Material 2 - Métodos Espectrométricos

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Material 2 – Introdução aos Métodos Espectrométricos – Espectrofotometria. 
Professor Frank Pereira de Andrade 
Universidade Federal de São João Del Rei 
Campus Centro Oeste Dona Lindu (CCO/UFSJ) 
 
INTRODUÇÃO À ESPECTROMETRIA 
 
É de conhecimento comum que muitas substâncias absorvem ou emitem radiação 
eletromagnética (LUZ). Podemos, então, fazer uso desta propriedade (ABS ou emissão) para 
fazer análises (qualitativas ou quantitativas), através dos MÉTODOS denominados 
ESPECTROSCÓPICOS. 
 
 ESPECTROMETRIA / ESPECTROSCOPIA / ESPECTROFOTOMETRIA: São métodos que se 
baseiam na quantidade de radiação emitida ou absorvida pelas moléculas ou espécies 
atômicas de interesse. 
 
Sabemos que a luz, descrita como onda ou como partícula, possui energia proporcional à sua 
frequência: 𝑬 = 𝒉𝒗 = 𝒉
𝒄
𝝀
= 𝒉𝒄
𝟏
𝝀
= 𝒉𝒄�̃� , onde h = constante de Planck = 6,626 x 10–34 j.s e �̃� 
= número de onda (�̃� = 
𝟏
𝝀
). 
 
 
 
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𝒄 = 𝝂 𝝀 ; �̅� =
𝟏
𝝀
 
c = 3,0 x 10+8 m/s 
 
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𝑬 = 𝒉 𝝂 ; 𝑬 =
𝒉𝒄
𝝀
 
h = 6,626 x 10–34 j.s 
 
Podemos observar no espectro eletromagnético abaixo, diferentes denominações, 
caracterizadas por frequências distintas. Nesse sentido, podemos dizer que essas diferentes 
regiões são caracterizadas por uma faixa de comprimentos de onda (λ), número de onda (�̃�) ou 
energia (E ou E*). 
 
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EXEMPLO 1: Complete a tabela abaixo: 
Região do espectro eletromagnético λ(nm) 𝒗(Hz) �̃� (cm-1) E 
Rádio 1012 
Microondas 107 
Infravermelho 104 
Visível 103 
Ultravioleta 101 
Raios-X 10–1 
Gama 10–12 
 
RESPOSTAS: 
Região do espectro eletromagnético λ(nm) 𝒗(Hz) �̃� (cm-1) E (j) 
Rádio 1012 3,0 x 105 3,3 x 10–6 1,99 x 10–28 
Microondas 107 3,0 x 1010 3,3 x 10–11 1,99 x 10–23 
Infravermelho 104 3,0 x 1013 3,3 x 10–14 1,99 x 10–20 
Visível 103 3,0 x 1014 3,3 x 10–15 1,99 x 10–19 
Ultravioleta 101 3,0 x 1016 3,3 x 10–17 1,99 x 10–17 
Raios-X 10–1 3,0 x 1018 3,3 x 10–19 1,99 x 10–15 
Gama 10–12 3,0 x 1029 3,3 x 10–30 1,99 x 10–4 
 
Portanto, podemos esperar que a interação de cada tipo radiação, representada por cada região 
do espectro eletromagnético, com a matéria, aconteça de maneira diferenciada. 
 
O tipo de interação comumente interessada nos MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS envolve 
transições entre diferentes níveis energéticos das espécies químicas. Nos atentaremos às 
seguintes regiões do espectro eletromagnético: ULTRAVIOLETA, VISÍVEL e INFRAVERMELHO. Os 
métodos espectroscópicos que utilizam essas regiões são denominados MÉTODOS ÓPTICOS. 
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 MÉTODOS ÓPTICOS: Métodos espectroscópicos baseados na radiação ultravioleta, visível e 
infravermelha. 
As técnicas analíticas mais comuns, que empregam radiação ultravioleta, visível e infravermelha 
são: (i) Espectrofotometria UV-VIS, (ii) Espectrometria de Luminescência Molecular, (iii) 
Espectrometria no Infravermelho, (iv) Espectrometria de Massas, (v) Espectrometria de 
Absorção Atômica com Chama, (vi) Espectrometria de Absorção Atômica com Forno de Grafite, 
(vii) Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Indutivamente Acoplado, (viii) 
Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado e (ix) Fotometria de Chama. 
As técnicas i a iv são técnicas de espectrometria molecular. Ou seja, são técnicas analíticas que 
fazem uso de propriedades da radiação eletromagnética que possibilitam a análise de 
moléculas. Estudaremos nesse curso somente as técnicas i e iv. Já as técnicas v a ix são técnicas 
de espectrometria atômica. Ou seja, são técnicas analíticas que fazem uso de propriedades da 
radiação eletromagnética que possibilitam a análise de espécies atômicas. Daremos maior 
ênfase nesse curso nas técnicas v, vi e vii. 
 
