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1

ANALÍTICA V – 2S 2011

Aula 4Aula 4

Espectrofotometria no Espectrofotometria no UVUV--VisVis

Prof. Rafael Sousa

Departamento de Química Departamento de Química -- ICEICErafael.arromba@ufjf.edu.brrafael.arromba@ufjf.edu.br

Notas de aula: www.ufjf.br/baccan

Relembrando a aula 3...Relembrando a aula 3...

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

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

�� Espectros diferentesEspectros diferentes�� Máximos de absorção característicosMáximos de absorção característicos

22

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2

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

ProcessoProcesso envolveenvolve transições eletrônicas dos elétrons da camada de valênciacamada de valência

Relembrando a aula 3...Relembrando a aula 3... 33

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

Relembrando a aula 3...Relembrando a aula 3...

Radiação TRANSMITIDARadiação TRANSMITIDA

� Baixa transmitância � Alta absorbância

AA= = -- loglog T= T= loglog PP00/P /P

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3

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 CC

aa= 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

Concentração Concentração

α = α = a ba b

Relembrando a aula 3...Relembrando a aula 3... 55

ANALÍTICA AVANÇADA – 2S 2011

Começando a Aula 4Começando a Aula 4

Plano de aulaPlano de aula::

�� Medidas de absorção e análises quantitativasMedidas de absorção e análises quantitativas

-- Propriedades da Lei de Propriedades da Lei de BeerBeer

�� Instrumentos para análises espectrofotométricasInstrumentos para análises espectrofotométricas

�� Aspectos práticosAspectos práticos

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4

Determinando a Concentração de Misturas(Dois (Dois analitosanalitos: : MM e e NN))

A’A’ = = εε’’MM . b . c. b . cMM + + εε’’NN . b . . b . ccNN

A’’ A’’ = = εε’’’’MM . b . c. b . cMM + + εε’’’’N N . b . . b . ccNN

�� εε’s devem ser conhecidos em’s devem ser conhecidos em

todos os comp. onda (todos os comp. onda (λλ’ e ’ e λλ’’)’’)

Resultado Resultado �������� cálculos matemáticos (resolução de sistemas ou cálculos matemáticos (resolução de sistemas ou QuimiometriaQuimiometria))

AA´́

AA´́´́

Considerar as espécies Considerar as espécies

independementeindependemente (não existe interação)(não existe interação)

66

Determinando a Concentração de Misturas(Dois (Dois analitosanalitos: : MM e e NN))

APLICAÇÃO APLICAÇÃO �������� Prática 5Prática 5

Espectrofotometria molecular: Estudo Espectrofotométrico de Espectrofotometria molecular: Estudo Espectrofotométrico de uma Mistura de Cr e Mnuma Mistura de Cr e Mn

Para “casa”Para “casa”

Verificar, na literatura, os possíveis comprimentos de onda a Verificar, na literatura, os possíveis comprimentos de onda a serem usados neste experimentoserem usados neste experimento

77

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5

Analisando uma Amostra por Espectrofotometria

Prática 2Prática 2

Determinação Espectrofotométrica de AAS em Formulações Determinação Espectrofotométrica de AAS em Formulações Farmacêuticas usando Farmacêuticas usando Curva de CalibraçãoCurva de Calibração

Prática 3 (HOJE!)Prática 3 (HOJE!)

Determinação Espectrofotométrica de AAS em Formulações Determinação Espectrofotométrica de AAS em Formulações Farmacêuticas usando Farmacêuticas usando Adição de PadrãoAdição de Padrão

88

•• Curvas analíticas Curvas analíticas em meio semelhante ao da solução de amostra (Calibração externa)em meio semelhante ao da solução de amostra (Calibração externa)

•• Curvas de Curvas de adição de padrãoadição de padrão

Para Determinar a Concentração:

Preparação:

1- Adição da mesma quantidade de amostra em todos os balões2- Adição de volumes crescentes de uma solução padrão exceto na “solução 1”3- Diluição com solvente apropriado até o menisco

1010

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�� Cálculo da conc. (X) quando Y=0 (usando a eq. da reta)Cálculo da conc. (X) quando Y=0 (usando a eq. da reta)

amostra sem adição

concentraçãoda amostra

Determinando a Concentração por Adição Padrão

•• Minimizar/eliminar o Minimizar/eliminar o efeito de matrizefeito de matriz

•• NÃONÃO melhora o limite de detecçãomelhora o limite de detecção

1010

OUTROS ASPECTOS CONCEITUAISOUTROS ASPECTOS CONCEITUAIS“Limitações” da Lei de “Limitações” da Lei de LambertLambert--BeerBeer

