16/09/ · PDF fileFluorimetria Absorção atómica e Emissão de Chama Ressonância Magnética Nuclear Espectroscopia de massa Espectrometria 1 Técnicas Analíticas

16/09/2015

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Técnicas Analíticas

Métodos usados em análise de alimentosColorimetriaTurbidimetriaAbsorção no Ultravioleta, Vísivel e InfravermelhoFluorimetriaAbsorção atómica e Emissão de ChamaRessonância Magnética NuclearEspectroscopia de massa

Espectrometria

1


Radiação electromagnéticaondas electromagnéticas

2 campos oscilanteseléctricomagnético

orientados em ângulo recto na direcção da propagação

Espectrometria

2

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2


Radiação electromagnéticapropaga-se a velocidade constante

depende do índice de refracção do meio que atravessacomprimento de onda (l) depende da frequência (n),

da velocidade da luz (c) e do índice de refracçãodo meio (h)

Espectrometria

cl

hn

c – velocidade da luz3x1010 cm/seg

3


Radiação electromagnéticaondas electromagnéticas formadas por fotões

energia de um fotão

quanto menor o comprimento de onda, maior a quantidade de energia necessária para a absorção

Espectrometria

E hn

h – constante de Planck6.624x10-27 erg.seghc

Ehl

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Radiação electromagnéticarequisitos para que uma molécula absorva radiação:

radiação incidente deve ter a mesma frequência que a frequência rotacional, vibracional, electrónica ou nuclear da molécula

molécula deve ter um dipolo permanente ou um dipoloinduzido

energia absorvida deve promover uma transição, rotação ou vibração

Espectrometria

5


Radiação electromagnéticaestado fundamental

átomo ou molécula no seu nível energético mais baixo (mais estável)

estado excitadoquando um átomo ou molécula possuem uma energia

superior à mínima

Espectrometria

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Radiação electromagnéticaespectro de absorção

quando uma molécula absorve energia (radiação, colisão) e passa do estado fundamental ao excitado

espectro de emissãoquando a molécula cede o excesso de energia e volta

ao estado fundamental

Espectrometria

7


Radiação electromagnéticatécnicas de absorção de radiação UV e Vísivel baseiam-se

na radiação de ressonânciae- excitado pode passar de um nível de menor energia

para outro de maior energiatendência para voltar ao normal, emitindo energia

em excesso

Espectrometria

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Radiação electromagnéticaradiação de raios X

maior energia de excitação pode provocar a saída de um e- interno

lugar será preenchido por outro e- de um nível superior

radiação infravermelha e de microondasmoléculas possuem energia interna associada a

rotações das moléculas e vibrações entre os átomos que formam a molécula

Espectrometria

9


Espectro electromagnético

Espectrometria

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Espectro electromagnéticoraios cósmicos e raios g

0 – 1 ːtransições nucleares

raios X1 ː - 10 nm

e- das camadas internasUV distante

100 – 200 nmionização de átomos e moléculase- da camada do meio

UV200 – 400 nmtransições dos e- de valência

Visível400 – 700 nmtransições dos e- de valência

Espectrometria

11


Espectro electromagnéticoIV próximo

700 – 2000 nmvibrações moleculares

IV2000 nm - 25000 nmvibrações moleculares

IV afastado25 – 500 mm

rotações molecularesMicroondas

500 mm – 3 cm

rotações de gruposRessonância electrónica de spin (ESR)

3 cm – 5 morientação do spin

Ressonância magnética nuclear (NMR)5 – 30 morientação do spin

Espectrometria

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Espectrometria de absorção electrónicatransições dos e- da camada de valênciaamostra atravessada por radiação contínua de luz branca

intensidade de radiação decresce, de modos diferentes, para diferentes comprimentos de onda

radiação emergente pode ser colorida (Vísivel) ouincolor (UV)

radiação absorvida é uma característica da amostra absorvente

Espectrometria

13


Espectrometria de absorção electrónicaColorimetria

transformar uma substância incolor ou pouco colorida numa colorida, através de reacções químicas

permite analisá-laabsorção de radiação medida em espectrofotómetros ou

colorímetros

Espectrometria

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Turbidimetriatambém chamada nefelometriamede absorção da radiação incidente numa amostra devido

à sua turvaçãointensidade da turvação proporcional à quantidade do

componente que está a ser medidoutiliza equipamento semelhante ao da colorimetriausada para estudar líquidos que tenham uma 2ª fase em

suspensãofase suspensa dispersa a luz

em geral, mede-se intensidade da luz dispersa

Espectrometria

15


Turbidimetriasistemas estudados:

concentrações de gás ou bolhas de ar em soluçãoemulsões de óleo ou gordurapartículas sólidas em suspensão

permite determinar concentrações, mas também distribuição do tamanho das partículas

Espectrometria

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Turbidimetriapode ser medida por 2 métodos:

1)mesma configuração que em colorimetriaintensidade da luz emergente atenuada por um

mecanismo de “bloqueio”2)detector montado a 90º relativamente à luz incidente

captura a radiação dispersa1) Nefelometria; 2) Turbidimetria

utilização indiferenciada

Espectrometria

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Turbidimetriasoluções turvas têm tempo de vida limitado

medidas e resultados dependem do tempo

Espectrometria

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Espectrometria de absorção electrónicaradiação no UV e visível apenas afecta os e- que formam as

ligações3 tipos de e-:

s – ligações simplesp – ligações duplas

n – e- não ligantes (elementos electronegativos –O, S)

Espectrometria

Energ

ia

Antiligante

Antiligante

Não ligante

Ligante

Ligantes

s*

p*

p

n

s ↓ s*

p ↓ p*

n ↓ p*

n ↓ s*

19


Espectrometria de absorção electrónicaligações s muito fortes

transição s ↓ s* dá-se no UV do vácuo

compostos saturados – hidrocarbonetostransições n ↓ s* dão-se no UV do vácuo

compostos com e- não ligantes – cloreto de metilo

ligações p são mais fracastransição p ↓ p* dá-se no UV e Visíveltransições n ↓ p* dão-se no UV próximo e Visível

compostos com ligações duplas conjugadas

Espectrometria

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Espectrometria de absorção electrónicaordem energética das transições electrónicas

s ↓ s* >> n ↓ s* > p ↓ p* > n ↓ p*

cromóforoscompostos que absorvem radiação UV/Visível

possuem ligações duplas (p) conjugadastransições electrónicas p ↓ p*

transições n ↓ p* não seguem regras de

selecçãoespectros com fraca intensidade

Espectrometria

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Lei de Beer-Lambertabsorção de radiação por interacção com moléculas da

matéria pode variar de intensidadeabsorção medida através da radiação transmitida

Espectrometria

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Espectrometria

Lei de Beer-Lambertquando encontra uma molécula, radiação pode ser:

refractadareflectidadifundida

radiação totalmente reemitida em todas as direcções, de modo uniforme

produzir fluorescênciaparte da energia absorvida é retida pela

amostraradiação reemitida tem menor energia (> l)

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Espectrometria

Lei de Beer-Lambertdesprezando fenómenos de reflexão, difusão e

fluorescência:

