Espectroscopia de Absorcao Molecular

7/24/2019 Espectroscopia de Absorcao Molecular

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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANCampus Dois Vizinhos

QUMICA ANALTICA

FUNDAMENTOS ANLISESESPECTROFOTOMTRICA

Prof.a. Dra. Renata P. Herrera Brandelero

Dois Vizinhos

2012


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Bibliografias

1. SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH, Fundamentos de QumicaAnaltica, Traduo da 8 Edio norte-americana, EditoraThomson, So Paulo-SP, 2006.

. , , , ,

Rio de Janeiro-RJ, 2002.3. HARRIS, DANIEL C., Anlise Qumica Quantitativa, 6Edio, LTC-Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A., Rio deJaneiro-RJ, 2005.

4. CHRISTIAN, G. D., Analytical Chemistry, Fifth Edition, JhonWiley & Sons, Inc., New York-EUA, 1994.5. SKOOG, HOLLER, NIEMAN, Princpios de AnliseInstrumental, 5 Edio, Editora Bookman, So Paulo-SP, 2002.


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MTODOS PTICOS (ou Espectrofotomtricos)

So mtodos que tem como principio determinar as

alteraes que ocorrer quando a matria (prtons, neutros eeltrons) interage com a energia radiante.Aplicaes: na rea de cincia agrrias so inmeras as

aplicaes para os mtodos, cito algumas:

Slide: 00/00COAGRI, PROGRAD,Professor, Palestrante:BRANDELERO, R. P. H.

-Determinao do P, K, Ca e Mg entre outros metais em solos eem guas.-Anlise de fertilizantes.-Determinao do teor de acar em extratos de plantas.

-Determinao de metais pesados em gua.-Determinao de pigmentos (antocianinas).


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Radiao Eletromagntica

RADIAES DE INTERESSE EM ANALTICA


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Radiao Eletromagntica A radiao eletromagntica formada por

partculas como ftons. Estas partculasembora corpusculares propagam-se no espaocomo se fossem uma onda, assumindo

comportamento ondulatrio. Podem ser classificadas como no-ionizantes

(luz, microondas, radiofrequncia, infravermelh

o) e ionizantes (ultra violeta, raio X e raiosgama) .


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Radiao Eletromagntica A radiao eletromagntica pode ser descrita como uma

onda, assim ela caracterizada pela

freqncia, amplitude e pelo comprimento de onda. Aonda eletromagntica mais veloz que as ondassonoras e no necessita de um meio material para

propagao. A onda eletromagntica composta por dois

tipos de onda: eltrica emagntica.


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Radiao Eletromagntica Comprimento de onda: a distncia entre dois

mximos ou mnimos sucessivos. representada pelo letra grega (lambda)


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OUTRAS DEFINIES FREQUNCIA DE ONDA

- o nmero de oscilao da onda em

determinado intervalo de tempo, representada pela letra, pode ser definidacomo o inverso do perodo. A freqnciano altera-se uando assa or um meio

material, mas a velocidade da onda alterada, assim a velocidade depende docomprimento de onda. A velocidade dada por:

V=velocidade da onda dada em cm s-1 oum s-1.

f= freqncia (1/s).=comprimento de onda (cm ou m).

.fV =


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O comprimento de onda modifica-se conforme omeio por onde a radiao penetra.


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A energia da radiao pode ser medida pela potncia

radiante (P) que dada em watts. A energia pode ser calculada utilizando a seguinteequao:

-34

Radiao Eletromagntica

, .f=frequncia.

Como f=V, sendo que V=c, onde c a velocidade daluz (2,998 x 108 m/s). c = f ou f=c/, assim temos:

chE=

A partir desta equao podemosconcluir que a energia da

radiao proporcional aocomprimento de onda


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Calcule a energia em joules de um fton de umaradiao no infravermelho com comprimento de ondade 5,00 m. Constante de Planck h=6,63x10-34j.s e

velocidade de luz no vcuo 3,00x108 m.s-1

Usando a equao que correlaciona energia e

comprimento de onda, temos:

E = 6,63x10-34j.s x 3,00 x 1010 cm.s-1x5.10-4 cm

E= 3,98x10-22j


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Comprimento de onda e radiao eletromagntica


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A luz visvel composta de partculas de energiachamada de ftons, os ftons interagem com a

matria. Quando os ftons colidem com os eltrons ocorre

uma transferncia de energia radiante para os

mesmos excitando-os para um nvel maior deenergia, neste caso o eltron chamado deexcitado.

