Espectrofotometria - Fisquiexp - 10

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
CENTRO DE CIÊNCIAS MATEMÁTICAS E DA NATUREZA
INSTITUTO DE QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA
A ESPECTROFOTOMETRIA APLICADA AO SOLO
Eixo temático: ODS e Solo
Disciplina: Físico-Química Experimental (IQF366)
Docentes:
Priscila Tamiasso Martinhon
Celia Regina Sousa da Silva
Discentes: 
Ana Luiza de Oliveira Ramalho (116155725)
Isabelle Teixeira dos Santos (116185097)
William de Oliveira Lima (116036036)
Rio de Janeiro
Junho de 2021
1. Introdução
Muitas técnicas podem ser utilizadas para avaliar a qualidade do solo, dentre elas a espectrofotometria que pode ser utilizada para determinar a concentração de metais tóxicos no solo e determinar a quantidade de nitrato que muitas das vezes tem origem na ação de fertilizantes. 
	Como é uma técnica bem importante para avaliar as condições do solo e tem influência direta na agricultura, é possível fazer uma relação com o ODS 2 que visa acabar com a fome, alcançar a segurança alimentar e melhoria da nutrição e promover a agricultura sustentável, especificamente com a meta 2.4 que estipula a necessidade de “garantir sistemas sustentáveis de produção de alimentos e implementar práticas agrícolas robustas, que aumentem a produtividade e a produção, que ajudem a manter os ecossistemas, que fortaleçam a capacidade de adaptação às mudança do clima , às condiçõe meteorológicas extremas, secas, inundações e outros desastres, e que melhoram progressivamente a qualidade da terra e do solo.” (Agenda 2030 de desenvolvimento sustentável). Além disso, é possível relacionar com o objetivo 11 que fala sobre tornar as cidades e os assentamentos humanos inclusivos, seguros, resistentes e sustentáveis. Dentro desse objetivo, é importante citar a meta 11.6 que ressalta “a importância de diminuir o impacto ambiental negativo das cidades e ainda, a atenção que a comunidade deve dar à qualidade do ar e a gestão de resíduos.” (Agenda 2030 de desenvolvimento sustentável)
		A espectrofotometria é uma técnica utilizada para aferir o quanto uma substância química absorve a luz, medindo a intensidade quando um feixe de luz passa através da solução da amostra. Ela se baseia no princípio de que cada composto absorve e transmite luz em uma certa amplitude de comprimento de onda. Assim, a medida também pode ser usada para medir a quantidade de uma substância química conhecida
	Por meio da espectrofotometria é realizada a medição da intensidade da luz em comprimentos de onda, sendo que os componentes de uma solução podem ser identificados por seus espectros característicos ao ultravioleta, visível ou infravermelho.
	A técnica utiliza a propriedade das soluções de absorver ou transmitir a luz para quantificar reações. Na prática, a quantidade de luz absorvida ou transmitida é proporcional à concentração da substância em solução. Como uma impressão digital, saber exatamente a cor absorvida, nos permite identificar e quantificar materiais diferentes.
	Quanto mais concentrada for a solução, maior será a absorção de luz. Por outro lado, a cor da solução é determinada pela cor da luz transmitida.
	O espectrofotômetro (Figura 1) é o equipamento utilizado para determinar os valores de transmitância (luz transmitida) e absorbância (luz absorvida) de uma solução em um ou mais comprimentos de onda.
	Ele mede a quantidade de fótons (a intensidade da luz) absorvida depois de passar pela amostra. A quantidade de uma substância química conhecida (concentração) também pode ser determinada.
Figura 1 - Espectrofotômetro
 
2. Motivação e Justificativa
O conceito da espectrofotometria é pouco abordado durante a graduação de Licenciatura em Química, porém é um conceito de grande importância e utilidade. O presente trabalho tem como motivação principal apresentar o conceito de espectrofotometria e suas principais aplicações no solo de uma forma facilitada relacionando-o com as ODS.