Iniciaremos o estudo com a utilização da radiação eletromagnética para análises qualitativas e 
quantitativas de espécies moleculares. O termo empregado para estes métodos é 
ESPECTROFOTOMETRIA ou ESPECTROFOTOMETRIA UV-VIS, e o equipamento empregado para 
condução dessas análises é o ESPECTROFOTÔMETRO, cuja que mede a luz transmitida. Em 
outras palavras, a propriedade física medida por esses equipamentos é a quantidade de luz 
absorvida e transmitida. 
 
ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR – ESPECTROFOTOMETRIA UV-VIS 
 
 
Adaptado de ©Thomson Higher Education 
 
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Um feixe de luz, com potência (P0) e frequência conhecidas, 
é incidida sobre uma amostra. Parte da radiação incidida é 
absorvida pela matéria, enquanto o restante da radiação 
(P) simplesmente emerge. Nesse sentido, P ≤ P0. 
 
Observe que o equipamento mede a radiação que não foi absorvida. Ou seja, a luz transmitida. 
Essa fração é denominada TRANSMITÂNCIA. 
 
 TRANSMITÂNCIA (T): É a fração de luz incidente que passa através da solução que contem 
a amostra. A transmitância é calculada da seguinte maneira: 𝑻 =
𝑷
𝑷𝟎
 . 
 
Uma vez que há uma fração da luz incidente que é transmitida, há também outra fração da luz 
incidente é absorvida. Essa fração é a ABSORBÂNCIA (ou ABSORVÂNCIA). 
 
 ABSORVÂNCIA (A ou ABS): É a fração de luz incidente que não passa através da solução que 
contem a amostra. Em outras palavras, é a fração da luz incidente que é absorvida em 
solução. A absorvância é calculada da seguinte maneira: 𝑨 = 𝒍𝒐𝒈
𝑷𝟎
𝑷
= − 𝐥𝐨𝐠 𝑻 
 
EXEMPLO 2: Calcule a absorvância para as seguintes %’s de transmitância: 
a) 10% b) 90% c) 0% d) 100% 
 
RESPOSTAS 
a) ABS = 1 b) ABS = 0,046 c) ABS = ∞ d) ABS = 0 
 
Observe que, quanto maior a transmitância, menor é a absorvância. A reciprocidade é 
verdadeira: quanto maior a absorvância, menor é a transmitância. 
 
EXEMPLO 3: Complete a tabela abaixo: 
 
A 0,545 0,630 
T 0,62 0,31 
%T 34 17 
 
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RESPOSTAS 
 
A 0,545 0,208 0,468 0,509 0,630 0,770 
T 0,285 0,62 0,34 0,31 0,23 0,17 
%T 28,5 62 34 31 23 17 
 
Sabemos que todas as moléculas possuem uma quantidade de energia, que é a soma das 
energias eletrônica (Eeletr), vibracional (Evib) e rotacional (Erot), onde Eeletr > Evib > Erot. Sabemos 
ainda que, de acordo com o espectro eletromagnético apresentado no início desse material, a 
região do ultravioleta compreende uma faixa entre 200 e 400 nm, enquanto a região do visível 
compreende uma faixa ente 400 e 800 nm. Nesse sentido, a região do ultravioleta possui uma 
energia em torno de 150 a 72 Kcal/mol, enquanto a região do visível possui uma energia em 
torno de 72 a 36 Kcal/mol. Assim, a absorção de energia correspondente à região do UV ou do 
VIS, produz transições eletrônicas do estado fundamental para o estado excitado das moléculas. 
 
NOTA 1: Alguns autores consideram que a região do ultravioleta visível compreende uma faixa 
de 180 a 780 nm. (SKOOG – Princípios de Análise Instrumental). 
 
NOTA 2: Atualmente (incluindo o laboratório da UFSJ/CCO) os espectrofotômetros trabalham 
na faixa de 190 a 1100 nm. Nesse sentido, considera-se que o ultravioleta compreende a faixa 
de 190 a 310 nm e o visível compreende a faixa de 310 a 1100 nm.De acordo com a TOM, os níveis de energia de uma molécula orgânica são representados pelo 
diagrama abaixo. 
 
