Resumo Quimica Analitica

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Resumo: Metodos instrumentais 
Aluno: Jeosafa Amazonas Pereira 
Espectroscopia UV-VIS 
Esta técnica estuda as interações da radiação eletromagnética com o material, com o objetivo de 
obter informações sobre sua composição química. Isso é possível porque uma ligação química pode 
interagir de várias formas com os diferentes comprimentos de onda de radiação. Essas interações 
podem se manifestar através de fenômenos como a absorção, reflexão, transmissão, difração, 
refração e espalhamento das ondas. Outro princípio importante para que se compreenda o 
funcionamento deste ensaio é que cada tipo de ligação química absorve um comprimento de onda 
específico, como por exemplo, as ligações duplas, que absorvem fortemente na região ultravioleta. 
Este fenômeno é que permite a criação de uma correlação entre os comprimentos de ondas 
absorvidos pela amostra e a identificação das ligações que compõem o material. 
O ensaio consiste em submeter a amostra a radiações emitidas por uma lâmpada que emite 
comprimentos de ondas que pertençam ao espectro visível e ao espectro ultravioleta, com 
comprimentos de onda na faixa 200nm à 800nm. Após ser emitida, a radiação passa por um 
monocromador, e posteriormente incide na amostra, que é posicionada no caminho óptico do 
equipamento, entre o monocromador e o detector. Os detectores são responsáveis por identificar 
quais comprimentos de ondas foram absorvidos durante o ensaio, colhendo as informações 
necessárias para que os resultados da análise sejam gerados. 
O resultado do ensaio consiste em um espectro que indica os comprimentos de ondas absorvidos e a 
intensidade da absorção em cada comprimento de onda. Através de um banco de dados, é possível 
correlacionar os comprimentos de ondas absorvidas, com as ligações presentes na amostra, e a 
intensidade da absorção com a concentração destas ligações, informações cruciais para que a 
identificação e caracterização de diversos materiais e substâncias seja realizada e o objetivo do 
ensaio alcançado. O ensaio de Espectroscopia UV-Vis pode fornecer informações que permitem a 
identificação de grupos funcionais orgânicos e íons metálicos, além de permitir a quantificação de 
componentes orgânicos e inorgânicos, permitindo identificar e caracterizar, qualitativamente e 
quantitativamente, materiais e substâncias químicas. Além disso, é possível realizar ensaios de 
turbidez através desta técnica. 
No espectrofotômetro, o número de fótons absorvidos por uma solução é chamado de leitura de 
absorbância. Quanto maior o comprimento do caminho que a luz deve percorrer através de uma 
solução antes de atingir o detector, maior a chance de um fóton ser absorvido. 
 Diferentes compostos absorvem melhor em diferentes comprimentos de onda. Um 
espectrofotômetro UV vis usa luz na faixa ultravioleta (185 – 400 nm) e faixa visível (400 – 700 nm) 
do espectro de radiação eletromagnética. Considerando que um espectrofotômetro IR usa luz na 
faixa infravermelha (700 – 15000 nm). 
 A espectroscopia ultravioleta (UV) e visível (VIS) mostram transições eletrônicas em átomos e 
moléculas, para medir isso é usado um espectrofotômetro. Os compostos que absorvem na região 
do visível são coloridos, enquanto os que absorvem apenas na região do UV são incolores. 
 
 
 
 
Espectrometria de massas (atomica e molecular) 
A espectrometria de massas é uma técnica analítica que qualifica e quantifica a matéria presente no 
universo. Consiste em analisar os átomos e moléculas por meio da relação massa/carga (m/z) dos 
íons de analitos no estado gasoso. A ciência que explora a espectrometria de massas é conhecida 
como “físico-química dos íons na fase gasosa”. O estudo da espectrometria de massas envolve três 
itens principais: o instrumento analisador, denominado “espectrômetro de massas”, os resultados 
deste analisador, representados pelos “espectros de massas” e as “aplicações” em diferentes áreas 
da ciência que este analisador é utilizado. 
O espectrômetro de massas é o instrumento analítico composto de um compartimento fechado à 
vácuo para não ter interferência com a atmosfera. Dentro do compartimento existem três seções 
que caracterizam o espectrômetro de massas: A “Fonte de íons” em que a amostra gasosa a ser 
analisada e convertida em íons. O “Analisador” em que os íons são separados e discriminados em 
função da sua razão massa/carga (m/z) e o “Detector de íons” em que os íons são detectados e 
transmitidos para um sistema de processamento de dados, resultando o espectro de massas. A 
Figura 1 apresenta as diferentes alternativas utilizadas no espectrômetro de massas. Estas 
alternativas dão a característica de aplicabilidade do espectrômetro de massas. 
