View
217
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
19/09/2016
1
Prof. Carlos Roberto da Silva Júnior
Química – 2016.2
Análise Instrumental
INTRODUÇÃO AOS MÉTODOSESPECTROANALÍTICOS
Classificação dos métodos analíticosCLÁSSICOS E INSTRUMENTAIS
Baseados em propriedades físicas (químicas em alguns casos )
Chamados de métodos de via úmida
Gravimetria Volumetria
Espectrométrico
Eletroanalítico
Propriedades elétricas
Propriedades ópticas
Cromatográfico
Propriedades mistas
Natureza ondulatória da Radiação Eletromagnética
Radiação eletromagnética, ou luz, é uma forma de energia cujo comportamento é descrito por propriedades tanto de onda quando de partícula. A natureza exata da radiação eletromagnética somente foi esclarecida após o desenvolvimento da
mecânica quântica por volta do início do século XX.
Difração é tratada como onda.
Absorção e emissão são descritas tratando a luz como partícula ou fóton. λν
chhE ==
E = energia
h = constante de Planck (6,626 . 10-34 J s)
ν = frequência
c = velocidade da luz (2,998 . 108 m s-1)
λ = comprimento de onda
Baixa energia Alta energia
Comprimento de onda e Energia
Frequência λλλλ (m) Energia Nome Uso
1020 a 1021 10-12 Nuclear Raios-γ Medicina
1017 a 1019 10-10 Eletrônica Raios-X Diagnóstico por imagens
1015 a 1016 10-7 Eletrônica Ultra-Violeta Higienização
1013 a 1014 10-6 Eletrônica Visível Iluminação
1012 a 1013 10-4 Vibracional Infravermelho Aquecimento
109 a 1011 10-2 Rotacional Microondas Cozimento
105 a 108 102 Rádio Frequência Comunicação
Usos da radiação eletromagnética
Uso em Química:
Métodos Espectrométricos,Espectrofotométricos, Espectroquímicos ou Espectroanalíticos.
19/09/2016
2
Métodos EspectrométricosOs métodos espectrométricos abrangem um grupo de métodos analíticos baseados na espectroscopia
atômica e molecular.
Espectroscopia é um termo geral para a ciência que estuda a interação dos diferentes tipos de radiação
com a matéria.
A espectrometria e os métodos espectrométricos se referem às medidas das intensidades da radiação
usando transdutores fotoelétricos ou outros dispositivos eletrônicos.
�Os comprimentos de onda da radiação
eletromagnética se estendem dos raios-gama até
as ondas de rádio, com aplicações diferenciadas.
�Os métodos espectrométricos se baseiam em
propriedades ópticas (mesmo que a radiação não
seja percebida pelo olho humano), quer sejam de
emissão ou absorção de radiação eletromagnética
de determinados λ.
Métodos Espectrométricos
�Descreva as classes de interações do tipo:
�Emissão;
�Absorção;
� Espalhamento;
� Luminescência;
Exercício� Como as interações da radiação com a matéria
podem ocorrer tanto em nível atômico como em nível molecular, os métodos instrumentais espectrométricos se dividem em 4 classes:� Emissão (emissão atômica);� Luminescência (fluorescência atômica e
molecular, fosforescência);� Espalhamento (Raman, turbidimetria e
nefelometria);� Absorção (absorção atômica e molecular);
Métodos Espectrométricos
Tipo de espectroscopia Faixa de comprimento de onda usual
Faixa de número de onda
usual, cm-1
Tipo de transição quântica
Emissão de raios gama 0,005 – 1,4 Å – Nuclear
Absorção, emissão, fluorescência e difração de raios-x
0,1 – 100 Å – Elétrons internos
Absorção de ultravioleta de vácuo 10 – 180 nm 1x106 a 5x104 Elétrons ligados
Absorção, emissão e fluorescência no UV/Visível
180 – 780 nm 5x104 a 1,3x104 Elétrons ligados
Absorção no IV e espalhamento Raman
0,78 – 300 µm 1,3x104 a 33 Rotação/vibração de moléculas
Absorção de microondas 0,75 – 375 mm 13 a 0,03 Rotação de moléculas
Ressonância de spin eletrônico 3 cm 0,33 Spin de elétrons em um campo magnético
Ressonância Magnética Nuclear 0,6 – 10 m 1,7x10-2 a 1x10-3 Spin de núcleos em um campo magnético
Métodos Espectrométricos� Descreva os diferentes tipos de transição
quântica:� Nuclear;� Elétrons internos;� Elétrons ligados;� Rotação de moléculas;� Vibração de moléculas;� Spin de elétrons (campo magnético);� Spin de núcleo (campo magnético);
Pesquisar
19/09/2016
3
Métodos Espectrométricos
250 300 350 400 450 500 550
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Ab
sorb
ânci
a
λλλλ (nm)
275,3
341,8
396,1
474,9
5
ABSORÇÃO ATÔMICA: O espectro é em forma de linhas finas devido aos níveis atômicos sem subníveis energéticos.
