08 Introdução à Espectrometria de Absorção Molecular UV Vis

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INTRODUÇÃO À 
ESPECTROMETRIA DE 
ABSORÇÃO MOLECULAR NO 
ULTRAVIOLETA-VISÍVEL 
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR UV-VIS 
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 Largamente utilizada para a determinação quantitativa de um 
grande número de espécies inorgânicas, orgânicas e biológicas. 
 Absorção molecular baseada na radiação eletromagnética na 
região de comprimento de onda de 190 a 800 nm. 
 Baseada na medida da Transmitância T ou da Absorbância A de 
soluções contidas em células transparentes com caminho óptico 
de b cm. 
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 Compostos nitrogenados. 
 Fármacos (ácido acetil salicílico). 
 Fenóis. 
 Gorduras (colesterol). 
Analitos orgânicos: 
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR UV-VIS 
 Íon cloreto. 
 Amônia, fosfato, nitrato e sulfato. 
 Elementos metálicos em geral, As e B. 
Analitos inorgânicos: 
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ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR UV-VIS 
Na espectrofotometria os “máximos de absorção” são a principal 
diferença que se observa no espectro de substâncias diferentes: 
O que faz a absorção da luz 
ser diferente ? 
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As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos 
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR UV-VIS 
São grupos funcionais que apresentam absorção característica na região do 
ultra-violeta ou do visível. Por exemplo: carboxila (-COOH): 200 – 210 nm. 
Absorve em vários comprimentos 
de onda diferentes (vários grupos 
funcionais) 
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Outros Grupos Cromóforos 
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR UV-VIS 
Grupo cromóforo Comprimento de onda 
Carboxila (-COOH) 200 – 210 nm 
Aldeído (-CHO) 210; 280 – 300 
Amino (-NH2) 195 
Brometo (-Br) 208 
Dissulfeto (-S-S-) 194; 255 
Éster (-O-) 205 
Nitro (-NO2) 210 
Nitroso (-NO) 302 
Tiocarbonila (=C=S-) 194; 215 
Tioeter (-S-) 194; 215 
Tiol (-SH) 195 
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Excitação eletrônica da molécula “M” 
O PROCESSO DE ABSORÇÃO DA LUZ 
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 Obtidas a partir de medidas de 
Transmitância (T) 
 Quanto maior a Transmitância, 
menor a Absorbância 
Medidas de Absorção (A) 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
𝐴 = − log 𝑇 = log
𝑃0
𝑃
= 𝜀. 𝑏. 𝑐 
Onde: P0 = potência radiante incidente 
 P = potência radiante transmitida 
Lei de Beer 
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 Também pode ser aplicada a um meio contendo mais do que uma 
substância absorvente. Se as diferentes espécies não interagem 
entre si, a absorbância total para o sistema é dada por: 
 
A Lei de Lambert-Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
𝐴𝑇 = 𝐴1 + 𝐴2 + ⋯ + 𝐴𝑛 
𝐴𝑇 = 𝜀1 . 𝑏 . 𝑐 + 𝜀2 . 𝑏 . 𝑐 + ⋯ + 𝜀𝑛 . 𝑏 . 𝑐 
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Representação gráfica para soluções de KMnO4 em  = 545 nm e 
um caminho óptico de 1 cm. 
a) %Transmitância versus concentração. 
b) Absorbância versus concentração. 
 