Válida para:Válida para:

�������� Soluções diluídas (Soluções diluídas (C < 0,01 mol L-1) ) �������� Radiação monocromáticaRadiação monocromática�������� Meio absorvedor deve ser Meio absorvedor deve ser homogêniohomogênio e estávele estável

�������� Todas as medidas (padrões e amostras) : celas o mais “parecidas” possíveisTodas as medidas (padrões e amostras) : celas o mais “parecidas” possíveisPara compensar perdas de potência da radiação incidente por Para compensar perdas de potência da radiação incidente por reflexãoreflexão e e espalhamentoespalhamento

1111

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Desvios da Lei de Desvios da Lei de LambertLambert--BeerBeer

11) Interações entre os centros absorvedores ) Interações entre os centros absorvedores ouou instabilidade química instabilidade química �� DESVIO DESVIO REALREAL DA LEI DE BEERDA LEI DE BEER

Ex de Ex de instabilidade químicainstabilidade química: :

equilíbrio entre os ânions equilíbrio entre os ânions dicromatodicromato e e cromatocromato

Cr2O72- + H2O 2H+ + 2CrO4

2-

350 350 nmnm 373 373 nmnm

�������� Espécies que podem participar de equilíbrio químico em soluçãoEspécies que podem participar de equilíbrio químico em soluçãodevem ser analisadas em um devem ser analisadas em um meio onde apenas uma espécie predominemeio onde apenas uma espécie predomine

1212

Desvios da Lei de Desvios da Lei de LambertLambert--BeerBeer

22)) Influência de erros instrumentais Influência de erros instrumentais ((λ inadequado, radiação policromática ou espúria))�� DESVIO DESVIO APARENTEAPARENTE

Ex de Ex de erro instrumentalerro instrumental::

A

IIII II

A

Comprimento de onda Concentração

1313

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PARA “CASA”PARA “CASA”

C2 C2 -- Suponha que a análise de um fármaco deva ser feita em triplicata, por um Suponha que a análise de um fármaco deva ser feita em triplicata, por um

método espectrofotométrico e que a espécie absorvedora apresenta um máximo de método espectrofotométrico e que a espécie absorvedora apresenta um máximo de

absorbância que varia com o pH da solução de amostra. Descreva, resumidamente, absorbância que varia com o pH da solução de amostra. Descreva, resumidamente,

como essa análise deveria ser feita, considerando desde o preparo da amostra até a como essa análise deveria ser feita, considerando desde o preparo da amostra até a

obtenção do resultado final.obtenção do resultado final.

1414

INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAÇÃO

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Instrumentação Instrumentação da ESPECTROFOTOMETRIA da ESPECTROFOTOMETRIA

FOTÔMETROSFOTÔMETROS(COLORÍMETROS)(COLORÍMETROS) ESPECTROFOTÔMETROSESPECTROFOTÔMETROS

VisívelVisível--Filtros ópticos (380 Filtros ópticos (380 –– 780 780 nmnm))

UltraUltra--violeta e visívelvioleta e visível-- Monocromadores (200 Monocromadores (200 –– 1000 1000 nmnm))

Fonte de

LuzAmostra

Seletor deComprimento

de Onda h ν

Detector

Fotométrico

Processador

0.102 UA

Fonte de

LuzAmostra

Seletor deComprimento

de Onda h ν

Detector

Fotométrico

Processador

0.102 UAh ν

a

b

Componentes básicos (duas configurações: Componentes básicos (duas configurações: aa e e bb):):

1515

Componentes instrumentaisComponentes instrumentais

1) 1) FONTE DE LUZFONTE DE LUZ

REGIÃO DO VISÍVELREGIÃO DO VISÍVELREGIÃO DO ULTRAREGIÃO DO ULTRA--VIOLETAVIOLETA

200 200 nmnm 390 390 nmnm 800 800 nmnm

• Lâmpadas de Deutério• Lâmpadas de Hidrogênio

160 – 375 nm

• Lâmpadas de filamento de Tungstênio

320 – 2500 nm

podem ser halógenas (W-I2)

- maior durabilidade

• LEDs (diodos emissores de luz)

