Relatório 5 - Espectrometria de absorção atômica em chama (I) e (II) docx

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
Instituto de Química
Departamento de Química Analítica
Análise Instrumental I Experimental
Espectrometria de Absorção Atômica em Chama (I) e (II)
Aluno: Lucas Gonçalves do Amaral
Professor: Marco Antônio Martins de Oliveira
Niterói
Setembro/2022
1. INTRODUÇÃO
A espectrometria de absorção atômica em chama é uma técnica analítica que é baseada
na identificação e quantificação de elementos metálicos, semi-metálicos e alguns não
metálicos, assim como materiais biológicos, tecnológicos, geológicos e alimentos. Esta
técnica é baseada nas transições eletrônicas dos elétrons da última camada dos átomos, que ao
absorverem energia saltam para níveis mais externos, atingindo um estado excitado. Após
frações de segundos os átomos sofrem relaxação e os elétrons retornam aos seus estados
fundamentais liberando energia na forma de radiação eletromagnética na região do visível.
Como a absorção de energia pelos átomos é quantizada, pois cada espécie pode apenas
absorver múltiplos de uma energia mínima específica, cada espécie absorve de uma forma
distinta da outra, sendo possível identificá-las a partir dos espectros de linhas.
Para a realização da técnica utiliza-se um espectrômetro de absorção atômica em
chama, em que primeiramente a amostra é aspirada por uma mangueira, a partir de diferença
de pressão, e migra para a câmara de nebulização, onde é convertida a um fino aerossol. Em
seguida é então seco e misturado a gases combustível e oxidante, como ar e acetileno, e a
partir do calor fornecido pela chama, é atomizado, migra para a fase gasosa e absorve
radiação eletromagnética da fonte emissora (lâmpada de catodo oco), fazendo com que o feixe
de luz composto pelo remanescente de energia não absorvida atravesse um monocromador e
alcance o detector. Vale ressaltar que para a realização deste procedimento, existem as
condições ótimas, que são: alta temperatura da chama, porém sem ionização dos átomos;
transparência ótica, mas sem absorção de radiação; ausência de emissão e baixa velocidade de
combustão, as quais são condições satisfeitas unicamente por chamas de acetileno/ar, com
temperaturas médias de 2300°C, e chamas de acetileno/óxido nitroso, com temperaturas
médias de 2750°C (WELZ; SPERLING, 1999).
Figura 1. Instrumental para a espectrometria de absorção atômica em chama
1
A partir da análise de diferentes soluções de concentrações conhecidas de uma mesma
amostra (soluções-padrão), é possível montar-se uma curva de calibração e determinar-se a
concentração de amostras desconhecidas.
Um fator importante em relação a realização da técnica são as interferências que
podem ocorrer no procedimento, as quais podem consistir em dois tipos, as físicas e químicas.
As interferências físicas são ocasionadas por substâncias cujas propriedades físicas, como
viscosidade, tensão superficial e ponto de ebulição, são distintas da solução padrão analisada.
Tais diferenças de propriedades físicas podem influenciar a distribuição das gotas no aerossol
formado na câmara de vaporização e, consequentemente, o tempo gasto para a vaporização
das partículas (SKOOG et. al, 2016).
Já as interferências químicas são ocasionadas por substâncias que podem formar
compostos químicos com a amostra a ser analisada, influenciando desta forma a taxa de
atomização na chama, devido à diferença de energia requisitada para vaporizar e atomizar o
interferente e a amostra (SKOOG et. al, 2016).
2. OBJETIVO
O objetivo desta prática consiste em utilizar a técnica de espectrometria de absorção
atômica em chama para analisar quatro soluções de concentrações conhecidas de Cu2+ de
forma a ser possível determinar as concentrações de três amostras desconhecidas de
aguardente a partir da curva de calibração, além de analisar as possíveis causas de
interferências químicas e físicas em soluções de Cu2+ e Ca2+.
3. METODOLOGIA
Primeiramente, com auxílio de uma micropipeta, transferiram-se volumes de 100, 200,
300 e 400 μL de solução padrão de Cu2+ 100 mg/L (100 ppm) para quatro balões volumétricos
de 10 mL distintos e, em seguida, em cada balão, foi adicionado um volume de 5 mL de
etanol e foram avolumados com água destilada.
2
Posteriormente, foram preparadas as soluções para análise de interferência física, em
que, com auxílio da micropipeta, foram adicionados volumes de 500 μL de Cu2+ em três
balões volumétricos de 25 mL distintos. O primeiro balão foi avolumado com água destilada,
o segundo foi avolumado com solução de ácido sulfúrico 50% e o terceiro com etanol 50%.
Para as análises de interferência química, com auxílio da micropipeta, foram
adicionados volumes de 500 μL de Ca2+ em dois balões volumétricos de 25 mL distintos. O
primeiro balão foi avolumado com solução de ácido nítrico 0,1 mol/L e o segundo foi
avolumado com solução de ácido fosfórico 0,1 mol/L.
Dessa forma, utilizando-se o espectrômetro de absorção em chama do laboratório,
foram realizadas as análises das soluções de Cu2+ com os interferentes físicos e químicos, para
que, de posse dos resultados, fosse possível observar os efeitos causados por tais interferentes
e propor meios de contorná-los.
Por fim, foram realizadas as análises das soluções de concentrações conhecidas de
Cu2+, assim como das amostras de aguardente de concentrações desconhecidas, de forma a ser
possível montar a curva de calibração e encontrar os valores de concentração a partir da
equação da reta.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
As concentrações das quatro soluções de Cu2+ podem ser calculadas pela Lei de
diluição (Equação 1), visto que a concentração inicial da solução padrão de Cu2+ era de 100
mg/L = 100 ppm e o volume final de cada solução era de 10 mL = 10000 μL.
