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Fundamentos Fisicoquímicos de las Técnicas Instrumentales. Curso 2010-11

Tema 4. Espectroscopía Molecular (II)

TEMA 4. ESPECTROSCOPÍA MOLECULAR (II): espectroscopía UV-Visible

1.- Dos sustancias de importancia biológica, el NAD+ y el NADH, tienen coeficientes de

absorción molar iguales de 1.8 104 dm3 mol-1 cm-1, a 260 nm (la longitud de onda a la

cual los coeficientes de absorción son iguales se conoce como punto isosbéstico). A340 nm, el NAD+ no absorbe, pero el NADH tiene un coeficiente de absorción molar de

6.22 103 dm3 mol-1 cm-1. Una disolución que contiene ambas sustancias presenta una

absorbancia de 0.215 a 340 nm y de 0.850 a 260 nm. Calcule la concentración de cada

sustancia.

R.: NADH 3.46 10-5 mol/L; NAD+ 1.26 10-5 mol/L.

2.- Se obtuvieron los siguientes datos de transmitancia para disoluciones acuosas deoxihemoglobina (66500 g/mol) a pH=7 en una cubeta de 1 cm de paso de luz:

C/(g/100 mL) 0.030 0.050 0,071 0.102

% T 53.5 35.1 22.5 12.3

Comprobar si se cumple la ley de Beer y, en su caso, determinar el coeficiente deabsorción molar de la oxihemoglobina y la transmitancia de una disolución deconcentración 0,15 g/L.R.: 59019 M-1 cm-1; 73.6 %.

3.- Se ioniza un ácido HA en disolución acuosa dando iones H+ y A-. A una longitud de

onda de 430 nm HA no absorbe luz, pero A- presenta un coeficiente de absorción molar

de 458 dm3 cm-1 mol-1. Se observa que una disolución del ácido a concentración 0.1 M

tiene una transmitancia de 1.47% a 430 nm con una trayectoria lumínica de 1 cm y

temperatura de 25 °C. Calcule la constante de disociación del ácido HA a 25 °C y Gº

para el proceso de disociación.

R.: 1.668 10-4; 21.6 kJ mol-1

4.- Dos especies no coloreadas A y B reaccionan para formar un complejo coloreado AB

que absorbe a 550 nm con un coeficiente de absorción molar de 450 L mol -1cm-1. La

constante de disociación para este complejo es 4 10 -3 ¿Cuál sería el valor de la

absorbancia de una disolución que se prepara mezclando volúmenes iguales de

disoluciones 0.01 M de A y B?

R.: 0.945

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5.- Determínese la Kd de un ácido débil HB a partir de los datos siguientes obtenidos al

disolver 0.3251 g de dicho ácido en 250 mL de agua y diluyendo muestra de 1 mL hasta

100 mL con disolución tampón.

pH 4 5 6 7 8 9 10 11

A 0.0 0.0 0.11 0.61 1.14 1.24 1.25 1.25

Determínese también su coeficiente de absortividad molar sabiendo que las medidas

se hicieron en celdas de 1 cm. La masa molecular es 160 g/mol.

R.: a) 9.52 10-8 M; b) 15380 L mol-1cm-1

6.- Una disolución es analizada para determinar su contenido en Ga3+, para lo que se

añade un reactivo orgánico que forma un complejo fuertemente coloreado con el Ga3+,

a 50 mL de la disolución. La absorbancia medida fue de 0.656. Posteriormente se

añadieron sucesivamente 5 alícuotas de 10 mL de una disolución estándar 10-4 M en

Ga3+ y se midieron sus absorbancias, siendo éstas las indicadas en la tabla. Determinar

la concentración de Ga3+ en la disolución problema.

V añadido /mL 10 20 30 40 50

Absorbancias 0.591 0.544 0.509 0.481 0.459

R.: 2.5 10-4

7.- Se pipetean varias alícuotas de 10 mL de una muestra de un agua mineral en

matraces aforados en 50 mL. A cada uno se adicionan exactamente 0.00, 5.00, 10.0,

15.0 y 20.0 mL de una disolución patrón que contiene 11.1 ppm de Fe 3+ seguido de un

exceso de ion tiocianato para dar el complejo rojo Fe(SCN)2+ y se enrasan hasta 50 mL.

Las señales del fotómetro para las cinco disoluciones fueron: 0.240, 0.437, 0.621, 0.809

y 1.009, respectivamente. ¿Qué concentración de Fe3+

hay en la muestra de agua?.