Métodos Espectrométricos Métodos Espectrométricos
350 400 450 500 550 600 650 700 750
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Ab
sorv
ânci
a
λλλλ (nm)
λmax
ABSORÇÃO MOLECULAR: O espectro de absorção é caracterizado por bandas largas devido aos vários níveis e subníveis energéticos dos orbitais moleculares.
E0
E1
E2
Eletrônica~ 100 kJ mol-1
UV-Vis
Vibracional~ 1 kJ mol-1
IV
Rotacional~ 0,01 kJ mol-1
RMN
Métodos Espectrométricos� Quando as energias envolvidas são altas (emissões de Raios-X), as transições eletrônicas acontecem com os elétrons dos orbitais mais internos e, nestes casos, serão independentes das ligações que os átomos estejam fazendo.
� Quando um elétron é excitado a um nível vibracional mais alto de um estado eletrônico, a relaxação para um nível vibracional mais baixo desse estado ocorre antes que a transição eletrônica ao estado fundamental possa ocorrer. A razão disso é explicada em termos da transferência do excesso de energia para outros átomos através de uma série de colisões.
Métodos Espectrométricos
19/09/2016
4
COMPONENTES BÁSICOS DOS EQUIPAMENTOS
� Fonte de radiação:*• Lâmpadas de xenônio, deutério, tungstênio,
lasers, etc� Seletor de comprimento de onda:
• Filtros e monocromadores.� Transdutores:
• Tubos fotomultiplicadores, fotodiodos, CCD, fotocélulas, etc.
* Para algumas técnicas de emissão, serão necessários mais alguns componentes.
Métodos Espectrométricos
Fonte
Seletor de comprimento
de onda
Fotômetro de feixe único para medidas de absorção na região visível
Métodos Espectrométricos
Transdutor
Fonte
Seletor de comprimento
de onda
Transdutor
Espectrofotômetro manual de feixe duplo para medidas de absorção na região UV/Visível
Métodos Espectrométricos
Absorção molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/VisEspectro de emissão da radiação solar
Região IV médio
25 a 2,5µµµµm
Absorção Molecular no UV/Vis
Energia crescente �
19/09/2016
5
Sensibilidade do olho humano
Comprimento de onda
Visão diurna
(Fotópica)
Visão noturna
(Escotópica)
Absorção Molecular no UV/Vis
L U Z V I S Í V E L
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/Vis
Cores primárias
Cores secundárias
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.
Quando falta uma das cores primárias, obtém-se uma cor
secundária. As 3 cores secundárias misturadas dão origem ao preto
As 3 luzes (cores) primárias quando
misturadas dão origem à luz branca.
Absorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.
R G BSíntese aditiva: emissão.
Síntese subtrativa: As cores se dão pela “subtração da luz”.
Absorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.
Se um objeto é da cor ciano, é
porque absorve o vermelho e
reflete o azul e o verde.
Cor observada
Cor absorvida
Absorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.
Disco de Newton
A rotação proporciona a mistura das cores, de modo que enxergamos todos os comprimentos de onda de uma única vez, gerando a luz
branca.
19/09/2016
6
Cor Observada λλλλ (nm) Cor Complementar
Ultravioleta < 380 - - -
Violeta 380 – 420 Amarelo
Violeta – azul 420 – 440 Amarelo – laranja
Azul 440 – 470 Laranja
Azul – verde 470 – 500 Laranja – vermelho
Verde 500 – 520 Vermelho
Verde – amarelo 520 – 550 Púrpura
Amarelo 550 – 580 Violeta
Amarelo – laranja 580 – 600 Violeta – azul
Laranja 600 – 620 Azul
Laranja – vermelho 620 – 640 Azul – verde
Vermelho 640 – 680 Verde
Púrpura 680 – 780 Amarelo - verde
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.
Absorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIA
Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete, mas...
Absorção Molecular no UV/Vis
• Porque as nuvens são brancas?
•Porque durante o dia o céu é azul e porque ao entardecer ou amanhecer ele é alaranjado?
Absorção Molecular no UV/Vis
• Medidas de absorção da radiação eletromagnética
na região do UV/Visível encontram vasta aplicação
para identificação e determinação de milhares de
espécies inorgânicas e orgânicas.
• Os métodos de absorção molecular talvez sejam os
mais amplamente usados dentre todas as técnicas
de análise quantitativa em laboratórios químicos e
clínicos em todo mundo.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Absorção da radiação eletromagnética de comprimentos de onda na faixa de 160 a 780nm.• Comprimentos de onda inferiores a 150nm são altamente energéticos que levam à ruptura de ligações químicas.• Acima de 780nm atinge-se o IV próximo, onde a energia, já relativamente baixa, começa apenas a promover a vibração molecular e não mais transições eletrônicas.• Devido ao grande número de estados vibracionais e rotacionais, um espectro de absorção no UV/Vis apresenta um formato alargado (banda).
Absorção Molecular no UV/VisInstrumentação:
• 1) Fonte de radiação: lâmpadas de deutério (UV) e tungstênio (Vis) ou de arco de xenônio para toda a faixa de comprimentos de onda UV/Vis.
• 2) Parte óptica: Instrumentos de feixe simples e duplo.
• A diferença consiste basicamente em ter a possibilidade de descontar a perda de potência do feixe que passa pelo solvente (branco) simultaneamente à medida da amostra.
Absorção Molecular no UV/Vis
19/09/2016
7
Instrumentação:
•3) Compartimento para amostra (cubeta):
• Deve ter paredes perfeitamente normais (90º) à direção do feixe. Quartzo (transparente em toda a faixa UV/Vis). Vidro (somente visível, absorve muito a radiação UV).
• 4) Detectores � Transdutores
• Dispositivos capazes de converter luz para o domínio elétrico: LDR, fotodiodos, fotocélulas, tubos fotomultiplicadores, CCD, etc.
Absorção Molecular no UV/Vis• Fonte de luz
• Região UV: 160 a 380 nm• Lâmpada de deutério, xenônio ou vapor de mercúrio
Absorção Molecular no UV/Vis
Lâmpada deVapor de Hg
Lâmpada de arco de Xenônio
Lâmpada de D2
• Fonte de luz• Região Visível: 380 a 780 nm
• Lâmpada de filamento de tungstênio• LED coloridos• Lâmpada de xenônio (UV/Vis)
Absorção Molecular no UV/Vis• Fonte de luz
• Luz “negra”
Absorção Molecular no UV/Vis
• Como selecionar o comprimento de onda desejado?• Filtros ópticos:
• Filtros de absorção• Simplesmente absorvealguns comprimentos deonda.
• Filtros de interferência• Usando de reflexões einterferências destrutivase construtivas, selecionao comprimento de onda desejado.
Absorção Molecular no UV/Vis
Filtro de interferência
Filtro de absorção
Absorção Molecular no UV/Vis
19/09/2016
8
• Como selecionar o comprimento de onda desejado?• Monocromadores:
• Fenda de entrada• Lente colimadoraou espelho• Prisma ou redede difração ouholográfica• Elemento defocalização• Fenda de saída
Absorção Molecular no UV/Vis
Detector
Cubeta Fenda Lentes
Lentes
Fenda
Rede de difração
Fonte luminosa
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/Vis Absorção Molecular no UV/VisCubetas
Absorção Molecular no UV/Vis Absorção Molecular no UV/Vis
O vidro absorve fortemente os comprimentos de onda da região do UV. Abaixo de 300 nm toda a radiação é absorvida. O quartzo
começa absorver fortemente somente abaixo de 200 nm.