3. Objetivos
3.1. Geral
Apresentar os conceitos principais referentes a espectrofotometria e suas aplicações gerais.
3.2. Específicos
Trazer as principais aplicações da espectrofotometria em relação ao solo, junto de seus resultados e vantagens.
4. Metodologia
4.1. Fundamentos teóricos
A espectrofotometria é baseada na radiação eletromagnética em forma de luz. Essas radiações podem adquirir diversos comprimentos de onda (λ), que são definidos através da seguinte equação:
onde c é a velocidade da luz no vácuo e v é a frequência, que determina o grau de oscilação das ondas eletromagnéticas.
Figura 2 - Espectro eletromagnético
Quanto maior a radiação contida em uma onda eletromagnética, maior será a frequência desta mesma onda. E isso indica que há uma maior quantidade de energia associada. Então, quanto maior o trânsito energético em uma transição de elétrons, por exemplo, maior será a frequência das ondas envolvidas. Essa constatação é expressada pela condição da frequência de Bohr, denotada por:
E = hv
onde E é a energia que aumenta em função da frequência e h é a constante de Planck.
Entretanto, a lei que rege a técnica analítica da espectrometria é a Lei de Lambert-Beer, que diz:
“A absorbância (A) é diretamente proporcional à concentração da solução de amostra.”
E é representada matematicamente por:
A = εlc
onde A é a absorbância da amostra, ε é o coeficiente de extinção molar, c é a concentração da amostra e l o comprimento da cubeta.
A relação entre a quantidade de luz emitida (Io) sobre uma amostra e a quantidade transmitida (I) é dada pela relação:
onde a é a absortividade, c é a concentração da solução e x a espessura da solução.
A relação de Io e I, é chamada de transmitância (T):
Então a absorbância da luz pode ser dada por:
4.2. Revisão bibliográfica
	Nº
	Artigo
	Autor
	Revista
	Ano
	1
	Determinação espectrofotométrica do arsênio em solo da cidade de Santana-AP usando o método do dietilditiocarbamato de prata (SDDC) modificado
	PEREIRA, S. P.; 
OLIVEIRA, G. R. F.; 
OLIVEIRA, J. S.;
SILVA, J. S.;
JUNIOR, P. M. S.
	Acta Amazonica 
	2009
	2
	Determinação espectrofotométrica de nitrato em extratos de solo sem redução química
	MIYAZAWA, M. PAVAN, M. A. BLOCK, M. F. M.
	Pesq.agropec.bras.
	1985
	3
	Determinação espectrofotométrica do Cr3+ para estimar carbono orgânico do solo
	MIYAZAWA, M.
VIEIRA, K. M.
JUNIOR, C. F. A.
	XXXV Congresso Brasileiro de Ciência do Solo
	2015
	4
	Spectrophotometric determination of iron and boron in soil extracts using a multi-syringe flow injection system
	GOMES, D. M. C. Et al
	Talanta
	2005
	4.2.1 - Artigo 1 -Determinação espectrofotométrica do arsênio em solo da cidade de Santana-AP usando o método do dietilditiocarbamato de prata (SDDC) modificado
Várias toneladas de rejeito de manganês contendo arsênio, gerado por uma empresa de mineração, foram utilizadas como aterro de ruas da cidade de Santana-AP. A possibilidade de exposição das pessoas residentes nessas localidades levou ao estudo de quantificação de arsênio total nos solos.
	Uma mineradora lavrou e comercializou minérios de manganês na Serra do Navio, estado do Amapá - Brasil de 1957 até 1997. Até meados dos anos setenta, os pequenos fragmentos, não encontravam compradores e eram estocados na Serra do Navio. Para a comercialização desses finos foi construída, próxima ao porto, na cidade de Santana-AP, uma usina de pelotização, o arsênio é um subproduto da produção de pelotas de manganês quando o minério é submetido a altas temperaturas. Esses rejeitos foram depositados em uma barragem artificial, situada ao lado da usina de pelotização. Ali, o arsênio solúvel à superfície dos grãos foi dissolvido e contaminou a água da barragem e as águas do subsolo em suas mediações. Na época das chuvas a barragem transbordou e acabou por contaminar os rios Elesbão I e II que eram usados pela população local para diversas finalidades.