T - transmitânciaI0 – radiação incidenteI – radiação transmitida

0

IT

I

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Espectrometria

Lei de Beer-Lambertabsorvância é o log do inverso da transmitância

01

log logI

AT I

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Espectrometria

Lei de Beer-Lambertpassagem de um feixe de radiação monocromática num nº

sucessivo de moléculas absorventes idênticas resulta naabsorção de fracções iguais da energia radiante que as atravessa

fracção absorvente da radiação (I) é igual à secção S absorvida

x

x

dI dS

I S

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Espectrometria

Lei de Beer-LambertdS proporcional ao nº de moléculas absorventes na secção

transversal.dS k dn

00

.I nx

Ix

dI k dn

I S

0

lnI n

kI S

seV

Sb

V = volume do bloco

0

lnI nb

kI V

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Espectrometria

Lei de Beer-Lambertsubstituindo n e V por c (concentração) e –ln por log e

incluindo a constante e (absortividade ou coeficiente de

extinção molar)e é uma característica de cada composto

0

logI

bc AI

e

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Espectrometria

Lei de Beer-LambertA de uma solução directamente proporcional à

concentração da espécie absorvente, para um comprimento de percurso fixo

lei de Beer-Lambert válida se:radiação incidente é monocromáticacentros absorventes actuam independentemente uns

dos outros no processo de absorçãoabsorção ocorre numa secção transversal uniforme

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Espectrometria

Lei de Beer-Lambertdesvios à lei de Beer-Lambert:

químicosmudanças na concentração da solução por

interacção das moléculas do soluto entre si e com o solvente

associação ou dissociaçãotrabalhar com soluções diluídas (<0.01 M) para

evitarinstrumentais

radiação não monocromáticasinal do detector não linear nem proporcional à

concentração da solução

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Análise qualitativaidentificação tentativa do composto através da comparação

com padrões de:valor de lmax

perfil do espectro totallmax afectado pela natureza do solvente

solvente tem que ser transparente na região espectral

necessária confirmação por métodos complementares

compostos diferentes com lmax idênticos e

perfis muito semelhantes

Espectrometria

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Análise quantitativaquantidade de composto medida pelo valor da absorvância

máximaescolher l em que e seja máxima

variação na absorvância para uma dada mudança de concentração será maior

efeito relativo de outras substâncias e impurezas éminimizado

mudança de absorvância com l é menor

espectro de absorção médio não afectado por pequenos erros no ajuste de l

Espectrometria

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Análise quantitativaexemplos

cálculo da concentração numa amostra em que e é

conhecidoaplicação directa da lei de Beer-Lambert

solução de Co(H2O)2+ tem uma absorvância de 0.20 a 530 nm numa célula de 1.00 cm. e = 10 L mol-1 cm-1

Espectrometria

Ac

be

0.200.020

10 1.00x Mc

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Análise quantitativacálculo da concentração numa amostra em que e é

desconhecidofazer recta padrão

constrói-se recta com pelo menos 4 concentrações diferentes

coloca-se no gráfico o valor da absorvância máxima da amostra

tira-se a concentração do composto analisado

Espectrometria

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Análise quantitativanecessário verificar linearidade da resposta em

relação à curva padrãoacima de uma certa concentração a relação

A vs. c deixa de ser linear

Espectrometria

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Análise quantitativaabsorvância de uma solução de MnO4

- é 0.500 a525 nm. Em condições idênticas, uma solução deMnO4

- com concentração 1.0x10-4 M tem uma absorvância de 0.200.

cálculo da concentração desconhecida

Espectrometria

.

4

0.500

0.200 10desc

bc

b

e

e

4

.2.5 10x M

descc

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Análise quantitativaproblemas de interferência na medida da

absorvância2 compostos com lmax igual ou próximo

absorvância é aditivainterferência de um composto sobre o

outronecessário separar os compostos

cromatografia…

Espectrometria

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Análise quantitativaexemplo

cálculo da concentração de um complexo metal-reagente (MR) que absorve a 522 nm(e = 1.18x104)

solução também contém R em excesso 1.00x10-4 M (e = 5.12x102 a 522 nm)

absorvância total a 522 nm = 0.727

Espectrometria

4 2 40.727 1.18 10 . 5.12 10 .10MR

x xc

55.72 10RM

x Mc

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Análise quantitativaexemplo

2 complexos metálicos (X e Y)Al1 = 0.533, Al2 = 0.590em l1

em l2

Espectrometria

3 30.533 3.55 10 . 2.96 10 .c c X Y

x x

53.60 10c Y

x M

2 40.590 5.64 10 . 1.45 10 .c c X Y

x x

2 3

4

3

5.64 10 . 0.533 2.96 10 .0.590 1.45 10 .

3.55 10

cc

Y

Y

x xx

x

41.20 10c X

x M

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EquipamentosColorímetros

simples e fotoeléctricos aplicados apenas na região Visível

Absorciómetrosinclui a classe dos colorímetros, mas podem ser usados

noutras regiões do espectroregiões selecionadas por filtros ópticos

Espectrometria

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EquipamentosEspectrofotómetros

usa uma banda mais estreita de comprimento de ondaseleccionada por um monocromador

feixe simplessimples e baratoapresenta erros devido a flutuações de voltagem e

interferências do solventenão regista espectro

Espectrometria

41


Equipamentosfeixe duplo

mais sofisticado e caronão apresenta os erros encontrados no de feixe

simplesregista espectro da amostra

fonte de radiação dividida em 2 feixesum feixe passa na célula de referência onde

fica o solvente purooutro feixe passa na célula da amostra

efeitos da fonte ou do solvente registado por ambas as células

detector mede a diferença entre ambos os sinais

espectro apenas da amostra

Espectrometria

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Equipamentoscomponentes básicos

fontelâmpada com descarga de hidrogénio

utilizada na região UV (185 – 370 nm)lâmpada de tugsténio

utilizada na região visível (350 - 2000 nm)atenuador ou fenda

diminui largura do feixe da fonte, deixando passar apenas o comprimento de onda de interesse

passa por uma fenda estreitafenda demasiado grande – passa radiação em

excesso, provocando desvio à lei de Beer-Lambert (radiação não monocromática)

fenda demasiado estreita – diminuição da intensidade da radiação e perca de sensibilidade

Espectrometria

43


Equipamentosmonocromador ou filtro

selecciona uma banda ou comprimento de ondarede de difracção

placa metálica polida (reflexão) ou de vidro (transmissão) com ranhuras muito próximas, paralelas e equidistantes

separação do feixe de radiação em vários comprimentos de onda

seleccionados em função do tipo de amostra

prismavidro (visível) ou quartzo (UV)

dispersa o feixe de radiação

Espectrometria

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Equipamentoscélula para amostra

amostras colocadas em células apoiadas em porta-células, colocados num compartimento

vidro ou plásticoregião visível

quartzoUV

mais eficientes2 janelas paralelas2 lados bem polidosespessura mais comum – 1 cm

Espectrometria

45


Equipamentosdetector

fotocélulasdetectam a quantidade de radiação

transmitida após passagem pela amostraradiação transmitida provoca emissão

de e- a partir de uma superfície sólida com um cátodo e um ânodo

produção de corrente eléctricaamplificador

fotomultiplicadorquando atravessado por um fotão,

amplifica a resposta para maior nº de e-

Espectrometria

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Equipamentosregistador

transforma sinal eléctrico que chega ao detector e amplificador em energia mecânica

regista um sinal

Espectrometria

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SolventesVisível

qualquer líquido incolorágua destilada mais usada

UVqualquer solvente que não absorva nesta região

sem ligações duplas conjugadaságua ou hidrocarbonetos saturados

elevada purezadissolver bem a amostra

Espectrometria

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Aplicações na análise de alimentosabsorção no Visível

pigmentos naturaiscorantes artificiais

absorção no UVconservantesantioxidantescaracterização de óleos e gordurasgrau de oxidação de óleos e gordurasvitaminas A, B, C, E e Kpesticidasmicotoxinaspectina e polissacáridos

