Aula 4: 10-12-12 ESPECTROSCOPIA … · ANALÍTICA V – 2S 2012 Aula 4: 10-12-12 ESPECTROSCOPIA Espectrofotometria no UVEspectrofotometria no UV--Vis Vis -- Parte IParte I Prof. Rafael

ANALÍTICA V – 2S 2012

Aula 4: 10-12-12

ESPECTROSCOPIA

Espectrofotometria no UVEspectrofotometria no UV--Vis Vis -- Parte IParte I

Prof. Rafael Sousa

Departamento de Química Departamento de Química -- [email protected]@ufjf.edu.br

Notas de aula: www.ufjf.br/baccan

(IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, Gold Book, 2012)

Terminologias

ESPECTROSCOPIA

ESPECTROFOTOMETRIA

ESPECTROMETRIA

ESPECTROFOTOMETRIA no UV-Vis

Plano de aulaPlano de aula::

-- Definição de “espectrofotometria”Definição de “espectrofotometria”

-- Aspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULARAspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULAR

ABSORÇÃO ABSORÇÃO ee EMISSÃO EMISSÃO MOLECULARMOLECULAR

-- Aspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULARAspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULAR

-- Medidas de absorção e análises quantitativasMedidas de absorção e análises quantitativas

-- Instrumentos para análises espectrofotométricasInstrumentos para análises espectrofotométricas

-- Aspectos práticosAspectos práticos

-- Luminescência (não será estudado)Luminescência (não será estudado)

FluorescênciaFluorescência e Fosforescênciae Fosforescência

Bibliografia recomendada

�� “Análise Instrumental”“Análise Instrumental”F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000

�� ““VogelVogel -- Análise Química Quantitativa” Análise Química Quantitativa” GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002

�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”D. Harris; 7a ed., 2008

�� ““PrinciplesPrinciples ofof Instrumental Instrumental AnalysisAnalysis””DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5th ed., 1998

�� Tutoriais dos fabricantes de espectrofotômetrosTutoriais dos fabricantes de espectrofotômetros

�� Fundamentals Fundamentals ofof AnalyticalAnalytical ChemistryChemistryDA Skoog, DM West, FL Holler; 5th ed., 1998

Espectrofotometria Espectrofotometria -- IntroduçãoIntrodução

LUZLUZ

Análise químicaAnálise química(métodos espectroscópios)

MATÉRIAMATÉRIA

(métodos espectroscópios)

DiferentesDiferentes substâncias interagem de forma diferentediferente com a RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA


Espectro obtido para o Espectro obtido para o ΒΒ--carotenocaroteno Espectro obtido para Espectro obtido para AgAg coloidalcoloidal

Possível definição para “espectroPossível definição para “espectrofotofotometria”metria”: :

Medida da luz que é Medida da luz que é absorvidaabsorvida ou ou emitidaemitida por uma espécie químicapor uma espécie química


AplicaçõesAplicações::

�� ANALITOS ANALITOS ORGÂNICOSORGÂNICOSAlguns exemplos:Alguns exemplos:-- Compostos nitrogenadosCompostos nitrogenados-- Fármacos (Fármacos (ácác. . acetilacetil salicílicosalicílico))-- FenóisFenóis-- FenóisFenóis-- Gorduras (colesterol)Gorduras (colesterol)

�� ANALITOS ANALITOS INORGÂNICOSINORGÂNICOSAlguns exemplos: Alguns exemplos: -- Íons como fosfato, nitrato e sulfatoÍons como fosfato, nitrato e sulfato-- AmôniaAmônia-- Elementos metálicos em geral, na forma de complexoElementos metálicos em geral, na forma de complexo

Entendendo o contexto Entendendo o contexto –– O espectro eletromagnético O espectro eletromagnético

(nm)

LUZ LUZ ÉÉ RADIAÇÃO RADIAÇÃO !!