	A contaminação por arsênio no ambiente afeta diretamente as populações humanas. Esse elemento, quando presente na cadeia alimentar, irá desencadear uma série de problemas extremamente danosos à saúde levando, inclusive,ao óbito. Sabe-se que o arsênio é carcinógeno para os seres humanos. A inalação de arsênio e, provavelmente, também sua ingestão, resulta em câncer de pulmão. A ingestão de arsênio causa câncer de pele e de fígado, e, talvez, de bexiga e rins.
	Devido à importância do arsênio para o meio ambiente, é que foram desenvolvidas técnicas de determinação que permitissem a detecção do arsênio em níveis-traço. Existem muitas técnicas de determinação do arsênio. As mais importantes citadas na literatura são as que usam a técnica da geração de hidreto (arsina) associadas à espectrofotometria de absorção atômica e associadas a espectrofotometria de absorção molecular como a do SDDC também conhecida como técnica de Vasak & Sedivec
	As amostras foram coletadas de um perfil de solo de 40 cm. A distância entre os pontos de coleta em uma mesma rua foi de 25 m. As amostras foram coletadas em sacos plásticos etiquetados e conservadas sob refrigeração. O estudo da digestão foi efetuado em laboratório usando diferentes tipos e quantidades de ácidos, com diferentes potências do microondas. 
	A redução de espécies de arsênio é altamente dependente do pH, entretanto, tanto As (III) como As (V) são reduzidas para arsina em valores de pH abaixo de 4. Somente As (III) é reduzido em pH elevado (em torno de 9), acredita-se que todo As (V) é reduzido para As (III) em pH entre 1 e 4. A reação de redução que ocorre na presença de borohidreto é mostrada nas equações 1 e 2.
	O espectro de absorção foi construído para 10 e 15 µg de arsênio. A maioria dos estudos que usam o método do SDDC usam quantidades ao invés de concentrações para o As , pois estas dependem do volume da solução absorvedora que neste estudo foi de 4 mL. Para que as comparações fossem efetivadas foi adotado o mesmo procedimento. O máximo de absorção encontrado foi em 510 nm para 4 mL de solução absorvedora e 50 mL de solução
Gráfico 1 - Espectro de absorção do As
 
Os resultados mostraram que existe a contaminação do solo nas ruas aterradas com o rejeito de mineração na cidade de Santana. O intemperismo ocasionado pelas chuvas, abundantes na região, pelo vento, etc. e o contato deste material com a população residente poderá gerar a contaminação dos ecossistemas locais (água subterrânea e superficial, biota aquática, plantas, etc.) e a contaminação dos indivíduos. A retirada deste material das ruas aterradas é o primeiro passo para evitar um problema maior, estudos de avaliação da saúde desta população envolvendo toxicologistas e outros profissionais indicarão se a presença do rejeito está ou não gerando danos à saúde.
	4.2.2 - Artigo 2 - Determinação espectrofotométrica de nitrato em extratos de solo sem redução química
A análise espectrofotométrica é muito utilizada para medir a concentração de nitrato em amostras de água, plantas e solos. 
O nitrato segue a lei de Lambert-Beer em concentrações até 3,0 μg.mL-1 com um pico máximo em 203 nm. Entretanto em amostras que contém uma variedade de íons, o nitrato pode ser mensurado em 210 nm em conjunto com outros interferentes.
