P4 MAQ FMESPECTRO

8/12/2019 P4 MAQ FMESPECTRO

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLGICAS

ING. BIOQUMICA

LABORATORIO DE MTODOS DE ANLISIS

GRUPO: 4IM1

SECCIN 1

PROFESORA: FRANCISCO FERNNDEZ LPEZ

PRCTICA # 4

ESTUDIO DE ALGUNOS FACTORES QUE AFECTAN EL ESTABLECIM IENTO

DE UN MTODO ESPECTROFOTOMTRICO

Alumno: Luna Callejas Benjamn

Fecha de Entrega: 18/Marzo/2014


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ESTUDIO DE ALGUNOS FACOTRES QUE AFECTAN EL ESTABLECIMIENTO DE UN

MTODO ESPECTROFOTOMTRICO

OBJETIVO

Seleccionar tubos comunes de laboratorio para ser usados como cubetas para el espectrofotmetro. Manejar algunos de los parmetros que intervienen en el establecimiento de un mtodo

espectrofotomtrico. Establecer las condiciones ptimas de los parmetros probados para la aplicacin del mtodo.

INTRODUCCION

De acuerdo con el Skoog, el espectrmetro es un instrumento espectroscpico que utiliza un

monocromador o un policromador en combinacin con un transductor para convertir las intensidades deradiacin en seales elctricas. Los espectrofotmetros son espectrmetros que permiten medir la

relacin entre la energa radiante de dos rayos, lo cual es necesario para medir la absorbancia.

Para considerar a un mtodo espectrofotomtrico como cuantitativo primero debe de cumplir ciertas

reglas como:

El mtodo seleccionado deber ser especfico para cuantificar un analito de nuestro inters. Que el mtodo est libre de todas las interferencias posibles al momento de hacer la

determinacin o en su defecto tratar de controlar lo ms posible estas interferencias.

Debe de tener alta precisin y alta exactitud. El mtodo debe tener una alta sensibilidad y adems el lmite de deteccin debe de corresponder

a una concentracin baja.

Experimentalmente para el establecimiento de un mtodo espectrofotomtrico, despus de optimizar las

condiciones qumicas del sistema (pH, temperatura, control de interferentes, concentracin adecuada dereactivos, solvente apropiado, proteccin a la luz para evitar reacciones fotoqumicas, etc.) que

garanticen que se tiene la especie de inters en condiciones adecuadas para la medida.

RESULTADOS

Seleccin de tubos

TUBO No. %T400(NISO4)

1 18.62 18.63 18.6

4 18.55 16.76 18.67 18.68 18.59 18.610 18.7

Tabla 1. Seleccin de tubos comunes para usarlos como

celdas.


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Como se puede notar los 10 tubos que fueron elegidos para utilizarlos como celdas tuvieron menos

variacin en el %T con NiSO4 a 400 nm y cabe aclarar que se seleccionaron en base al dimetro internodel tubo, tamao y forma buscando aquellos que fueran lo ms similares posibles.

Expl ique que son las superf ici es pticas equivalentes y el dimetro interno equivalente.

o Superficie ptica equivalente.- Las superficies pticas equivalentes de un conjunto decubetas son aquellas que estn libres de imperfecciones, poseen una superficie

homognea, paredes de igual grosor, desvan la luz y producen efectos pticos idnticos osimilares, por lo que es sumamente importante el material del cual estn construidas.

o El dimetro interno equivalente se refiere a que la luz atraviese la misma distancia entodas las celdas, es decir, que el paso de luz sea el mismo en todos los tubos.

Curva de calibracin

Las concentraciones del in Fe3+

se calcularon para cada tubo a partir de los escalamientos siguientes:

| | | | Entonces ejemplificando para el tubo 2:

= 0.698 pero el volumen total fue de 10 mL por lo que:

0.0698

=0.07

TUBO [Fe3+] A480 A ajustada por regresin lineal

1 0.000 0.000 0.0112

2 0.070 0.016 0.0240

3 0.175 0.025 0.04014 0.350 0.051 0.0670

5 0.700 0.113 0.1207

6 1.050 0.152 0.17447 2.450 0.419 0.3891

8 3.850 0.634 0.6039

9 5.250 0.847 0.818710 6.650 1.075 1.0334

11 8.050 1.226 1.2482

12 9.450 1.446 1.4629

13 10.850 1.655 1.6777

Tabla 2. Curva de calibracin de Fe3+ por el mtodo del N4SCN.