 O espectro de massas consiste em um gráfico bidimensional, cujas coordenadas representam a 
razão (m/z) na abscissa, com unidade Dalton (Da), e na ordenada o número de íons detectados, 
representada em porcentagem (%) relativa ao íon mais intenso do espectro, conhecido como íon 
base. Por meio da leitura correta dos íons fragmentos do espectro de massas é possível deduzir a 
molécula em estudo. A técnica pode ser aplicada em diversas áreas da ciência. Historicamente, a 
descoberta da estrutura da matéria, tais como a existência dos elétrons e dos isótopos da maioria 
dos elementos químicos da tabela periódica, foi possível graças à sua aplicação na ciência física e 
química, analisando algumas centenas de Daltons. Logo, com o desenvolvimento de novos 
instrumentos, a sua aplicação passou a ser explorada na ciência biológica, especialmente na 
medicina, analisando proteínas e outras moléculas de massa molecular acima de milhares de 
Daltons. 
O desenvolvimento da espectrometria de massas é interessante e acompanha a evolução da 
inteligência humana. Quem inventou este analisador foi o físico inglês Joseph John Thomson (1856-
1940) no ano de 1897. Certamente ele “subiu nos ombros dos gigantes”, tal como Newton sugere, 
para descobrir novos avanços na ciência. Os gigantes que J.J. Thomson “subiu” foram: Otto von 
Guericke (1602-1686) físico alemão que em 1650 descobre novas maquinas para gerar vácuo. 
Michael Faraday (1791-1867) e James Maxwell (1831-1879) foram outros gigantes que abriram o 
caminho para compreensão do eletromagnetismo. Faraday desenvolveu a eletroquímica e definiu 
termos importantes na espectrometria de massas, tais como ânodo, cátodo e íons positivos e 
negativos. Maxwell formulou a teoria do eletromagnetismo, fornecendo base da espectrometria de 
massas, onde os íons, no interior do analisador de massas, são separados e discriminados em função 
a sua razão m/z. 
 Mas um dos gigantes que impulsionou o descobrimento da espectrometria de massas foi o físico 
britânico William Crookes (1832-1919) que desenvolveu o “Tubo de Raios Catódicos”. Este 
instrumento era um tubo de vidro fechado à vácuo com dois eletrodos metálicos, onde era aplicada 
correntes elétricas positivas e negativas. O efeito produzia um feixe de luz visível esverdeada. 
Várias experiências foram realizadas pelos pesquisadores com este tubo. Uma delas foi realizada 
pelos físicos alemães Johann Hittorf e Julius Plucker, em 1869, conseguindo deslocar o feixe de luz 
visível esverdeada por meio de um imã externo ao tubo de vácuo. Esta experiência com o Tubo de 
Raios Catódicos empolgou o pesquisador J.J. Thomson que, ao modificar a geometria deste tubo, 
desenvolveu o primeiro espectrômetro de massas. As partes do primeiro espectrômetro são 
equivalentes às já enunciadas anteriormente: fonte de íons, analisador e detector. Como detector 
foi utilizado uma placa fotográfica para registrar o caminho ótico dos íons, obtendo geometrias 
parabólicas. A matemática na espectrometria de massas está presente já que a geometria do 
caminho dos íons é de suma importância para interpretação dos espectros de massas. Por meio do 
primeiro espectrômetro de massas, J.J. Thomson consegue medir a relaçãomassa/carga do elétron 
que, então, não era conhecido, denominando “partícula corpuscular”. Naquela época, acreditava-se 
que o átomo era uma partícula indivisível, tal como o grego Demócrito formulou no ano 400 a.C. (“a” 
significa “sem” e “tomo” significa “divisão” em grego). O físico inglês John Dalton (1766-1844) 
reforçou esta teoria postulando em 1803 que “Toda matéria, sólida, líquida ou gasosa consiste de 
um grande número de pequenas partículas denominadas átomos. Nenhum processo químico poderá 
criar ou aniquilar os átomos”. Em homenagem a esta teoria a unidade da razão massa/carga é 
chamada de Daltons. 