�� luz visível + outras luz visível + outras frequenciasfrequencias �� FORMAS DE ENERGIAFORMAS DE ENERGIA

Aspecto ondulatório da radiação eletromagnéticaAspecto ondulatório da radiação eletromagnética

�� Ondas com diferentes “comprimentos de onda” (λλ) �� diferentes cores (Vis)

� Análises instrumentais: medidas de “frações” específicas de luz medidas de “frações” específicas de luz (visível ou não) �� MÁXIMOS DE ABSORÇÃO

�� Relação entre comprimentos de onda e energiaRelação entre comprimentos de onda e energia

Aspecto ondulatório da radiação eletromagnéticaAspecto ondulatório da radiação eletromagnética

Relação entre comprimentos de onda (λ) e energia (E)

Modelo matemáticoModelo matemático

hh= constante de Planck (6,63 10-34 Js) h cE = h ν =

cc= veloc. luz no vácuo (2,99 108 ms-1)

E = h ν =λ

�� EE é inversamente proporcional ao é inversamente proporcional ao λλ

Na espectrofotometria os “máximos de absorção” são a principal Na espectrofotometria os “máximos de absorção” são a principal diferença que se observa no espectro de substâncias diferentes:diferença que se observa no espectro de substâncias diferentes:

fenômeno “menos energético”fenômeno “menos energético”

Espectro obtido para o Espectro obtido para o ΒΒ--carotenocaroteno Espectro obtido para Espectro obtido para AgAg coloidalcoloidal

O que faz a absorção da luzO que faz a absorção da luzser diferente ?ser diferente ?

As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dosGrupos CromóforosGrupos Cromóforos

São os grupos funcionais com absorção característica na região do São os grupos funcionais com absorção característica na região do ultraultra--violetavioleta ou do ou do visívelvisível

ExEx: Carboxila (: Carboxila (-- COOH): COOH): 200 – 210 nm

�� São os São os Grupos cromóforos !Grupos cromóforos !

�Absorve em váriosvárioscomprimentos de onda comprimentos de onda diferentes(vários grupos funcionais)

�� As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dosGrupos CromóforosGrupos Cromóforos

Outros grupos cromóforos:Outros grupos cromóforos:

Carboxila (Carboxila (-- COOH): 200 COOH): 200 –– 210 210 nmnm

Aldeído (Aldeído (--CHO): 210; 280 CHO): 210; 280 –– 300300AminoAmino ((--NHNH22): 195): 195HaletosHaletos ((--BrBr: 208): 208)

22

HaletosHaletos ((--BrBr: 208): 208)DissulfetoDissulfeto ((--SS--SS--): 194; 255): 194; 255Ester (Ester (--COOR): 205COOR): 205Éter (Éter (--OO--): 185): 185Nitro (Nitro (--NONO22): 210): 210Nitroso (Nitroso (--NO): 302NO): 302TiocarbonilaTiocarbonila (=C=S(=C=S--): 205): 205TioeterTioeter ((--SS--): 194; 215): 194; 215Tiol (Tiol (--SH): 195SH): 195

� Substâncias diferentes

� Diferentes grupos funcionais

� Elétrons: transições eletrônicas


Cada transição eletrônica vem “acompanhada” de uma transição rotacional e Cada transição eletrônica vem “acompanhada” de uma transição rotacional e vibracional vibracional �� Espectros na forma de banda Espectros na forma de banda �� perfil depende do “meio”perfil depende do “meio”

Níveis de energiaeletrônicos

Níveis de energiavibracional


�� Processos de absorção da radiação envolvemProcessos de absorção da radiação envolvem: :

�� Transições eletrônicas (Transições eletrônicas (UVUV--VisVis))�� Transições vibracionaisTransições vibracionais

Envolvem diferenças Envolvem diferenças energéticas menoresenergéticas menores

Cada nível de Cada nível de ENERGIA VIBRACIONALENERGIA VIBRACIONAL::

SubníveisSubníveis de de ENERGIA ROTACIONAL ENERGIA ROTACIONAL

Envolvem diferenças Envolvem diferenças energéticas ainda menoresenergéticas ainda menores