Espectrometria

49


Aplicações na análise de alimentoscolorimetria

proteínasaminoácidosvitaminas A, B, C, D e Ecarboidratosmetaispesticidasantioxidantescaracterização de óleos e gordurasgrau de oxidação de óleos e gorduras

Espectrometria

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Emissão de radiação electromagnéticaátomos, iões e moléculas podem ser excitados por diversos

processosao relaxar, libertam energia em excesso

relaxação pode resultar em emissão de radiação electromagnética

emissão é característica da substância

Espectrometria

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Emissão de radiação electromagnéticatipos de espectro

riscasespécies atómicas

riscas estreitasdiversas transições electrónicas e subníveis

Espectrometria

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Emissão de radiação electromagnéticabandas

compostas por diversas riscasorbitais molecularesestados vibracionais e rotacionais

Espectrometria

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Emissão de radiação electromagnéticacontínuos

produzidos por aquecimento intenso de sólidosluz emitida ao longo de um amplo intervalo de

energialmax é função da temperatura do material

Espectrometria

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Espectrometria

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Emissão de radiação electromagnéticaluz produzida é directamente proporcional à concentração

das espécies a serem medidas

c – concentraçãoI – intensidade da luzk – constante de proporcionalidade

Espectrometria

c=kI

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Espectroscopia atómicaabsorção e emissão de radiação por átomosobtêm-se espectros de riscasutilização em análise elementar

qualitativa e quantitativa

Espectrometria

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Espectrometria

Espectroscopia atómicapode ocorrer alargamento das riscas por:efeito Doppler

durante a atomização/ionização, a amostra pode aproximar-se ou afastar-se do detector

desvio de Doppler na riscariscas espectrais que deveriam estar separadas de

1 – 5 nm, podem alargar até 100 vezesefeito de pressão

colisão dos átomos da amostra com outras substânciaspermuta de energia

efeito aumenta com a temperatura

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Espectrometria

Espectroscopia atómicaEmissão atómica

átomos promovidos a um nível energético elevadoao decair emitem luz, que é medida

técnicas classificadas segundo fonte de excitaçãofotometria de chamafluorescência atómicaexcitação eléctricaemissão de plasma

permitem análises qualitativas e quantitativas

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Espectrometria

Espectroscopia atómicaanálise qualitativa

baseada na presença de riscas de emissão específicas

Emissão atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicaanálise quantitativa

baseada na medição da intensidade dasriscas de emissão

intensidade proporcional à concentração

grande erro relativofunciona melhor com metais

Emissão atómica

61


Espectrometria

Espectroscopia atómicafontes de excitação

eléctricaeléctrodos de carbono de elevada pureza

arco – excitação eléctrica contínuafaísca – pequena rajada de excitação

T = 4000 – 8000 ºC para uma faísca

15000 – 40000 Vdisposição dos eléctrodos depende do

estado da amostra

Emissão atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicachama

funciona melhor com elementos dos grupos IA e IIA

mais fáceis de ionizaramostras (líquidos ou gases)

introduzidos na chama por aspiração

utiliza temperaturas relativamente baixas (~2000 – 3000 ºC)

< 1 % dos átomos são ionizadosemissão de plasma permite

temperaturas maiselevadas

Emissão atómica

63


Espectrometria

Espectroscopia atómicaplasma

semelhante à fotometria de chamagás inerte (geralmente Ar) excitado

ioniza a amostratemperaturas mais elevadas

(> 103 K) permitem maior sensibilidade

Emissão atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicaplasma acoplado por indução (ICP)

6000 – 8000 ºCfunciona melhor para elementos

com mais elevadas energias de excitação

plasma acoplado directamente (DCP)plasma por microondas

Emissão atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicamonocromador

círculo de Rowlandredes de elevada resolução devido

a riscas muito estreitas

Emissão atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicadetecção

olho, para sistemas mais simplesanálise qualitativa

películaqualitativa – posição das riscasquantitativa – grau de exposição

tubo fotomultiplicadoranálise quantitativa

Emissão atómica

67


Espectrometria

Espectroscopia atómicafotómetro de chama

sistema monocromador/detector maissimples

menos espécies observáveisconstrução semelhante a

espectrofotómetros de feixeúnico

Emissão atómica

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Espectrometria

Emissão atómica

69


Espectrometria

Emissão atómica

70

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Espectrometria

Emissão atómica

71


Espectrometria

Espectroscopia atómicaAbsorção atómica

absorção de luz por átomos no estado atómico livrelei de Beer-Lambertmaioria dos átomos não passa ao estado excitado

com os processos de excitação atómica utilizadosmétodo de análise dos átomos livres é mais

sensível

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Espectrometria

Espectroscopia atómicavantagens relativamente à emissão atómica

menos interferênciasmenor dependência da temperaturamelhores sensibilidade e rigor para maioria dos

elementos (gama de ppb)desvantagens relativamente à emissão

só analisa metaisapenas análise quantitativa

Absorção atómica

73


Espectrometria

Absorção atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicaequipamento

Absorção atómica

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Espectrometria


semelhante a espectrofotómetro de feixe simplesfontes

lâmpada de cátodo ocofonte produz riscas de emissão específicas

para o elemento usado na construção do cátodo

lâmpada de descarga sem eléctrodomaior intensidade mas menor estabilidade

Absorção atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicalâmpada de cátodo oco

lâmpada contém gás inerte (Ar, Ne)aplicação de um potencial provoca

excitação do gás, deslocando-o para ocátodo

metal passa ao estado excitado devido ao contínuo bombardeamento pelo gás

após relaxar, produz riscas de emissão atómica específicas

Absorção atómica

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Espectrometria

Absorção atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicalâmpada de descarga sem eléctrodo

sal contendo o metal de interesse selado num tubo de quartzo com um gás inerte

campo de radiofrequência excita o gásgás excitado ioniza o metal

Absorção atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicainterruptor rotativo usado para dividir feixe de

luz em 2reduz ruído da fonte

Absorção atómica

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Espectrometria


métodos de atomizaçãoexposição da amostra a temperaturas elevadasatomização separa partículas em moléculas

individuais e estas em átomosátomos no estado estacionário em forma

gasosa absorvem radiaçãoproduzem um sinal proporcional à sua

concentração

Absorção atómica

81


Espectrometria


métodos de atomizaçãochama

líquidos e gasesC2H2 usado como combustível e ar ou N2O

como oxidantesN2O produz uma chama mais quente,

mas mais ruidosarequer amostras grandes (> 1 mL)

amostra continuamente consumidalimites de detecção elevados

pequena parte da amostra oxidada pela chama a cada momento

Absorção atómica

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Espectrometria


métodos de atomizaçãosem chama (forno de grafite)

líquidos e sólidosmaior intensidade mas menor estabilidadeamostra colocada num tubo de carbono

aquecido por corrente eléctricamaior tempo de residência da amostra

melhores sensibilidade e limite de detecção

Absorção atómica

83


Espectrometria



usado um programa de temperatura para aquecer a amostra

secagem50 – 200 ºC para remover solvente

carbonização200 – 800 ºC para decompor a

matrizatomização

aumento rápido até 2000 – 3000 ºC em poucos segundos

recolha dos dados

Absorção atómica

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Espectrometria



Ar usado como gás de purga:remoção de material em excesso

durante a secagem e carbonização e após a atomização

redução da oxidação do tuboimpede a reacção de C com N durante

a atomizaçãonão se dá produção de cianogénio

Absorção atómica

85


Espectrometria


monocromador e detectorrede holográfica para resolver as riscasdetector habitual é um tubo fotomultiplicadorhabitual usar um método para correcção do

