ESPECTROSCOPIA NA LUZ VISVEL E ULTRAVIOLETA

ESPECTROSCOPIA NA LUZ VISVEL E ULTRAVIOLETA1) Introduo:

Identificao de compostos orgnicos , inorgnicos e ons

Anlise quantitativa de alguns grupos funcionais orgnicos

Determinao quantitativa de espcies orgnicos, inorgnicos e biolgicos

Existem vrios mtodos espectrofotomtricos em anlise de alimentos:

Colorimetria visa determinar a concentrao de uma substncia, em condies bem definidas, pela medida da absoro da luz, tornando referncia a absoro da substncia numa concentrao definida.

Mtodos Espectrofotomtricos

Mtodo analtico sensvel

Rpido

Resultados precisos

Utilizada na determinao da concentrao dos constituintes do alimento

Mtodos Colorimtrico

Leitura dos valores de absorbncia de solues padres de concentraes conhecidas

Curva padro

Determinao da concentrao de uma determinada substncia presente na amostra

2) Fundamentao Terica

2.1

Radiao Eletromagntica

Ondas eletromagntica: campos oscilantes

eltrico (E) e magntico (M)

A radiao eletromagntica se propaga numa velocidade constante, mas depende do ndice de refrao meio que atravessa

Equaes

Requisitos para que uma radiao seja absorvida por uma molcula:

A radiao incidente deve ter a mesma freqncia da freqncia rotacional, vibracional, eletrnica ou nuclear da molcula

A molcula deve ter um dipolo permanente ou um dipolo induzido, isto , deve haver alguma coisa para a energia absorvida fazer: DEVE SER FEITO UM TRABALHO (TRANSIO, ROTAO E VIBRAO)

A regio do espectro do ultravioleta na faixa de 200 a 400 nm e a da luz visvel entre 400 e 700 nm. Transies dos eltrons de valncia 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

O espectro de energia radiante dividido em vrias regies e seus limites foram determinados por limites prticos de mtodos experimentais apropriados de produo e deteco de radiao. Diferentes regies espectrais tm significado na interaes fsicas.

Em anlise, o importante das solues coloridas ou incolores que a radiao absorvida uma caracterstica da amostra absorvente

Espectros (UV) e Visvel

resultado de transies eletrnicas (eltrons da camada de valncia) 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Radiao contnua de luz branca atravessa a amostra

Intensidade da radiao vai decrescer

A radiao emergente poder ser colorida (regio visvel, porque na regio do visvel veremos a cor da radiao emergente

2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Exemplo: amostra absorve luz de comprimento de onda da luz azul radiao emergente seu complemento, que a luz amarela.

Corante TARTRAZINA

Cor amarela, pois a soluo est absorvendo o complemento do amarelo que o azul (430 nm), sendo transparente para as demais cores. 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Qualquer material solvel pode colorido pode ser analisado quantitativamente deste modo BASE DA ESPECTROMETRIA DE ABSORO VISVEL

Transformar uma substncia incolor ou pouco colorida em colorida atravs de reaes qumicas e analis-las

BASE DA COLORIMETRIA 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

COLORIMETRIA

Exemplo: Determinao de Fsforo

Reao colorimtrica (soluo de molibdato de amnia + metavanadato de amnia)

Formao de um complexo de cor amarela * radiao absorvida deve ser complementar a amarela, que a radiao azul com comprimento de onda entre 450 480 nm* leitura da absorbncia mxima para este complexo ser de 470nm

Substncias incolores

Podem ser analisadas diretamente sem nenhuma reao colorimtrica atravs de radiao ultravioleta (UV) BASE PARA RADIAAO ULTRAVIOLETA

Exemplo: Conservantes de alimentoscido benzico e cido srbico so incolores e no existe nenhuma reao colorimtrica para torn-los coloridos 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Radiao das regies do visvel e UV

Suficiente apenas para causar a excitao dos eltrons das camadas externas (de valncia)

- Sigma () : ligaes simples C-C

Ligaes muito fortes absoro na regio do UV difcil Compostos saturados: propano 135 nm 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Radiao das regies do visvel e UV

Suficiente apenas para causar a excitao dos eltrons das camadas externas (de valncia)

Pi: ligaes dupla C= C

Ligaes mais fracas possuem grande absoro nas regies do visvel e UV Ex: Carotenides absorvem na regio do visvel (380 700 nm)2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Radiao das regies do visvel e UV

Suficiente apenas para causar a excitao dos eltrons das camadas externas (de valncia)

Eltrons que no so de ligao os orbitais atmicos eltrons no ligantes (n): elementos como O, S etc.Transio de n so mais difceis e se do na UV do vcuo Exemplo: anel benzeno, absorve na regio UV (200 380 nm)

2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

Absoro nas regies do visvel e UV

Ligaes dupla conjugadas, com transies eletrnicas

CROMFOROS grupos dos compostos que possuem estas caractersticas e absorvem radiao UV/Visvel

* Transies n intensidade dos espectro fraca

2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel

2.3 Lei de Beer-Lambert- Lambert estudou a transmisso da luz por slidos homogneos.- Beer estendeu o trabalho de Lambert ao estudo de solues.