O artigo propõe um método de determinação do nitrato presente no solo sem necessidade de reação química. O método presente na literatura anteriormente fazia uso de reação química, que reduzia o nitrato a NH4+, para medir apenas a absorção dos interferentes e fazer uma diferença e achar a concentração do nitrato. Eles utilizaram os comprimentos de onda de 210 nm e 239 nm sem reação química, substituindo a ação de ácido sulfúrico por água destilada. 
Eles utilizaram os seguintes solos (Tabela 1) para determinação. A tabela 2 mostra os valores obtidos de concentração nas análises de acordo com o teste controle (uso de reação química) e o método proposto.
Tabela 1 - Solos utilizados para análise.
Tabela 2 - Concentrações médias e desvios padrão de NO; 
	4.2.3 - Artigo 3 - Determinação espectrofotométrica do Cr3+ para o estimar carbono orgânico do solo
A matéria orgânica (MO) é um parâmetro importante de avaliação da qualidade do solo. No Brasil, a matéria orgânica está relacionada com cerca de 70% da capacidade de troca catiônica do solo. A melhoria do solo, devido a MO, ocorre pela diminuição da toxicidade de metais pesados através de reações de complexação, além de tornar soluções tampões mais eficientes e ser fonte de nitrogênio e enxofre, Geralmente, a MO é determinada através do método Walkley-Black, que consiste em oxidar o carbono presente na matéria orgânica utilizando dicromato de potássio em meio ácido concentrado como agente oxidante. Apesar de apresentar inúmeras vantagens, o procedimento gera bastante resíduos, principalmente cromo que é um metal tóxico. Uma alternativa ao método visando contornar a problemática da produção de resíduo tóxico é diminuir a quantidade de reagentes para a avaliação do solo, além disso, o carbono do solo pode ser estimado através da análise espectrofotométrica do Cr3+ já que esse cátion absorve luz na região de comprimento de onda de 650 nm. 
Sendo assim, os principais objetivos do artigo são a redução dos reagentes tóxicos sem perder a qualidade da análise e a otimização do procedimento espectrofotométrico do Cr3+ na determinação da MO do solo. A comparação dos métodos pode ser vista no gráfico 2
Gráfico 2 - Comparação dos métodos na determinação de carbono orgânico.
O artigo conclui que a determinação do Cr3+ apresenta alta precisão e os resultados obtidos são semelhantes ao método Walkley-Black.
	4.2.4 - Artigo 4 - Spectrophotometric determination of iron and boron in soil extracts using a multi-syringe flow injection system
O trabalho foi financiado pelo Ministério da Agricultura Português com o objetivo de aplicar o sistema de fluxo de multi seringas para análise do solo, particularmente na determinação de micronutrientes do solo como ferro e boro.
O procedimento foi feito utilizando água Milli Q, para preparar todas as soluções aquosas envolvidas no experimento, pois apresenta condutividade mais baixa. A determinação do ferro foi baseada na redução de Fe3+ em Fe2+ a partir de uma mistura de HCl e ácido ascórbico. O reagente colorido foi uma mistura de 1,10-fenantrolina e acetato de sódio.Na quantificação de Boro foi utilizado como reagente colorido uma solução de azometina-H em ácido ascórbico. Na determinação desses dois nutrientes, diversos parâmetros foram avaliados para a construção das curvas de calibração. Basicamente, tudo relacionado às soluções como diferentes concentrações, interferentes e pH foram analisados. A comparação dos processos para cada determinação pode ser visualizada na tabela 3 e os resultados na tabela 4
Tabela 3 - Informações da metodologia aplicada para cada determinação
Tabela 4 - Resultados obtidos pela determinação e comparação com procedimento de referência
O artigo conclui que a técnica se mostrou bastante eficaz. Para a determinação do ferro foi necessário uma pequena configuração do sistema para evitar problemas com o índice de refração, já na determinação do boro nenhum ajuste precisou ser realizado.
