Análisis espectrofotométrico simultáneo de dos componentes de una mezcla

QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL.

MÉTODOS ÓPTICOS DE ANÁLISIS.

TP 6: Análisis espectrofotométrico simultáneo de dos componentes de una mezcla.

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Cuando se prepara una solución de dos sustancias coloreadas, la presencia del segundo componente generalmente producirá un cambio en las propiedades de absorción de luz de la primera sustancia. En estas condiciones, la absorbancia de los componentes no es aditiva debido a la mutua interacción y un experimento como el presente no podría hacerse de una manera simple y directa.

Sin embargo, hay muchas circunstancias en que los componentes no reaccionan o interactúan entre sí y no afectan ninguna de las propiedades de absorción del otro. La absorción de luz de estos componentes es aditiva. Es decir, la absorbancia total de la solución es justamente la suma de las absorbancias individuales que tendrían ambas sustancias si estuvieran en soluciones separadas, con la misma concentración que en la solución mezcla y medidas bajo las mismas condiciones. Cuando esto es cierto para los componentes de una solución, existe la posibilidad de realizar un análisis espectrofotométrico simultáneo para ambos componentes.

Para evitar la aparición de posibles interacciones no deseables, como primera medida es necesario investigar, en forma separada, la naturaleza del espectro de absorción de cada una de las sustancias que van a ser analizadas y el espectro de la solución mezcla constituida por las mismas sustancias.

En este trabajo práctico, se llevará a cabo el análisis del sistema Co(II)-Cr(III). En primer lugar se demostrará que las absorbancias son aditivas y en segundo lugar se determinará la concentración de Co(II) y Cr(III) en una solución mezcla de ambos.

Elección de la longitud de onda de trabajo, verificación de la relación de aditividad de las absorbancias y determinación de la concentración en el caso de dos componentes

Si del análisis de los espectros de cada uno de los componentes, encontráramos que hay una longitud de onda casi no absorbida por el cobalto pero fuertemente absorbida por el cromo y alguna otra en los que ocurriera lo contrario, entonces estas dos longitudes de onda pueden ser usadas separadamente para analizar cada uno de los componentes de la mezcla, de la misma manera en que se hace el análisis de cada uno de ellos por separado, o sea como si el otro componente no existiera.

Sin embargo, como se observa en la figura de los espectros de cobalto y cromo, este no es el caso. Debemos elegir una longitud de onda (λ1) donde el Co(II) tenga un máximo y al mismo tiempo, la absorbancia sea un mínimo para el Cr(III). La longitud de onda λ2 corresponderá a un máximo del Cr(III) y un mínimo para el Co(II).

Figura 8. Absorbancia en función de la longitud de onda de tres soluciones: Cr(NO3)3 0,010 M (círculos azules), Co(NO3)2 0,100 M (cuadrados rojos) y una mezcla 0,010 M en Cr(NO3)3 y 0.10 M en Co(NO3)2 (triángulos verdes). La curva representada por la línea discontinua corresponde a la suma algebraica de los valores de absorbancia de las soluciones de cromo y cobalto.

El análisis se hace como sigue:

- Si cada componente j cumple con la ley de Lambert-Beer, entonces, para una longitud de onda determinada:

- Utilizando la misma cubeta para cada muestra a analizar, el factor b será el mismo, entonces combinando ελij y b, como una constante de extinción kλij queda:

En esta ecuación, kλij es la constante de proporcionalidad que relaciona la absorbancia Aλij y la concentración Cj, para una sustancia j, a una determinada longitud de onda λi. Si preparamos una serie de soluciones de la sustancia j, de distinta concentración, medimos su absorbancia y graficamos estas lecturas en función de la concentración, obtendremos una recta de pendiente kλij.

- Para una solución que contiene n componentes que absorben la luz, cuyas absorbancias son aditivas, la absorbancia total de la solución a una determinada longitud de onda λi, debe ser representada como la sumatoria de las absorbancias individuales:

donde Aλi es la absorbancia a la longitud de onda λi, Cj es la concentración molar de j y kλij = ελijb (ελij es la absortividad molar y b el camino óptico). El subíndice j se refiere al componente, el subíndice i se refiere a la longitud de onda usada.

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