19/09/2016
9
• Como fazer a leitura do absorção de luz?• Transdutores de radiação:
• Fotônicos monocanais• Células fotovoltáicas• Fototubos• Fotomultiplicadores• Fotodiodos
• Fotônicos multicanais• Arranjo de fotodiodos (PDA)• Dispositivos de transferência de cargas
• CID e CCD (bidimensionais)
Absorção Molecular no UV/Vis
Arranjo linear de fotodiodos
(pda - photodiode array)Permite detectar
simultaneamente vários comprimentos de onda.
Tubo fotomultlicadorMuito sensível. Consegue
detectar níveis muito baixos de luminosidade.
Absorção Molecular no UV/Vis
Como ocorre a absorção da luz?• A absorção de radiação UV ou visível por uma espécie atômica ou molecular pode ser considerada como um processo que ocorre em duas etapas:
• M + hν � M* excitação• M* � M + calor (desprezível) relaxação
• São três tipos de transições eletrônicas:• 1) elétrons π, σ e n (moléculas e íons inorgânicos)• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)• 3) transferência de carga (complexos metal-ligante)
Obs.: Se M* sofrer decomposição ou formar novas espécies, o processo é chamado de reação fotoquímica e, neste caso, não será possível fazer a quantificação de M.
Absorção Molecular no UV/Vis
Níveis de energia eletrônica molecular.
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/VisComprimentos de onda de absorção
característicos das transições eletrônicas.
TransiçãoFaixa de
comprimentos de onda (nm)
Exemplos
σ � σ* < 200 C–C, C–H
n � σ* 160 – 260 H2O, CH3OH, CH3Cl
π � π* 200 – 500 C=C, C=O, C=N, C≡C
n � π* 250 – 600 C=O, C=N, N=N, N=O
Absorção Molecular no UV/Vis
Cromóforo Auxocromos
Espectro UV típico
Os máximos de absorção devem-se à presença de cromóforos na molécula. (Temos duas absorções em 190 e 270 nm no espectro da acetona e uma em 510 nm no espectro do complexo [Fe(fen)3]2+).
•Átomo ou grupo de átomos que absorve radiação.
•Átomo que não absorve radiação.
•Modifica alguma característica daabsorção do cromóforo.
Espectro Vis típico
[Fe(fen)3]2+
19/09/2016
10
Como melhorar a absorção da luz?• Se o analito M não for uma espécie absorvente ou que tenha uma baixa absorção, deve-se buscar reagentes reajam seletiva e quantitativamente com M formando produtos que absorvam no UV ou no visível.
• Uma série de agentes complexantes são usados para determinação de espécies inorgânicas.
• Exemplos: SCN- para Fe3+; I- para Bi3+.
• Natureza do solvente, pH, temperatura, concentração de eletrólitos e presença de substâncias interferentes são as variáveis comuns que influenciam o espectro de absorção e, evidentemente, seus efeitos precisam ser conhecidos.
Absorção Molecular no UV/Vis
Qual a relação entre a absorção e a concentração?
Métodos Espectrométricos
Potência do feixe incidente Potência do feixe
transmitido
Caminho óptico
Perdas por reflexão e espalhamento com uma solução contida em uma célula (cubeta) de vidro típica.
Absorção Molecular no UV/Vis
As reflexões ocorrem em qualquer interface que separa os materiais.
Como não há como evitar estas reflexões e espalhamentos, torna-se necessário usar a mesma cubeta (ou uma idêntica) nas medidas das várias soluções dos padrões e da solução amostra do analito.
Absorção Molecular no UV/Vis
Para compensar os efeitos da perda de potência do feixe luminoso ao atravessar o solvente, a potência do feixe transmitido pela solução do analito deve ser comparada com a potência do feixe transmitido em uma cubeta idênticacontendo apenas o solvente.
solução
solvente
solvente
solução
P
PTA
P
P
P
PT loglog
0
=−=⇒≈=
Se o material de fabricação da cubeta provocar uma diminuição na potência do feixe luminoso, essa diminuição também será compensada.
• A lei de Beer-Lambert, também conhecida como lei de Beer-Lambert-Bouguer ou simplesmente como lei de Beer é uma relação empírica que relaciona a absorção de luz com as propriedades do material atravessado por esta.
• A lei de Beer foi descoberta independentemente (e de diferentes maneiras) por Pierre Bouguer em 1729, Johann Heinrich Lambert em 1760 e August Beer em 1852.