“background”bandas largas devidas a absorção ou

emissão molecularcorrecção com D2 ou efeito de Zeeman

Absorção atómica

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Espectrometria


monocromador e detectorcorrecção com lâmpada de D2

luz da fonte e de uma lâmpada de D2

passam alternadamente pela amostra

banda de luz da lâmpada de D2 que atravessa a amostra é mais larga

diferença entre os 2 sinais dá a correcção

Absorção atómica

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Espectrometria

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Espectrometria


limitações da correcção com lâmpada de D2:

pode ocorrer sub- ou sobrecorrecção, dependendo da amostra

requer bom alinhamento das lâmpadas

D2 funciona mal a > 350 nm

Absorção atómica

89


Espectrometria


monocromador e detectorcorrecção com efeito de Zeeman

campo magnético forte aplicado à amostra

separação dos níveis de energia electrónica dos átomos

desloca-se o comprimento de onda de absorção da amostra, permitindo medir directamente o ruído de fundo

Absorção atómica

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Espectrometria

Espectroscopia atómicainterferências

absorção de radiação da fonteelementos diferentes do analisado podem

absorver o comprimento de onda utilizado

ionizaçãoformação de iões em vez de átomos causa

menor absorção da radiaçãopodem adicionar-se supressores de

ionizaçãoauto-absorção

átomos absorvem mais radiação no centro da risca do que nos lados

provoca alteração na forma e intensidade da risca

Absorção atómica

91


Espectrometria

Espectroscopia atómicainterferências

absorção de fundo da radiação da fontepresença de partículas resultantes de uma

atomização incompletaproblema reduzido por aumento da

temperatura da chamatransporte

velocidade de aspiração, nebulização ou transporte da amostra

Absorção atómica

92

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47


Espectrometria

Absorção atómica

93


Espectrometria

Absorção atómica

94

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48


Espectrometria

Absorção atómica

95


Espectrometria

Absorção atómica

96

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49


Espectrometria

Espectroscopia atómica Absorção atómicavs.

Emissão atómica

Absorção Emissão

Mede concentrações reduzidas de metal em matrizes complexas

Mede concentrações reduzidas de metal em matrizes complexas

Depende do nº de átomos no estado fundamental

Depende do nº de átomos excitados

Mede a radiação absorvida por átomos no estado fundamental

Mede a radiação emitida por átomos excitados

Presença de uma fonte luminosa (lâmpada de cátodo oco)

Ausência de fonte luminosa

Temperatura do atomizador ajustada de modo a apenas atomizar os átomos da amostra no estado fundamental

Temperatura do atomizador suficientemente elevada, de modo a atomizar e excitar os átomos da amostra

97


Espectrometria

Espectroscopia atómicaFluorescência atómica

modificação no equipamento usado para absorção atómica

lâmpada colocada em ângulo recto relativamente ao detector

mede qualquer átomo que fluoresça

98

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50


Espectrometria

Espectroscopia atómicaAplicações

análise clínicaanálise de metais em fluidos biológicos

sangue e urinaanálise ambiental

avaliar o nível de diversos elementos em rios, água do mar, ar e combustíveis

farmáciadetecção de pequenas quantidades de

catalisadores usados na produção de fármacosindústria

verificar a presença dos principais elementos e garantir que impurezas tóxicas estão abaixo do nível permitido

ex: teor de Pb no betão

99


Espectrometria

Espectroscopia atómicaAplicações

minasdetecção de ouro em rochas

análise de alimentosdeterminação de elementos existentes em

quantidades residuaiscosmética

análise de elementos existentes em quantidades residuais

ex: no cabelo

100

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51


Raios XAbsorçãoDifracçãoEmissão/fluorescência

Espectrometria

101


Raios Xse um e- de uma camada interna for ejectado de um átomo,

o seu lugar será preenchido por outro proveniente da camada externa

diferença de energia emitida como raios Xfunção do nº atómico

Espectrometria

102

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52


Raios Xemissão de raios X é independente da forma química

intensidade usada para identificar elementos com nº atómico ≥ 20

fonte de raios X tem que possuir um nº atómico superior ao da amostra

Espectrometria

4Zabsorção

massa atómica

103


Raios Xequipamento

Espectrometria

104

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53


Raios Xequipamento

feixe de e- produz raios X a partir de um metal (Cu, W, Mo)

colimador é constituído por uma série de placas metálicas perfuradas

absorve todos os raios X não correctamente direccionados

filtro constituído por um metal com nº atómico superior ao do elemento a analisar

Espectrometria

105


Raios Xmonocromadores são raramente usados

quando existem são de NaCliões difractam raios X

Espectrometria

106

16/09/2015

54


Raios Xdetectores

por ionização em gasestubo cheio de Ar (≥ 1000 V)

elevado nº de ionizaçõesum único pulso de radiação com muitos

iõesnão é discriminatório

Espectrometria

107


Raios Xdetectores

cintilaçãousados na detecção de raios X e g

raios X interagem com cristais de NaI(Tl) e produzem luz

1 fotão por cada 200 eVnº de fotões proporcional à energia dos

raios Xluz dirigida para um tubo fotomultiplicador

Espectrometria

108

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55


Raios Xdetectores

estado sólidosemicondutores de Si(Li)

aplicando uma pequena diferença de potencial ao cristal obtêm-se 3 zonas

positiva, negativa e vaziaquando atravessado por uma radiação

ionizante, esta deixa um rasto de cargas positivas e negativas na zona vazia

detecção baseada na corrente necessária para reestabelecer a zona vazia

Espectrometria

109


Raios XDifracção

usada para medir dimensão e forma de cristaisanálise elementar

estrutura de novos materiaisidentificação de substâncias

Espectrometria

110

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56


Raios XAbsorção

usada para medir qualidade de metais e ligasmedicina

medicina dentária

Espectrometria

111


Raios XFluorescência

quando uma amostra é exposta aos raios X, são produzidos raios X secundários

para nos atómicos ≥ 11 obtém-se informação qualitativa e quantitativa

técnica não destrutiva

Espectrometria

112

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57


Espectroscopia molecularabsorção e emissão de radiação por moléculas

espectroscopias de UV/Vis, IV e Fluorescência

Espectrometria

113


Espectroscopia molecularabsorção molecular

UV/Visanalisa transições electrónicasespectros aparecem como bandas

grande nº de estados vibracionais e rotacionais

Espectrometria

114

16/09/2015

58


Espectrometria

Espectroscopia molecularpara existir absorção no UV/Vis por compostos orgânicos

energia absorvida pelo composto corresponda a uma transição de um orbital populado para um não populado