 
 
 
 
Essas transições seguem a seguinte escala de energia: 𝒏 → 𝝅∗ < 𝝅 → 𝝅∗ < 𝒏 → 𝝈∗ ≪
 𝝈 → 𝝈∗. 
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A maioria das aplicações espectrofotométricas acontecem na região do “visível” (UV-VIS), 
compreendido entre 200 a 700 nm (≠ 190 a 1100 nm). Para que uma molécula absorva nesta 
região, é necessário que as mesmas apresentem grupo funcional insaturado, ou seja, que 
possuam orbitais “pi” (𝜋 ). Moléculas que possuem estes orbitais (pi) que são capazes de 
absorver radiação UV-VIS, são chamadas de CROMÓFOROS. 
 
O comprimento de onda máximo que uma molécula apresenta é diretamente influenciado pelo 
solvente. O solvente deve ser transparente e seu LIMITE DE COMPRIMENTO INFERIOR deve ser 
levado em consideração. Os COMPRIMENTO INFERIOR (λinferiores) são chamados de 
COMPRIMENTO DE ONDA DE CORTE e não se deve fazer medidas abaixo destes. 
 
 Solvente 
Limite do λ inferior 
(nm) 
Solvente 
Limite do λ inferior 
(nm) 
Água 180 Éter Dietílico 210 
Etanol 220 Acetona 330 
Hexano 200 Dioxano 320 
Cicloexano 200 
Cellosolve 
(etoxietanol) 
320 
Tetracloreto de 
Carbono 
260 
 
Os solventes polares agem eletrostaticamente com os cromóforos polares, tendendo suprimir 
as estruturas espectrais finas resultantes dos efeitos vibracionais. Consequentemente, as 
absorções 𝒏 → 𝝅∗ se deslocam para λ mais curtos (EFEITO HIPSOCRÔMICO) e 𝝅 → 𝝅∗ para λ 
maiores (EFEITO BATOCRÔMICO). 
 
Algumas espécies químicas, que não absorvem em comprimentos de onda superiores a 200 nm, 
quando em contato com cromóforos, podem afetar sua absortividade molar. Essas espécies são 
denominadas AUXOCROMOS. A absortividade molar pode ser aumentada (EFEITO 
HIPERCRÔMICO) ou diminuída (EFEITO HIPOCRÔMICO). 
 
Voltando novamente ao equipamento, conforme vimos acima, as medidas são realizadas em um 
ESPECTROFOTÔMETRO. O recipiente onde a amostra (analito) está contido, é denominado 
CÉLULA, que também é chamada de CUBETA. As mais comuns são: 
 
 Plástico e vidros de silicatos: Absorvem radiação ultravioleta e a visível. Logo, só podem ser 
utilizadas para medidas nos λ do visível. 
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 Quartzo ou Sílica Fundida (vidro feito com SiO2): São necessárias para medidas no 
ultravioleta (abaixo de 310 nm). Essas substâncias são transparentes nas regiões visível e 
infravermelho. 
 
As cubetas mais comuns possuem CAMINHO ÓPTICO (b) de 0,5 a 10 cm, sendo a cubeta de 1,0 
cm a mais comum. Essas vidrarias nunca devem ser secadas em estufa ou sob aquecimento. 
Além disso, as cubetas de quartzo nunca devem ser sonicadas, pois o material vibra na mesma 
frequência das ondas ultrassônicas. 
 
 
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A absorvância é proporcional à concentração de moléculas 
absorvedoras de luz na amostra, bem como ao caminho 
óptico (Lei de Lambert-Beer ou Lei de Beer: 𝑨 = 𝜺𝒃𝒄). 
 
 LEI DE LAMBERT-BEER: 𝑨 = 𝜺𝒃𝒄 ou 𝑨𝝀 = 𝜺𝝀𝒃𝒄 , onde “A” = Absorvância ; “b” = Caminho 
óptico , “c” = concentração molar da espécie de interesse e “ε” = Absortividade molar. 
 
A absortividade molar é uma característica de cada substância. Esta propriedade indica a 
quantidade de luz que é absorvida num determinado λ. Devemos nos atentar que esta 
propriedade é dependente do solvente. 
 
Devemos nos atentar que a Lei de Lambert-Beer (𝑨 = 𝜺𝒃𝒄) pode ser escrita da seguinte 
maneira: A = abc , onde “A” = Absorvância ; “b” = Caminho óptico , “c” = concentração (diferente 
da molar) da espécie de interesse e “a” = Absortividade molar. 
 
 
 
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EXEMPLO 4 (Adaptado de Harris): A absorvância de uma solução 2,31 x 10–5 M é 0,822 em um 
comprimento de onda de 266 nm, em uma cubeta de 1,00 cm. Calcule a absortividade molar 
nesse comprimento de onda. 
 