R.: 7.01 ppm

8.- Para valorar unos inyectables de aspirina, se tomaron 2 mL de uno de ellos y se

diluyeron a 100 mL con etanol. La absorbancia a la máxima de absorción fue 0.350.La disolución patrón se preparó triturando 2.618 mg de una tableta de aspirina al 20 %y disolviéndolos en 100 mL con etanol. La absorbancia de esta disolución resultó ser de0.543. Calcular la concentración de ácido acetil salicílico en el inyectable, suponiendo

que en estas condiciones se cumple la ley de Beer y que b = 1 cm.R.: 0.16 g/L.

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9.- Una serie de disoluciones de cafeína C8H10O2N4.H2O ( M : 212.1 g/mol) en medioácido, dan las siguientes medidas de absorbancia a 272 nm en cubeta de 1 cm de pasoóptico:

C ( mg/ 100mL) 0.200 0.500 0.600 0.900 1.00 1.20 1.50 2.00

A 272nm 0.100 0.250 0.310 0.465 0.510 0.625 0.760 1.05Una muestra de 2.50 g de un café soluble comercial de determinada marca, se disolvióen 500 mL de agua. Una parte alícuota de 25 mL se transfirió a un matraz que contenía25 mL de ácido sulfúrico 0.1 M, se sometió a un proceso de clarificación yposteriormente se enrasó hasta un volumen de 500 mL. Una parte de esta disoluciónmostró una absorbancia de 0.415 a 272 nm. a) Determinar la absortividad molar de lacafeína en estas condiciones. b) Determinar la cantidad de cafeína presente en el cafésoluble, expresada en gramos de cafeína por cada kg de producto. .c) Si para una tazade café se utilizan 2 gramos de café soluble, determinar la cantidad de cafeína quecontiene, expresada en mg.

R.: a)1.10 104 L mol-1 cm-1 b) 32 g c) 64 mg

10.- Para determinar la concentración de un derivado de eritromicina en un inyectablese procedió de la siguiente manera; a cinco porciones de la muestra de 25 mL cada unade ellas, se les añadió distintas cantidades del compuesto puro en estado sólido,midiéndose a continuación las absorbancias de cada disolución. Las lecturas, realizadasa 233 nm fueron:

Absorbancia 0.224 0.314 0.405 0.476 0.614

mg añadidos 0 1.1 2.0 2.9 4.2

Calcular la concentración del compuesto en el inyectable.R.: 0.09 g/L

11.- El fósforo en orina puede ser determinado por tratamiento con molibdeno yreduciendo a continuación el complejo fosfomolíbdico con ácido aminonaftolsulfónicopara dar el azul de molibdeno. Este absorbe a 660 nm. Un paciente excretó 1270 mL deorina en 24 horas. Una alícuota de 1 mL de orina fue tratada con reactivo de molibdatoy ácido aminonaftolsulfónico y diluida a un volumen de 50 mL. Una serie de estándares

de fósforo fueron tratados de la misma forma, y las absorbancias de las disoluciones a660 nm, fueron las siguientes:

Conc.de fósforo (ppm) 1 2 3 4 Muestra de orinaAbsorbancia 0.205 0.425 0.610 0.830 0.625

Calcular el número de gramos de fósforo excretados por día y su concentración en lamuestra en mmoles/L. Peso atómico del fósforo 31 g/mol.R.: 0.194 g; 4.92 mmoles/L.

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12.- Un preparado farmacéutico contiene dos principios activos ( A y B ) y un excipienteinerte. Los dos principios activos absorben en radiación visible, mientras que elexcipiente sólo absorbe radiación UV. Se disuelven 0.7 g del preparado en 250 mL dedisolución etanólica ácida. De esta disolución se toman 3 mL y se diluyen hasta 500 mLcon el mismo disolvente. A una alícuota de 1 mL de esta última disolución se le miden

las absorbancias a 450 nm (A=0.233) y 580 nm (A=0.166).Sabiendo que una disolución de 1 mg de A en 250 mL de la disolución etanólica

ácida absorbe 0.860 a 450 nm y 0.068 a 580 nm, y que una disolución de 1 mg de B en250 mL del mismo disolvente absorbe 0.028 a 450 nm y 0.156 a 580 nm, calcule elnúmero de gramos de A y de B por cada 10 g del preparado original. Se han utilizadocubetas con 1 cm de paso luminoso.R.: 0.57 de A; 2.3 g de B

13.- Con objeto de determinar las concentraciones de Co(II) y Cr(III) en una mezcla, serealizaron medidas de absorbancias de disoluciones estándares de ambos compuestos

a 510 nm y 408 nm, obteniéndose los siguientes resultados:

Cr(III)/mol l-1 0.01 0.04 0.06 0.08 0.1A510 0.049 0.180 0.300 0.420 0.510A408 0.151 0.603 0.910 1.196 1.500

Co(II)/mol-1 0.02 0.04 0.07 0.09 0.11A510 0.099 0.199 0.352 0.455 0.553A408 0.010 0.021 0.036 0.046 0.057

