Trabalho de pesquisa Espectroscopia Uv-Vis

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO 
 
RAFAEL COELHO NOVO TERCEIRO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESPECTROSCOPIA NO ULTRAVIOLETA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIDADE 
2023 
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Sumário 
1. Introdução .................................................................................................... 3 
2. Princípios da espectroscopia de absorção .................................................. 4 
3. Cromóforo e efeitos de conjugação ............................................................. 6 
4. Apresentação de alguns espectros .............................................................. 8 
4.1 Espectro de absorção de um composto aromático ...................................... 8 
4.2 Espectro de absorção de um composto com grupo carbonila ...................... 9 
5. Instrumentação .......................................................................................... 10 
6. Conclusão .................................................................................................. 14 
7. Referências ................................................................................................ 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
 
A espectroscopia ultravioleta (UV) desempenha um papel fundamental 
na análise instrumental química. Com a espectroscopia de absorção UV é 
possível estudar as propriedades eletrônicas de substâncias químicas e 
determinar a concentração de compostos que absorvem luz nessa faixa do 
espectro eletromagnético. Compreender os princípios da espectroscopia de 
absorção UV é essencial para uma ampla gama de aplicações em química 
analítica e pesquisa científica. 
Figura 1 – Espectro eletromagnético 
 
A absorção de radiação eletromagnética por um composto está 
diretamente relacionada às transições eletrônicas que ocorrem dentro de sua 
estrutura molecular. Quando um composto absorve luz ultravioleta, isso 
significa uma mudança na energia do elétron de um estado fundamental para 
um estado excitado. Essas transições eletrônicas são altamente dependentes 
da estrutura molecular e podem fornecer informações valiosas sobre as 
propriedades da substância em estudo. 
Desta forma, este trabalho, discute os fundamentos da espectroscopia 
de absorção UV, com foco nos efeitos de cromóforos e conjugação eletrônica. 
Os cromóforos são grupos funcionais ou estruturas que conferem cor às 
substâncias e estão intimamente relacionados com a absorção de UV. 
Compreender o efeito da conjugação eletrônica nos cromóforos nos permite 
analisar características espectrais e interpretar com mais precisão os espectros 
de absorção de UV. 
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A técnica de análise instrumental de absorção UV utiliza a Lei de 
Lambert-Beer como base para a quantificação de substâncias em solução. A 
relação entre esses dois conceitos é fundamental para a compreensão e 
aplicação da espectroscopia de absorção UV. A Lei de Lambert-Beer 
estabelece que a absorbância de uma substância é diretamente proporcional à 
concentração da substância e ao comprimento do percurso óptico da luz 
através da amostra. Essa relação é expressa pela equação A = εlc, onde A é a 
absorbância, ε é o coeficiente de absorção molar, l é o comprimento do 
percurso óptico e c é a concentração da substância. 
No geral, a Lei de Lambert-Beer é uma ferramenta valiosa na 
espectroscopia de absorção UV-visível, permitindo a quantificação de 
substâncias em solução e fornecendo uma base teórica sólida para a análise 
quantitativa de amostras em diversas áreas científicas e industriais. 
2. Princípios da espectroscopia de absorção 
 