A Lei de Lambert-Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
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Relação linear entre A e Conc. se as medidas são 
feitas em condição de caminho óptico constante. 
A Lei de Lambert-Beer 
RELAÇÃO ENTRE ABSORÇÃO E CONCENTRAÇÃO 
𝐴 = 𝜀 . 𝑏 . 𝑐 
= absortividade molar (L mol -1cm) 
b= caminho óptico (cm) 
c= concentração em (mol L-1) 
Aplicações da equação da reta: A = α C 
- Concentrações desconhecidas 
- OU determinar o valor de a para se obter o de ε 
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Outros aspectos da Lei de Beer 
RELAÇÃO ENTRE ABSORÇÃO E CONCENTRAÇÃO 
Válida para: 
- Soluções diluídas (C < 0,01 mol L-1) 
- Radiação monocromática 
-Meio homogêneo e estável 
Todas as medidas (padrões e amostras): celas o mais 
“parecidas” possíveis 
Para compensar perdas de potência da radiação incidente por 
reflexão e espalhamento 
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1) Desvios reais: interações entre os centros absorvedores e 
instabilidade química. Em altas concentrações, a extensão das 
interações soluto-solvente, soluto-soluto ou as pontes de hidrogênio 
pode afetar o ambiente do analito e, assim sua absortividade. 
 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
Exemplo de instabilidade química: equilíbrio entre os íons dicromato e 
cromato. 
𝐶𝑟2𝑂7
2− + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻
+ + 2 𝐶𝑟𝑂4
2− 
350 nm 373 nm 
Espécies que podem participar de equilíbrio químico em 
solução devem ser analisadas em um meio onde apenas uma 
espécie predomine 
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2) Desvios químicos aparentes: quando um analito de associa, 
dissocia ou reage com um solvente para formar um produto com um 
espectro de absorção diferente daquele do analito. Por exemplo, 
soluções aquosas de indicadores ácido-base. 
 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
𝐻𝐼𝑛 ⇌ 𝐻+ + 𝐼𝑛− 
Cor 1 Cor 2 
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3) Desvios instrumentais devidos à radiação policromática: 
a Lei de Beer se aplica estritamente somente quando as medidas 
são feitas medidas com fonte de radiação monocromática. 
 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
Na prática, fontes policromáticas 
que têm distribuição contínua de 
comprimento de onda são usadas 
em conjunto com uma grade ou 
com um filtro para isolar uma 
banda aproximadamente simétrica 
de comprimento de onda ao redor do 
comprimento de onda a ser 
utilizado. 
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3) Desvios instrumentais devidos à radiação policromática: 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
Para se evitar os desvios é recomendado que se selecione um 
comprimento de onda próximo ao máximo de absorção, em que a 
absortividade do analito se altera pouco com o comprimento de onda. 
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4) Desvios instrumentais devidos à presença de radiação 
espúria: 
Luz espúria: radiação que sai de um monocromador contaminada 
com pequenas quantidades de radiação espalhada. 
 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
Radiação espúria é a radiação do instrumento que está fora da 
banda de comprimento de onda nominal escolhida para a 
determinação. Esta radiação geralmente resulta de espalhamentos 
e de reflexões nas superfícies, lentes ou espelhos, filtros e janelas. 
A radiação não passa pela amostra quando se tem radiação espúria. 
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4) Desvios instrumentais devidos à presença de radiação 
espúria: 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
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5) O uso de células desiguais: se o compartimento de células das 
soluções do analito e do branco não possuem o mesmo caminho e 
não possuem características ópticas equivalentes, uma interseção 
vai ocorrer na curva de calibração e a equação real será 
Desvios da Lei de Beer 
MEDIDA DA ABSORÇÃO 
𝐴 = 𝜀 . 𝑏 . 𝑐 + 𝑘 
Uma das formas de se evitar o problema das células desiguais com 
instrumentos de feixe único é empregar a mesma célula mantendo-a na 
mesma posição para as medidas do branco e para as do analito. Depois 
de se obter a leitura para o branco, a célula é esvaziada por aspiração, 
lavada e preenchida com a solução do analito. 
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 Vai desde instrumentos simples e de baixo custo a mais complexos e 
controlados por computador. 
 Aqueles mais simples são úteis para medidas quantitativas em um único 
comprimento de onda, apenas na região do vísivel. 
INSTRUMENTAÇÃO 
FOTÔMETROS 
(COLORÍMETROS) 
ESPECTROFOTÔMETROS 
Visível 
Filtros ópticos (380 – 780 nm) 
Ultra-violeta e visivel 
Monocromadores (200 – 1000 nm) 
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 Para o propósito de medidas de absorção molecular, é necessária 
uma fonte contínua cuja potência radiante não sofra variações 
bruscas em uma faixa considerável de comprimento de onda. 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
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1) Lâmpadas de deutério e de hidrogênio: um espectro 
contínuo na região do ultravioleta é produzido por excitação elétrica 
de deutério ou hidrogênio a baixa pressão. O mecanismo pelo qual 
um espectro contínuo é produzido envolve a formação inicial de 
uma espécie molecular excitada seguida da dissociaçãoda molécula 
excitada para produzir duas espécies atômicas, além de um fóton 
ultravioleta. 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
𝐷2 + 𝐸𝑒 → 𝐷2
∗ → 𝐷′ + 𝐷" + ℎ𝜐 
Onde: Ee = energia elétrica absorvida pela molécula 
 D2* = molécula de deutério excitada 
O balanço de energia para o processo global pode ser representado pela 
equação: 
𝐸𝑒 = 𝐸𝐷2∗ = 𝐸𝐷′ + 𝐸𝐷" + ℎ𝜐 
𝐸𝐷2∗ = energia quantizada de D2* 
𝐸𝐷′ 𝑒 𝐸𝐷" = energias cinéticas dos dois 
átomos de deutério 
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1) Lâmpadas de deutério e de hidrogênio: 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
Espectro contínuo que vai de 
aproximadamente 160 nm até o 
início da região do visível (~ 375 nm). 
 
