisis, se disolvio en agua y
se transfirio a un matraz aforado de 1 L Se agregan 2,5 mL de ácido sulfúrico
concentrado y se diluye la solución hasta el enrase con agua destilada).
2.1.2 Método
- Pipetee 1 y 10 mL de la solución patrón de Fe(II), transfiera el volumen a
sendos matraces de 100 mL rotulándolos 1 y 2, respectivamente y complete
hasta el enrase con agua destilada.
- Pipetee 1, 2 y 5 mL de la solución 1 a tres matraces de 100 mL, y 1, 2, 5 y 10
mL de la solución 2 a cuatro matraces de 100 mL. Estos 7 matraces
contendrán los puntos correspondientes a la curva de calibración de Fe(II). En
otro matraz coloque aproximadamente 50 mL de agua destilada para que
sirva de blanco y en otro coloque exactamente 50,00 mL de muestra
incógnita. A cada uno de los matraces adicione 1 mL de la solución de ácido
54
-
ascórbico, 10 mL de la solución de 1,10-fenantrolina y 8 mL de la solución de
acetato de sodio. Luego complete el enrase de todos los matraces con agua
destilada, homogenice y deje en reposo durante 10 minutos.
Empleando el blanco como referencia y cualquiera de las soluciones patrón
preparadas, mida el espectro de absorción en el intervalo de 400 a 700 nm.
Salve los espectros obtenidos. Seleccione la longitud de onda de trabajo más
adecuada para una medición de concentración.
Efectúe el mismo procedimiento con su muestra incógnita.
Guarde las soluciones ya que las utilizará en el punto siguiente.
2.1.3 Tratamiento de Resultados
1- Grafique los valores de absorbancia a la longitud de onda elegida para cada
una de las soluciones patrón preparadas. Analice el gráfico obtenido, identificando
los valores aceptables y los “outliers” (desviados).
2- Aplique el modelo de regresión lineal basado en cuadrados mínimos a los
datos experimentales obtenidos. ¿ Con qué datos aplicará este método ?
¿ Utilizará todos ? ¿ Qué pasa si tiene muchos datos “outliers” ?
3- Examine el ámbito de linealidad de la curva de calibración obtenida mediante el
análisis de los residuos. Defina el ámbito lineal de trabajo.
4- Calcule los valores de ordenada al origen y pendiente con sus
correspondientes intervalos de confianza.
5- Calcule la sensibilidad del método.
6- Calcule el límite de detección del método como tres veces la desviación
estándar del blanco y como tres veces la desviación estándar de la ordenada al
origen de la recta de calibrado.
7- Interpole el valor de absorbancia de la muestra en la curva de calibración
obtenida y cuantifique la concentración de hierro expresando el resultado en
mgFe/l de muestra con su correspondiente intervalo de confianza.
Guarde los espectros, ya que los deberá utilizar en un análisis posterior.
2.2 Errores en la determinación espectrofotométrica
2.2.1 Error inherente del método absorciométrico
Coloque la integración del espectrofotómetro en 1, manteniendo el boxcar en 8.
Empleando el blanco como referencia y cualquiera de las soluciones patrón
preparadas, mida el espectro de absorción (nuevamente) en el intervalo de 400 a
700 nm. Elija la longitud de onda de trabajo y para cada solución de calibración
mida 10 veces en el modo PLAY-PAUSA, anotando los 10 valores obtenidos de
absorbancia para cada punto, con 3 decimales de precisión.
55
Tratamiento de Resultados
1 - Usando una planilla de cálculo, introduzca los 10 valores de absorbancia
obtenidos a cada concentración.
Grafique los puntos obtenidos, en función de la concentración y analice el
resultado.
2 - Calcule para cada concentración el promedio y el desvío estándar de la
absorbancia. Con estos valores, utilizando la ley de Beer con los parámetros
obtenidos en el punto 2.1, obtenga la concentración más probable <c> y el desvió
estándar σd para cada solución patrón. (Tenga en cuenta que los valores
obtenidos de concentración calculados deberían ser cercanos a los valores de
concentración usados en la curva patrón, ya que se trata de las mismas
soluciones.)
3 - Grafique los errores relativos, calculándolos como σd / <c> (en el eje Y), en
función de la absorbancia de la muestra (en el eje X). Analice el gráfico obtenido y
discuta.
2.2.2 Otras fuentes de error
Coloque la integración del espectrofotómetro en 10, manteniendo el boxcar en 8.