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a)Sigue esta reaccin la ley de Bouger y Beer? Expl ique.En base al coeficiente de correlacin de la curva de calibracin de valor 0.9984 cuyo valor esmuy prximo a uno, se entiende que la mayora de los puntos que conforman nuestra curva decalibracin siguen una tendencia lineal, que se observa ms claramente de manera grfica para

los puntos entre 2 a 8 g/mL, con ello se comprueba que existe una relacin directamente

proporcional entre la absorbancia y la concentracin del in frrico, mientras mayor sea laconcentracin del in frrico mayor ser la absorbancia, por tanto se observa que nuestra curva

de calibracin s cumple con la ley de Bouger y Beer.

b) Comente acerca de la sensibi l idad del mtodo, el intervalo de concentr acin y escala delectur a til del aparato.

La pendiente de la recta determina el valor de la sensibilidad del mtodo, en este caso se tieneuna pendiente con un valor de 0.1537, es decir, se produce un cambio de absorbancia de 0.1537por cada incremento de concentracin de analito de una unidad (1 g/mL). Acerca del intervalo

de concentracin, como mencion anteriormente se observa ms claramente de manera grfica

para los puntos entre 2 a 8 g/mL de in frrico, que corresponde al intervalo donde mejor seobedece la ley de Bouger y Beer; la escala til de absorbancia en base al intervalo de

concentracin se encuentra alrededor de 0.4 a 1.0.

Grfica 1. Curva de calibracin de Fe3+ por el mtodo del N4SCN.

y = 0.1537x + 0.0112

R = 0.9984

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000

ABSORBANCIAa480nm

CONCENTRACIN DE CLORURO FRRICO [g/mL]

CURVA DE CALIBRACIN


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c) Determi na el lmi te de deteccin del mtodo.

y = a + bx

y= Entonces a==0.0112 y b=0.1537Para calcular el valor de se us la frmula:

(yi-i)= -0.0011 y =0.00000121 = = 3.479x4

Como y= = 0.0112 + (3)( 3.479x4)y=0.01224 ste valor representa la medida de absorbancia que produce la concentracin mnimadetectable por lo que al sustituir en y = a + bx se obtiene:

0.01224 =0.0112 + (0.1537)X

X=LDD=4 =0.006766tambin LDD= 4

Pendiente 0.1537

Ordenada al origen 0.0112Coeficiente de correlacin 0.9984

A480(yi)

A ajustada por regresinlineal (i)

(yi-i)

0.016 0.0240 -0.008

0.025 0.0401 -0.01510.051 0.0670 -0.0160.113 0.1207 -0.00770.152 0.1744 -0.2240.419 0.3891 0.02990.634 0.6039 0.03010.847 0.8187 0.02831.075 1.0334 0.04161.226 1.2482 -0.02221.446 1.4629 -0.0169

1.655 1.6777 -0.0227


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METODO DE RINGBOMTUBO [Fe3+] Log[Fe3+] A480 %T ABSORTANCIA (100-%T)

1 0.00 _____ 0.0000 100.00 0.00002 0.07 -1.1549 0.0240 94.6154 5.38463 0.175 -0.7570 0.0401 91.1706 8.8294

4 0.35 -0.4559 0.0670 85.7058 14.29425 0.7 -0.1549 0.1207 75.7391 24.26096 1.05 0.0212 0.1744 66.9314 33.06867 2.45 0.3892 0.3891 40.8197 59.18038 3.85 0.5855 0.6039 24.8949 75.10519 5.25 0.7202 0.8187 15.1827 84.817310 6.65 0.8228 1.0334 9.2596 90.740411 8.05 0.9058 1.2482 5.6472 94.352812 9.45 0.9754 1.4629 3.4441 96.555913 10.85 1.0354 1.6777 2.1004 97.8996

