LABORATORIO DE MÉTODOS INSTRUMENTALES

PRÁCTICA 1:

“DETERMINACIÓN DE FÓSFORO EN BEBIDAS DE COLA POR

ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS”

EQUIPO 2

DURAN GARCIA YAMILE DEL ROCIO

DZUL CANCHE EDWIN ISRAEL

MARTIN CHE CARLOS PATRICIO

QUINTAL RIVERA CRISTIAN MARTIN

SALÓN 8

MÉRIDA, YUCATÁN, MÉXICO

24 de Enero de 2013

INDICE

UADYFACULTAD DE

QUÍMICA.

Campus de Ciencias De la

Salud

ANTECEDENTES

OBJETIVOS

METODOLOGIA

RESULTADOS

DISCUSIONES

CONLUSIONES

REFERENCIAS

Antecedentes

El estudio a nivel bioquímico de cualquier molécula requiere la utilización de

técnicas analíticas que permitan su determinación cualitativa y cuantitativa, así

como su caracterización físico-química y biológica. Uno de los métodos más

sencillos, accesibles, útiles y utilizados es la espectroscopia, en general, y la

espectroscopia ultravioleta-visible, en particular. Se puede identificar y

cuantificar biomoleculas en solución y en muestras biológicas, con el empleo

de reactivos específicos que reaccionan con el compuesto a analizar y forman

un producto coloreado que permite detectarlo en muestras complejas.1

El fundamento de 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 de moléculas.1

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, a un estado de mayor energía (estado excitado) figura#1 y sólo

se absorberá la energía que permita el salto al estado excitado.1

Cada molécula tiene una seria de estados excitados (o bandas) que la

distingue del resto de las moléculas. Como consecuencia, la absorción que a

Figura#1. La absorción de energía hace que la molécula pase de estado basal a estado excitado

distintas longitudes de onda presenta una molécula esto es su espectro de

absorción, constituye una señal de identidad de la misma. Por último, la

molécula en forma excitada libera la energía absorbida hasta el estado

energético fundamental.

La ley de Lambert-beer expresa la relación entre absorbancia de la luz

monocromática (de longitud de onda fija) y concentración de un cromóforo en

solución: 1

A=εbc

La absorbancia de una solución es directamente proporcional a su

concentración a mayor número de moléculas mayor interacción de la luz con

ellas, también depende de la distancia que recorre la luz por la solución a igual

concentración.1

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 la figura#2 de:1

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 compartimiento 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.1

A= absorbancia ε= coeficiente de extinción molar c= concentración

Figura#2 partes de un espectrofotómetro

Objetivos

Conocer las partes que conforman un espectrofotómetro de UV-VIS y la

funcionalidad del equipo.

Realizar una curva de calibración para cuantificar la concentración de

fosforo en una muestra obtenida en bebidas de cola mediante la técnica

de UV-VIS.

Metodología

Se preparó 100 ml de la solución stock de P2O5 a 100 ppm a partir de KH2PO4

se pesó 0.0192 g y se aforo hasta 50 ml en un matraz de aforo, después se

preparó una solución de 25 ml a 4 ppm de la solución anterior. Seguidamente

se procedió a preparar la solución reductora a partir de pesar 0.159 g de

molibdato de amonio y disolviéndolo en 5 ml de agua destilada, se pesó 0.2190

g de ácido ascórbico que se disolvió en 10 ml de agua destilada y se preparó

una disolución de H2SO4 concentrado en 15 ml de agua destilada, luego se

mezclaron las tres mezclas en el orden de preparación y luego aforar a 50 ml.

Se preparó una curva de titulación con alícuotas tomadas de la solución de

trabajo de 4 ppm en 1, 2, 3, 4 y 5 ml, las cuales se le agregaron 4 ml de la

solución reductora y se aforaron hasta 10 ml con agua destilada.

Teniendo la muestra, Coca Cola, se tomó 10 ml de esta, los cuales fueron

desgasificados utilizando un baño de ultrasonido, de la muestra ya

desgasificada se tomó una alícuota de 1 ml y se le agrego 4 ml de la solución

reductora y se le aforo hasta 10 ml con agua destilada, la preparación de la

muestra se realizó por duplicado, a la par se preparó un blanco.

Las soluciones preparadas fueron calentadas a baño maría a 50° C durante 30

minutos, ya cumplido con el tiempo de calentamiento se retiraron del baño para

dejarlas enfriar. Las soluciones de trabajo junto con el blanco que en total

resultaron 9 fueron depositadas en celdas de plástico para su análisis. Las

muestras ya dispuestas en la celdas ya analizaron en el espectrofotómetro

Genesys 10S UV-Vis Spectrophotometer-ThermoScientific. Se realizó un

barrido entre el intervalo de 700 a 850 nm para determinar la longitud de onda

máxima en esa región se deseaba cuantificar la concentración de fosforo en la

muestra.