Absorção Molecular no UV/Vis Absorção Molecular no UV/Vis
1
0
0
1
0
loglogI
ITA
I
I
P
P
P
PT
solvente
solução=−=⇒=≈=
• A expressão final da lei de Beer é A = εεεεbc, a qual pode ser obtida pela integração de:
onde S é a área da seção atravessada pela luz e Px é a potencia ao longo do caminho óptico.
S
dS
P
dP
x
x =−
19/09/2016
11
0 2 4 6 8 100,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Tra
nsm
itân
cia
Concentração
0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Ab
sorb
ânci
a
Concentração
abcA = (g/L) bcA ε= (mol/L)
LEI DE LAMBERT-BEER
Absorção Molecular no UV/Vis
Onde A é a absorbância, a é a absortividade e c é a concentração em g/L
Onde A é a absorbância, ε é a absortividade molar e c é a concentração em mol/L.
kk
0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Ab
sorb
ânci
a
Concentração
bcA ε=
LEI DE LAMBERT-BEER
Absorção Molecular no UV/Vis
εεεεb é a inclinação de A x C e, portanto, responsável
pela sensibilidade analítica.
A absorbância aumenta conforme
aumenta qualquer um dos três: ε b ou c
Absorção Molecular no UV/Vis
Aumento do caminho óptico
Absorção Molecular no UV/Vis
Aumento da concentração
Absorção Molecular no UV/Vis
350 400 450 500 550 600 650 700 7500,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
5 ppm
4 ppm
3 ppm
2 ppm
1 ppm
0,5 ppm
0,1 ppm
Ab
so
rbâ
ncia
λ (nm)
0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Fe(SCN)6
3-
A460 nm
CFe
(mg/L)
Absorção Molecular no UV/VisEspectros de
absorção do complexo [Fe(SCN)6]3- para
várias concentrações.
Com os valores de absorbância no comprimento de onda de máxima absorção (λmax) constrói-se a
curva analítica.
19/09/2016
12
• Aplicação da lei de Beer para misturas• A absorbância é uma propriedade aditiva. Assim, a
presença de várias espécies absorventes na solução para o mesmo comprimento de onda resultará em uma absorbância maior que para soluções individuais. Contudo não poderá haver interação entre as várias espécies.• AT = A1 + A2 + ... + An = ε1bc1 + ε2bc2 + ... + εnbcn
• Limitações da lei Beer• Poucas exceções são encontradas para a generalização
de que a absorbância está relacionada linearmente com o caminho óptico. Por outro lado, são encontrados desvios de proporcionalidade com a concentração quando b é constante.
Absorção Molecular no UV/Vis• Limitações reais (fundamentais) da Lei de Beer:
• Para soluções com concentrações maiores que 0,01 mol/L, mesmo não sendo da espécie absorvedora, a distância média entre as espécies diminui a ponto de alterar a capacidade das espécies em absorver a radiação, ou seja, diminui o valor de ε.
• O índice de refração do meio também causam desvios. Assim, se as variações de concentração causam alterações significativas no índice de refração da solução, os desvios da lei de Beer são observados. Quando esse fator é preponderante, uma correção pode ser aplicada, acrescentando à expressão da lei de Beer o termo n/(n+2)2, onde n é o índice de refração.
Absorção Molecular no UV/Vis
22 )(n
εbcnA
+=
• Desvios Químicos Aparentes (limitações químicas)• Desvios aparentes da lei de Beer surgem quando um
analito se dissocia, se associa ou reage com um solvente para dar um produto que tenha um espectro de absorção diferente do analito. Um exemplo disto é a mudança de cor de indicadores ácido-base de acordo com o equilíbrio em função do pH.• HIn � H+ + In-
cor 1 cor 2
• pH � � [HIn] e vice-versa � � A ou A. • Além disso, se ambas as espécies absorverem no
mesmo comprimento de onda, poderá haver um desvio positivo ou negativo em função dos valores de εεεεHIn e εεεεIn.
Absorção Molecular no UV/Vis• Desvios Instrumentais com Radiação Policromática
• A obediência estrita à lei de Beer é observada com radiação verdadeiramente monocromática. Na prática os monocromadores produzem uma banda mais ou menos simétrica de comprimentos de onda em torno daquele desejado. O resultado é um desvio negativo.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Desvios Instrumentais com Radiação Policromática
• A dedução deste desvio é dado a seguir:• Em cada λ, tem-se um ε.
