Prac #4

Departamento de Química QUIMICA ANALITICA
II
ANALISIS DE HIERRO CON ORTOFENANTROLINA EN UN
FERTILIZANTE
M.J. Bolaños, J.D Alvarino, L.E. Palencia, P.L. Vidal
Facultad de Ciencias Básicas.
Programa: Química.
Docente: Edineldo Lans
RESUMEN EJECUTIVO
Este practica tuvo como objetivo determinar el contenido de hierro solubles en una muestra
de urea mediante un análisis espectrofotométrico UV-Vis. Para su realización se aplicó el
método de calibración externa y de adición patrón. La lectura de la señal analítica
(absorbancia) para las muestras se realizó a una longitud de onda de 580nm. Apartir de los
resultados obtenidos se construyó la curva de calibrado del estándar y la curva de calibrado
de la adición del patrón para determinar las concentraciones de hierro en la muestra urea.
TEORIA RELACIONADA
a. Espectrofotometría UV-Vis: El
fundamentode la espectroscopia se debe a
la capacidad de las moléculas para
absorber radiaciones, entre ellas las
radiaciones dentro del espectro UV-
visible. Las longitudes de onda de las
radiaciones que una molécula puede
absorber y la eficiencia con la que se
absorben dependen de la estructura
atómica y de las condiciones del medio
(pH, temperatura, fuerza iónica, constante
dieléctrica), por lo que dicha técnica
constituye un valioso instrumento para la
determinación y caracterización
compuestos.
Las moléculas pueden absorber energía
luminosa y almacenarla en forma de
energía interna. Cuando la luz
(considerada como energía) es absorbida
por una molécula se origina un salto desde
un estado energético basal o fundamental,
E1, a un estado de mayor energía (estado
excitado), E2. Y sólo se absorberá la
energía que permita el salto al estado
excitado.Cada molécula tiene una serie de
estados excitados (o bandas) que la
distingue del resto de moléculas. Como
consecuencia, la absorción que a distintas
longitudes de onda presenta una molécula
esto es, su espectro de absorción
constituye una seña de identidad de la
misma. Por último, la molécula en forma
excitada libera la energía absorbida hasta
el estado energético fundamental.
En espectroscopia el término luz no sólo se
aplica a la forma visible de radiación
electromagnética, sino también a las
formas UV e IR, que son invisibles. En
espectrofotometría de absorbancia se
utilizan las regiones del ultravioleta (UV
cercano, de 195-400 nm) y el visible (400-
780 nm).
Como la energía se conserva, la diferencia
de energía entre el estado excitado (A*) y
el fundamentalde la molécula (A) debe ser
exactamente igual a la energía del fotón.
Cada molécula tiene una serie de estados
excitados discretos (o bandas) que
dependen de su estructura electrónica y
que la distinguen del resto de moléculas.

II
Como consecuencia, el espectro de
absorción, es decir, la luz absorbida en
función de la longitud de onda, constituye
una verdadera seña de identidad de cada
molécula.
Dos moléculas distintas presentarán
espectros de absorción distintos, como se
representa esquemáticamente en la
siguiente figura.
b. Instrumentación para la medición de absorbancias de la luz visible y ultravioleta:
espectrofotómetro UV-visible
La medición de absorbancia de la luz por
las moléculas se realiza en unos aparatos
llamados espectrofotómetros. Aunque
pueden variar en diseño, en especial con
la incorporación de ordenadores para el
análisis de datos, todos los
espectrofotómetros constan, según se
indica en la figura, de:
1. Una fuente de energía radiante:
lámpara de deuterio y tungsteno.
2. Un monocromador para la selección de
radiaciones de una determinada longitud
de onda: filtros, prismas, redes de
difracción.
3. Un compartimento donde se aloja un
recipiente transparente (cubetas o tubos)
que contenga la muestra. Pueden ser de
vidrio, cuarzo o plástico transparente.
Para medir en UV se deben usar las de
cuarzo o sílice fundido, porque el vidrio no
transmite la radiación UV.
4. Un detector de luz y un amplificador
convertidor de las señales luminosas en
señales eléctricas.
5. Un registrador o sistema de lectura de
datos.
Equipo Usado:

II
Espectrofotómetro Perkin Elmer: Lambda II
b. Fundamentos del método:
Ley de Beer-Lambert
La ley de Beer-Lambert, afirma que la
absorbancia es directamente proporcional
a la concentración de la especie
absorbente. Para conocer cómo se
expresa la ley de Beer, se imagina que una
luz de potencia radiante P pasa a travésde
una capa infinitamente fina de la
disolución de espesor dx. La disminución
de potencia (dP) es proporcional a la
potencia incidente (P), a la concentración
de la especie absorbente, C, y al espesor
de la sección (dx):
𝑑𝑃 = −𝛽𝑃𝑐 𝑑𝑥 (1)
donde 𝛽 es una constante de
proporcionalidad, y el signo menos
significa que P disminuye al aumentar x.
Es decir que la disminución de
fotones(potencia) es proporcional al flujo
incidente de fotones (Potencia).
La ecuación (1) se resuelve por variable
separada y se obtiene:
−
𝑑𝑃
𝑃
= 𝛽𝑐 𝑑𝑥 → − ∫
𝑑𝑃
𝑃
=
𝑃
𝑃 𝑜
∫ 𝑑𝑥
𝑏
0
→ − ln 𝑃 − (− ln 𝑃0) = 𝛽𝑐𝑏
→ ln (
𝑃0
𝑃
) = 𝛽𝑐𝑏
Convirtiendo los logaritmos neperianos en
decimales y usando la relación 𝑧 =
(ln 10)(ln 𝑧), se obtiene la ley de Beer.
log
(
𝑃0
𝑃
) = (
𝛽
ln 10
) 𝑐𝑏
→ 𝐴 = 𝜀𝑐𝑏
La absortividad molar 𝜀 puede valer desde
0 ( si la probabilidad de absorción del
foton es 0) hasta aproximadamente
105
𝑀−1
𝑐𝑚−1
(cuando la probabilidad
del foton se acerca a 1).
A y 𝜀 depende de la longitud de onda de la
luz

II
Método del estándar externo o calibración sencilla:
Un estándar o patrón externo se prepara
por separado de la muestra.En cambio, un
estándar interno se añade a la muestra. La
calibración se consigue al obtener la señal
de respuesta (absorbancia, altura del pico,
área del pico) en función de la
concentración conocida del analito. Una
curva de calibración se prepara con una
gráfica de los datos o ajustándoles una
ecuación matemática aceptable, como la
ecuación de la recta dada por la pendiente
y la ordenada al origen que se usa en el
método de los mínimos cuadrados
lineales.
El paso siguiente es la etapa de
predicción, en la que se obtiene la señal de
respuesta para la muestra y se usa para
predecirla concentración desconocida del
analito, Cx, a partir de la curva de
calibración o de la ecuación de mejor
ajuste. La concentración del analito en la
muestra original se calcula luego
mediante Cx aplicando los factores de
dilución convenientes tomados de los
pasos que se siguieron para preparar la
muestra.
El análisis de regresión proporciona los
medios para obtener en forma objetiva
dicha recta, y también para especificar la
incertidumbre asociada con el uso
posterior. Esta incertidumbre se relaciona
con los residuos que se muestran en la
figura anterior, los cuales son una medida
de qué tan lejos de la recta de mejor ajuste
quedan los datos.
La relación matemática que representa
esta suposición se llama modelo de
regresión, y se podría representar con
y = mx + b
donde b es la ordenada al origen o
intersección con el eje y, es decir, el valor
de y cuando x es cero, y m es la pendiente
de la recta
Para determinar una concentración
desconocida cx a partir de la recta de
mínimos cuadrados, se obtiene el valor de
la respuesta del instrumento yc para la
incógnita, y la pendiente y la ordenada al
origen se usan para calcular la
concentración desconocida cx como se
muestra en la siguiente ecuación:
𝐶 𝑥 =
𝑦𝑥 − 𝑏
𝑚
En los casos en que los datos no se ajustan
a un modelo lineal, entonces se puede
recurrir a los métodos de regresión no
lineal. Algunos de éstos utilizan modelos
polinomiales o procedimientos de
regresión múltiple.
Para la construcción del modelo de
regresión se utilizó el software Microsoft
Office: Excel 2016.