Calcúlese la concentración de Cr(III) y Co(II) en la mezcla, sabiendo que una alícuota de3 mL de la muestra, diluida a 10 mL con agua dio lugar a las siguientes absorbancias:0.535 (a 510 nm) y 1.07 (a 408 nm).R.: 0.23 M, 0.12 M

14.- Para analizar una muestra débilmente ácida, se realizó la siguiente curva decalibración con disoluciones patrones de dicha sustancia a pH = 8 y una longitud deonda de 400 nm

Cx103 (g/l) 1 2 3 4 5 6

A 0.050 0.095 0.150 0.205 0.250 0.301

0.664 g de la muestra se diluyeron hasta 1 litro con agua y se tomaron de estadisolución porciones de 1 mL diluyéndolas hasta 100 mL con disoluciones tampón dedistintos pH; dichas disoluciones dieron a 400 nm los siguientes valores deabsorbancias:

pH 1 2 3 4 5 6 7 8A 0.016 0.016 0.028 0.099 0.224 0.261 0.266 0.266

Suponiendo que la forma ácida no absorbe, y la cubeta usada es de 1 cm, calcular:(a) Absortividad específica de la sustancia. R: 50.7 l g-1cm-1

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(b) Porcentaje de pureza de la muestra. R: 74.2%.(c) La constante de acidez de la sustancia. R: 5x10-5

15.- La forma reducida del dinucleótido de adenina y nicotinamida (NADH) es unaimportante coenzima y altamente fluorescente. Tiene un máximo de absorción a 340

nm y un máximo de emisión a 465 nm. Unas disoluciones patrón de NADH dieron lassiguientes intensidades de fluorescencia:

[NADH]/ mol L-1 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

Intensidad 2.24 4.74 6.59 8.98 10.93 14.01 15.49 18.02

Una disolución problema presenta una fluorescencia de 12.16. Calcular la

concentración de NADH.

R.: 0.541 mol / L

16.- Los siguientes volúmenes de una disolución que contenía 1.10 ppm de Zn2+ se

pipetearon en embudos de decantación que contenían, cada uno, 5.0 mL de una

disolución de Zn2+ desconocida: 0.0; 5.0; 10.0 y 15.0 mL. Cada uno de ellos fueron

extraídos con tres alícuotas de 5 mL de CCl4 que contenía un exceso de

8-hidroxiquinolina. Los extractos se diluyeron a 25.0 mL y se midió su fluorescencia con

un fluorímetro. Los resultados fueron:

Volumen de Zn2+

/mL 0.0 5.0 10.0 15.0

Lectura del fluorímetro 6.08 11.24 15.47 20.84

Calcular la concentración de Zn2+ en la muestra.

R.: 1.39 ppm

17.- Se propone un método para determinar la concentración de quinina en una

bebida comercial por fluorimetría. La longitud de onda de excitación es de 350 nm y lalongitud de onda de medida de 450 nm. A partir de una disolución A de quinina de 0.1

mg/L se hacen una serie de cinco disoluciones patrón para establecer una curva de

calibrado:

Disolución Volumen de A/mL H2SO4 (0.05 M) Fluorescencia

Patrón 1 20 0 182.0

Patrón 2 16 4 138.8

Patrón 3 12 8 109.2

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Patrón 4 8 12 75.8

Patrón 5 4 16 39.5

Blanco analítico 0 20 0.0

A continuación se toma 0.1 mL de la bebida a determinar y se diluye a 100 mL con

H2SO4 0.05 M. La señal obtenida para esta disolución es 113. Calcular la concentración

de quinina, expresada en ppm .

R.: 62.5 ppm.

18.- El oxígeno molecular es un eficaz amortiguador de fluorescencia. La intensidad de

fluorescencia de una disolución acuosa de un fluoróforo es de 825 antes de

desoxigenar y 1026 una vez desoxigenada. Calcular la constante de amortiguación

sabiendo que la solubilidad del oxígeno en agua es 1.275 10 -3 M. El tiempo de vida del

fluoróforo es de 4.3 ns.

El oxígeno es cinco veces más soluble en etanol que en agua. ¿En que

porcentaje se reduciría la fluorescencia de este fluoróforo en etanol? Suponga que los

valores de la constante de amortiguación y el tiempo de vida del fluoróforo en etanol

son los mismos que en agua.

R.: 4.4 1010

M-1

s-1

; 55%

19.-En la siguiente tabla se recogen los datos de la intensidad de fluorescencia de un

fluoróforo F en presencia de un amortiguador Q a 20 y 40 °C.

103 Q/M 0 1 2 4 8 10

I (20ºC) 1826 1815 1803 1782 1738 1719

I (40ºC) 1796 1788 1780 1762 1732 1716

Calcule las constantes de amortiguación a dichas temperaturas.

