QUI 070 Química Analítica V Análise Instrumental - ufjf.br .Aplicações da Espectroscopia UV-VIS

Aula 4 Espectrometria Molecular UV-VIS

Julio C. J. Silva

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Cincias Exatas

Depto. de Qumica

Juiz de For a, 2013

QUI 070 Qumica Analtica V Anlise Instrumental

Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

Busca do diagnstico na tentativa de evitar a contaminao

O episdio do isolamento do HIV-1 no Brasil e na Amrica Latina, que culmina com a publicao do

artigo que descreve o trabalho na revista Memrias do Instituto Oswaldo Cruz em 1987, tem incio

dois anos antes, de forma bastante pitoresca. Em 1985, o casal de pesquisadores Hlio e Marguerite

Pereira ela, chefe do Laboratrio de Sade Pblica de Londres; ele, renomado virologista brasileiro

naturalizado ingls forneceu a Bernardo Galvo duas garrafinhas que abrigavam clulas humanas

infectadas pelo vrus da Aids. O material, cedido a Peggy como Marguerite era conhecida pelo

pesquisador norte-americano Robert Gallo, envolvido no isolamento do HIV-1 nos Estados Unidos,

serviu de base para os estudos que levaram ao isolamento do vrus da Aids na Amrica Latina.

Com o material em mos, o primeiro passo dos pesquisadores do IOC foi trabalhar para implantar as

tcnicas necessrias para a identificao sorolgica da infeco causada pelo HIV-1, dando incio ao

processo de desenvolvimento do primeiro kit diagnstico brasileiro, realizado por

imunofluorescncia tcnica que sinaliza, por iluminao ultravioleta, a presena de antgenos

ligados a anticorpos especficos. Quando recebemos as amostras de vrus cedidas por Robert

Gallo, o HIV-1 j havia sido isolado na Frana e nos Estados Unidos. O mais urgente, para ns, era

desenvolver um mtodo de diagnstico que permitisse a confirmao da doena em casos suspeitos,

Galvo ressalta.

Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

Regio do espectro 160 780 nm

Medidas de absoro da radiao UV-Vis ampla aplicao na quantificao de espcies inorgnicas e orgnicas

Espectrometria UV-Vis Transmitncia (T), Absorvncia (A), Clulas transparentes, Caminho tico (b)

Concentrao (c) relao linear com A

Transmitncia

Po P

b

c

Quando um feixe de radiao monocromtica atravessa uma soluo contendo uma espcie absorvente, uma parte dessa energia absorvida, enquanto a outra transmitida Transmitncia atenuao sofrida pelo feixe de radiao incidente Absorvncia depende do nmero de centros absorventes (concentrao)

absorbncia:

transmitncia: 100 x %T ou

o o P

P

P

P T = =

log log log P

P

P

P T A o

o

= - = - =

feixe incidente, Po

feixe emergente, P

reflexo espalhamento

Medidas de Transmitncia e Absorbncia

P P

P

P A o

solu

solvente log log o

=

0 %T: realizado na ausncia de radiao, compensar a corrente de escuro

100 %T: compensar absorbncia do solvente

Distribuio Espectral

Transmitncia ou Absorvncia versus

Lei de Lambert-Beer A quantidade de radiao monocromtica absorvida por uma

amostra descrita pela lei de Beer-Bernard-Bouguer-Lambert

Bouguer e Lambert quando a energia absorvida a energia transmitida decresce exponencialmente com o caminho tico.

T = P/Po = 10-kb

LogT = logP/Po = -kb

Beer e Bernard lei similar para a dependncia da T com a concentrao

T = P/Po = 10-kc

LogT = logP/Po = -kc

Lei de Lambert-Beer Combinando as duas equaes:

T = P/Po = 10-abc

LogT = logP/Po = -abc

Como a A = -logT, temos:

A = -LogT

A = - LogT = logP/Po = abc

A concentrao diretamente proporcional a concentrao

A constante a chama de absortividade e dependente do e da natureza do material absorvente

a = coeficiente de absortividade (L g-1 cm-1)

= coeficiente de absortividade molar (L mol-1 cm-1)

Lei de Lambert-Beer

Representao grfica da Lei de Beer, para solues de KMnO4 em l = 545 nm e um caminho ptico de 1 cm.

a) Em %Transmitncia %T versus c b) Em Absorbncia A versus c

Desvios reais: Lei de Beer obedecida para solues diludas (C 0,01 mol L-1) conc. maiores ocorre interao entre as espcies absorventes: - espcies muito prximas - alterao na distribuio de cargas - alterao na capacidade de absoro Solues diludas, com alta concentrao de eletrlito inerte: - interaes eletrostticas - alterao no coeficiente de absortividade molar Coeficiente de absortividade molar varia com o ndice de refrao da soluo (solues coloridas)