Coloque en la cubeta la solución que haya dado el menor error en el punto 2.2.1.
Introduzca la cubeta en el porta cubetas y mida en la longitud de onda escogida
con anterioridad. Anote el resultado.
Retire la cubeta, espere 10 segundos y vuelva a colocarla. Mida nuevamente y
anote el nuevo valor. Repita hasta tener 16 mediciones.
Estime el desvió estándar correspondiente a la colocación de la cubeta. Discuta el
resultado obtenido.
2.3 Informe
El informe de esta práctica consta de dos partes: Una de formato breve y uno
extenso. El breve se realizará inmediatamente después de terminar la
práctica, en la misma clase. En el mismo deberá incluir la absorbancia de la
muestra incógnita, la longitud de onda a la cual fue medida y concentración
calculada.
En el informe extenso deberá incluir los datos anteriores, adicionando las tablas
de datos intermedios y el análisis pormenorizado de las fuentes de error, con
todos los parámetros estadísticos realizados.
56
TRABAJO PRACTICO Nº 11
FLUORESCENCIA MOLECULAR Y CALIBRACION:
DETERMINACIÓN DE QUININA EN AGUA TONICA
Objetivos
•
•
•
Introducir conceptos básicos de fluorescencia molecular.
Determinar la concentración de quinina en una muestra comercial de agua
tónica a través de las técnicas de estándar externo y de agregado patrón.
Discutir las diferencias observadas en la concentración de quinina en el
agua tónica en base a las metodologías de calibración utilizadas.
Introducción
En los métodos ópticos de luminiscencia molecular, entre los cuales se encuentra
la fluorescencia y la fosforescencia, las moléculas de analito se excitan para dar
una especie cuyo espectro de emisión suministra información para el análisis
cualitativo y cuantitativo. La medida de la intensidad de fotoluminiscencia permite
la determinación cuantitativa de un conjunto de especies inorgánicas y orgánicas
importantes, a niveles traza. Uno de los aspectos más atractivos de la
luminiscencia es su inherente sensibilidad, con límites de detección
característicos del orden de partes por billón. Otra ventaja de los métodos
fotoluminiscentes radica en sus amplios intervalos de linealidad.
En general los métodos luminiscentes se aplican menos que los métodos de
absorción en los análisis cuantitativos debido a que el número de especies que
absorben radiación ultravioleta/visible es mucho mayor que el de especies que
presentan fotoluminiscencia tras la absorción de radiación en esta región del
espectro.
Fluorescencia
Una vez que una molécula ha absorbido un fotón (10-15 a 10-14 s), la misma puede
volver a su estado fundamental mediante una combinación de varias etapas
mecanísticas. En particular, centrándose en el fenómeno de fluorescencia
(velocidad significativamente más lenta):
En la figura 1 las flechas rectas (absorción y fluorescencia) conllevan a procesos
radiativos, mientras que las flechas curvas son procesos no radiantes. Una
molécula puede promocionarse a cualquiera de los diversos niveles vibracionales
durante el proceso de excitación electrónica. Sin embargo, en disolución, el
exceso de energía vibracional se pierde inmediatamente (10-12 s) como
57
consecuencia de las colisiones entre las moléculas de las especies excitadas y
las del solvente.
Figura 1: Diagrama de energía simplificado para un sistema fluorescente
Este proceso de relajación es tan eficaz que la fluorescencia de la solución,
cuando tiene lugar, siempre incluye una transición desde el nivel vibracional más
bajo de un estado electrónico excitado. Como consecuencia, la banda de
fluorescencia se desplaza hacia menores frecuencias respecto a la banda de
absorción (desplazamiento de Stokes). Para el caso de la molécula estudiada en
este trabajo práctico, la quinina, los espectros de absorción y emisión son los
siguientes (Fig. 2):
Figura 2: Espectros de absorbancia y de fluorescencia de una solución de
QUININA y estructura química
58
Instrumentos para la medida de la fluorescencia
Los distintos componentes de los instrumentos para la medida de la fluorescencia
son similares a los que se encuentran en los fotómetros o espectrofotómetros
ultravioleta/visible. A continuación se muestra un esquema simplificado de los