0.0000

20.0000

40.0000

60.0000

80.0000

100.0000

120.0000

-1.5000 -1.0000 -0.5000 0.0000 0.5000 1.0000 1.5000

ABSORTANCIA(100-%

T)

Log[Fe3+]

Mtodo de Ringbom

Tabla 3. Datos para aplicar el mtodo de Ringbom en la determinacin de Fe3+ por el mtodo del

SC.

Grfica 2. Grfica de Ringbom. La recta roja inclinada representa la recta tangente al punto de inflexin y las flechas

verdes determinan el intervalo de concentracin y la escala de A del aparato para el error fotomtrico mnimo.


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%EP= 4

Para conocer los intervalos de concentraciones, de la grfica 2 se observa que:

log[Fe3+]=0.7 de donde log[Fe3+]=0.025 de donde

Para conocer los valores de absorbancia, de la grfica 2 se observa que:

Cuando Absortancia= 47% esto es 53% de Transmitancia y con ello %T=A=2-log(%T)= 2-log(53)= 0.2757

Cuando Absortancia= 92% esto es 08% de Transmitancia y con ello %T= A=2-log(%T)= 2-log(08)= 1.0969

A partir de la curva de calibracin se determin el intervalo de concentracin que se observ fue deaproximadamente de 2 a 8 g/mL de in frrico comparado con el obtenido por el mtodo de Ringbomcuyo intervalo fue de 1.05 a 5.012 g/mL. Con respecto a las escalas de absorbancia dnde para la curva

de calibracin se observa de 0.4 a 1 y a partir del mtodo de Ringbom se nota de 0.2757 a 1.0969.

Efecto del tiempo en la estabil idad del color

m=pendiente 74.0356

%EP= 3.1100

Tiempo(min) A480

0 0.599

30 0.56060 0.520

90. 0.512

120 0.495

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 20 40 60 80 100 120 140

A480

Tiempo de reposo (min)

Estabilidad de color respecto altiempo

Grfica 3. Estabilidad del color respecto al tiempo.


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a)Es estable el color?NOb)Cul es el tiempo ptimo para hacer las lectur as?

El tiempo 0 es decir inmediatamente despus de la adicin del tiocianato ; porque como se

observa en la grfica 3 conforme va aumentado el tiempo la absorbancia disminuyey por lo tantola intensidad del color se ve afectada en una disminucin que altera las lecturas realizadas.

Ef ecto del Cromgeno

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.0000 500.0000 1000.0000 1500.0000 2000.0000 2500.0000 3000.0000 3500.0000 4000.0000

ABSORBANCIAa480nm

[SCN-]/ [Fe3+]

EFECTO DE LA CONCENTRACIN DEL CROMGENO

TUBO [SCN] [Fe3+] [SCN]/ [Fe3+] A480

1

2 87.12 4.2 20.7429 0.097

3 232.32 4.2 55.3143 0.214

4 871.2 4.2 207.4286 0.42

5 2904 4.2 691.4286 0.527

6 5808 4.2 1382.8571 0.628

7 8712 4.2 2074.2857 0.685

8 11616 4.2 2765.7143 0.726

9 14520 4.2 3457.1429 0.746

Tabla 4. Efecto de la concentracin de SCN- en la determinacin de Fe3+

Grfica 4. Efecto de la concentracin de cromgeno..


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a)Quconcentracin de tiocianato se recomienda? Expl ique por qu.Las concentraciones de tiocianato ms recomendables son las correspondientes a los tubos 8 y 9

es decir 11616 y 14520ya que a mayor concentracin de tiocianato mayor es la coloracin lo

que permite realizar lecturas ms certeras y con mayor estabilidad de color.