O efeito dos ftons sobre a matria conhecido como fotoionizao, sendo estes oprocesso responsvel pela transio eletrnica

que fundamenta a absorciometria.


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Transio eletrnica

A energia absorvidapelo eltron no estadofundamental E0, elevando o eltron para

1

energia absorvida forigual a diferena entreo nvel Eo e E1. Aps, oseltrons voltam ao

estado fundamental (Eo)liberando umaquantidade menor deenergia absorvida.


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ABSORO DA LUZ PELA CLOROFILA processo fundamental para arealizao da fotossntese.

Espectro deabsoro no UV-VIs


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Absoro de Luz Como vimos a luz pode interagir com a

matria, assim podemos dizer que quandoos eltrons so excitados pela radiao

(igual a diferena energtica entre os nveiseletrnicos) ou de radiao foi absorvida.

Podemos dizer que a energia de radiaoao atravessar matria atenuada, aatenuao da energia pode ser

quantificada.


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Absoro de Luz A atenuao da radiao, tambm

chamada de absoro da radiao pode serquantificada pela Lei de Beer-Lambert.

u x uz

monocromtico decresce

exponencialmente medida que a

concentrao da substncia

absorvente aumenta

aritmeticamente ".

P=Po.10kc

Onde: P intensidade de radiaoatenuada, PIo intensidade deradiao original, k coeficiente de

absoro e c concentrao daespcie absorvente


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Absoro da luz Pode-se escrever a Lei de Beer em funo da potncia

de radiao (P), assimP

T =

Onde T chamado de transmitncia e consiste na frao

de luz que passa pela amostra. P a potencia deradiao atenuada e Po potncia de radiao originalradiada pela fonte.

Matematicamente os valores de T esto entre 0 a 1. A

transmitncia percentual 100T e est entre 0 e 100%.

0


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Absoro da Luz

A absorbncia definida como a quantidadede luz que a amostra absorveu, sendorepresentada por A.

A absorbncia o inverso do logartmico datransmitncia e pode ser definida como:

TPPA o loglog ==


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Associando a lei de potencia radiante com a deintensidade de radiao

E

Absoro da Luz

P=Po.10kc

Podemos chegar numa relao onde - logT=kc, fazendok=.b, podemos escrever a seguinte equao

(equao geral de absorciometria)

onde =absortividade molar (mol.cm-1)e b=caminho

ptico (cm)

TPA o

loglog ==

cbA ..=


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Quando nenhuma luz absorvida A=0, pois Po= P e log de 1 zero.

Se 90% da luz absorvida isto significa que aT=10% e A=- log 0,10, A=1.

Se 1% da luz transmitida, A=- log 0,01, ento

A=2. A absorbncia muito importante porque ela proporcional aos centros de absoro, ou seja

concentrao (c) da substncia absorvente. Esta relao entre A e c base para diferentes

mtodos analticos.


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A absortividade molar (psilon) uma caracterstica dasubstncia absorvente, e indica qual a quantidade de luz(por mol) que absorvida num determinadocomprimento de onda pela substncia absorvente.

O valor de muda conforme o comprimento de ondaassim a absorbncia (A) tambm altera com ocom rimento de onda.

Qualquer substncia que absorva luz chamada decromforo, ou seja, uma substncia absorvente colorida quando a luz branca (composta de todas ascores) passa atravs dela, assim a cor quevisualizamos na soluo o reflexo dos comprimentosde onda transmitidos, ou seja, a luz branca subtradados comprimentos de onda absorvidos, a cor

complementar da radiao o que visualizamos.


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Lei de Beer-Lambert -

Soluesqumicas

absorventes


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O caminho ptico representado porb, corresponde a distncia que luz percorreatravs da amostra. Nas anlises o caminho

ptico padronizado, geralmente, igual a 1cm. No mtodos de absoro da luz visvel/UV

-

ptico.