=> (1)𝐶
1
𝑉
1
= 𝐶
2
𝑉
2
𝐶
2
=
𝐶
1
𝑉
1
𝑉
2
Tabela 1. Concentrações das soluções de Cu2+ em função do volume inicial de solução padrão adicionado.
Volume inicial
(μL)
Concentração final
(ppm)
Volume inicial
(μL)
Concentração final
(ppm)
100 1 300 3
200 2 400 4
3
A Tabela 1 acima mostra os valores das concentrações teóricas das soluções de Cu2+
preparadas.
Os dados de absorbância analisados no espectrômetro de absorção atômica em chama
em função das concentrações estão apresentados na Tabela 2 abaixo:
Tabela 2. Dados de absorbância em função da concentração das soluções.
Solução Concentração (ppm) Absorbância
Cu2+ 1 0,0371
Cu2+ 2 0,0742
Cu2+ 3 0,1798
Cu2+ 4 0,2473
Aguardente (caninha) desconhecida 0,0443
Aguardente (barril) desconhecida 0,0108
Aguardente (praianinha) desconhecida -0,0025
De posse dos dados é possível montar a curva de calibração, a qual consta na Figura 2
abaixo:
Figura 2. Curva de calibração para o Cu2+.
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Tendo posse da curva de calibração e sua equação, para encontrar as concentrações
das amostras de aguardente, basta substituir y = A e x = C, em que A é a absorbância medida
e C é a concentração relacionada àquela absorbância, logo, temos a Equação 2 abaixo:
𝐴 = 0, 0736. 𝐶 − 0, 0494
(2)𝐶 = 𝐴 + 0,04940,0736
A Tabela 3 abaixo apresenta os valores das concentrações das amostras de aguardente,
calculadas a partir da Equação 2.
Tabela 3. Dados de absorbância em função da concentração das soluções.
Amostra de aguardente Concentração (ppm)
Caninha 1,273
Barril 0,818
Praianinha 0,637
Já para a análise de interferentes, a Tabela 4 abaixo apresenta os valores obtidos de
absorbância:
Tabela 4. Dados de absorbância em função dos interferentes.
Amostra Interferente físico Absorbância
Cu2+
água destilada 0,1112
ácido sulfúrico 0,0481
etanol 0,0491
Amostra Interferente químico Absorbância
Ca2+
ácido nítrico 0,2989
ácido fosfórico 0,2122
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Analisando-se a Tabela 4 acima, percebe-se que, em relação aos interferentes físicos, a
absorbância é menor para o ácido sulfúrico e o etanol. Para o ácido sulfúrico, sabe-se que isto
ocorre devido à viscosidade mais elevada deste interferente em relação à água (26,7 cP à
20°C), que dificulta o processo de vaporização da amostra e promovea má distribuição de
gotas de aerossol, fazendo com que a quantidade de átomos que chegam a chama seja menor,
diminuindo a absorbância. Já para o etanol, há um aumento das forças de interações
intermoleculares da solução com a sua adição, visto que é capaz de realizar ligações de
hidrogênio entre si e com a água, fazendo com que haja um aumento na tensão superficial da
solução dificultando a vaporização da amostra, diminuindo a absorbância.
Em relação aos interferentes químicos, foi observado que a absorbância é menor para
o ácido fosfórico, e sabe-se que isto ocorre devido à formação de pirofosfato de cálcio, que
trata-se de um interferente refratário, o qual é difícil de fundir, fazendo com que a energia
necessária e o tempo sejam maiores. Logo, para um mesmo tempo de análise, soluções de
Ca2+ com ácido fosfórico apresentam menores absorbâncias.
Existem métodos para se contornar tais interferências, como um ajuste de matriz, que
seria utilizar, se possível, padrões e amostras de composição semelhante ou até mesmo alterar
a composição ou temperatura da chama para evitar a formação de compostos estáveis. Outros
métodos seriam diluir a solução para promover maior homogeneidade no caso de interferentes
físicos, utilizar um método para corrigir a radiação de fundo ou selecionar raias de
ressonância que não sofram interferência espectral de outras moléculas e átomos ou
fragmentos moleculares, para o caso de interferentes químicos (VOGEL et. al, 2016).
5. CONCLUSÃO
A partir da prática realizada foi possível encontrar os valores das concentrações de
Cu2+ nas amostras de aguardente a partir da equação da reta de calibração obtida pela análise
de espectrometria de absorção atômica em chama. A curva de calibração apresentou um valor
de R2 ligeiramente próximo de 1, havendo um certo desvio no segundo ponto. Foi possível
também analisar e discutir a respeito das interferências físicas e químicas em amostras de Cu2+
e Ca2+ e suas causas, concluindo que o ácido sulfúrico e o etanol diminuem a absorbância das
amostras pelo aumento de viscosidade e tensão superficial, respectivamente. Enquanto que o
ácido fosfórico causa uma diminuição da absorbância pelo aumento na energia necessária
para fundir o pirofosfato de cálcio formado.
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 WELZ, B.; SPERLING, M. Atomic Absorption Spectroscopy, 3ª Ed., Weinheim:
Wiley-VCH, 1999.
2 SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J; CROUCH, S. R. An Introduction to Spectrometric
Methods. Principles of Instrumental Analysis. 7ª edição Americana. Ed. Cengage Learning.
EUA, 2016, p.138.
3 VOGEL, A.R.; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Análise
Química Quantitativa, 6ª edição, Editora LTC, 2002, p.462.
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