II
Método de Adición Patrón
Se realiza añadiendo cantidades conocidas y
crecientes de analito a distintas porciones de
muestra para construir la curva de calibrado
(se debe incluir la muestra sin adición). Se
representa la señal obtenida para cada
porción frente a la concentración o cantidad
añadida a dicha porción. La concentración
de la muestra se obtiene como el punto de
corte de la prolongación de la recta en el eje
de abscisas. Matemáticamente se iguala la
señal a cero y se despeja la concentración
(cambiando de signo).
Se aplica cuando se observa efecto matriz.
Pero, ¿cómo se detecta dicho efecto matriz? Se
puede comprobar de forma sencilla
representando los datos del calibrado externo
y los de adición patrón en el mismo gráfico. Si
las rectas son paralelas, es decir, tienen la
misma pendiente, no existirá efecto matriz. En
caso contrario si habrá efecto matriz.
Fundamentos del análisis de hierro
La espectrofotometría es una técnica
analítica que permite determinar la
concentración de cierto componente en
una disolución. Se refiere a la medida de
cantidades relativas de luz absorbida por
una muestra en función de la longitud de
onda. Cada componente de la solución
tiene su patrón de absorción de luz
característico. Comparando la longitud de
onda y la intensidad del máximo de
absorción de luz de una muestra ver sus
soluciones estándar, es posible determinar
la concentración de componentes
disueltos en la muestra, en nuestro caso, la
concentración de hierro. La
ortofenantrolina reacciona con el Fe2+
originando un complejo de color rojo
característico de la (ferroina) que absorbe
notablemente en las regiones del espectro
visible alrededor de los 505 nm. El Fe 3+
no presenta absorción a esa longitud de
onda y debe ser reducido a Fe 2+
mediante un agente reductor apropiado,
como la hidroxilamina, (en forma de
clorato para incrementar su solubilidad).
La reducción cuantitativa de Fe3+ a Fe2+
ocurre en pocos minutos en un medio
acido se representa en la siguiente
reacción:
2Fe3+ + 2NH2OH + 2OH- → 2Fe2+ + N2
+ 4H2O. Para tener el pH entre 6 y 9
se emplea el acetato de sodio o amoniaco.

II
Después de la reducción de Fe 3+ a Fe 2+
se da la formación de un complejo con la
adición de la ortofenantrolina. En un
medio acido la ortofenantrolina se
encuentra en forma protonadacomo ion 1-
10 fenantrolina (FenH+). La absortividad
molar del complejo [(C12H8N2)3Fe]2+, es
11000 a 508 nm. La intensidad del color
es independiente del pH en el intervalo de
2 a 9. El complejo es muy estable y su
absorbancia es proporcional a la
concentración, lo que indica que cumple la
ley de Beer.
PROCEDIMIENTO
Preparar Soluciones
solucionessoluciones
 Solución de fenantrolina
 Solución de cloruro de hidroxilamina
 Solución de acetato de sodio
Preparación de la muestra
 Pesar o,3 g de una muestra de urea en un beacker
 Agregar agua
 Agregar ácido sulfúrico concentrado
 Completar el volumen con agua destilada
Estándar externo
Método adición
estándar
 Tomar 5 balones de 50 mL
 adicionar a cada uno 10 mL de
muestra
 seguidamente 0.0;5.0; 10.0; 15.0
y 20.0 mL de la solución madre.
 Agregar a cada balón en el orden
que se da: 0,5 mL de solución de
hidroxilamina,4 mLde acetatode
sodio y 5 mL de ortofenantrolina,
 completar a volumen con agua
 A partir de una solución madre de 10mg
Fe/L
 tomar en balones de 50 mL 1,3,5,10
 agregara cada balón:0,5mLde solución
de hidroxilamina, 4 mL de acetato de
sodio y 5 mL de ortofenantrolina,
 completar a volumen con agua
 Tome una de las soluciones patrón
preparadas, realice el espectro del
complejo hierro-ortofenantrolina entre
400 y 600 nm.

II
RESULTADOS Y ANÁLISIS
a. Selección de la longitud de onda de trabajo.
A continuación, se tabula la absorbancia medida en un rango de longitudes de onda de 400-
600 nm, para una de las soluciones estándares de hierro y se realiza el grafico con los valores.
Nótese que el máximo de absorción se da a una longitud de onda de 550 nm. A esta longitud de
onda se realizaron las mediciones de absorbancia para los siguientes métodos de calibración.
Tabla 1. Espectro de
Absorcion del complejo
Longitud de
onda(nm)
Absorbancia
400 0,203
410 0,062
420 0,023
430 0,062
440 0,088
450 0,112
460 0,148
470 0,189
480 0,211
490 0,267
500 0,284
Longitud de
onda(nm)
Absorbancia
510 0,29
520 0,315
530 0,32
540 0,35
550 0,382
560 0,007
570 0,003
580 0,003
590 0,003
600 0,07
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600
Absorbancia
Longitud de onda (nm)
Espectro de Absorcion del complejo
[(C12H8N2)3Fe]2+