Limitaes da Lei de Beer

Desvios aparentes: Causa fsica relacionados as limitaes dos instrumentos:

- Faixa espectral isolada (radiao policromtica) - Radiao estranha (espria) - Instabilidade da fonte - Resposta no linear do detector

Causa qumica -Associaes e dissociaes moleculares - Deslocamento de equilbrios (ex. Cr2O7 e CrO4)

Limitaes da Lei de Beer

desvio qumico: ocorre devido dissociao, reaes com solvente

Desvio da Lei de Beer para soluo no-tamponada de um indicador HIn

HIn H+ + In-

cor 1 cor 2

ponto no qual duas espcies em equilbrio qumico possuem o mesmo coeficiente de absortividade molar

Ponto isosbstico do azul de bromotimol (501 nm):

(A) pH 5,45 (B) pH 6,95 (C) pH 7,50 (D) pH11,60

Ponto Isosbstico

radiao espria geralmente tem comprimento de onda muito

diferente do selecionado no , portanto, absorvida pela soluo

desvio instrumental: efeito da radiao espria

Efeito da largura da fenda

fendas mais estreitas: - melhor resoluo - menor potncia de radiao

vidro de didmio

Display

Ajuste de Zero

Ajuste de 100 %

Seleo de

Compartimento da cubeta

Instrumentos

Fonte de Radiao Espelho colimador

Rede de difrao Detector

Cela de amostra

Instrumentos

Tipos de Instrumentos

Figura Diagrama de blocos de um espectrofotmetro

Todos os espectrofotmetros envolvem alguns componentes bsicos

Uma fonte de energia radiante

Um dispositivo para isolar o de interesse (monocromador)

Um mdulo de recipiente para a amostra

Um detector que converte a energia radiante em sinal eltrico

Um dispositivo para medir a grandeza do sinal eltrico

Fonte de Energia radiante

Deve gerar radiao contnua, estvel na regio do espectro e alta intensidade

Lmpada com filamento de tungstnio 350 a 750 nm (visvel)

Lmpada de tungstnio-iodo (visvel)

Lmpada de descarga de hidrognio (U.V.) 185 a 375 nm

Emissor de Nernst e oglobar (I.V.)

Fonte de Energia radiante

Monocromadores Um monocromador consiste de:

Lentes e espelhos focalizar a radiao

Fendas de entrada e sada restringir radiaes desnecessrios

Elementos de resoluo separar o comprimento de onda de interesse (filtros, prismas, redes de difrao)

Figura - Diagrama de um monocromador

Recipientes para a amostra

Cubetas ou celas cilindricas devem apresentar caractersticas de transparncia, forma e tamanho apropriado

- Plstico: regio visvel

Vidro borossilicato: 380 2000 nm

Quartzo ou slica fundida: regio UV

Detectores

Detector ideal:

Alta sensibilidade

Alta razo sinal/rudo

Resposta constante para ampla faixa de

Resposta rpida

Sinal 0 na ausncia de radiao (dark current)

Detectores Clulas fotovolticas

Clulas fotoeltricas

Tubos fotomultiplicadores:

Registradores Galvanmetros, Multmetro, Microampermetro ou

Registrador

fotmetros: filtro (ou fonte radiao monocromtica)

espectrofotmetros: monocromador (manual ou automtico)

feixe simples: amostra e referncia so alternadas

feixe duplo: compensa variaes da fonte e detector

- mais complexo

multicanal (com arranjo de diodos):

- monocromador fixo

- deteco simultnea

- eletronicamente mais complexo

- radiao policromtica incida na amostra

(mnima fotodecomposio - medida rpida)

Tipos de Instrumentos

Espectrofotmetros Monocanais feixe simples

Espectrofotmetros Monocanais (duplo feixe)

Espectrofotmetros Multicanais (arranjo de fotodiodos)

amostra

fonte

fenda

arranjo de fotodiodos

rede cncava

Aplicaes da Espectroscopia UV-VIS

poucas aplicaes em anlises qualitativas

importante em anlises quantitativas

- compostos orgnicos e inorgnicos

- limite de deteco 10-4 - 10-5 mol L-1

- seletividade moderada a alta

- boas exatido e preciso (1 - 3 %)

Determinao da Concentrao:

curva analtica: Absorbncia x concentrao

mtodo da adio de padro

titulao espectrofotomtrica

minimizar/eliminar o efeito de matriz

adio de quantidades crescentes de padro sobre a amostra

NO melhora o