R.: 6.26 M-1 y 4.66 M-1.

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PROBLEMAS AVANZADOS

A.1.- El quelato CuA22- presenta un máximo de absorción a 480 nm. Cuando el reactivo

quelante está presente en un exceso de al menos 10 veces el ion metálico, la

absorbancia depende solo de la concentración analítica del Cu(II) y se cumple la ley de

Beer en un amplio intervalo de concentraciones. Una disolución en la que la

concentración analítica de Cu2+ es de 2.30 10-4 M y la de A2- es 8.60 10-3 M tiene una

absorbancia de 0.690 cuando se mide en una cubeta de 1 cm a 480 nm. Una disolución

en la que las concentraciones analíticas de Cu2+ y A2- son 2.30 10-4 M y 5.00 10-4 M,

respectivamente, tiene una absorbancia de 0.540 cuando se mide en las mismas

condiciones. Utilizando esta información, calcular la constante de formación del

proceso: Cu2+ + 2A2- CuA22-

R.: 1.8 108

A.2.- Dada la siguiente tabla, calcular los datos que faltan sabiendo que 300 nm es unpunto isosbéstico y el compuesto A no absorbe a 400 nm.

Disoluciones 1 2 3

[A] -- 2.5 10-4 M --

[B] 2 10-4 M 7.4 10-5 M --

A300 0.937 0.481 0.820

A400 0.814 -- 0.550

A.3.- De una disolución 8 10-5 M de una base débil, se tomaron tres porciones de 25

mL, a las cuales se le agregaron 10 mL de NaOH 1 M, 10 mL de HCl 1 M y 20 mL de una

disolución tampón de pH = 8, respectivamente. Una vez enrasadas a 50 mL, se midió la

absorbancia a 680 nm, con los siguientes resultados:

Disolución Absorbancia

Ácido fuerte 0.028

Base fuerte 0.596

pH = 8 0.396

Calcular: a) La constante de ionización de la base; b) El pH de una disolución de la base

cuya absorbancia a 680 nm es de 0.420 en las mismas condiciones.

R.: a) 5.44 10-7; b) 8.08

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A.4.- El antineoplásico mercaptopurina (M= 152.19 g/mol) presenta carácter ácido-

base en disolución acuosa. La absorbancia de una disolución de concentración 5 g/mL

a 323 nm, en cubeta de paso óptico de 1 cm, es de 0.550 en medio HCl 0.1 M, de 0.020

en medio 0.1 M de Na OH y de 0.196 en disolución tampón de pH = 8. Determinar: a)

los coeficientes de extinción molar de ambas especies b) el pK a del fármaco c) laabsorbancia de la disolución a pH = 6.5.

R.: a) 16768 M-1cm-1 610 M-1cm-1; b) 7.70; c) 0.540

A.5.- En una síntesis orgánica de un determinado principio activo se detectó la

presencia de un ácido débil monoprótico de M = 200 g/mol. Para el estudio

espectrofotométrico en cubetas de 1 cm de longitud, se disolvieron 10 mg de ácido en

100 mL de HCl (pH=1). Sus absorbancias a 515 y 590 nm resultaron ser 0.50 y 0.10respectivamente. A continuación se disolvieron 20 mg del mismo ácido en 50 mL de

una disolución de NaOH (pH = 13), y sus absorbancias a las mismas longitudes de onda

fueron 0.30 y 1.60 respectivamente. Por otro lado se tomaron 16 mg del ácido y se

disolvieron en 100 mL de una disolución tampón de pH = 5.53, mostrando esta

disolución absorbancias de 0.60 y 0.30 a 515 y 590 nm respectivamente. Calcular: a)

Las concentraciones de las formas ácidas y su base conjugada en la última disolución.

b) La constante de disociación del ácido.

R.: a) 0.565 mM; b) 1.22 10-6

A.6.- 397.4 mg de una sustancia que contiene un 63% de una amina y un 37% de otro

compuesto X, que no posee carácter ácido ni básico, se disuelven en 100 mL de agua.

Con esta disolución se preparan otras ocho, diluyendo alícuotas de 10 mL a 50 mL en

disoluciones tampón de diversos pH. Dichas mezclas dieron los siguientes valores de

absorbancia a 590 nm al medirse en cubetas de 1 cm:

pH 3 4 5 6 7 8 9 10

A 0.231 0.231 0.277 0.534 1.157 1.405 1.450 1.450

Si la forma protonada de la amina es incolora, calcular: a) La constante K b de la amina;

b) Las absortividades específicas para la amina y el compuesto X.

R.: a) 3.16 10-8; b) 2.43 L g-1 cm-1; 0.786 L g-1 cm-1

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