II
b. Método del estándar externo
Mediante la hoja de cálculo EXCEL realizamos un modelo de regresión lineal para los valores
de C[Estándar](mg/L) y A(Absorbancia).
Concentración inicial de estándar de hierro: 10 mg/L
Se determina la nueva concentración para cada uno de los estándares de hierro.
𝐶𝑓 = (
𝑉𝑖
𝑉𝑓
) 𝐶𝑖
𝐶𝑓 = (
1 𝑚𝑙
50 𝑚𝑙
)(10
𝑚𝑔
𝐿
) = 0,2 𝑚𝑔/𝐿
𝐶𝑓 = (
3 𝑚𝑙
50 𝑚𝑙
)(10
𝑚𝑔
𝐿
) = 0,6 𝑚𝑔/𝐿
𝐶𝑓 = (
5 𝑚𝑙
50 𝑚𝑙
)(10
𝑚𝑔
𝐿
) = 1 𝑚𝑔/𝐿
𝐶𝑓 = (
10 𝑚𝑙
50 𝑚𝑙
)(10
𝑚𝑔
𝐿
) = 2 𝑚𝑔/𝐿
Mediante la hoja de cálculo EXCEL realizamos un modelo de regresión lineal para los valores
de C[Estándar](mg/L) y A(Absorbancia).
Tabla 1: Estándar Externo
Alícuota Volumen(ml) C(mg/L) Absorbancia
1 1 0,2 0,043
2 3 0,6 0,103
3 5 1 0,164
4 10 2 0,352
A = 0,1729[S] + 0,0012
R² = 0,9966
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Absorbancia
ppm de hierro
Curva de calibracion a 580 nm
Determinacion de Hierro

II
Si se relaciona la ecuación del gráfico con la Ley de Lambert-Beer, el valor de la absortividad
molar es:
Ley de Lambert-Beer: 𝑨 = 𝜺𝒃𝑪 ; 𝒎 = 𝜺𝒃
𝜺 =
𝑚
𝑏
=
0,1729
1
= 0,1729𝑀−1
𝑐𝑚−1
A partir de la curva de calibrado determinamos la concentración de la muestra urea que dio
una absorbancia de AM. Problema =0,056
Reemplazando en la ecuación del gráfico y despejando la concentración se obtiene
𝐴 = 0,1729 𝐶 + 0,0012
0,056 = 0,1729 𝐶 𝑀.𝑃 + 0,0012
𝐶 𝑀.𝑃 =
(0,056 − 0,0012)
0,1729
𝐶 𝑀.𝑃 = 0,3169 ± 0,0927 𝑚𝑔/𝑙
Cuestionario #1
1. Hallar la concentración de Fe en %p/p y en mg Fe/L que se encuentra en el fertilizante.
Ppm= %p/p *10000  %p/p = ppm/10000 = 0,0003169 g/ml
2. Hallar:
 Pendiente de la recta y su deviación estándar, intercepto y su desviación estándar,
coeficiente de determinación.
𝑋 𝑋2 𝑌 𝑌2 XY
1 1 0,043 0,001849 0,043
3 9 0,103 0,01060 0,309
5 25 0,164 0,02689 0,820
10 100 0,352 0,1239 3,520
Error Estándar de Estimación:
∑ 𝑌2
= 0,16325; ∑ 𝑌 = 0,662 ; ∑ 𝑋 = 3,8 ; ∑ 𝑋2
= 5,4 ;∑ 𝑋𝑌 = 0,9384 ;
m= 0,1729 ; b=0,0012 ; n=4; R^2=0,9966
𝑆 𝑦,𝑥 = √
∑ 𝑌2
−𝑏 ∑ 𝑌−𝑚 ∑ 𝑋𝑌
𝑛−2
= 0,009273