Acima de 400 nm os espectros não 
são mais contínuos. 
Janelas de quartzo devem ser usadas em lâmpadas de deutério e de 
hidrogênio, pois o vidro absorve fortemente em comprimento de onda 
abaixo de 350 nm. 
Embora o espectro contínuo da lâmpada de deutério 
se estenda para comprimentos de onda tão baixos 
como 160 nm, o limite inferior útil é de cerca de 190 
nm devido à absorção de radiação pelas janelas de 
quartzo. 
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2) Lâmpadas de filamento de tungstênio: é a lâmpada mais 
comum para a radiação das regiões visível e infravermelho 
próximo. 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
Na maioria dos instrumentos de absorção, a temperatura de operação 
do filamento é de 2870 K; a maior parte da energia é, então, emitida 
na região do infravermelho. 
É útil para a região de comprimento de onda entre 350 e 2500 nm. 
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2) Lâmpadas de filamento de tungstênio: 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
Estas lâmpadas contêm uma pequena quantidade de iodo em uma cápsula 
de quartzo que protege o filamento de tungstênio. O quartzo permite que o 
filamento de tungstênio opere em T ~ 3500 K, o que proporciona 
intensidades mais altas e a faixa de operação da lâmpada também para a 
região ultravioleta. 
O tempo de vida útil de uma lâmpada de tungstênio é mais que o dobro do 
de uma lâmpada comum, devido à reação do iodo com o tungstênio gasoso 
formado pela sublimação e geralmente limita a vida do filamento; o 
produto, WI2, é volátil. Quando moléculas desse composto atingem o 
filamento, ocorre decomposição, o que re-deposita o tungstênio. 
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3) Diodos emissores de luz (LEDs): do inglês, light-emitting 
diodes, são usados como fontes em alguns espectrômetros de 
absorção. 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
Um LED é um dispositivo de junção-pn que, quando diretamente 
polarizado, produz energia radiante. 
 
São feitos de 
 Arsenato de alumínio e gálio (m = 900 nm); 
 Fosfito de arsênio e gálio (m = 650 nm); 
 Fosfito de gálio (m = 550 nm); 
 Nitreto de gálio (m = 450 nm); 
Misturas destes compostos são usados para variar o comprimento de onda 
máximo para qualquer valor na região de 375 nm a 1000 nm ou maior. 
Produzem um contínuo espectral em um estreito intervalo de comprimento 
de onda. Como fontes “semi-monocromáticas” ou em conjunto com filtros 
de interferência para se obter radiação ainda mais estreita. 
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4) Lâmpadas de arco de xenônio: produz uma radiação intensa 
pela passagem de corrente por uma atmosfera de xenônio. O 
espectro é um contínuo na faixa de 200 a 1000 nm, com a 
intensidade máxima do pico ocorrendo em cerca de 500 nm. 
INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
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INSTRUMENTAÇÃO - FONTE 
Emissões, por comprimento de onda, das principais lâmpadas 
para espectrofotometria 
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INSTRUMENTAÇÃO – RECIPIENTES PARA 
AMOSTRA 
As células ou cubetas, que contêm a amostra e o solvente devem ser 
construídas com um material que deixe passar radiação na região 
espectral de interesse. 
Cubetas de QUARTZO (UV-Vis – abaixo de 350 nm) 
Cubetas de VIDRO (Vis) – entre 350 e 2000 nm 
Cubetas de ACRILICO (Vis) 
Faces planas e perpendiculares a 
radiação incidente. 
 
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INSTRUMENTAÇÃO – RECIPIENTES PARA 
AMOSTRA 
As células ou cubetas cilíndricas são empregadas, às vezes, nas regiões UV 
e visível em função do seu baixo custo. Variações no caminho óptico e 
perdas por reflexão nas superfícies curvas podem causar erros 
significativos, o que conferem menor repetibilidade. 
CAMINHOS ÓPTICOS VARIAVEIS 
mais comum: 1 cm 
LIMPEZA: 
1- água e detergente diluído; 
2- enxágue com agua purificada e, depois, com a própria amostra. 
As células nunca devem ser secas por aquecimento, pois podem sofrer 
danos físicos ou uma mudança no caminho óptico. Devem ser 
calibradas regularmente, uma contra a outra, com uma solução 
absorvente. 
TIPOS DE INSTRUMENTOS 
 Feixe único. 
 Feixe duplo espacial. 
 Feixe duplo temporal. 
 Multicanal. 
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TIPOS DE INSTRUMENTOS 
 Lâmpada de deutério ou de tungstênio. 
 Um filtro ou um monocromador para seleção do comprimento de 
onda. 
 Células com características mais próximas umas das outras, que 
podem ser colocadas alternadamente no feixe de radiação. 
 Um transdutor. 
 Um amplificador e um dispositivo de leitura. 
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Instrumentos de feixe único 
Antes da análise passa-se 
o branco (100% de T) 
 
Bco (100% T) – T(análise) 
 
Abs. analito 
TIPOS DE INSTRUMENTOS 
 Oferecem a vantagem de compensar tudo, exceto as flutuações 
mais rápidas da emissão radiante da fonte. 
 Compensam também grandes variações na intensidade da fonte 
com o comprimento de onda. 
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Instrumentos de feixe duplo 
TIPOS DE INSTRUMENTOS 
 Baseado em um detector com um arranjo de fotodiodos ou 
dispositivo linear com acoplamento de carga (CCD). 
 São do tipo feixe único. 
 O sistema dispersivo é um espectrógrafo de grade localizado após a 
célula da amostra ou de referência. 
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Instrumentos multicanal