s ↓ s* não observada habitualmente

energia demasiado elevadan ↓ s* para compostos que contenham átomos

com pares de e- não partilhadoscompostos com O, S, N e halogéneos

150 – 250 nmpouco intensas

Absorção molecularUV/Vis

115


Espectrometria

Espectroscopia molecularn ↓ p* e p ↓ p*

necessária insaturação para ter orbitais p*

ligações múltiplas e estruturas de ressonância

aumento de insaturação provoca desvio para >l

200 – 700 nmintensas


116

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59


Espectrometria

Espectroscopia molecularefeito do solvente

na fase de vapor não existe solventeinteracções mínimas entre moléculas

solvente pode causar alargamento das bandas


117


Espectrometria

Espectroscopia molecularem compostos inorgânicos também se verifica absorção

para espécies com orbitais d parcialmente ocupadosmais intensas para complexos com metais de transição

resultado da interacção do ligando com as orbitais d do metal

num ião livre, as orbitais d têm energias iguais, mas não são idênticas

interacção com um ligando afecta umas orbitais mais que outras

desdobramento das orbitais d resulta numa transição d ↓ d (zona do UV/Vis)

tipo e grau de desdobramento dependem do ligando e da geometria do complexo formado


118

16/09/2015

60


Espectrometria

Espectroscopia molecularanálise qualitativa

pouco interessantebandas pouco estruturadasmoléculas com grupos funcionais semelhantes

apresentam espectros muito parecidos


119


Espectrometria

Espectroscopia molecularanálise quantitativa

diversas aplicaçõeselevada sensibilidade

limites de detecção entre 10-4 e 10-6 Mrazoável selectividaderazoável simplicidade e baixo customedida deve ser efectuada no lmax

maior sensibilidademinimiza erros


120

16/09/2015

61


Espectrometria


condições de análise devem ser mantidas constantes:

solventetemperaturapHpreparação da amostra

condições instrumentais iguais e constantes para amostra e padrões

cuvettesfendascomprimento de onda


121


Espectrometria


método apenas válido em condições de linearidade Abs vs. conc


122

16/09/2015

62



IVenergia demasiado baixa para promover transições

electrónicaslimitada aos níveis vibracional e rotacional

em líquidos e sólidos, rotação molecular é limitada

principal interacção é vibracionaldepende de:

nº de átomostipo de átomostipo de ligação entre átomos

Espectrometria

123


Espectrometria

Espectroscopia molecularcada molécula pode apresentar

diversos tipos de vibração

Absorção molecularIV

124

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63


Espectrometria

Espectroscopia molecularprincipal vantagem:

permite identificar grupos funcionais


125


Espectrometria


bandas muito estreitasdesvios à lei de Lambert-Beer

pouco útil em análise quantitativa


126

16/09/2015

64


Espectrometria

Espectroscopia molecularFTIR

espectrofotómetros modernos usam sistema de transformada de Fourier

operação matemática que traduz uma curva complexa nas suas componentes


127


Espectrometria

Espectroscopia molecularnum FTIR, a curva complexa é um interferograma

soma das interferências construtivas e destrutivas geradas pelas ondas de luz

curvas componentes são o espectro IVluz incidente é dividida 50:50 para um espelho fixo

e outro móvelespelho móvel é o principal e mais caro

componente

Absorção molecularIV/FTIR

128

16/09/2015

65


EspectrometriaAbsorção molecular

IV/FTIR

129


Espectrometria

Espectroscopia molecularexemplos de interferogramas

Absorção molecularIV/FTIR

130

http://www.wooster.edu/chemistry/analytical/ftir/default.html

http://www.wooster.edu/chemistry/analytical/ftir/default.html

16/09/2015

66



Ramanfotões absorvidos por moléculas sofrem

espalhamentomaioritariamente elástico (espalhamento de

Rayleigh)fotão emitido tem mesmo l que o que absorve

pequena parte (1:107) tem espalhamento inelástico (efeito de Raman)

energias dos fotões incidentes e espalhados são diferentes

Espectrometria

131


Espectrometria

Espectroscopia molecularlinhas de Stokes são equidistantes da de Rayleigh

1 quantum vibracional de energia perdido ou ganholinha de Stokes mais intensa

apenas as moléculas que sofrem excitação vibracional antes da irradiação podem originar linhas anti-Stokes

em geral, apenas se medem as linhas de Stokes

Raman

132

16/09/2015

67


Espectrometria

Espectroscopia molecularpara que uma vibração seja activa em IV, tem que

haver alteração no momento dipolar da moléculapara que uma transição seja activa em Raman, tem que

haver alteração na polarizabilidade da moléculapolarizabilidade varia com movimento vibracional

espalhamento de Raman pouco eficaznecessária forte fonte de excitação

laserlaser é monocromático

permite avaliar diferença de energia entre as linhas de excitação e de Stokes

Raman

133


Espectrometria

Espectroscopia molecularespectrómetro de Raman

fonte luminosanormalmente laser

ópticarecolhe luz espalhada pelo efeito de Raman

sistema de detecção

Raman

134

16/09/2015

68


Espectrometria

Espectroscopia molecularestudos biomédicos efectuados em microscópios de

Raman ou sondas de fibra óptica acopladas a um sistema de Raman portátil

permite trabalhar in vivo

Raman

135


Espectrometria

Espectroscopia molecularespectroscopias IV e Raman são complementares

diferentes regras de selecçãoex: moléculas diatómicas homonucleares

não têm espectro IVnão possuem momento dipolar

têm espectro Ramanligação, ao contrair e esticar, altera

interacções entre e- e núcleo, variando polarizabilidade

ex: moléculas poliatómicas simétricas que possuem centro de inversão (benzeno)

bandas activas no IV não são activas no Raman e vice-versa

ex: moléculas com pouca ou nenhuma simetriaactivas tanto no IV como no Raman

Raman

136

16/09/2015

69


Espectrometria

Espectroscopia molecularespectroscopia de Raman fornece detalhes sobre:

composição químicaestrutura molecularinteracções moleculares

células e tecidosobtém-se informação sobre proteínas, lípidos,

carboidratos e ácidos nucleicos

Raman

137


EspectrometriaRaman

138

16/09/2015

70


Espectroscopia molecularfluorescência molecular

moléculas absorvem energia e passam ao estado excitado

quando relaxam de volta ao estado excitado podem emitir:

calorluz

fluorescência

Espectrometria

Co

Conversãointerna

139


Espectrometria

Espectroscopia molecularconversão interna e fluorescência podem ocorrer

simultaneamentepercentagem de moléculas que fluorescem definida

pelo rendimento quântico

Fluorescência

taxa de relaxação por fluorescênciaQ

taxa de relaxação total

140

16/09/2015

71


Espectrometria

Espectroscopia molecularespectros de fluorescência tendem a apresentar-se

como imagens reflectidas dos epectros de absorção

energias menoresparte da energia perdida de forma vibracional

Fluorescência

141


Espectrometria

Espectroscopia molecularexcitação

fluorescência produzida ao longo de uma gama de comprimentos de onda da luz incidente

espectros de excitação corrigidosfluxo de fotões incidente mantido constantesolução suficientemente diluída

fracção da radiação absorvida é proporcional ao coeficiente de absorção do analito

forma idêntica à do espectro de absorção

Fluorescência

142

16/09/2015

72


EspectrometriaFluorescência

143


Espectrometria

Espectroscopia moleculartécnica muito sensível e com baixos limites de detecçãopoucos compostos exibem fluorescência

estruturas rígidas com modos de relaxação vibracional reduzidos

compostos com anéis aromáticos fundidos são mais fluorescentes

ligações duplas conjugadas também exibem fluorescência

derivatização com grupos fluorescentes

Fluorescência

144

16/09/2015

73


Espectrometria

Espectroscopia molecularfluorescência diminui com aumento da temperatura

maior nº de colisões com o solvente resultam num aumento de relaxação vibracional

aumento da viscosidade do solvente leva a um aumento da intensidade da fluorescência

movimento mais lento das moléculas de solvente conduz a menores interacções entre elas