ESPECTROS de substâncias de ESPECTROS de substâncias de tipostipos diferentes diferentes também tem também tem perfis diferentesperfis diferentes

EspectroMETRIAEspectroMETRIA ATÔMICAATÔMICA(vapor)

EspectroFOTOMETRIAEspectroFOTOMETRIA MOLECULARMOLECULAR(vapor ou solução)

PARA “CASA”PARA “CASA”

CC11 -- ExplicarExplicar porqueporque osos espectrosespectros abaixoabaixo apresentamapresentam perfisperfis diferentes,diferentes,

considerandoconsiderando queque osos espectrosespectros dede absorçãoabsorção molecularesmoleculares sãosão geralmentegeralmente bandasbandas

ee nãonão picospicos estreitosestreitos..

Como MEDIR Como MEDIR a absorção da luza absorção da luz NO LABORATÓRIONO LABORATÓRIO ??

PodePode--se usar “faixas” específicas do espectro !se usar “faixas” específicas do espectro !

O processo de O processo de absorção da luz absorção da luz no laboratóriono laboratório

1ª etapa1ª etapa: : excitação eletrônica da molécula “M”excitação eletrônica da molécula “M”

M + M + hvhv �� M*M*

2ª etapa2ª etapa: :

relaxação relaxação

M* M* �� M + M + calorcalor

M* M* �� MM´́ + + MM´́´́ ((fotodecomposiçãofotodecomposição))

M* M* �� M + M + hvhv´́ (luminescência)(luminescência)

Medida de absorção e análise quantitativaMedida de absorção e análise quantitativa

Medidas de absorção (Medidas de absorção (AA))::

- Obtidas a partir de medidas de transmitância (T)

- Quanto menor a transmitância, maior a absorbânciamaior a absorbância

A absorbância aumenta com a concentração da espécie absorvedoraA absorbância aumenta com a concentração da espécie absorvedora-- depende da substância (absortividade molar)depende da substância (absortividade molar)-- depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)

A=A= -- log log T=T= ++ log log PP00/P/P

Outra característica dos processos de absorção na região do Outra característica dos processos de absorção na região do visívelvisível

Solução Solução verdeverde--amareladaamarelada absorve absorve violetavioletaamarela violetaamarela violeta--azulazullaranjalaranja azulazulvermelhavermelha azulazul--verdeverde

�� A cor de uma espécie é complementar àquela que “ela” absorve:A cor de uma espécie é complementar àquela que “ela” absorve:

vermelhavermelha azulazul--verdeverdepúrpurapúrpura verdeverdevioletavioleta verdeverde--amareloamarelovioletavioleta--azuladoazulado amareloamareloazulazul laranjalaranjaazulazul--esverdeadoesverdeado vermelhovermelhoverdeverde púrpurapúrpura

�� A região que contem A região que contem o o λλ de máxima absorção de máxima absorção de uma espécie de de uma espécie de interesse pode ser prevista interesse pode ser prevista se a solução da amostra for coloridase a solução da amostra for colorida

Representação gráfica para soluções de Representação gráfica para soluções de KMnOKMnO44 em em λλ = 545 = 545 nmnm e um caminho e um caminho

óptico de 1 cm.óptico de 1 cm.

a)a) Em Em %Transmitância %Transmitância versusversus cc

Medida de absorção e análise quantitativaMedida de absorção e análise quantitativa

b) Em b) Em AbsorbânciaAbsorbância versusversus cc

Relação entre Relação entre absorçãoabsorção e e concentraçãoconcentração = ANÁLISE QUÍMICA= ANÁLISE QUÍMICA(Lei de (Lei de LambertLambert--BeerBeer))

JohannJohann HeinrichHeinrich LambertLambert ((17281728 –– 17771777)) observou quea intensidade da luz transmitida por um meio absorvedorera proporcional à espessura do meio pelo qual a luz passava