A´= log (Po´/ P´) = ε´bc e A” = log (Po”/ P”) = ε”bc
Po = Po´ + Po” e P = P´ + P”
ATotal = log[ (Po´+ Po”) / (P´+ P” )] < (A´+ A”) = log[(Po´xPo”)/(P´xP”)]
Se εεεε´= εεεε”, ATotal = A´ + A” e a lei de Beer é obedecida.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Um efeito similar ao da radiação policromática é observado com radiações espúrias.
• Estas radiações aparecem em pequenas quantidades no processo de monocromatização por efeitos de espalhamento em várias superfícies internas.
• Essas radiações diferem grandemente em comprimentos de onda da radiação principal.
• Assim, a presença de radiações espúrias confere igualmente um desvio negativo à lei de Beer.
Absorção Molecular no UV/Vis• Desvios Instrumentais com Radiação Espúria
19/09/2016
13
• Ruídos InstrumentaisUm estudo teórico e experimental descreveu várias fontes de incerteza instrumentais, classificando-as em 3 categorias:
• Caso I: espectrofotômetros de baixo custo equipados com medidores digitais com resolução limitada. A precisão independe de T, sT = k1
• Caso II: espectrofotômetros de alta qualidade com detector de fótons. O ruído associado a este tipo de detector (shot) surge da transferência de carga através de uma junção, como o movimento de elétrons do cátodo ao ânodo em uma célula fotomultiplicadora. sT = k2(T2 + T)1/2
• Caso III: espectrofotômetros baratos, com ruído da fonte (flicker), ou espectrofotômetros de alta qualidade onde o posicionamento da cubeta gera uma incerteza, já que as cubetas possuem algumas imperfeições que resultam em espalhamentos e reflexões diferenciados a cada medida. sT = k3T
Absorção Molecular no UV/VisAplicações:• Como já mencionado, são três tipos de transições eletrônicas, de acordo com a espécie absorvente:
• 1) elétrons π, σ e n (moléculas orgânicas)• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)• 3) transferência de carga (complexos)
Absorção Molecular no UV/Vis
Ener
gia
σ
π
n
π∗
σ∗
Ener
gia
dxy, dxz, dyz
dz2 , dx2-y2
dx2-y2
dxy
dz2
dxz, dyz
Absorção Molecular no UV/Vis
Moléculas ÍonsComplexos
Os métodos espectrofotométricos apresentam características importantes:
• 1) Ampla aplicação para sistemas orgânicos e inorgânicos;
• 2) Limites de detecção típicos de 10-4 a 10-5 mol/L (podem ser melhorados para 10-6 a 10-7 mol/L);
• 3) Seletividade de moderada a alta;• 4) Boa exatidão (tipicamente as incertezas são da
ordem de 1 a 3%, podendo ser melhoradas a décimos percentuais com alguns cuidados especiais);
• 5) Facilidade e conveniência na aquisição de dados.
Absorção Molecular no UV/Vis
Análise quantitativa:A primeira etapa da análise envolve o estabelecimento das condições de trabalho.• Determinação do(s) máximo(s) de absorção
• No máximo de absorção, além da máxima sensibilidade por unidade de concentração, os efeitos de desvios da lei de Beer são menores. Adicionalmente, o ajuste do comprimento de onda é mais reprodutível, não implicando em variações significativas de ε e, por consequência, da absorbância.
Não é seguro pressupor uma concordância com a lei de Beer e usar apenas um padrão para determinar a absortividade molar. Assim é recomendável a construção das curvas:• Curva analítica, em casos mais simples ou• Adição de padrão, quando a matriz interfere.
Absorção Molecular no UV/VisExemplo:Para determinar Fe3+ em uma amostra, tomou-se cinco alíquotas de 2,00 mL de uma amostra e transferiu-se para cinco balões volumétricos de 50,00 mL. Em cada balão foram adicionados um excesso do complexante (SCN-) e alíquotas de 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 mL de uma solução padrão de Fe3+, de concentração 5,553 mg/L, completando-se o volume com água destilada. Determine a concentração de Fe3+ na amostra.