Fluorescência

145


Espectrometria

Espectroscopia molecularintensidade de fluorescência proporcional à

concentraçãoobtenção de curvas de calibração

utilização dos valores mais convenientes de lmax de emissão e excitação

Fluorescência

146

16/09/2015

74


Espectrometria

Espectroscopia molecularauto-extinção

a concentrações elevadas aumenta a probabilidade de que um fotão emitido venha a ser absorvido por outra molécula da amostra

Fluorescência

147


Ressonância magnética nuclear (NMR)técnica que fornece informações sobre o ambiente de

núcleos magneticamente activosnúcleos absorvem radiação na zona das frequências de

rádiomedição das frequências às quais ocorre absorção e

intensidade da mesma permite obtenção de dados sobre estrutura molecular

frequência depende da ligação química, da conformação molecular e de processos dinâmicos

núcleos mais estudados1H e 13C

Espectrometria

148

16/09/2015

75


NMRtodos os núcleos possuem um spin

descreve a natureza do campo magnético do núcleonº de spin (I) pode ser 0 ou qualquer múltiplo de ½

(½, 2/2, ×)núcleos com spin 0 não possuem campo magnéticoquanto mais alto I, mais complexo o campo

magnético12C e 16O têm I = 0 invisíveis em NMRusam-se aqueles que são “visíveis” I ʌ 0

1H, 13C (I = ½), 14N (I = 1), …I descreve forma do campo magnético, g descreve

a sua intensidadeg ≡ factor giromagnético1H possui o campo magnético mais forte

Espectrometria

149


NMRspin do núcleo afectado por um campo magnético

externonúcleo tenta alinhar-se segundo o campo aplicado

alinhamentos são quantificadosnº limitado de alinhamentos (depende de I)alinhamento (estados de spin ≡ Iz) varia de

–I a +I em intervalos de 1cada núcleo possui 2I+1 estados de spin

Espectrometria

150

16/09/2015

76


NMRestados de spin variam em energia consoante a sua

orientação relativamente ao campo magnético externo

mais paralelos têm menor energiamais opostos possuem maior energia

Espectrometria

151


NMRdiferença de energia permite induzir transição entre

diversos estados de spinirradiação de um dado núcleo induz um “salto”

de um outro núcleo de menor energia para uma orientação de energia superior (absorção de energia)

dão-se igualmente transições de mais alta para mais baixa energia (libertação de energia)

se as populações em ambos níveis energéticos forem iguais, transições anulam-se e não há sinal observável

sinal detectado pelo aparelho se populações diferentes

Espectrometria

152

16/09/2015

77


Espectrometria

153


NMRespectro de NMR

alterando a frequência da radiação electromagnética aplicada

obtém-se gráfico de absorção de energia vs.frequência

Espectrometria

154

16/09/2015

78


NMRespectro de NMR

alternativamente pode variar-se a intensidade do campo magnético aplicado, mantendo a frequência constante

obtém-se gráfico de absorção de energiavs.intensidade do campo magnético aplicado

Espectrometria

155


NMRespectro de NMR

sistema homogéneo com um único tipo de núcleoum único pico no espectro

compostos complexosnúcleo influenciado pelo ambiente

ambientes que aumentam separação energética entre estados de spin

transições a frequências mais elevadasambientes que provocam redução na

separaçãotransições a frequências mais baixas

variações em frequência ≡ desvio químico

Espectrometria

156

16/09/2015

79


NMRblindagem e desblindagem

e- possuem campo magnético (spin = ½)muito mais forte que o do núcleopolaridade oposta à do núcleo

campo sentido pelo núcleo numa molécula é combinação do campo magnético externo aplicado e do gerado pela nuvem electrónica

campo magnético externo oposto ao dos e-

núcleo “blindado” da força total do campo externo

Espectrometria

157



blindagem afectada por factores que alteram a densidade electrónica à volta do núcleo

diminuição da densidade - desblindagemaumento da densidade – maior blindagem

blindagem provoca redução da intensidade do campo magnético

separação de energia entre estados de spin diminui

transição de spin pode ser induzida por menor frequência

desblindagem produz o efeito inversovariação resulta em deslocamento químico (d)

Espectrometria

158

16/09/2015

80


Espectrometria

159


NMRdeslocamento químico medido em relação a

uma referênciaex: TMS (0 ppm)

Espectrometria

160

16/09/2015

81



e- mais próximos do núcleo são os que mais influenciam a blindagem

e- que participam em ligações químicaselectronegatividade afecta distribuição

electrónicaátomos electronegativos e grupos

funcionais aceitadores de e- provocam desblindagem

átomos electropositivos e grupos funcionais dadores de e- provocam blindagem

Espectrometria

161



ex: C menos electronegativo que Oem O-H, e- ligantes atraídos para O

densidade electrónica à volta de H menor que em C-H

menor blindagem

Espectrometria

162

16/09/2015

82



corrente de anel em sistemas p

uma carga em movimento (corrente) pode produzir um campo magnético

átomos com hibridização sp2 possuem 1 orbital p disponível

orbitais p em átomos adjacentes têm tendência para se alinhar produzindo um sistema p

ex: benzeno (corrente de anel)corrente de anel oposta ao campo

magnético externo

Espectrometria

163



H do anel sofrem um reforço do campo magnético externo

desblindadosnoutros sistemas p ocorre o mesmo

orbitais p em átomos adjacentes têm tendência para se alinhar produzindo um sistema p

Espectrometria

164

16/09/2015

83



em casos raros, H podem estar colocados acima ou abaixo do sistema p

sofrem blindagem

Espectrometria

165


NMRinterpretação de espectros

intensidade do sinal depende do nº de núcleos envolvidos

área de um pico é proporcional ao nº de núcleos que contribuem para o sinal

ex: espectro de MeOH (CH3OH)2 tipos de átomos de H

2 deslocamentos químicos (d)

área 3:1

Espectrometria

166

16/09/2015

84



relaxação de spin rápida

áreas dos picos reflectem nº de núcleosrelaxação lenta

núcleos promovidos ao estado de spin de maior energia mais rapidamente do que podem sair deste

excesso de população do nível de mais baixa energia será reduzido e as 2 populações tornam-se iguais

saturaçãosinal de NMR diminui de

intensidadesinal desaparece com saturação

total

Espectrometria

167


NMRinterpretação de espectros – acoplamento dipolar

produzidos por campos magnéticos dos núcleos vizinhos

campos fracos mas fazem-se sentir se o núcleo não estiver afastado mais de 3 ligações