Efecto del pH

a)De qumanera influye el pH en el sistema colorido?Como la reaccin se lleva a cabo ms favorablemente en un medio cido, el aumento en el pH interfiereen la formacin del cromforo y disminuye la intensidad de ste en la formacin de color. A pH cidos seve favorecida la estructura del tiocianato para que sta pueda reaccionar con mayor facilidad con el in

fierro, mientras que a un pH bsico las estructura del tiocianato cambia y esto lo hace ms difcil de quereaccione con el fierro y se lleve a cabo la reaccin colorida.

b)Cul es el pH recomendado para que se efecte la reaccin Fe3+ - SCN-?El pH ptimo para que se lleve a cabo la reaccin es un pH cido, en el caso de la prctica lo podemosobservar en los tubos 3 y 4 con pH de 1 y 2 pero es importante mencionar que el pH ptimo experimental

fue de 2.

Ef ecto de An iones

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 2 4 6 8 10

A480

pH

Efecto del pH

Tubo No pH A4801 --- 0

2 0 0.869

3 1 0.953

4 2 0.960

5 8 0.024

6 9 0.023

Anin A inicial A Final

Fluoruro 0.935 0.580Oxalato 0.924 0.237Tartrato 0.924 0.919Fosfato 0.928 0.903

Grfica 5. Efecto del pH.


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10

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

fluoruro oxalato tartrato fosfato

A480

Efecto de algunos aniones en la reaccion Fe 3+-SCN-

A 480 inicial

A 480 final

a)Cul es el efecto de los dif erentes aniones sobre la reaccin entre el in frrico y eltiocianato?Todos los aniones utilizados en la prctica interfieren en la formacin del cromforo, los que

ms interfieren son el oxalato y el fluoruro, tartrato y fosfato. Actan como sustituyentes para el

Fe, compitiendo con el ion SCN- para reaccionar con el metal. En el caso del oxalato y elfluoruro se ve que estos dos reaccionan con el Fe por tener mayor electronegatividad que el

SCN-, evitando asi la formacin de color.

b)A quse debe este efecto?Los iones fluoruro y oxalato son ms electronegativos que el tiocianato, lo que provoca queentren como sustituyentes desplacen al tiocianato, provocando la decoloracin.

Parmetros ptimos en todos los experimentos

Parmetro Valor ptimopH 2Tiempo 0 sConcentracin de SCN- 14520 g/mlLmites de concentracin con %Ep mnimo De 1.05-5.019 g/ml y 3.11%Aniones que interfieren(en orden creciente) Oxalato, fluoruro, fosfato, tartrato.Lmite de deteccin del mtodo (LDD) 0.006766 g/ml

DI SCUSION DE RESULTADOS

De acuerdo al valor calculado para el LDD podemos decir que el mtodo es muy sensible, ya que el

LDD o lmite de deteccin mnimo es la concentracin mnima detectable en el espectrofotmetro.

No es de sorprender que el intervalo de concentracin recomendable sea el que comprende el pico msalto de la grfica por que a mayor concentracin habr ms color en el cromgeno y favorecer lalectura.


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Al realizar la seleccin de tubos para ser usados como cubetas se toman como criterios el que la

superficie de los mismos sea homognea y de igual grosor, para que de esta manera se produzca una

dispersin de la luz anloga en todos los tubos, esto se logr al fijar un valor de transmitancia arbitrario(%T=95) de tal forma que la lectura del aparato no fuera mayor a 2%T. Tambin se tom en cuenta el

que los tubos tengan un dimetro interno equivalente para mantener el paso de luz constante en todas las

mediciones.Una vez seleccionadas las cubetas, se procedi a estudiar algunos factores que afectan el diseo de unmtodo espectrofotomtrico, entre los cuales se tienen los siguientes:

* Estabilidad del color en funcin del tiempo: la formacin de color se llevo a cabo de manera rpida

experimentando un desvanecimiento al incrementarse el tiempo de reposo, probablemente debido a ladescomposicin por la luz y/o por el calor, por lo cual no es estable el color. Lo ideal sera que la

reaccin de formacin de color sea rpida para que los resultados analticos puedan obtenerse con

rapidez, y que las especies coloreadas sean estables con el tiempo de forma que no sea necesario realizar

el anlisis en un tiempo prefijado.* Efecto de la concentracin del cromgeno: se encontr que la concentracin de tiocianato ptima para

esta reaccin debe ser de 14500 g/mL, ya que a esta concentracin la reaccin es prct icamente

completa al haber cantidades estequiomtricas de los reactivos, provocando que la adicin de mscromgeno de cmo resultado pequeos incrementos de la absorbancia. Si por el contrario, la reaccin

no es completa, la adicin de cantidades crecientes de cromgeno, desplazar el equilibrio hacia la

formacin de ms especie coloreada, provocando un aumento en la absorbancia.

* Efecto del pH: el pH ptimo para que se lleve acabo la reaccin es de cero, al ir aumentando dichoparmetro, se incrementa la cantidad deOH en el medio y al ser esta especie ms electronegativa que

el tiocianato se favorece otra reaccin a la que se pretende estudiar. Cuando el control de pH es muy

crtico se deben utilizar soluciones reguladoras, o bien, ajustar el pH al valor deseado con ayuda de unpotencimetro.

* Efecto de algunos aniones: con frecuencia, las sustancias interferentes son muy similares en sus

propiedades qumicas en base al analito de inters y por tanto reaccionan de modo muy semejante con el

cromgeno. En este caso la diferencia de electronegatividades de algunos aniones produce reaccionesindeseables que modifican la formacin del color; tal es el caso del fluoruro y de oxalato, que al ser ms

electronegativos que el tiocianato, reaccionan con el Fe3+ originando otra sustancia con coloracin

diferente. En el caso del fosfato se produce una disminucin pequea en la absorbancia, ya que la mayorparte del fierro reacciona con el tiocianato y no con el fosfato, esto nos indica que no hay una gran

diferencia en electronegatividades entre estos dos aniones. El tartrato no modifica la absorbancia de la

muestra, por lo que este anin no representa una interferencia para el desarrollo de color.Para algunas reacciones el control de la temperatura es necesario, ya que se utilizan disolventes

orgnicos que son muy voltiles; en otros casos, se puede favorecer la formacin del producto coloreado

o la decoloracin del mismo. Para nuestro caso la reaccin no es afectada por la temperatura en ninguna

de las formas antes mencionadas.En lo que respecta ala curva de calibracin, al realizar la regresin lineal se obtiene un coeficiente de

correlacin que se aproxima a uno, lo cual nos indica que nuestros datos presentan una tendencia lineal y

que entre ellos existe una proporcionalidad, con lo cual se cumple con la ley de Bouger y Beer en el

intervalo de concentraciones de 0.070-10.811 g/mL, y por consecuente, se puede llevar a cabo estadeterminacin espectrofotomtrica. Para calcular el limite de deteccin del mtodo, se calcul le

desviacin estndar del blanco y al sustituirlo en la ecuacin (3) se encontr que este es de 0.406 g/mL.

Para calcular el %Ep, por el mtodo de Ringbom, se determin la pendiente de la parte recta de lagrfica en base a dos puntos pertenecientes a este intervalo, obteniendo que el %Ep es de 3.06 para este


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mtodo. Por otra parte en la grfica de Ringbom de aprecia que los lmites de concentracin con %Ep

mnimo es de 1.046-5.231 g/mL, ya que en este intervalo de concentracin representa la parte recta de

esa gfica.determinando los parmetros necesarios para evitar errores en la determinacin cuantitativa de Fe3+, lo

que nos sirve como base para poder plantear las variables de cualquier determinacin.

Hicimos diferentes curvas con nuestros resultados experimentales que nos muestras las medidas de pH,tiempo, concentracin del cromgeno, interferencias mas ptimas para trabajar el mtodo,estandarizndolas para siempre hacer la determinacin bajo estos parmetros.

Tambin aprendimos a seleccionar celdas para poder realizar un mtodo espectrofotomtrico,

escogiendo las que tuvieran dimetro interno equivalente y pared equivalente y que no estuvieranrayadas.