II
𝑆 𝑚 = 𝑆 𝑦,𝑥√
𝑛
𝑛 ∑ 𝑋2−(∑ 𝑋)2 = 0,00403
𝑆 𝑏 = 𝑆 𝑦√
∑ 𝑋2
𝑛 ∑ 𝑋2−(∑ 𝑋)2 = 0,00468
c. Método de adición patrón
Ya que la mayor absorción de este complejo se presenta a las 580 nm el método es factible para
realizar una captación de la señal analítica con espectroscopia UV-Vis. Sin embargo, es posible
que la señal analítica se veaafectada por efectosde matriz. La matriz puede potenciar o atenuar
la absorbancia de luz por el complejo lo cual puede conducir a resultados erróneos. Para
minimizar este efecto, aplicamos el método de adiciones estándares
Concentración final de hierro: Cf= b/m =(0,00171/0,1073) = 0,01598 mg/L
Tabla 2: Adición patrón
Alícuota
Volumen de
estándar de
hierro(ml)
Concentración de
estándar de
hierro(mg/L)
Absorbancia
- - -0,01598 0
1 0 0,000 0,067
2 5 1,000 0,185
3 10 2,000 0,283
4 15 3,000 0,392
y = 0,1073x + 0,00171
R² = 0,9993
-1.0000 0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000
Absorbancia
ppm de Hierro
Grafico 2: Adicion Patron
A vs C (estandar)

II
Se aplica el factor de dilución para encontrar la concentración inicial.
𝐶𝑖 = 𝐶𝑓(
𝑉3
𝑉2
)(
𝑉2
𝑉1
) = (0,01598)(
50
10
)(
100
10
) = 0,799 𝑚𝑔/𝐿
Error absoluto: 𝜀𝐴 = |𝐶 𝐴𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑃𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛 − 𝐶 𝐶𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜| = |0,799 − 0,3169| = 0,4821
Cuestionario #2
1. Hallar la concentración de Fe en %p/p y en mg Fe/L que se encuentra en el fertilizante.
Ppm= %p/p *10000  %p/p = ppm/10000 = 0,000799 g/ml
2. Hallar:
 Pendiente de la recta y su deviación estándar, intercepto y su desviación estándar,
coeficiente de determinación.
𝑋 𝑋2 𝑌 𝑌2 XY
0 0 0,067 0,004489 0
1 1 0,185 0,034225 0,185
2 4 0,283 0,080089 0,566
3 9 0,392 0,153664 1,176
Error Estándar de Estimación:
∑ 𝑌2
= 0,2724 ; ∑ 𝑌 = 0,927 ; ∑ 𝑋 = 6 ; ∑ 𝑋2
= 14 ;∑ 𝑋𝑌 = 1,927 ;
m= 0,0271 ; b=0,0557 ; n=4
𝑆 𝑦,𝑥 = √
∑ 𝑌2
−𝑏 ∑ 𝑌−𝑚 ∑ 𝑋𝑌
𝑛−2
= 0,003412
𝑆 𝑚 = 𝑆 𝑦,𝑥√
𝑛
𝑛 ∑ 𝑋2−(∑ 𝑋)2 = 0,002731
𝑆 𝑏 = 𝑆 𝑦√
∑ 𝑋2
𝑛 ∑ 𝑋2−(∑ 𝑋)2 = 0,002984
3. Cuál de los métodos utilizados es más exacto.
El método de adición estándar es el más exacto debido a que tiene en cuenta el efecto de matriz
que son las interacciones entre las especies que acompañan al soluto, estas especies pueden
atenuar o potenciar la señal analítica, y este método nos ayuda a realizar un barrido de ese
error.

II
4. ¿Cuándo y porque se usa el método de adición estándar y patrón externo?
El método de adición patrón se usa especialmente cuando la composición de la muestra es
desconocida o compleja y afecta a la señal del analito.
El método del patrón externo se usa cuando la matriz no atenúa ni potencia la señal
instrumental del soluto.
CONCLUSIÓN
A través de los métodos usados podemos
decir que se llegó al objetivo de cuantificar
el Fe presente en la muestra de estudio
(urea). Queda en discusión determinar cuál
de los métodos empleados es el más efectivo
puesto a que no hubo un resultado concreto
en la determinación de Fe en la muestra de
estudio. Apartir se infiere que para poder
validar el método analítico es necesario
mejor la forma en que se emplea el método,
de manera que se debe minimizar al máximo
los errores humanos para poder validar la
técnica, como posible error la preparación
de soluciones o al momento de introducir la
cubeta.
BIBLIOGRAFIA
Analisis Quimico Cuantitativo. Daniel C. Harris. 2° Ed – Capitulo Espectroscopia UV
Principios de analisis instrumental. Skoog Holler 6°Ed – Pag 11-17
http://es.slideshare.net/lexoruiz/regresin-lineal-y-correlacin

Prac #4

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Similar a Prac #4

Último

Prac #4