RESPOSTA: 
𝜀 = 3,56 x 104 M–1 cm–1 ou 𝜀 = 3,56 x 104 L mol–1 cm–1 
 
 
EXEMPLO 5 (Adaptado de Harris): O ozônio gasoso apresenta uma absortividade molar de 2700 
M–1cm–1 no pico de absorção próximo a 260 nm. Determine a concentração molar do ozônio em 
uma amostra de ar que possui uma absorvância de 0,230 em uma célula de 10 cm. Considere 
que a absorvância do ar seja desprezível a 260 nm. 
 
RESPOSTA: 
c = 8,52 x 10–6 M ou c = 8,52 x 10–6 mol L–1 
 
EXEMPLO 6: a) Uma solução 3,96 x 10–4 M de um composto A apresentou uma ABS de 0,624 em 
238 nm numa cubeta de 1,0 cm de caminho óptico. Uma solução em branco, contendo apenas 
o solvente apresentou uma ABS de 0,029 no mesmo λ. Determine a absortividade molar do 
composto A. 
 
RESPOSTA: 
𝜀 = 1503 M–1 cm–1 ou 𝜀 = 1,50 x 103 M–1 cm–1 
 
b) A ABScorrigida de uma solução de concentração desconhecida do composto A, no mesmo 
solvente, sendo a mesma cubeta, é de 0,375 em 238 nm. Determina a concentração de A na 
solução desconhecida. 
 
RESPOSTA: 
𝜀 = 1503 M–1 cm–1 ou 𝜀 = 1,50 x 103 M–1 cm–1 
 
c) Uma solução concentrada do composto A, no mesmo solvente, foi diluída a partir de um 
volume inicial de 2,0 mL para um volume final de 25 mL. Em seguida, mediu-se a ABS da solução 
e obteve-se 0,773. Qual é a concentração de A na solução concentrada? 
 
RESPOSTA: 
𝜀 = 1503 M–1 cm–1 ou 𝜀 = 1,50 x 103 M–1 cm–1 
 
EXEMPLO 7: a) Uma solução 7,25 x 10–5 M de KMnO4 apresenta T = 44,1% quando medida em 
uma célula de 2,10 cm, no λ = 525 nm. Calcule a absortividade molar do KMnO4. 
 
RESPOSTA: 
𝜀 = 2338 M–1 cm–1 ou 𝜀 = 2,34 x 103 M–1 cm–1 
 
b) Qual seria a A e a T se a solução fosse diluída 2 vezes. 
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RESPOSTA: 
A = 0,178 e T = 0,664 ou 66,4% 
 
c) Qual seria % de T se b fosse duas vezes maior? 
 
RESPOSTA: 
T = 19,4% 
 
EXEMPLO 8 (Prova aplicada no segundo semestre de 2016): 2 – Um grupo de pesquisadores da 
Universidade de Minia, Egito, desenvolveu um método analítico para a determinação de 
amlodipina por UV-VIS em formulações farmacêuticas. Para tal, os pesquisadores promoveram 
a reação dessa espécie com a Eosina Y, para formação de um complexo colorido. Os espectros 
da amlodipina, bem como do complexante e do complexo formado são mostrados abaixo. 
 
 
Fonte: J. A. Pharm. Sci. 02(06) (2017) 84-89. 
25 mg da amlodipina (AML ; MM = 408,9 
g/mol) foi solubilizada em 15 mL de etanol 
e, após sonização por 5 minutos, o volume 
foi ajustado para 25 mL com água destilada. 
Uma solução 0,020% m/v de eosina Y (MM 
= 691,8 g/mol) foi preparada, empregado 
água destilada. Em seguida, os 
pesquisadores promoveram a reação entre 
o fármaco e o complexante, da seguinte 
maneira: transferiram 1,0 mL da solução de 
AML para um balão volumétrico de 10,0 mL, 
adicionaram 0,5 mL de um surfactante; 0,5 
mL de tampão pH 3,50; 0,5 mL da solução 
de eosina Y e ajustaram o volume com água 
destilada. 
 
Os pesquisadores obtiveram os espectros acima. Após obtenção dos λmáximos, os pesquisadores 
construíram uma curva analítica (ABS versus concentração, em µg/mL) com a seguinte equação 
de regressão: Y = 0,0144 X + 0,0548. 
Em seguida, os pesquisadores empregaram o método desenvolvido para quantificar o princípioativo em amostras comerciais de 10 mg. Eles procederam a análise da seguinte maneira: 
solubilizaram um comprimido em 15 mL de metanol e, após 5 minutos de sonicação, ajustaram 
o volume em 25 mL com água destilada. Em seguida, transferiram 1,0 mL da solução para um 
balão volumétrico de 10,0 mL, adicionaram 0,5 mL de um surfactante; 0,5 mL de tampão pH 
3,50; 1,0 mL da solução de eosina Y e ajustaram o volume com água destilada. A análise da 
solução, bem como a obtenção dos espectros, foi conduzida num espectrofotômetro, em 549 
nm, empregando uma cubeta com caminho óptico de 1,0 cm. A solução apresentou uma ABS = 
0,724. 
 