 Além do elétron, J.J. Thomson e seu aluno Francis William Aston (1877-1945) descobrem os 
isótopos 20Ne e 22Ne do gás Neônio. Foi assim que na reunião da Real Academia de Ciência na 
Inglaterra no ano de 1897, J.J. Thomson anuncia que o átomo é uma partícula divisível. Ele chegou a 
esta conclusão após verificar que a massa da partícula corpuscular descoberta (elétron) era menor 
que a massa do elemento mais leve da tabela periódica, o Hidrogênio. Esta descoberta deixou 
eufórica à comunidade científica. A primeira pergunta da plateia para o Professor Thomson foi: 
Como ele concebia o modelo atômico? Ele responde que o átomo era como um pudim inglês, onde 
as uvas passas estão localizadas no lado externo e ao redor do pudim. Certamente a resposta de 
Thomson foi pronunciada antes da hora do banquete da academia influenciando, desta forma, no 
primeiro modelo atômico. Pela descoberta dos elétrons, J.J. Thomson recebeu o premio Nobel de 
Física de 1906. 
Espectroscopia DCP 
Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma Acoplado Indutivamente, é uma técnica de análise 
química instrumental que faz uso de uma fonte de excitação de plasma de argônio à alta 
temperatura (7000 - 10 000 K) para produzir, em uma amostra introduzida sob forma de neblina no 
centro do plasma, átomos excitados que emitem radiação em comprimentos de onda na faixa de 
125 a 950 nm, característicos dos elementos nela presentes. 
 As radiações emitidas, após conveniente separação de seus comprimentos de onda por sistemas 
ópticos, têm suas intensidades respectivas medidas por meios de detectores de radiação específicos 
(foto multiplicadoras -PMT- ou detectores de estádo sólido - CCD ou CID) e correlacionadas às 
concentrações correspondentes através de curvas de calibração obtidas pela medição prévia de 
Padrões Certificados de Referência (CRM - Certificate Reference Material). 
O ICP-OES é uma técnica de detecção multielementar que utiliza uma fonte de plasma 
extremamente quente para excitar os átomos ao ponto de emitirem fótons de luz de comprimento 
de onda característicos e específicos de um determinado elemento. O número de fótons produzidos 
está diretamente relacionado à concentração desse elemento na amostra. Normas avaliadas pelo 
CCDM: Metodologia interna e procedimentos e normas sob consulta. Informações adicionais: Esta 
tecnologia permite análises simultâneas de vários elementos em poucos segundos com ótimos 
limites de quantificação. Permite ainda a análise de elementos semi-metálicos como o boro e não 
metálicos como o fósforo e enxofre, aumentando a flexibilidade das análises. A técnica é aplicada 
em amostras sólidas previamente digeridas em meio ácido e amostras em solução. 
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) é amplamente 
utilizada para análise elementar, principalmente por causa da sua característica multielementar, boa 
sensibilidade e ampla faixa linear dinâmica da curva de calibração. Entretanto, interferências de 
matriz podem ocorrer, as quais podem ser reduzidas mediante tratamento da amostra, estratégias 
de calibração e escolha adequada de parâmetros instrumentais para tornar o plasma mais robusto. 
Outra estratégia consiste na adição de N2 ao ICP, que pode melhorar a transferência de energia por 
aumentar a condutividade térmica no ICP. Neste trabalho, foram investigados efeitos da adição de 
N2 ao gás de nebulização. Para tal, foi utilizado um nebulizador pneumático com sistema de 
dessolvatação do aerossol gerado a partir da amostra líquida, associado a um espectrômetro de ICP 
OES com configuração para observação axial do ICP. Foi observado que a adição de pequena 
quantidade de N2 (20 mL min-1) ao canal central do ICP de Ar, mediante o gás nebulizador, aumenta 
consideravelmente a robustez do ICP, possibilitando a análise de soluções contendo maior 
concentração de matriz interferente, sem prejudicar os limites de detecção, a precisão, exatidão e 
linearidade. Os efeitos causados por elementos facilmente ionizáveis (Na, K, Ca etc.) são reduzidos 
quando o N2 é adicionado ao ICP. O estudo revelou que o efeito do N2 ocorre na atmosfera do 
plasma e não na geração do aerossol, cujos efeitos são mais pronunciados sobre linhas de emissão 
iônica do que atômica. 
O plasma consiste de um fluxo de argônio num alto campo elétrico externo (1kW. cm-3). As colisões 
dos átomos geram grande quantidade de íons argônio e elétrons que levam a altas temperaturas: 
10.000K na base da tocha e 6.000 a 8.000 na região onde a emissão é medida (15 a 20 mm acima da 
bobina).