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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANCampus Dois VizinhosComportamento

conforme a Lei

de Beer-Lambert

SEMPRE QUE FOR POSSVEL ESTABELECER UMCOMPORTAMENTO LINEAR, COM A RETA PASSANDO PELOZERO, ENTRE A ABSORBNCIA E A CONCENTRAO DO

ANALITO A LEI DE BEER-LAMBERT EST SENDO OBDECIDA.


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Limitaes da Lei de Beer A lei de Beer-Lambert estabelece que a absoro

proporcional concentrao da substncia absorvente.

Realmente s pode ser aplica para radiaes

monocromticas e quando as solues esto bastantediludas (0,01M). A lei de Beer pode sofrer desvios

qumicos e instrumentais.


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Desvios qumicos - Sempre que aabsortividade altera durante a anlise porfatores como dissociao, associao ou reaodo analito com o solvente, a lei de Beer nopode ser aplicada. Em solues concentradas

das outras e podem interagir alterando aenergia absorvida para realizar as transieseletrnicas, o soluto torna-se solvente, nestascondies ocorre desvios da lei de Beer.Valores de absoro entre 0,2 e 0,8 so ideaispara evitar os desvios da Lei de Beer-Lambert.


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Desvios Instrumentais relacionado com aseleo do comprimento de onda da radiaomonocromtica desejada.Uma vez que aabsortividade molar influenciada pelocomprimento de onda. Assim um radiao que

A=bc, uma vez que o valor de no igual emcomprimento de onda diferentes. Assim deveutilizar a faixa de comprimento de onda que leva

a menor variao na absortividade molar, ouseja a regio de maior absorbncia para aespcie a ser analisada.


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Regio de menor

variao da A com


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tomos e molculas podem absorver ouemitir a radiao eletromagntica. Oprincpio est na capacidade dos eltronsexcitarem-se e realizar as transieseletrnicas. A energia atenuada pode ser

concentrao dos tomos e molculas pelalei de Beer-Lambert.

As molculas podem ainda realizartransies vibracionais erotacionais, tambm atenuando a radiaode uma fonte.


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Transioeletrnica


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Faixa de trabalho UV: 200 400 nm Faixa de trabalho Visvel: 400 760 nm.

Espectrometria de absoro molecular noVisvel e UV

orgnicas absorvem. Absoro no UV-visvel: presena de

cromforos.

Cromforos: grupos funcionais que absorvemradiao eletromagntica na faixa de trabalhoutilizada.


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Espectrometria de absoro molecular noVisvel e UV

Centos absorventes eltrons de ligaes do tipo - necessitamde muita energia para a transio eletrnica, s na UV abaixo de 180nm oa vcuo. J eltrons do tipo so fceis de migrar para orbitaismais energticos, assim transies do tipo ou - , assimsu s nc as org n cas nsa ura as s o ons crom oros.

Substncias orgnicas com heterotomos como oxignio, hidrognioe halognios apresentam eltrons no ligantes que podem serfacilmente excitados (170-250nm). Substncias inicas e complexosabsorvem radiao UV-VIS sempre que os eltrons migrarem para

orbitais d no preenchidos. Complexos realizam absoro naradiao VIS e UV por transferncia de carga (reaes de oxido-reduo).


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EQUIPAMENTOS PARA ANLISE NO UV-VIS

Os espectrofotmetros so equipamentos que

possibilitam a anlise da absoro no UV-VIS, socompostos dos seguintes componentes:fontes, seletores de comprimento de onda

, , ,

leitor de sada (digital ou analgico).


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Espectrofotmetros

EVOLUO DOSESPECTROFOTMETROS


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FONTES As fontes so lmpadas que emitem

radiaes na faixa do visvel e na faixa doUV.

filamento de tungstnio que emiteradiao de cor branca (400 a 760 nm).

Lmpadas na faixa do UV so as defilamento de deutrio e emitem radiaona faixa de 200 a 400 nm.