Vp, mL A
0,00 0,2412
5,00 0,4322
10,00 0,6232
15,00 0,8142
20,00 1,0052
Absorção Molecular no UV/Vis
Um bom procedimento de adição de padrão consiste em adicionar quantidades do padrão bem próximos da quantidade do analito na alíquota da amostra. Assim, os efeitos da matriz sobre o analito da amostra também serão sentidos pelo analito proveniente do padrão. Uma regra simples consiste em adicionar o padrão em quantidades ½x, x, 2x da quantidade estimada do analito. Adicionalmente pode-se incluir mais alguns pontos ¾x, 1,5x e 3x.
19/09/2016
14
Exemplo:É possível fazer a determinação traçando o gráfico tanto em volume quanto em concentração do padrão adicionado.
Vp, mL A
0,00 0,2412
5,00 0,4322
10,00 0,6232
15,00 0,8142
20,00 1,0052
C, mg/L A
0,000 0,2412
0,555 0,4322
1,111 0,6232
1,666 0,8142
2,221 1,0052
y = 0,0382x + 0,2412
R2 = 1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Volume de solução-padrão adicionado, mL
Ab
sorb
ânci
a
y = 0,344x + 0,2412
R2 = 1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
Concentração de padrão adicionado, mg/L
Ab
sorb
ânci
a
Vx = 0,2412/0,0382
Vx = 6,31 mL
Cx = 6,31x5,553/2
Cx = 17,53 mg/L
Absorção Molecular no UV/Vis
Cd = 0,2412/0,344
Cd = 0,7012 mg/L
Cx = 0,7012x50/2
Cx = 17,53 mg/L
Exemplo:Analisando o valor encontrado, pode-se observar que o procedimento de adição de padrão atendeu a recomendação. Admitindo-se que a estimativa da concentração do analitoseria 1 mg/L, as adições foram ½x, x, 1,5x e 2x.
C, mg/L A
0,000 0,2412
0,555 0,4322
1,111 0,6232
1,666 0,8142
2,221 1,0052
Absorção Molecular no UV/Vis
Cd = 0,2412/0,344
Cd = 0,7012 mg/L½x x
1,5x2x
Titulação fotométricaIgualmente aos demais tipos de titulação, o objetivo é
detectar o PE com a maior exatidão possível. Deve-se considerar quanto cada um, titulante, titulado e produto de reação, contribui com a absorbância no comprimento de onda selecionado.
� 1) Titulado e produto não absorvem, mas o titulante sim;�2) Titulado e titulante não absorvem, mas produto sim;�3) Titulado absorve, mas titulante e produto não;�4) Titulado e titulante absorvem, mas produto não;�5) Titulado não absorve, mas titulante e produto sim,
sendo a absortividade do titulante maior;�6) Titulado não absorve, mas titulante e produto sim,
sendo a absortividade do produto maior;Alternativamente um indicador absorvente pode provocar a variação da absorbância necessária para a localização do PE.
Absorção Molecular no UV/VisTitulação fotométrica
Absorção Molecular no UV/Vis
Titulação fotométrica• Similarmente à titulação condutimétrica, torna-se necessário corrigir a absorbância em função do aumento de volume (efeito de diluição).
• Ac = A (Vi + Va) / Vi• As titulações fotométricas fornecem resultados mais exatos que uma análise fotométrica direta, uma vez que utilizam várias medidas para a detecção do ponto final. Adicionalmente, a presença de espécies absorvente podem não interferir, uma vez que apenas a variação na absorbância está sendo medida.• O ponto final fotométrico é determinado por medidas de absorbância bem distantes da região do ponto de equivalência. Assim, as reações não precisam ter constantes de equilíbrio tão favoráveis, como no caso de titulações potenciométricas ou com indicadores.
Absorção Molecular no UV/VisTitulação fotométrica• O ponto final fotométrico tem sido aplicado a todos os tipos de reações.
• Ácido-base � uso de indicadores• Oxirredução• Complexação indicadores ou reagentes coloridos • Precipitação
• As mesmas titulações clássicas podem ser feitas fotometricamente, com a vantagem da detecção do ponto final não depender da acuidade visual do analista.
• Com isso aqueles indicadores que mudam sutilmente de cor podem ser utilizados.
Absorção Molecular no UV/Vis
19/09/2016
15
Titulação fotométrica• Um exemplo é titulação simultânea de Bi3+ e Cu2+ com EDTA. Em 745 nm nenhum dos cátions, nem o EDTA absorvem e nem o completo Bi-EDTA que é mais estável. Somente o complexo Cu-EDTA absorve neste λ.