Espectrometria

168

16/09/2015

85



ex: moléculas com 2 H próximos (A e B) com desvios químicos diferentes

HA tem estados de spin Iz = ½ e Iz = -½na ausência de HB produz um único pico no

NMRHB tem um pequeno campo magnético que

pode estar alinhado ou oposto ao campo externo, com idêntica probabilidade

se estiver alinhado HA fica desblindadose estiver em oposição HA fica blindado

metade das moléculas possui ressonância a mais alta frequência

metade a mais baixa

Espectrometria

169



pico de HA desdobra-se em 2 (dobleto) por influência de HB e vice-versa*

J (constante de acoplamento dipolar) frequência de separação ente os 2 picos

varia entre 0 – 15 Hz

*efeito usado para identificar que H estão acoplados um com outro

Espectrometria

170

16/09/2015

86



valores de constantes de acoplamento

Espectrometria

Jtrans > Jcis

171



se o nº de H acoplados aumentar, desdobramento torna-se mais complexo

ex: C2H6

para 3 H idênticos existem 8 combinações possíveis de spin

blindagem ou desblindagem sentida por HA

depende da soma dos campos magnéticos dos 3 HB

maior blindagem ocorre quando 3 HB

estão opostos ao campo externo (DDD)

segue-se o caso em que 2 estão opostos

3 possíveis combinações (DDU, DUD, UDD) com a mesma probabilidade (1/18)

Espectrometria

D – downU - up

intensidade destas duas frequências é de 1:3

172

16/09/2015

87



no caso de apenas 1 HB estar em oposição (DUU, UUD, UDU)

no caso de nenhum HB estar em oposição (UUU)

Espectrometria

intensidade dos 4 picos é de 1:3:3:1

173



se tivermos 3 H idênticos acoplados

quartetoN núcleos idênticos acoplados originarão

2NI+1 picosintensidade das linhas prevista de

acordo com o triângulo de Pascal

Espectrometria

174

16/09/2015

88



no caso de acoplamento com um núcleo de spin mais elevado, situação é análoga

ex: H acoplado com N (I = 1)tripleto de picos com igual intensidade

representando as 3 possíveis orientações de spin do N (1, 0, -1)

N acoplado a H (I = ½)dobleto

Espectrometria

175



intensidades previstas com um método semelhante ao triângulo de Pascal

para I = 1:

Espectrometria

176

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89



acoplamento de 1ª ordem aplica-se quando desvios químicos dos núcleos acoplados estão suficientemente separados

quando desvios se aproximam, interacções mais fracas começam a predominar

efeitos de acoplamento de 2ª ordem:energias dos estados de spin sofrem

desviosprobabilidades das transições entre

níveis variam

Espectrometria

posições e intensidades dos picos deixam de ser as previstas pela teoria de 1ª ordem

177



sistema com 2 núcleos acoplados de spin ½pico de cada núcleo divide-se em 2

(dobleto)quando desvios químicos se tornam

semelhantes, picos do dobleto mudam de intensidade

pico de cada dobleto mais próximo dos picos do núcleo acoplado aumenta de intensidade (aumento da probabilidade da transição)

o outro pico diminui de intensidade

Espectrometria

178

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90



desdobramento não se verifica se protões estão separados por mais de 3 ligações s

acoplamentos de longo alcance ocorrem quando protões estão separados por mais que 3 ligações s, mas com ligações duplas ou triplas

Espectrometria

179


NMRsinais de Hc, Hd e He sobrepostos

sinais de Ha, Hb e Hc não se sobrepõem

Espectrometria

180

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91


NMRvelocidade de relaxação

processo exponencial

descrito por T1 (tempo de relaxação)tempo necessário para que a energia em

excesso desça para 1/e (0.36788) do seu valor original

T1 para H em moléculas orgânicas ≤ 1 seg

Espectrometria

181



exemplos de moléculas com protões quimicamente equivalentes

1 único sinal no espectro de 1H-NMR

Espectrometria

182

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92



moléculas com protões não quimicamente equivalentes

vários sinais no espectro de 1H-NMR

Espectrometria

183



grupos aceitadores de e- provocam desvio de d para

frequências mais altasex: halogéneos

Espectrometria

184

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93


Espectrometria

185


Espectrometria

186

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94



valores típicos de d

Espectrometria

187



valores típicos de d

Espectrometria

188

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95



variação com a temperaturaex: ciclohexano

velocidade de conversão depende da temperatura

Espectrometria

189


NMRespectroscopia de 13C

nº de sinais reflecte o nº de diferentes tipos de carbonointensidade do sinal muito menor que a de 1H

(~ 6400 vezes)d acima de 220 ppm (com 1H até 10 ppm)

Espectrometria

190

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96


NMRespectroscopia de 13C

valores de d

Espectrometria

191


NMRNMR a 2 dimensões

espectro COSY 1H identifica acoplamentospicos cruzados indicam pares de H acoplados

Espectrometria

COrrelation SpectroscopY

192

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NMRNMR a 2 dimensões

espectro HETCOR (HETeronuclear CORrelation spectroscopy) indica acoplamentos entre protões e carbonos, aos quais estão ligados

Espectrometria

193


Ressonância paramagnética electrónica (EPR)técnica que detecta espécies com e- desemparelhados

radicais livres, se forem moléculas orgânicasiões de metais de transição, no caso de complexos

inorgânicosexcitação dos spins electrónicos

necessários campos magnéticos mais fracos e frequências mais altas que em NMR

Espectrometria

194

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EPRe- possuem momento magnético

colocados num campo magnético externo (B0)momento magnético alinha paralelo ou anti-

paralelo a B0

alinhamento paralelo define um estado de menor energia

separação entre os 2 estados:

para transitar entre os 2 níveis, um e-

absorve radiação electromagnética

Espectrometria

e B 0ΔE= Bg m

ge – factor giromagnético do e-

mB – magnetão Bohr (9.27x10-24 JT-1)

e B 0ΔE=h = Bgn m

equação fundamental do EPR

195


EPRcentro paramagnético colocado num campo magnético

energia absorvida pelo e- detectada e convertida num espectro

Espectrometria

196

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/57/EPR_fision.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/57/EPR_fision.jpg

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EPRe- livre tem um valor de g = 2.002319304386 (ge)radiação de 9.75 GHz (mais comum) provoca

ressonância a 0.34 Tesla (T)sinais de EPR produzidos:

medição de energia absorvida a diferentes frequências num campo magnético constante (como no NMR)

variando o campo magnético externo a frequência constante (mais comum)

Espectrometria

197


EPRna realidade, não existem centros paramagnéticos

isolados, mas sim grandes grupos de centrospopulação dos centros em equilíbrio termodinâmico

distribuição estatística segue a distribuição de Boltzman

à frequência de 9.75 GHz (radiação da banda X) e à temperatura ambiente

Espectrometria

1

( )J

J

EM kT

M

ne

n

1 0.998J

J

M

M

n

n

nMJ+1– nº de centros

paramagnéticos a ocupar o nível MJ+1

k – constante de Boltzmann (1.38x10-23 JK-1)

T – temperatura (K)