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Recipientes para amostras As amostras podem ser alojadas em cubetas que

podem ser de acrlico, vidro ou quartzo. O material dacubeta no deve sofrer absoro na faixa espectralutilizada na tcnica analtica.

vidro (glass) para anlises no VIS e as de quartzo paraanlise no UV. O caminho (valor de b) ptico do feixede radiao padronizado em 1 cm.

Monocromadores


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Assista ao vdeo sobre o funcionamento do espectrofotmetro, acessando o link:http://www.youtube.com/watch?v=R4ZT3g2-Ryg

http://www.youtube.com/watch?v=R4ZT3g2-Ryg

C D i Vi i h


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C D i Vi i hOs fototubos e os


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fotomultiplicadoresso utilizados nos

fotmetros eespectrofotmetros

Campus Dois Vizinhos


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Mtodo QualitativoO mtodo qualitativo quando conseguimos expressar a absorbnciaem relao concentrao do analito.

Para tal necessrio respeitar um protocolo de anlise, neste

protocolo alguns pontos devem ser bem definidos, tais como:oAnalito (substncia a ser analisada) deve ser um bomcromforo;

oSolvente (considerado branco deve ser transparente ao

comprimento de onda);oO equipamento deve ser calibrado para transmitncia igual azero antes da leitura, utiliza-se um branco que pode ser umsolvente ou gua destilada (a gua sofre absoro em

comprimentos de onda abaixo de 180 nm)oO comprimento de onda utilizado deve o de mximaabsoro.

oDeve estabelecer um curva padro que mostre que o analito

comporta-se em conformidade com a Lei de Beer-Lambert.



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Solues de diferentes concentraes resultaram nosdados de absorbncia abaixo,a partir destes

dados, responda:- O sistema de anlise segue a Lei de Beer-Lambert

(construa a curva padro).

CURVA PADRO

- Qual o valor da absortividade especfica do composto(0,031mg%.cm-1).- Se um amostra apresentar absorbncia igual a 0,097

qual a concentrao do analito em mg%.

(3,19 mg%)



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Curva padro apresenta relao linearentre absorbncia e concentrao



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Questionrio:

1. Por que uma soluo de Cu(NH3)4 2+ azul?

2. Qual a relao entre

(a) absorbncia e transmitncia?

(b) (b) absortividade a e absortividademolar?

3. Calcule a freqncia em hertz de

3. Expresse as seguintes absorbncias emtermos de porcentagem detransmitncia:

(a) 0,0350

(b) 0,936(c) 0,310

(d) 0,232

e 0 494de onda igual a 2,97 .

(b) uma linha de emisso do cobre a

324,7 nm.

(c) a linha a 632,8 nm produzida pelo laserde He-Ne.

(d) a sada de um laser de CO2 a 10,6 mm.(e) um pico de absoro infravermelho a

3,75 mm.

(f ) um feixe de microondas de 1,86 cm.

(f ) 0,104

4. Converta os seguintes dados detransmitncias para as respectivasabsorbncias:

(a) 22,7%

(b) 0,567

(c) 31,5%

(d) 7,93%

(e) 0,103

(f ) 58,2%



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5. Avalie as quantidades que faltam na tabela a seguir. Quando necessrio, useo valor 200 como massa molar do analito.



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6) Uma forma comum de determinar fsforo em urina consiste em tratar amostra, com molibdnio(VI) aps seremover as protenas,e ento reduzir ocomplexo 1,2-molibdofosfato com cido

ascrbico para fornecer uma espciede cor azul intensa. A absorbncia doazul de molibdnio pode ser medida a650 nm. Um paciente produziu 1.122

Calcule o teor de fsforo em ppm naamostra.

mL de urina em 24 horas.Uma alquota

de 1,00 mL da amostra foi tratada comMo(VI) e cido ascrbico e foi diludapara um volume de 50,00 mL. Umacurva analtica foi preparada tratando-se alquotas de 1,00 mL de solues

padro de fosfato da mesma forma quea amostra de urina. As absorbnciasdos padres e da amostra de urinaforam medidas a 650 nm,obtendo-se osseguintes resultados:

y = 0,210x + 0,009R = 0,999

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 1 2 3 4 5

Abs

orbncia

Concentrao (ppm)

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