Como se puede observar en la figura 1 existe una tendencia lineal en la curva tipo, as que podemos

decir que la curva cumple la ley de Bouger y Beer, lo que podemos comprobar observando la ecuacin

obtenida a partir del grfico, en particular el valor de R2 o sea del coeficiente de correlacin el cual esmuy cercano a uno.

En la figura 2 podemos observar la curva obtenida para el mtodo de Ringbom con la que podremos

determinar el intervalo ptimo de concentraciones y en la figura 3 se realiz la linealizacin de la curvaasinttica de la figura 2 para marcar el intervalo ptimo de concentraciones y obtener la ecuacin de la

recta para el clculo del error fotomtrico que fue de 3.56% lo que nos indica que se realiz u trabajo

aceptable ya que el porcentaje del error fotomtrico de be de ser menor o igual al 5% por que ese es el

error que manejan los espectrofotmetros que se encuentran para uso en el laboratorio.De acuerdo a lo observado en la figura 4 en donde se grafica la estabilidad del color respecto al tiempo,

podemos decir que el tiempo ptimo de la formacin del cromforo esinmediatamente despus de la adicin del tiocianato por que en la grfica vemos que conforme pasams tiempo la absorbancia es menor lo que quiere decir que el color de la reaccin disminuye con el

tiempo.

En la figura 5 del efecto de la concentracin del tiocianato en la determinacin de fierro frrico podemos

inferir que a mayor concentracin de tiocianato se formara un color ms intenso lo que nos podrpermitir obtener mayor absorbancia en las lecturas que se realicen y mayor ser el tiempo que dure el

complejo colorido esto se puede ver tambin en las absorbancias obtenidas para los tubos 8 y9 de la

tabla 5.El efecto del pH sobre la reaccin lo podemos observar en la figura 6 en donde est graficado el pH

contra la absorbancia, de donde se obtiene que la reaccin se lleva a cabo ms favorablemente a pH

cido ya que mientras ms cido es el medio la absorbancia aumenta y al contrario, esto lo podemosinferir tambin al observar la absorbancia obtenida para el tubo 4 en la tabla 6.

En la figura 7 se ilustra el efecto de algunos aniones en la reaccin de la formacin del cromforo y de

ah tenemos que el oxalato es el que ms interfiere en la reaccin seguido por el fluoruro, el fosfato y el

tartrato, los primeros interfieren de una forma muy notable en la reaccin ya que son potentes reductorespor lo que alcalinizan el medio de reaccin, y como esta reaccin requiere de pH cido para que se leve

a cabo ptimamente, se obtienen valores de absorbancia muy bajos al adicionar oxalato y fluoruro,

comparndolos con los valores iniciales para cada caso.CONCLUSIONES

Las condiciones ptimas para la determinacin de Fe3+ con NH4SCN son:a) pH= 0b) Concentracin de SCN-= 14500 g/mL


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c) Leer Absorbancia al tiempo cero.

* El Fluoruro y el oxalato son aniones que interfieren significativamente en la formacin del

color, al igual que el fosfato. El tartrato no es un interferente para la formacin de color en estareaccin.

* El lmite de deteccin de este mtodo es de 0.406 g/mL.

* El %Ep de este mtodo es del 3.06%.* La grfica de Ringbom permite determinar los lmites de concentracin donde se presenta elmnimo error fotomtrico.

Las cubetas seleccionadas no afectaron la determinacin de Fe* Los parmetros adecuados para trabajar el mtodo son pH:2, una concentracin de 8700g/ml,leyendo al tiempo 0.

REFERENCIAS BIBL IOGRFI CAS

[1] Skoog D. A., West D. M., Holler F.G. Fundamentos de Qumica Analtica Octava edicin Editorial

CENGAGE Learning, Mxico 2005, pgs 781

[2]Ayres. G.H.. Anlisis Qumico Cuantitativo. 2 edicin. Editorial Harla. Mxico 1970 Pgs. 475-488.

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