Baseado nessas informações, faça o que se pede: 
 
DADOS: 𝑨 = 𝜺𝒃𝒄 ; A = abc ; 𝑨 = −𝒍𝒐𝒈 𝑻 ; µg = 10–3 mg ; mg = 10–3 g ; % m/v = massa (em 
gramas), presentes em 100 mL de solução. 
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a) Calcule a absortividade e a absortividade molar da amlodipina, no λ destacado no espectro. 
Expressar as respectivas unidades. 
RESPOSTA: 
𝑎 = 0,0128 mL µg–1 cm–1 ou 𝜀 = 5,25 x 103 L mol–1 cm–1 
 
b) Qual seria o valor da absortividade molar da eosina, no λ destacado no espectro, se fosse 
empregada uma cubeta de 0,5 mL. Expressar a resposta com a respectiva unidade. 
RESPOSTA: 
𝜀 = 3,98 x 103 L mol–1 cm–1 
 
c) Calcule a quantidade de princípio ativo no medicamento e diga se o teor encontrado condiz 
com o valor do rótulo. Considere um intervalo de 80 a 120%. 
RESPOSTA: 
Teor = 116,2%. 
 
d) Qual seria o valor da % de transmitância obtida para o complexo, se o balão de 10 mL fosse 
substituído por um balão de 50 cm? 
RESPOSTA: 
T = 76,6%. 
 
e) Avalie as afirmativas abaixo e diga QUANTAS estão corretas: 
 
 Se a análise fosse conduzida em 560 nm, os limites de quantificação seriam maiores. 
 Em 350 nm, a absortividade molar da AML é menor que a absortividade molar calculada na 
“letra a”. 
 Se os autores conduzissem a análise da AML, sem promover a reação com a EOSINA, o 
método seria mais sensível. 
 Se fosse empregada uma cubeta de 2,0 cm para obtenção dos espectros, a eosina 
apresentaria uma absortividade de 57,5 v cm–1 %–1 m–1. 
 Se fosse empregada uma cubeta de 2,0 cm para obtenção dos espectros, a eosina 
apresentaria uma absortividade de 57,5 mL cm–1 g–1. 
 
RESPOSTA: V V V V V 
 
 
Também são componentes importantes de um espectrofotômetro as fontes e os seletores de 
comprimentos de onda. 
 
 
 
 
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A fonte mais empregada na região do visível é a LÂMPADA DE FILAMENTO DE TUNGSTÊNIO, que 
emite uma radiação entre 325 a 2500 nm. Na região do ultravioleta, a fonte mais empregada é 
a LÂMPADA DE DEUTÉRIO, que emite uma radiação entre 185 e 375 nm. 
 
Uma vez que essas fontes emitem radiação contínua, faz-se necessário o emprego de seletores 
de comprimentos de onda. Os seletores podem ser filtros ópticos, redes de difração ou 
monocromadores. Os MONOCROMADORES, que são os mais empregados atualmente, 
consistem de um conjunto de lentes e espelhos que circundam um elemento de dispersão, com 
o objetivo de promover a resolução de uma faixa espectral estreita. 
 
 
 
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Após selecionar o comprimento de onda, ou a faixa desejada, a radiação incidente atinge a 
cubeta contendo a solução a ser analisada e, parte da radiação é absorvida. A fração não 
absorvida chega aos detectores, que geram o sinal analítico. Os mais comuns são: célula 
fotovoltaica, fototubo e fotomultiplicadora. Os detectores convertem a radiação 
eletromagnética em unidades de corrente, resistência ou potencial. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
1. Holler, F. J., Skoog, D. A., Stanley, R. C.. Princípios de Análise Instrumental. 6ª ed. 
Bookman, Porto Alegre, 2009. 
2. Harris, D. C. Explorando a Química Analítica. 4ª ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos 
Editora, Rio de Janeiro, 2011. 
3. Harris, D. C. Análise Química Quantitativa. 6ª ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos 
Editora, Rio de Janeiro, 2005. 
4. Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. Fundamentos de Química 
Analítica. 8ª ed. Pioneira Thomson Learning, São Paulo, 2006.