O primeiro princípio da espectroscopia de absorção é a interferência da luz. 
Quando a luz passa por uma substância, ela interage com os elétrons 
presentes nessa substância. Essa interação ocorre quando a energia da luz é 
igual à diferença de energia entre os níveis de energia eletrônica dos elétrons 
no material. Quando essa condição é atendida, os elétrons podem ser 
excitados para um nível de energia mais alto, absorvendo assim a energia da 
luz. 
O segundo princípio é a relação entre absorção de luz e transições 
eletrônicas. Moléculas orgânicas têm elétrons em orbitais moleculares, como 
elétrons π (pi) em ligações duplas ou sistemas de ligações conjugadas. 
Quando a luz atinge essas moléculas, ocorre uma transição eletrônica na qual 
os elétrons são excitados para um nível de energia mais alto. A energia da luz 
absorvida está diretamente relacionada à diferença de energia entre os estados 
eletrônicos envolvida na transição. 
A absorção de radiação eletromagnética por um composto está diretamente 
relacionada às transições eletrônicas que ocorrem dentro de sua estrutura 
molecular. Quando um composto absorve luz ultravioleta, isso significa uma 
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mudança na energia do elétron de um estado fundamental para um estado 
excitado. Essas transições eletrônicas são altamente dependentes da estrutura 
molecular e podem fornecer informações valiosas sobre as propriedades da 
substância em estudo. Uma lâmpada de xenônio, por outro lado, é uma fonte 
de radiação de amplo espectro que emite luz ultravioleta e visível na faixa de 
160 a 380 nm. Consiste em um tubo de quartzo preenchido com gás xenônio. 
Quando uma corrente elétrica é aplicada ao tubo, os átomos de xenônio são 
excitados, emitindo radiação ultravioleta e visível. A escolha da fonte de 
radiação depende da faixa de comprimento de onda necessária para a análise 
e da sensibilidade dos detectores utilizados no espectrofotômetro UV. 
Outro princípio importante é a seletividade de absorção. Cada composto 
químico possui um padrão único de absorção de luz, determinado pela sua 
estrutura molecular e pelos grupos funcionais presentes. Essa seletividade 
permite identificar e caracterizar substâncias com base em seus espectros de 
absorção, o que é particularmente útil na análise qualitativa. Além disso, a 
concentração da substância também influencia a absorção de luz. A 
absorbância é diretamente proporcional à concentração do composto presente 
na amostra, permitindo a determinação quantitativa de substâncias por meio de 
curvas de calibração. 
Esses princípios são aplicados na prática por meio de instrumentos como o 
espectrofotômetro UV que serão apresentados posteriormente no 
desenvolvimento deste trabalho, que permitem medir a absorção de luz em 
diferentes comprimentos de onda e obter informações valiosas sobre a 
estrutura e a concentração de compostos químicos. 
A lei de Beer-Lambert, também conhecida como lei de Beer-Lambert, é um 
princípio fundamental da espectroscopia de absorção e descreve a relação 
entre a concentração de uma substância e sua absorção da luz refletida. Esta 
lei é amplamente utilizada em espectrofotometria UV-visível para quantificar 
substâncias em solução. 
Esta relação descreve como a luz é atenuada ao passar por uma amostra 
porque a substância contida nela é absorvida. Quanto maior a concentração da 
substância ou maior o comprimento do caminho óptico, maior a absorção. A lei 
de Lambert-Beer se aplica a soluções diluídas onde a interação entre as 
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moléculas é desprezível. Supõe-se também que a absorção de luz ocorre 
apenas na interação com a substância em estudo. 
Esta lei é amplamente utilizada na análise quantitativa da 
espectrofotometria UV-visível. Se o coeficiente de absorção molar da 
substância de interesse for conhecido, é possível determinar a concentração 
desconhecida da solução medindo a absorbância em um comprimento de onda 
específico. 
3. Cromóforo e efeitos de conjugação 
Os cromóforos apresentam princípios básicos relacionados à absorção de 
luz. Em geral, eles são compostos por sistemas de elétrons π (pi) conjugados, 
que consistem em ligações duplas ou alternância de ligações simples e duplas 
em uma molécula. De forma simples: Átomo ou grupo de átomos 
que absorve radiação.Essa conjugação eletrônica permite a delocalização dos elétrons π ao longo 
do sistema, o que resulta em transições eletrônicas e absorção de luz na região 
do UV-visível. A conjugação de elétrons é um fenômeno que ocorre quando 
uma molécula tem uma série de ligações pi (π) alternadas ou conjugadas. Este 
tipo de sistema conjugado permite que os elétrons π se movam ao longo das 
ligações, criando uma nuvem eletrônica que se estende por todo o sistema. 
A extensão da conjugação eletrônica em um sistema influencia a energia de 
absorção da luz. Quanto maior a conjugação eletrônica, menor será a energia 
necessária para excitar os elétrons π e maior será o comprimento de onda 
absorvido. Isso resulta em uma maior absorção de luz na região do UV-visível 
e em uma cor mais intensa observada para a substância. 
Um exemplo clássico de conjugação eletrônica é encontrado em compostos 
aromáticos como o benzeno e seus derivados. O benzeno é uma molécula 
planar com seis átomos de carbono em um anel hexagonal e ligações pi (π) 
alternadas. A presença dessas ligações conjugadas cria um sistema de 
elétrons π que são transportados por todo o anel, formando uma nuvem de 
elétrons. Essa conjugação eletrônica do benzeno é responsável por suas 
propriedades especiais, como estabilidade e aromaticidade. 
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Um exemplo comum de cromóforo é o grupo carbonila (C=O), presente em 
compostos como cetonas e aldeídos. Esse grupo funcional contém uma ligação 
dupla entre carbono e oxigênio, formando um sistema de elétrons π 
conjugados. Como resultado, os compostos contendo grupos carbonila 
apresentam absorção de luz na região do UV e visível, sendo responsáveis por 
suas características de cor e propriedades espectroscópicas. 
A absorção de luz pelos cromóforos ocorre quando a energia dos fótons é 
igual à diferença de energia entre os estados eletrônicos da substância. 
Quando um fóton de luz é absorvido, um elétron é promovido de um estado 
eletrônico de menor energia (estado fundamental) para um estado eletrônico de 
maior energia (estado excitado). Essa transição eletrônica é responsável pela 
absorção seletiva de luz e pela cor observada. A presença de conjugação 
eletrônica nos cromóforos desempenha um papel crucial em suas propriedades 
espectrais. Quanto maior a extensão da conjugação, maior será a faixa de 
comprimentos de onda de luz que pode ser absorvida. Isso ocorre porque a 
conjugação eletrônica permite um maior número de estados eletrônicos 
disponíveis para transições, ampliando assim o espectro de absorção. 
Outro exemplo de cromóforo são os sistemas conjugados, como os 
encontrados em compostos aromáticos. A conjugação eletrônica ocorre quando 
existem múltiplas ligações duplas ou alternância de ligações simples e duplas 
em uma molécula. Essa estrutura permite a delocalização dos elétrons π ao 
longo do sistema, resultando em absorção de luz na região do UV-visível. Os 
compostos aromáticos, como o benzeno e seus derivados, são conhecidos por 
exibir absorção intensa de luz devido à conjugação de seus anéis. 
A literatura disponibiliza valores de bandas características para vários 
cromóforos de diferentes substâncias. Na prática, a identificação e 
caracterização de cromóforos em compostos orgânicos são realizadas por 
meio da espectroscopia UV. 
 