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100


EPRg dá informação sobre a estrutura electrónica do centro

paramagnéticog ʌ ge

razão do momento magnético do e- sobre o seu momento angular difere daquela de um e- livre

como o momento magnético é constante (magnetão de Bohr), e- ganha ou perde momento angular

resulta do acoplamento spin-órbita

Espectrometria

199


EPRvariação de g dá informação sobre a natureza do

orbital atómico ou molecular que contém o e-

se o átomo ao qual o e- está associado tiver spin nuclear diferente de 0

o seu campo magnético vai também afectar o e-

acoplamento hiperfino, desdobrando o sinal em dobletos, tripletos, …

Espectrometria

200

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101


Espectroscopia de massaprodução de iões a partir de um composto e sua

caracterizaçãométodo qualitativo, podendo ser acoplado a outros

Espectrometria

201


Espectroscopia de massaoperação sob vácuo

maior distância média percorrida pelos iões e moléculas antes de colidirem com outros iões ou moléculas

fragmentação mais reprodutívelmaior sensibilidademaior rigor e fiabilidade na análise

produzido por um sistema de 2 bombasuma rotativa (10-2 – 10-4 torr)bomba turbomolecular ou bomba de difusão

(10-5 torr)

Espectrometria

202

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Espectroscopia de massaexistem diversos métodos de ionização:

impacto de electrões (EI)ionização química (CI)fast atom bombardment (FAB)field ionizationdesorpção de plasma

Espectrometria

energia efragmentação

203


Espectroscopia de massaimpacto de electrões (EI)

e- atinge uma molécula neutraliberta outro e-

forma ião molecularenergia adicional causa fragmentação da molécula

Espectrometria

204

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103



e- com menos de 70 eV originam poucos iõese- com mais de 70 eV provocam fragmentação

excessivaobtém-se pouca informação

energia adicional causa fragmentação da molécula

Espectrometria

205



filamento e ânodo produzem e-

repelente “empurra” iões positivos produzidos para fora da fonte de ionização

lentes aceleram iões até atingirem energia cinética constante

Espectrometria

206

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104


Espectroscopia de massaanalisadores de massa

filtros que resolvem os fragmentos produzidosmagnéticoselectrostáticostime of flight (TOF)quadrupoloion trap

Espectrometria

207


Espectroscopia de massaanalisadores de massa

quadrupolosiões acelerados entram numa zona com 4 polos

potencial dos polos variaiões com uma determinada massa

alcançam o detectormuito usados em GC/MS

Espectrometria

208

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105


Espectroscopia de massaquadrupolos

para um determinado conjunto de condições, apenas iões com uma massa (M/Z) específica são capazes de atravessar todo o filtro

faz-se um varrimento numa gama de massastipicamente 10 – 800 M/Z

tempo de aquisição ≈ 1 seg

Espectrometria

209


Espectroscopia de massadetecção

habitualmente feita em multiplicadores de e-

material electroemissivo ao ser atingido por um ião, ejecta um e-

e- acelerados atingem parede do multiplicador, libertando mais e-

sinal amplificado

Espectrometria

210

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106


Espectroscopia de massarecolha e processamento de dadosidentificação do espectro de massa

computadores com bibliotecascada linha representa uma massa/carga específica

habitualmente carga é 1eixo dos x dá directamente a massa

Espectrometria

211


Espectroscopia de massaespectros mostram:

massa dos fragmentospadrão de fragmentação

presença de isótoposisótopo mais abundante considerado ter um

valor de 100 %restantes isótopos normalizados relativamente

ao mais abundanteintervalos entre as linhasintensidade proporcional à abundância

Espectrometria

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Espectroscopia de massainterpretação de espectros de massa:

analisar aspecto geraltentar encontrar o ião moleculardeterminar composição elementaridentificar características estruturaisanalisar grau de fragmentaçãoverificar a existência de aglomerados (clusters)

presença de linhas com massas pares ou ímpares

propor estruturas possíveis

Espectrometria

213



espaçamento regular com 14 unidades de massalinha principal em cada cluster tem valor ímparpresença de ramificações

linhas associadas a fragmentações de ambos os lados da ramificação

aumento de ramificações aumento do nº de

linhas

EspectrometriaEx: hidrocarbonetos saturados

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n-hexanoião molecular a 86linha mais intensa a 57

típico dos hidrocarbonetos

EspectrometriaEx: hidrocarbonetos saturados

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em alcenosfragmentos contendo ligação dupla são

deslocados de -2 unidadesnum alcano os iões principais seriam 43,

57, 71, 85, …

EspectrometriaEx: hidrocarbonetos insaturados

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1-hexenoião molecular a 84 mais intenso que no

n-hexanoem cada cluster os iões CnH2n e CnH2n-1

têm maior intensidade


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1-hexeno, 2-hexeno e 3-hexenoposição da ligação dupla não afecta fortemente

o espectro


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em cicloalcanosquebra de pelo menos 2 ligações para haver

fragmentaçãoaumento na intensidade do ião molecular

EspectrometriaEx: compostos cíclicos

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anéis insaturadosaumento do grau de insaturação leva a um

aumento de intensidade do ião molecular

redução da fragmentação

EspectrometriaEx: compostos cíclicos

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ionização simples com formação de iões moleculares estáveis

muito difícil determinar padrões de substituição nos anéis

EspectrometriaEx: compostos aromáticos

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Espectroscopia de massa“auxiliares” de interpretação dos espectros

regra do e- ímparusada para confirmar se uma linha pode ser devida

a um ião molecularionização provoca a perca de 1 e-

espécie formada é um radical (M ↓ M+.)

se a espécie inicial tem um nº par de e-, o ião molecular terá um nº ímpar

Espectrometria

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regra do azotono caso de existir um nº ímpar de N

em compostos orgânicos existe uma relação entre a valência e a massa do isótopo mais comum da maioria dos elementos

elementos pares têm valência parelementos ímpares têm valência ímpar

regra assume que os elementos se limitam a C, H, halogénios, O e N

composto contendo apenas C, H, O ou X tem peso molecular par

composto com nº ímpar de N tem peso molecular ímpar e com nº par tem PM par

Espectrometria

223



percas lógicasas restantes linhas fazem sentido relativamente ao

ião molecular?apenas um pequeno nº de fragmentos neutros

de baixo PM é habitualmente perdidocorte de uma única ligação simples

percas de radicais

quando pelo menos 2 ligações são quebradaspercas neutrasmenos comum

Espectrometria

1 15 16 17 19 26 27 29 31 35 43 46

H CH3 NH2 OH F CN C2H3 C2H5 ou CHOOCH3 ou CH2OH

ClOC2H5 ou

COOHNO2

2 17 18 20 27 28 30 34 36 44 74 80

H2 NH3 H2O HF HCN CO/C2H2 CH2O H2S HCl CO2 C3H6O2 HBr

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percas lógicas (Exemplo)86 parece ser o ião molecular86 é nº par

ou não há N ou nº par de Nre-normaliza-se para calcular fórmula molecular

86 – 72 = 14 ɸ C6H14

Espectrometria

m/z Abundância relativa

57 100.00

84 0.10

85 0.40

86 15.51

87 1.00

m/zAbundância

relativa

Abundância

normalizadaNF C5 C6 C7

A 86 15.5 100 6.5 72

A+1 87 1.0 6.5 6.6

A+2

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percas lógicas (Exemplo)dados indicam ser o n-hexano

Espectrometria

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percas lógicas (2º exemplo)84 indica presença de Cl249 indica Cl

CH2Cl2

Espectrometria

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16/09/ · PDF fileFluorimetria Absorção atómica e Emissão de Chama Ressonância Magnética Nuclear Espectroscopia de massa Espectrometria 1 Técnicas Analíticas