componentes del fluorímetro utilizado (Fig. 3):
USB
Figura 3: Diagrama simplificado de los componentes del espectrofluorímetro
El haz de la muestra pasa primero por un filtro o monocromador de excitación,
que transmite la radiación que provocará la fluorescencia pero excluye o limita la
radiación de la longitud de onda de la emisión fluorescente. La fluorescencia se
propaga desde la muestra en todas las direcciones pero lo más conveniente es
observar la que forma un ángulo recto con el haz de excitación; a otros ángulos, la
dispersión producida en la solución y en las paredes de las cubetas aumenta y se
pueden cometer grandes errores en la medida de la intensidad. La radiación
emitida llega a un fotodetector después de haber pasado por un segundo filtro o
monocromador que aísla la fluorescencia para su medida.
Efecto de la concentración en la intensidad de fluorescencia
La intensidad de la emisión fluorescente medida F es proporcional a la intensidad
del haz de excitación absorbido por el sistema. Esto es,
F = K (I0-I) = K (1-10-Abs)
Donde Io es la intensidad del haz que incide sobre la solución e I es su intensidad
después de atravesar una longitud b del medio. La constante K depende del
instrumento utilizado (sensibilidad del detector, pérdidas de luz, etc.) del
rendimiento cuántico del proceso de fluorescencia, que es simplemente la relación
59
entre el número de moléculas que emiten fluorescencia respecto al número total
de moléculas excitadas. Para relacionar F con la concentración c de la especie
fluorescente, se utiliza la ley de Beer, y a concentraciones bajas, tales que A <
0,05 tenemos:
F = 2.303 K ε b c Io
(2)
Y cuando la intensidad I0 es constante simplemente F = K' c
Así, la representación gráfica de la intensidad de fluorescencia de una solución
frente a la concentración de especies emisoras debería ser lineal a bajos valores
de absorbancia de la solución (que generalmente corresponden a bajas
concentraciones).
PARTE EXPERIMENTAL
Materiales
•
•
•
•
•
•
•
Espectrofotómetro Ocean Optics USB 650.
Soluciones patrón de quinina 250 ppm y de H2SO4 0,1 M.
Matraces aforados de 10,0 mL.
Pipetas aforadas de 2,00 y 5,00 mL.
Pipetas automáticas de 1000 µL.
Cubeta para fluorescencia.
Muestra de agua tónica previamente desgasada.
Procedimiento
1- Encender el espectrofotómetro y setearlo en el modo fluorescencia. Para
ello, posicionar la llave hacia abajo (la misma tiene 3 posiciones: arriba =
modo absorbancia; centro = apagado y abajo = modo fluorescencia).
2- Dejarlo estabilizar al menos 15 minutos antes de utilizarlo.
3- Setear en el software los siguientes parámetros: promedio de lecturas
(“Scans to average”) en 5 y ancho de rendija digital o cantidad de pixels
promediada (“boxcar average”) en 9. Con respecto al tiempo de integración
(“integration time”), setearlo de forma tal que el patrón más concentrado de
un máximo de aproximadamente 3000 cuentas. Nota: todos los patrones
y las muestras deben ser medidos con exactamente los mismos
parámetros.
4- Es aconsejable, una vez colocada la cubeta con la muestra a medir,
colocar un objeto opaco sobre el módulo porta-muestras tapando la entrada
de luz, de forma tal de eliminar la luz espuria.
60
5- Tener en cuenta que presionando el ícono
el equipo mide en forma
continua, al presionar el ícono
se pausa la medición y mediante el
ícono
el equipo realiza una sola medición.
6- Medir inicialmente el "negro", que corresponde a la señal en ausencia de
luz colocando el bloque opaco en el porta-muestras, mediante el comando
Control+D o bien presionando el ícono
7- A continuación medir los patrones y las muestras. Tener en cuenta
mediante la opción “scope” o F6 el equipo mide directamente la muestra,
mientras que mediante la opción “scope minus dark” o F7, el equipo arroja
el espectro de la muestra habiendo restado el blanco.
8- Grabar los datos seleccionando como tipo de formato de archivo “Tab
delimited, no header”.
Para la calibración por estándar externo:
9- Preparar 6 patrones de quinina, de las siguientes concentraciones: 12,5
ppm; 25 ppm; 30 ppm; 37,5 ppm; 50 ppm y 100 ppm. Para ello deberá
utilizar 6 matraces de 10,0 mL, colocar en cada uno de ellos 5,00 mL de