4.3. Sequência didática
	Nível
	Disciplina
	Tema
	Duração
	Ensino Médio Técnico
	Análise Instrumental I
	Espectrofotometria
	2 tempos de 50 min
4.3.1. Recursos Didáticos
· 1 espectrofotômetro 
· 2 cubetas
· 5 balões volumétrico de 25 ml
· 1 pipeta graduada de 10 ml.
· 1 pipeta de 20 ml.
· 1 pipeta de 15 ml
· Sulfato de cromo 0,1M
· Pêra de aspiração
· Picete
4.3.2. Experimento
A partir de uma solução 0,1M de sulfato de cromo, os alunos devem preparar as seguintes diluições: 0,008M; 0,006M; 0,004M; 0,002M e 0,001M em balões de 25 mL.
Para determinar a curva de absorbância da solução, utilize a solução de 0,004M e meça A nos seguintes comprimentos de onda: 440, 460, 480, 500, 520, 540, 560, 580, 600, 620 e 640 nm.
Faça uma tabela correlacionando A com λ e determine o λ ideal através da confecção de um gráfico.
Em seguida meça A de todas as outras soluções no λ ideal. Monte uma tabela relacionando as concentrações com os valores de A. 
4.3.3. Avaliação
Entrega de um relatório contendo todosas tabelas, cálculos e gráficos mencionados e utilizados para a realização do experimento.
5. Resultados Esperados
Espera-se que os alunos visualizem e fixem o conceito de absorbância e a importância da espectrofotometria. 
6. Considerações Finais
A partir da revisão bibliográfica feita, é notável a importância da espectrofotometria, pois a partir dela, muitos parâmetros que estão associados à qualidade do solo podem ser avaliados. Tais análises se encaixam no ODS 2 pois são técnicas que visam o desenvolvimento da agricultura e com ODS 11 através da gestão de resíduos eliminados nas análises. 
Do ponto de vista acadêmico, a apresentação do espectrofotometria aparece mais no ensino técnico, porém é sempre importante mostrar uma aplicação e também mostrar como tal técnica pode ser utilizada na agricultura. 
7. Referências bibliográficas
Fundamentos de Química Analítica - West, Donald M.; Holler, F. James; Skoog, Douglas A.
GOMES, D. M. C.; SEGUNDO, M. A.; LIMA, J. L. F. C.; RANGEL, A. O. S. S. Spectrophotometric determination of iron and boron in soil extracts using a multi-syringe flow injection system. Talanta, [s. l.], v. 66, ed. 3, p. 703-711, 2005. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2004.12.011. Acesso em: 12 jun. 2021.
Harris, Daniel C. Análise Química Quantitativa; tradução Carlos Alberto Riehl...[et al.].5.ed. LTC Editora, Rio de Janeiro:1999. cp.19,20,21.
Jones, Loretta; Atkins, Peter Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 3 ª Ed-Porto Alegre:Bookman, 2006.
Lenhinger, Albert Lester; Princípios de Bioquímica. 3.ed. Guanabara Koogan, Rio de Janeiro:1992. cp.3.
MIYAZAWA, M. PAVAN, M. A. BLOCK, M. F. M. Determinação espectrofotométrica de nitrato em extratos de solo sem redução química. Pesq.agropec.bras, Brasília, 20(1):129-133,jan. 1985. 
Disponível em em https://seer.sct.embrapa.br/index.php/pab/article/view/14998/8715. Último acesso 12/06/2021.
CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, XXXV., 2015, Natal. Determinação espectrofotométrica do Cr3+ para estimar carbono orgânico do solo [...]. [S. l.: s. n.], 2015. Disponível em: https://www.sbcs.org.br/cbcs2015/arearestrita/arquivos/1852.pdf. Acesso em: 12 jun. 2021.
FEDERAL, Governo. Indicadores Brasileiros para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. Disponível em Último acesso em 27 de maio 2021
FEDERAL, Governo. Transformando Nosso Mundo: A Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável. Disponível em Último acesso em 27 de maio 2021
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