RESULTADOS-DISCUSIONES

1. Para la preparación de la solución stock de 100 mL con una

concentración de 100 ppm, se preparó a partir del KH2PO4, ya que el

P2O5 no existe en la naturaleza; para lo cual se hicieron los siguientes

cálculos a partir del KH2PO4:

100 ppm = 100 mg = 0.1 mg/mL

1000 mL

(0mg/mL)(100mL)(1g/1000 mL) = 0.01g de P2O5

0.01g de P2O5 X 1 mol de P2O5 X 4 mol KH2PO4 X 136.08g de KH2PO4 =

141.9446g de P2O5 2 mol de P2O5 1 mol KH2PO4

= 0.0191 g KH2PO4

Al realizar la pesada de 0.0191 g de KH2PO4 la cantidad varió por

diezmilésimas, nuestro valor real del peso fue de: 0.0192 g de KH2PO4

0.0191g de KH2PO4 0.01g de P2O5

0.0192g de KH2PO4 X

X = 0.01005 g de P2O5

Al variar la cantidad del peso, también la concentración se ve afectada,

por lo tanto nuestra nueva concentración fue la siguiente:

1 g ---------------- 1000 mg

0.01005 g ----------- X X = 10.05 mg de P2O5

ppm = 10.05 mg = 100.5 ppm

0.1 L

2. Para la preparación de una solución de trabajo de 25 mL con una

concentración de 4 ppm, se tomó 1 mL de la solución stock; debido al aumento

de la concentración de la solución stock, también se ven afectadas las

concentraciones de las siguientes alícuotas:

(100.5 ppm)(1 mL) = (25 mL)(ppm2)

ppm2 = (100.5 ppm)(1 mL) / 25 mL

ppm2 = 4.02 ppm

Concentraciones de las alícuotas:

(1 mL)(4.02 ppm) = (10 mL)(ppm)

ppm = (1 mL)(4.02 ppm) / 10 mL

ppm = 0.402 ppm Alícuota de 1 mL

ppm = (2 mL)(4.02 ppm) / 10 mL

ppm = 0.804 ppm Alícuota de 2 mL

ppm = (3 mL)(4.02 ppm) / 10 mL

ppm = 1.206 ppm Alícuota de 3 mL

ppm = (4 mL)(4.04 ppm) / 10 mL

ppm = 1.608 ppm Alícuota de 4 mL

ppm = (5 mL)(4.02 ppm) /10 mL

ppm = 2.01 ppm Alícuota de 5 mL

Valores obtenidos en el espectrofotómetro:

Tabla 1. Valores de la curva de calibración

Solución de 10 mL

Alícuotas mL

Concentración de P2O5

(ppm)

Absorbancia

835 nm

1 0.402 0.099

2 0.804 0.280

3 1.206 0.467

4 1.608 0.649

5 2.010 0.767

CARACTERISTICAS DE LA CURVA DE CALIBRACION DADAS POR EL

EQUIPO

AJUSTE DE CURVA LINEAL

Pendiente: 0.424 Desviación estándar: 2.41x10-02

Intercepto: - 0.0591 Coeficiente de correlación: 9.97x10-01

Tabla 2. Absorbancia y concentración de la muestra

Muestra Absorbancia a 835 nm Concentración (ppm)

1 0.232 0.686

2 0.367 1.005

Niveles de fósforo presentes en las muestras de cola a partir de las

concentraciones en ppm de P2O5 utilizando el factor gravimétrico:

ppm P2 = (X ppm de P2O5) (50) (10) (62 g de P2 / 142 de P2O5)

Muestra 1

ppm P2 = (0.686 ppm) (50) (10) (0.4366)

ppm P2 = 149.75 mg/L

Muestra 2

ppm de P2 = (1.005 ppm) (50) (10) (0.4366)

ppm de P2 = 219.39 mg/L

Para determinar la presencia de fosforo en la bebida de cola se realiza con un

método llamado azul de molibdeno. Para ello el fosforo pasa de un estado

inorgánico a un complejo fosfómolibdato. Durante la determinación no se

determina el fosforo directamente ya que no es posible, el complejo formado es

el que se cuantifica y basándose en la absorbancia del complejo fosfomolibdato

debe ser proporcional a la cantidad de fosforo presente en la bebida.3

Los resultados obtenidos se puede observar un incremento exponencial de la

absorbancia conforme aumenta la concentración ya que según la ley de

Bouguer-Beer la absorbancia es directamente proporcional a la concentración

de la muestra.2

Ley de Bouguer-Beer2

A=ƐbC donde: A=absorbancia

Ɛ=coeficiente de extinción molar

b b= densidad óptica

C=concentración

El contenido de fosforo en la muestra en la segunda muestra fue de 219 ppm,

de acuerdo a la literatura el contenido de fosforo en Coca – Cola es de 215

ppm. La diferencia se puede deber a longitud de onda utilizada ya que en el

laboratorio se usó una longitud de onda de 835 nm y en la literatura se usa una

longitud de 830 nm, estos pudo influir en la variación de resultados, de igual

forma se pudo cometer errores durante la medición de la muestra o al momento

de aforar. Otra posible interferencia pudo ser la solución reductora, en la

literatura nos menciona que la solución reductora se tiene que almacenar por lo

menos una semana antes de usarla. 4

Conclusión:

Se logró el objetivo de conocer las partes del espectrofotómetro de UV-Vis y de

igual se logró realizar un curva de calibración de UV-Vis para la determinación

de fosforo en la bebida de cola. Se llegó a la conclusión de que la cantidad de

fosforo en el refresco de cola no presenta peligro para el cuerpo ya que no se

encuentra en grandes cantidades.

Referencias

1) Díaz N, A., Ruiz A, B., Reyes E, F., Cejudo A, G., Novo J, J., Fiñana I, T,

espectrofotometría: espectros de absorción y cuantificación colorimétrica

de biomoleculas. Departamento de bioquímica y biología molecular,

campus universitario de rabanales, facultad de medicina.

2) A. L. Underwood. R. A. Day, Jr. Química Analítica y Cuantitativa.

Espectrofotometría, editorial Pearson Educación. 5ta edición. Pp 469-

473.

3) http://www.linear.es/ficheros/archivos/1148010C.pdf (revisado enero

2013)

4) Cavazos, N.; Zárate, L.; Torres, E.; Determinación de fósforo y cafeína

en bebidas de cola. Educación Química. 2001, 12, 2. Pp. 116-120