solución de H2SO4 0,1 M (ya preparada), el volumen adecuado de solución
de quinina 250 ppm (ya preparada) y enrasar con agua destilada.
10- Medir la fluorescencia de cada patrón de quinina y del blanco (H2SO4 0,05
M).
11- Graficar los resultados (Intensidad de Fluorescencia a 487 nm vs.
Concentración) y observar si existen desviaciones de la linealidad. En caso
de existir desviaciones a concentraciones altas, preparar nuevos patrones
dentro del ámbito dinámico lineal, de tal manera de obtener una curva de
calibración con seis puntos.
12- Medir la fluorescencia de una dilución 1:2 de la muestra de agua tónica.
Para preparar dicha dilución tenga en cuenta que la concentración de
H2SO4 en la muestra diluida debe ser 0,05 M.
13- Determinar la concentración de quinina en la muestra de agua tónica,
expresándola en unidades de ppm.
Para la calibración por agregado patrón:
14- Colocar 2,00 mL de la solución preparada en el punto 12 en una cubeta
para fluorescencia y registrar la intensidad de fluorescencia.
15- Con una pipeta automática, colocar 100 µL de la solución patrón de quinina
de 250 ppm en la cubeta que contiene la dilución 1:2 de la muestra de
agua tónica. Mezclar con cuidado y registrar la intensidad de fluorescencia
a 487 nm.
16- Colocar 100 µL adicionales de la solución de quinina de 250 ppm, mezclar
cuidadosamente, y registrar la intensidad de fluorescencia a 487 nm.
17- Repetir el procedimiento anterior, hasta contar con seis agregados patrón.
18- Graficar y = (Intesidad de fluorescencia a 487 nm x V) / V0 vs. x = (Conc.
quinina agregada x VS) / V0, donde VS corresponde al volumen de la
solución patrón agregada en cada punto, V0 corresponde al volumen inicial
de muestra y V corresponde a V0 + VS.
19- Determinar la concentración de quinina en la muestra, por extrapolación en
el eje x, expresándola en unidades de ppm.
61
Informe
El informe de esta práctica consta de dos partes: Una de formato breve y una de
formato extenso. El breve se realizará inmediatamente después de terminar la
práctica, en la misma clase. En el mismo deberá incluir la determinación de la
concentración de quinina en la muestra comercial de agua tónica a través de las
técnicas de estándar externo y de agregado patrón. En el informe extenso deberá
incluir los datos anteriores y el análisis pormenorizado de las fuentes de error, con
todos los parámetros estadísticos realizados y una discusión acerca de las
diferencias observadas en la concentración de quinina en el agua tónica en base
a las metodologías de calibración utilizadas.
Cuestionario
1- ¿Por qué la espectroscopia de fluorescencia es potencialmente más
sensible que la espectroscopia UV-Visible?
2- ¿Por qué es necesario trabajar en medio ácido para la determinación de
quinina?
3- ¿Por qué se obtienen concentraciones diferentes al realizar las curvas de
calibración por distintas metodologías?
4- ¿Es posible determinar la concentración de quinina en agua tónica
utilizando espectroscopía UV-Visible? En caso afirmativo, describa el
experimento (tenga en cuenta que el agua tónica contiene benzoato de
sodio, agregado como conservante).
Bibliografía
General de Fluorescencia Molecular
• Skoog, Holler, Nieman “Principios de Análisis Instrumental”, quinta edición,
Mc.Graw-Hill (2000), capítulo 15.
• Daniel C. Harris, “Quantitative Chemical Analysis”, séptima edición, W. H.
Freeman and Company, New York (2007).
Determinación de quinina en agua tónica por fluorescencia
• S. Pandey, T. L. Borders, C. E. Hernández, L. E. Roy, G. D. Reddy, G. L.
Martínez, A. Jackson, G. Brown, W. E. Acree Jr., J. Chem. Educ. 1999, 76,
85-87.
• J. E. O´Reilly, J. Chem. Educ. 1975, 52, 610-612.
• R. L. Duncan, J. W. Kierkpatric, R. E. Neas, J. Chem. Educ. 1972, 49, 550551.
62

taller unidad 3, fluorescencia

Sesión 6 Laboratorio - Universidad de Talca

Ejercicios examen

Detalles - Instituto Tecnológico Superior de Chapala

Joven-Es Servicio 2015 - joven

ácido metilcarboxílico o ácido etanoico, se puede encontrar en

CONCENTRACION DE SOUCIONES (Parte2)

CURRÍCULUM VITAE

plan de contingencia - Universidad Técnica de Cotopaxi

Interacciones farmacologicas del Sintrom

¿Cómo agregar imágenes al formato de impresión de los - Aspel