 
 
 
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4. Apresentação de alguns espectros 
4.1 Espectro de absorção de um composto aromático 
 
Figura 1 - Espectro de absorção da Cafeina e AAS 
 
 
Nesse tipo de espectro, é esperado observar uma absorção intensa na 
região do UV-visível devido à presença de ligações pi conjugadas no sistema 
aromático. A absorção máxima ocorre em comprimentos de onda mais longos 
(menor energia) devido à extensão da conjugação de elétrons. A forma do 
espectro pode variar dependendo das substituições no anel aromático. Por 
exemplo, o espectro de um derivado de benzeno com um grupo doador de 
elétrons, como -OH ou -NH2, pode mostrar um deslocamento para 
comprimentos de onda mais longos (desvio para o vermelho) em comparação 
com o benzeno não substituído. 
 
 
 
 
 
 
 
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4.2 Espectro de absorção de um composto com grupo carbonila 
 
 
Figura 2 - Espectro de absorção da acetona 
 
Nesse caso, o espectro de absorção geralmente mostra uma banda de 
absorção intensa na região do UV-visível. A absorção máxima ocorre em 
comprimentos de onda mais curtos (maior energia) devido à presença do grupo 
carbonila. A intensidade da absorção pode variar dependendo do solvente 
utilizado. Por exemplo, em um espectro de um composto cetônico, a presença 
de uma banda de absorção intensa em torno de 280-330 nm é comumente 
observada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. Instrumentação 
Existem cinco partes dentro de um equipamento espectrofotômetro que 
trabalham em conjunto para garantir medições precisas e confiáveis na 
espectroscopia UV-visível. Cada componente desempenha um papel 
fundamental na geração, seleção, detecção e processamento da luz, 
permitindo a análise quantitativa e qualitativa de amostras. A combinação 
dessas partes forma um sistema completo e sofisticado que é amplamente 
utilizado em laboratórios de pesquisa, análises químicas e controle de 
qualidade em diversas áreas. 
A fonte de luz em um espectrofotômetro, geralmente uma lâmpada de 
deutério ou xenônio, é selecionada com base na faixa de comprimentos de 
onda que se pretende medir. A lâmpada de deutério é usada para cobrir a faixa 
do ultravioleta (UV), enquanto a lâmpada de xenônio é utilizada para a região 
do visível. Ambas emitem uma radiação contínua ao longo de um amplo 
espectro de comprimentos de onda, permitindo a excitação dos elétrons nas 
amostras, como exemplos temos lasers de corante; lasers de 
semicondutores; lasers de diodo; entre outros 
Já o monocromador é um componente crucial que permite a seleção 
precisa de comprimentos de onda específicos para análise. Ele consiste em um 
sistema óptico composto por grades de difração ou prismas. A luz emitida pela 
fonte de luz passa pelo monocromador, que dispersa a luz em seus diferentes 
comprimentos de onda constituintes. Em seguida, um sistema de fendas 
seleciona o comprimento de onda desejado. A seleção é feita girando as 
grades de difração ou ajustando a posição dos prismas. Isso garante uma alta 
resolução espectral e a capacidade de medir com precisão a absorção em 
comprimentos de onda específicos. 
 
