Introduo Espectroscopia Absoro Molecular no UV/visvel Captulo 13 Medio da Transmitncia e da Absorbncia Definies e equaes A Lei de Beer Derivao, aplicaes e limitaes Efeito do rudo instrumental nas medies espectrofotomtricas Fontes de rudo e erros Instrumentao Desenho e configuraes

Medio da Transmitncia e da Absorbncia Espectroscopia de absoro molecular baseia-se na medida da transmitncia, T ou da absorbncia, A de uma soluo contida em um recipiente transparente O valor de T ou A correlacionado com a concentrao c do analito responsvel pela absoro e com o caminho tico b do recipiente pela expresso:

Medio deve ser feita comparativamente

Termos e Smbolos em Absoro MolecularTermos e Smbolos DefinioEnergia da radiao incidindo em uma rea de 1 cm2 de um detector por segundo log P0/P P/P0 A/bc A/bc

Nome AlternativoIntensidade da Radiao I, I0 Densidade tica D, Extino E Transmisso T l, d Coeficiente de extino k Coeficiente de extino molar

Potncia Radiante P, P0

Absorbncia A Transmitncia T Caminho tico da radiao b Absortividade a Absortividade molar

Perdas por Reflexo e Espalhamento

A lei de Beer Um feixe de radiao monocromtica com potncia P0 atinge perpendicularmente a superfcie A potncia diminui para P aps percorrer toda a extenso b do material contendo n partculas* absorventes de radiao Uma seo transversal do bloco com rea S e espessura dx conter dn molculas que absorvero radiao Cada molcula preencher uma frao dS da rea indicando a probabilidade de absoro de um fton por dS/S A potncia do feixe entrando esta seo, Px proporcional ao no. de ftons por cm2 e dPx a quantidade absorvida dentro da seo A frao absorvida na seo transversal ser dPx/Px que tambm representa a probabilidade mdia de absoro

A lei de Beer Sendo dS a soma das reas de todas partculas absorvendo dentro da seo proporcional ao no. de partculas Transformando em log10

e dn o no. de partculas e a uma constante de proporcionalidade seo transversal de captura

sendo n o nmero total de partculas no bloco de volume V em cm3 Relacionando a rea em termos de volume

e resolvendo a equao temos

temos a expresso logartmica

A lei de Beer Note que: n/V tem unidades de concentrao, ou seja o nmero de partculas por cm3 Convertendo em mol por litro

e a concentrao em mol/L

A lei de Beer Finalmente, combinando com temos:

Finalmente, agrupando todas as constantes temos a Lei de Beer

Aplicao da Lei de Beer para Misturas O valor da absorbncia em um dado comprimento de onda ser a somatria das absorbncias de cada espcie absorvendo em soluo importante que no ocorra interao entre as espcies Todas as espcies absorventes em soluo obedecem a lei de Beer Para um sistema com n espcies necessrio obter n determinaes em comprimentos de ondas diferentes

Limitaes Da Lei De Beer Quando a correlao linear entre absorbncia e concentrao no obedecida?

Desvios/limitaes instrumentais So dependentes da forma como a medio feita

Desvios qumicos Resultado de alteraes qumicas associadas com a mudana de concentrao

Desvios Qumicos Observados A lei de Beer idealizada para solues diludas Em solues relativamente concentradas (>0,01 mol L-1 ) a distncia mdia entre molculas absorventes diminui e interaes entre as mesmas comeam a afetar a distribuio de cargas Este tipo de interao pode alterar a habilidade das espcies absorverem um dado comprimento de onda

Em solues diludas de analitos porm com grande concentrao de outras espcies, p.ex., eletrlitos Interaes eletrostticas podem alterar a absortividade molar das espcies Em casos extremos, solues to diludas quanto 10-6 mol L-1 so necessrias para observao da lei de Beer Em teoria, dependente do ndice de refrao n. Se a concentrao alterar significativamente n desvio da lei de Beer