• Lâmpadas de Xenônio

1616

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FONTE DE LUZFONTE DE LUZ

Emissões, por comprimento de onda, das principais lâmpadasEmissões, por comprimento de onda, das principais lâmpadaspara espectrofotometriapara espectrofotometria

1717

2)2) SELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDA

�� Isolar faixas estreitas de comprimentos de ondaIsolar faixas estreitas de comprimentos de onda

�� Diferentes dispositivosDiferentes dispositivoscomplexidade complexidade ee largura da faixa de largura da faixa de λλ

FILTROSFILTROS::

-- Constituído por uma ou mais substânciasConstituído por uma ou mais substâncias-- Isola bandas com no mín. 50 Isola bandas com no mín. 50 nmnm de largurade largura-- Usado na região do visívelUsado na região do visível-- Baixo custoBaixo custo

-- FiltrosFiltros-- MonocromadoresMonocromadores

1818Componentes instrumentaisComponentes instrumentais

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SELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDA

FILTROS FILTROS (continuação)::

�������� Constituído por várias camadasConstituído por várias camadasDielétrico com espessura de Dielétrico com espessura de

mesma ordem do mesma ordem do λλ desejadodesejado

-- Passa apenas 1 Passa apenas 1 λλ e seus múltiplose seus múltiplos-- Isola bandas com até 10 Isola bandas com até 10 nmnm de largurade largura-- Pode ser usado tanto no UV como no visívelPode ser usado tanto no UV como no visível-- Custo maior que o filtro de absorção ...Custo maior que o filtro de absorção ...

�������� Fluoreto de cálcio ou magnésioFluoreto de cálcio ou magnésio

t= espessura do dielétricot= espessura do dielétricoηη= índice de refração= índice de refraçãon= ordem de interferêncian= ordem de interferência

1919

SELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDA

FILTROS FILTROS -- ResumindoResumindo

os de interferência são mais eficientes:os de interferência são mais eficientes:

(larguras a meia altura)(larguras a meia altura)

�� Filtros servem para faixas específicas de Filtros servem para faixas específicas de λλ

�� Monocromadores: isolam bandas estreitas ao longo do espectroMonocromadores: isolam bandas estreitas ao longo do espectro�� Mais versáteis

� Custo mais elevado que os filtros

2020

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SELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDA

MONOCROMADORES: MONOCROMADORES: PRISMASPRISMAS E E REDESREDES (GRADES) DE DIFRAÇÃO(GRADES) DE DIFRAÇÃO

FORMA DE USOFORMA DE USO1) 1) PrismaPrisma (instrumentos mais antigos)2)2) GradeGrade (custo menor, espectrofotômetros mais compactos)3)3) Prisma + Grade Prisma + Grade EchelleEchelle �� Monocromador Monocromador EchelleEchelle

Diferenças entre os Diferenças entre os índices de refraçãoíndices de refração Fenômeno da Fenômeno da interferênciainterferência

2121

SELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDA

MONOCROMADORES: PRISMAS E REDES (GRADES) DE DIFRAÇÃOMONOCROMADORES: PRISMAS E REDES (GRADES) DE DIFRAÇÃO

POSICIONAMENTO DA FENDA DE SAÍDAPOSICIONAMENTO DA FENDA DE SAÍDAisolar o comprimento de onda de interesse isolar o comprimento de onda de interesse EX:EX:

���� Monocromador de Czerny-Turner

���� Dependendo dos demais componentes ópticos: largura de banda de 1 – 20 nm

2222

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3)3) COMPARTIMENTO (OU SUPORTE) DA AMOSTRACOMPARTIMENTO (OU SUPORTE) DA AMOSTRA

CELAS CELAS OU CUBETAS DE CUBETAS DE QUARTZOQUARTZO ((UVUV--VisVis))CELAS OU CUBETAS DE CELAS OU CUBETAS DE VIDROVIDRO (Vis)(Vis)CELAS OU CUBETAS DE CELAS OU CUBETAS DE ACRÍLICO ACRÍLICO (Vis)(Vis)

�� FACES PLANAS E PERPENDICULARES À RADIAÇÃO INCIDENTEFACES PLANAS E PERPENDICULARES À RADIAÇÃO INCIDENTE

�� CILÍNDRICAS CILÍNDRICAS menor custo mas que conferem menor menor custo mas que conferem menor repetibilidaderepetibilidade