Atravs dessa lei:

intensidade da radiao incidente e emergente podem ser relacionadas com as concentraes do material presente na amostra.

2.3 Lei de Beer-Lambertquadro

2.3 Lei de Beer-LambertConsideraes:

So consideradas desprezveis os efeitos de reflexo, difuso e fluorescncia.

Radiao incidente deve ser monocromtica conter somente um comprimento de onda.

Espectroscopia de Absoro preciso determinar a quantidade de luz que a amostra ir absorver, sendo descrito pela Lei de Beer-Lambert que a relao entre a intensidade da luz incidida na soluo (P0) e a intensidade da luz saindo da soluo (P).

-log (P/Po) = A = abc

A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorl = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)

Pela Lei de Beer podemos concluir que a absorvncia de uma soluo diretamente proporcional concentrao da espcie absorvente quando se fixa o comprimento

Espectroscopia de Absoro

-log (P/Po) = A = abc

A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorb = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)

Pela Lei de Beer podemos concluir que a absorvncia de uma soluo diretamente proporcional concentrao da espcie absorvente quando se fixa o comprimento do percurso; e diretamente proporcional ao comprimento do percurso quando se fixa a concentrao

Espectroscopia de Absoro

Assim a definio da absorvncia nas condies da validade da lei de Lambert-Beer uma quantidade proporcional concentrao. O espectrofotmetro se torna um medidor e concentrao seletivo para uma determinada substncia, atravs da relao:

C = A/ab

A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorb = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)

Desvios da Lei de Beer-LambertDesvios Qumicos:Mudanas na concentrao da soluo por interao das molculas do soluto entre si e com o solvente, atravs dos efeitos de associao ou dissociao.

Pode ser evitado trabalhando com solues diludas (0,01M)

Desvios da Lei de Beer-LambertDesvios Instrumentais:A iluminao no monocromtica, isto , de um nico comprimento de onda

O sinal do detector no linear nem proporcional a concentrao da soluo.

Anlise Qualitativa A identificao do composto feita atravs da comparao com padres do valor do comprimento de onda

O solvente escolhido deve ser transparente na regio escolhida (mximos de absoro afetadas pela natureza do solvente)

Anlise Quantitativa Quantidade do composto medida pelo valor de absorvncia mxima (topo de um pico de absoro)

Razes:A variao na absorvncia para uma dada mudana de concentrao ser maior, resultando em sensibilidade e preciso maiores O efeito relativo de outras impurezas minimizadoA mudana da absorvncia com o comprimento de onda menor devido ao espectro de absoro mdio ser relativamente plano no topo do pico. Logo a medida no seriamente afetada por pequenos erros de ajuste do comprimento de onda.

Anlise Quantitativa Quantidade do composto medida pelo valor de absorvncia mxima (topo de um pico de absoro)

Concluso;

A escolha do comprimento de onda () mximo deve ser onde haja mxima absorvncia (A) e, consequentemente, mnima transmitncia (T)

Clculos da Concentrao (C), Utilizando a Lei de Beer A) Com valor de absortividade (a) da amostra conhecido:

Usar a Lei de Beer-Lambert:

A= abc, e tirar o valor de c

A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorb = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)

Com o valor de absortividade (a) da amostra desconhecido:

- Fazer a curva padro- Leva-se o valor da mxima absorvncia da amostra para uma curva padro construda com concentraes diferentes e tira-se a concentrao do composto analisado.- Importante verificar a linearidade da resposta em relao curva padro pois, acima de uma certa concentrao , a relao AxC deixa de ser linear (o grfico uma reta)

Clculos da Concentrao (C), Utilizando a Lei de Beer

EspectrofotmetroInstrumento que registra dados de absorbncia em funo do comprimento de onda (). A caracterstica mais importante do espectrofotmetro a seleo de radiaes monocromticas.O espectro de absoro caracterstico para cada espcie qumica, sendo possvel a identificao de uma espcie qumica atravs do seu espectro de absoro.