Desvios Qumicos Aparentes Principal causa de desvios qumicos ocorre quando o analito se dissocia, associa ou reage com as molculas do solvente gerando uma espcie qumica com espectro de absoro diferente Por ex., indicadores cido-base (Ka = 1,42 x 10-5) HIn H+ + In570 nm 430 nm

Desvios Instrumentais Aparentes com Radiao Policromtica Outra limitao importante da lei de Beer obteno de radiao verdadeiramente monocromtica

Como Escolher o Melhor

Efeito desprezvel se a largura da banda efetiva do monocromador (ou filtro) < 1/10 da metade da largura do pico a meia altura

Desvios Instrumentais Devido ao Espalhamento Se Ps for a radiao espalhada no absorvida pela amostra

Obs: note que desvios instrumentais so sempre negativos

Efeitos do Rudo Instrumental em Anlises Espectrofotomtricas Preciso e exatido so normalmente afetadas pela incerteza associada com o rudo de um instrumento Uma medio instrumental normalmente melhor representada pela relao sinal/rudo

Fontes de rudo instrumentais Eletrnica rudo trmico (Johnson) rudo eventual (shot) rudo trmulo (flicker) rudo ambiental

Erros Intrnsecos com a Medio da Transmitncia Ajuste de 0% T Ajuste de 100% T Medio de % T A incerteza na determinao da concentrao c pode ser relacionado como:

Aps algumas transformaes:

Fontes de Erros InstrumentaisCategoriaCaso I

RelaoST = k1

Fontes TpicasResoluo da leitura limitada Rudo Johnson em detectores de calor Corrente de fundo e rudo do amplificador

RelevnciaFotmetros simples e com escalas pequenas Espectrofotmetros de IV Quando a intensidade da fonte e a sensibilidade do detector so baixas Detectores UV-vis de boa qualidade Detectores UV-vis de boa qualidade Fotmetros baratos

Caso II

ST = k2(T2 + T)1/2

Rudo eventual de detector de ftons Incertezas no posicionamento da cela Tremulao da fonte

Caso III

ST = k3T

Quanto Cada Erro Vale!

Efeito da Fenda na Medio de Absorbncia Controla a quantidade de luz atingindo a amostra e conseqentemente tambm o detector Limitante da resoluo Importncia qualitativa menor que quantitativa

Efeito do Espalhamento de Radiao A quantidade de radiao espalhada depende: Qualidade do material tico Geometria do equipamento Baixos comprimentos de onda Importncia tanto qualitativa (falsos mximos de absoro) quanto quantitativa (uma das causas dos desvios da lei de Beer)

Instrumentao Espectrofotometria UV-visvel Fontes de Radiao Lmpadas de deutrio ou hidrognio D2 + Ee D2* D + D + h Emisso contnua de 160 a 375 nm Lmpada deve ser feita de quartzo

Lmpada de filamento de tungstnio Utilizada para regio do visvel e IV Emisso contnua de 350 a 2500 nm

Compartimento da Amostra Cubetas de quartzo ( < 350 nm) Vidros borossilicatos Plsticos b = 1 cm padro

Tipos de Instrumentos Feixe nico

Os componentes podem ser simples ou sofisticados Geralmente de custo mais reduzido Cubetas idnticas so fundamentais

Tipos de Instrumentos Feixe duplo no espao

Usa um divisor de feixe e dois transdutores Ajuste de 0% T e mede-se %T Compensam flutuaes na fonte de radiao

Tipos de Instrumentos Feixe duplo no tempo

Compensao por variao de potncia em funo do A maioria dos espectrofotmetros modernos tem essa configurao

Tipos de Instrumentos Canais mltiplos DAD

Vantagens Determinao simultnea de todos os rapidez Melhoria da relao sinal/rudo sensibilidade Anlises rpidas minimizam foto-decomposio