CAMINHOS ÓPTICOS VARIÁVEISCAMINHOS ÓPTICOS VARIÁVEISmais comum: mais comum: 1 cm

LIMPEZA:LIMPEZA:1- Água e detergente diluído2- Enxague com água purificada e, depois, com a própria amostra

2323Componentes instrumentaisComponentes instrumentais

4)4) DETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINALDETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINAL

�������� CONVERSÃO DA RADIAÇÃO EM SINAL ELÉTRICOCONVERSÃO DA RADIAÇÃO EM SINAL ELÉTRICO

-- Gera uma intensidade da corrente proporcional à intensidade da radiaçãoGera uma intensidade da corrente proporcional à intensidade da radiação

-- FototubosFototubos, , fotomultiplicadorasfotomultiplicadoras e semicondutores de silícioe semicondutores de silício

_ +90 V DC

R

Amplificador

Catodo

AnodoFeixe de Fótons

e- +

+

+

+ _ _

__

+

+ _

_

p n

+-

Junção pn

�������� Sensibilidade Sensibilidade FototuboFototubo << Sensibilidade Sensibilidade semicondutoressemicondutores << Sensibilidade Sensibilidade FotomultiplicadoraFotomultiplicadora

2424Componentes instrumentaisComponentes instrumentais

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4)4) DETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINALDETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINAL

Semicondutores para Semicondutores para medidas simultâneasmedidas simultâneas

Espectrofotômetro com arranjo linear de diodosEspectrofotômetro com arranjo linear de diodos

2525

INSTRUMENTOS “INSTRUMENTOS “FEIXE ÚNICOFEIXE ÚNICO” E “” E “DUPLO FEIXEDUPLO FEIXE””

�� OO FEIXE DE RADIAÇÃO UTILIZADO PARA A MEDIDA DO “BRANCO” E DA AMOSTRA” FEIXE DE RADIAÇÃO UTILIZADO PARA A MEDIDA DO “BRANCO” E DA AMOSTRA” DEVEM TER A MESMA INTENSIDADE DEVEM TER A MESMA INTENSIDADE

%T

cela dosolvente

ajuste 100% T

lâmpada detungstênio

filtro espelho semi-prateado

cela dosolvente

detector de zero%T

detector

detector

a. fotômetro de feixeúnico

b. Fotômetro de feixe duplo

2626Componentes instrumentaisComponentes instrumentais

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ESPECTROFOTOMETRIA NO ESPECTROFOTOMETRIA NO UVUV--VisVis

CONSIDERAÇÕES GERAISCONSIDERAÇÕES GERAIS

�������� Instrumentos atuais operam em transmitância ou absorbânciaInstrumentos atuais operam em transmitância ou absorbância

�������� Quando são utilizados outros solventes além de água os mesmos devem ser Quando são utilizados outros solventes além de água os mesmos devem ser de de grau espectroscópiograu espectroscópio e e inerte no meioinerte no meio

��Pode ser combinada com outras técnicas analíticas, instrumentais ou não, Pode ser combinada com outras técnicas analíticas, instrumentais ou não,

geralmente como geralmente como ferramenta de detecçãoferramenta de detecção

2727

PARA “CASA”PARA “CASA”

C3)C3) Ao “desenhar a curva analítica” de um método espectrofotométrico o analista Ao “desenhar a curva analítica” de um método espectrofotométrico o analista

atribuiu ao branco (reagentes utilizados em água) o valor de transmissão atribuiu ao branco (reagentes utilizados em água) o valor de transmissão

100%. Você concorda com esta atribuição? Justifique.100%. Você concorda com esta atribuição? Justifique.

C4)C4) Em termos de configuração instrumental, cite uma vantagem de se utilizar um Em termos de configuração instrumental, cite uma vantagem de se utilizar um

espectrofotômetro com um detector do tipo “arranjo de diodos”.espectrofotômetro com um detector do tipo “arranjo de diodos”.

2929

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Bibliografia utilizada

�� ““PrinciplesPrinciples ofof Instrumental Instrumental AnalysisAnalysis””DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5 th 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, 2002

�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”D. Harris; 7 a 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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AVISOS PARA A PRÓXIMA AULAAVISOS PARA A PRÓXIMA AULA

Ler, ANTES DA AULA, Ler, ANTES DA AULA, o roteiro da Prática 4o roteiro da Prática 4