Absorção Molecular no UV/Vis
-0,01
0,01
0,03
0,05
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
0 1 2 3 4 5 6
Volume de EDTA 0,1 mol/L, mL
Ab
sorb
ânci
a
Ponto final Cu
Ponto final Bi
Enquanto não houver formação do complexo Cu-EDTA, a
absorbância não se altera.
Quando não houver mais produção do
complexo Cu-EDTA, a absorbância torna-se
constante.
Para refletir e responder:A absorção molecular na região do visível poderia ser utilizada para analisar íons Fe2+ (a solução Fe2+, mesmo concentrada, apresenta uma coloração amarelo-esverdeada muito clara)?
Caso sua resposta seja positiva, encontre os valores de absortividade molar para solução aquosa de Fe2+ para corroborar sua afirmativa. Caso sua resposta seja negativa, indique que tipo de procedimento seria necessário para analisar Fe2+ por absorção molecular na região do visível.
Absorção Molecular no UV/Vis
Exercício:• Uma solução padrão foi adequadamente diluída para fornecer as concentrações de ferro mostradas na tabela a seguir. O complexo Fe(II)/1,10-fenantrolina foi formado em alíquotas de 25,00 mL dessas soluções, que foram em seguida diluídas a 50,00 mL. As absorbâncias, medidas em 510 nm em células de 1,00 cm, estão mostradas na tabela a seguir.• As leituras de absorbâncias de soluções-amostras, preparadas a partir de 10,00 mL de amostras originais diluídas em balões de 50,00 mL, onde foi adicionado o agente complexante, foram: 0,143, 0,068, 0,675 e 1,512. • Determine as concentrações de Fe2+ nas amostras originais e discuta se as absorbâncias são adequadas para a faixa de trabalho.
Absorção Molecular no UV/VisExercício:
Absorção Molecular no UV/Vis
[Fe2+], ppm
4,00
10,00
16,00
24,00
32,00
40,00
[[Fe(fen)3]2+], ppm
Absorbância
2,00 0,164
5,00 0,425
8,00 0,628
12,00 0,951
16,00 1,260
20,00 1,582
Preparar a tabela de C x A
Concentrações das soluções-padrão
Concentrações dos complexos formados e leituras de absorbância
Exercício:• Traçar o gráfico da concentração do complexo versusabsorbância, verificar FLT e determinar a equação da reta.
Absorção Molecular no UV/Vis
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Y = A + B * X
Parameter Value Error
--------------------------------
A 0,01478 0,00997
B 0,07812 8,175E-4
--------------------------------
R SD N P
--------------------------------
0,99978 0,01244 6 <0.0001
--------------------------------
Ab
sorb
ânci
a
[[Fe(fen)3]2+], ppb
∑ −
−+=
22
2
)(
)(1
xxB
yy
NB
ss
i
rx
5,23107812,0
)835,0(
6
1
07812,0
01244,02
2
x −
+=y
sx
( )5,231)(
2
22 =−=−∑
∑∑N
xxxx i
i i
835,0==∑
N
yy
i
Exercício:• A partir do gráfico construído e dos valores obtidos pela regressão linear, pode-se determinar as concentrações de Fe2+ nas amostras de uma maneira rotineira, bastando que as amostras não apresentem interferências de matriz.• A equação obtida da regressão é:
A = 0,07812 [Fe(fen)3] + 0,01478• As leituras de 0,143 e 0,068 estão abaixo do primeiro ponto da curva e portanto não estão adequadas para curva traçada. Observe:• 0,068 � [Fe(fen)3] = 0,681 ppm � s = 0,122 ppm � 17,9%• 0,143 � [Fe(fen)3] = 1,64 ppm � s = 0,11 ppm � 6,7%• Os outros dois valores estão adequados e a concentração para cada um deles é:• 0,675 � [Fe(fen)3] = 8,45 ppm � s = 0,068 ppm � 0,8%
• Diluição 5x ���� [Fe2+] = 42,25 ± 0,34 ppm• 1,512 � [Fe(fen)3] = 19,17 ppm � s = 0,11 ppm � 0,6%
• Diluição 5x ���� [Fe2+] = 95,85 ± 0,55 ppm
Absorção Molecular no UV/Vis
Recommended