AugustAugust BeerBeer ((18251825 –– 18631863)) observou que a intensidade daluz transmitida por um meio absorvedor era proporcional àconcentração da espécie absorvedora

Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICARelação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA(Lei de (Lei de LambertLambert--BeerBeer))

�� A =A = a b a b CCaa= absortividade molar (= absortividade molar (εε: L mol : L mol --11cmcm--11))

bb= caminho óptico (= caminho óptico (cmcm))

CC= concentração em (= concentração em (mol Lmol L--11))

A A

α = α = a ba b

Relação linear Relação linear entre entre AA e e C C sese as medidas são feitas em as medidas são feitas em condição de caminho óptico condição de caminho óptico constanteconstante ��

�� APLICAÇÕES DA equação da reta: A = α C APLICAÇÕES DA equação da reta: A = α C

-- Concentrações desconhecidasConcentrações desconhecidas

-- OU determinar o valor de OU determinar o valor de aa para se obter o de para se obter o de εε

Concentração Concentração

α = α = a ba b

1)1) PREPARAR PREPARAR AMOSTRAAMOSTRA �� SOLUÇÃO DE AMOSTRASOLUÇÃO DE AMOSTRA

GeralmenteGeralmente a amostra é analisada na forma de uma a amostra é analisada na forma de uma solução aquosasolução aquosa

ExEx: Determinação de Fe: Determinação de Fe3+3+ em tecido animalem tecido animal

Determinação da Concentração

amostralaboratorial

preparo (ou tratamento)da amostra

solução de amostra

Meio adequado (compatível) com a técnicaa ser utilizada

2)2) PREPARAR PADRÕES DE CALIBRAÇÃO PREPARAR PADRÕES DE CALIBRAÇÃO �� TÉCNICA INSTRUMENTALTÉCNICA INSTRUMENTAL

PADRÕESPADRÕES: Soluções semelhante à solução de amostra : Soluções semelhante à solução de amostra com concentração conhecida da espécie de interesse (com concentração conhecida da espécie de interesse (ANALITOANALITO))


3)3) DETERMINAR DETERMINAR a concentração da a concentração da SOLUÇÃOSOLUÇÃO dede AMOSTRA a AMOSTRA a ser ser analisada analisada �� compatível com a faixa de trabalho do compatível com a faixa de trabalho do equipamento:equipamento:

-- Não Não pode estar “muito concentrada”pode estar “muito concentrada”

-- Não Não pode estar “muito diluída”pode estar “muito diluída”

4)4) Conhecer o limite de detecção (LOD): Conhecer o limite de detecção (LOD): Menor quantidade que pode ser detectada com razoável certeza para um dado Menor quantidade que pode ser detectada com razoável certeza para um dado procedimento analítico (IUPAC)procedimento analítico (IUPAC)

LOD = C branco + 3xS C branco ~ 3xS C branco

LOQ = C branco + 10xS C branco ~ 10xS C branco


LOQ = C branco + 10xS C branco ~ 10xS C branco

LODLOD = limite de detecção= limite de detecção

LOQLOQ = limite de quantificação = limite de quantificação (o INMETRO recomenda usar o primeiro ponto da curva analítica de calibração)(o INMETRO recomenda usar o primeiro ponto da curva analítica de calibração)

C C brancobranco = concentração do branco= concentração do branco

S S branco branco = desvio padrão do branco (n= 10 no mínimo)= desvio padrão do branco (n= 10 no mínimo)

Bibliografia utilizada nos slides

�� ““PrinciplesPrinciples ofof Instrumental Instrumental AnalysisAnalysis””DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5th ed., 1998

�� “Análise Instrumental”“Análise Instrumental”F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000

�� ““VogelVogel -- Análise Química Quantitativa” Análise Química Quantitativa” GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002

�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”D. Harris; 7a ed., 2008

�� Tutoriais de fabricantes de espectrofotômetrosTutoriais de fabricantes de espectrofotômetros

�� Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF)Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF)

�� Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ -- UnicampUnicamp

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