 
 
 
 
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Figura 3 – Exemplo de funcionamento de um monocromador 
 
 
 
 
Para ser analisada, é necessário um compartimento, sendo a célula de 
amostra é um componente onde a amostra a ser analisada é colocada, 
também chamada “cubetas”. Geralmente, as células de quartzo são utilizadas 
na espectroscopia UV-visível devido à sua transparência nessa faixa de 
comprimentos de onda. A célula de amostra é projetada para permitir a 
passagem da luz através da amostra de forma controlada. Ela pode ter 
diferentes formatos, como cubetas retangulares ou tubos cilíndricos, 
dependendo do espectrofotômetro e da aplicação. A célula de amostra deve 
ser opticamente transparente para evitar interferências na absorção da amostra 
e permitir medidas precisas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Na figura 4 abaixo, estão descritos alguns tipos de cubetas: 
 
 
Seguindo, temos o detector, que é responsável por converter a 
intensidade da luz transmitida ou absorvida pela amostra em um sinal elétrico 
mensurável. Os fotodiodos ou fotomultiplicadores são os detectores mais 
comuns usados em espectrofotometria UV-visível. Os fotodiodos são 
semicondutores que geram uma corrente elétrica proporcional à intensidade da 
luz que atinge a superfície do detector. Já os fotomultiplicadores são tubos 
fotomultiplicadores sensíveis à luz que geram uma corrente amplificada em 
resposta à luz incidente. Ambos os detectores são projetados para serem 
sensíveis na faixa UV-visível e proporcionaralta sensibilidade e resposta linear. 
Por fim, temos o sistema de processamento de sinal e exibição é 
responsável por converter o sinal elétrico gerado pelo detector em dados 
digitais e exibir os resultados. O sinal elétrico é amplificado, filtrado e 
convertido em uma saída digital. Os dados resultantes podem ser exibidos em 
um monitor ou em um display integrado ao espectrofotômetro, geralmente na 
forma de um gráfico de absorção ou transmitância em função do comprimento 
de onda. 
O sistema de processamento de sinal também pode incluir recursos de 
armazenamento de dados, como um computador conectado ao 
espectrofotômetro, permitindo a análise posterior dos resultados. 
 
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Temos o esquema de dois tipos de equipamentos: 
Figura 5 - Esquema de um espectrômetro de feixe único. 
 
Figura 6 - Esquema de um espectrômetro de feixe duplo espacial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. Conclusão 
 
Em resumo, pode-se dizer que a espectroscopia de absorção UV 
juntamente com a lei de Lambert-Beer e os princípios de cromóforos e efeitos 
de conjugação formam uma base sólida para a análise instrumental de 
substâncias em solução. Esta tecnologia permite a obtenção de informação 
quantitativa e qualitativa, promove o progresso científico, o desenvolvimento de 
novos materiais e a aplicação prática em diversas áreas. Combinando esses 
conceitos e técnicas, é possível obter informações valiosas sobre a estrutura 
molecular, concentração de substâncias em solução e suas propriedades 
ópticas. 
A espectroscopia de absorção UV e análises instrumentais relacionadas 
são amplamente utilizadas em áreas como química, bioquímica, farmacologia, 
ciências ambientais e controle de qualidade, permitindo estudos detalhados e 
quantificações precisas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Referências 
 
WILLARD, H. H. et al. . Lisboa: undação 
Calouste Gulbenkian, [Coimbra, Portugal, 1979. 
 
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE RESEARCH PROJECT 44. Selected 
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VAITSMAN, D. S.; CIENFUEGOS, F. ntal. io e 
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HEINZ-HELMUT PERKAMPUS. UV-VIS Spectroscopy and Its 
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 SKOOG, D. A.; F JAMES HOLLER; CROUCH, S. R. Principles of 
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