Esquema dos principais componentes de um espectrofotmetroA amostra deve estar em um recipiente (cubeta) de quartzo quando a radiao for na regio espectral do ultravioleta. Quando for na regio da luz visvel usa-se os de vidro por ter uma melhor disperso.Os detectores devem ser altamente sensveis.Os dados obtidos pelo detector so enviados para um dispositivo de processamento de dados.

Fontes de RadiaoAs fontes mais comuns baseiam-se na incandescncia, mas devem atuar em temperaturas elevadas para ter uma cobertura aprecivel no ultravioleta.So constitudas por filamentos de materiais que so excitados por descargas eltricas com elevada voltagem ou aquecimento eltrico.Tipos: Lmpada com descarga de hidrognio: utilizada na regio UVLmpada de tungstnio: utilizada na regio visvel

Fontes de RadiaoCondies para uma fonte ser de boa qualidade para atuar nessa faixa: gerar radiao contnua; ter intensidade de potncia radiante suficiente para permitir a sua deteco pelo sistema detector; ser estvel.

Alm disso deve ter um tempo de vida longo e preo baixo.

MonocromadoresFuno: seleo do comprimento de onda em que se tem interesse para a anlise.Constituio: fenda de entrada de um elemento de disperso de radiao fenda de sadaTipos: prismtico reticuladores

Monocromador PrismticoA radiao policromtica vinda da fonte de radiao passa pela fenda de entrada e incide sobre a face de um prisma, sofrendo um desvio.

Os vrios comprimentos de onda tero diferentes direes aps a incidncia no prisma. Se for realizado um ajuste rigorosamente controlado da fenda de sada, pode-se selecionar o comprimento de onda desejado.

Monocromador Prismtico

Monocromador ReticularO principal elemento dispersante a rede de difrao. Essa rede consiste em uma placa transparente ou refletora com muitas ranhuras paralelas e equidistantes.

Disperso resultante desta rede linear. Os vrios comprimentos de onda dispersos so igualmente espaados, por isso a fenda de sada isolar uma banda de radiao de largura constante.

A resoluo muito mais elevado que os prismas.

Monocromador Reticular

Tipos de Espectrofotmetros para a Regio Visvel e Ultravioleta

Espectrofotmetro mono-feixe :

a) Fonte: fonte de radiao

b) Monocromador: selecionar uma banda ou um nico comprimento de onda

c) Cela para a amostra: cubetas

Regio visvel: material transparente como vidro ou plstico

Regio ultravioleta: no pode ser de vidro, porque ele absorve radiao nesta regio, sendo utilizada a cubeta de quartzo, que mais cara

d) Detector

Fotoclulas que detectam a quantidade de radiao transmitida aps a passagem pela amostra, porm o resultado pode ser convertido em quantidade de radiao absorvida pela amostra.

e) Amplificador

Amplificao da resposta (ftons-multiplicadores)Fton da radiao passa pelo amplificador e registrado com maior nmero de eltrons

f) Registrador

Registrador transforma o sinal eltrico que chega ao detector e amplificador em energia mecnica fazendo o registrador mover-se,

Solvente : Regio visvel:qualquer lquido que no tenha cor, e o mais usado gua estilada.

Regio UV:qualquer solvente que no absorva nesta regio, que no tenha duplas ligaes conjugadas, como, por exemplo, a gua ou hidrocarbonetos saturados.

Etapas: 1) Coloca-se o solvente (branco) no caminho tico e mede-se a intensidade da energia radiante,que atinge o detector;

2) Substitui-se o recipiente com o solvente (branco) pelo recipiente com a amostra e faz- se a determinao propriamente dita da absorbncia.

Espectrofotmetros mono-feixe: - No so cmodos pois a amostra e o branco tem que ser colocados alternadamente no nico feixe de radiao;

- mais simples e baratos

- no registra espectro

Espectrofotmetro duplo-feixe Dois feixes de radiao so formados no espao, por um espelho que divide o feixe vindo do monocromador em dois. Um feixe passa atravs da soluo referencia (branco) at o transdutor e outro, ao mesmo tempo, passa atravs da amostra at o segundo transdutor.As duas correntes sero determinadas e mostradas no indicador de sinal. Com o auxlio de um dispositivo apropriado, calcula-se a diferena de transmitncia entre os dois feixes, essa diferena ser mostrada no indicador de sinal como absorvncia REGISTRA APENAS O ESPECTRO DA AMOSTRA

Espectrofotmetro duplo-feixe

Espectrofotmetro duplo-feixe

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