Apostila de Fotocolorimetria

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Fig. 6: Diferentes tipos de cubetas.
3.1.4 - Fotocélula
A fotocélula (ou célula fotoelétrica) é um dispositivo opto-eletrônico que tem a propriedade de
converter luz em corrente elétrica. Fotocélula é um termo genérico que inclui diferentes. tipos de
componentes como o fotoresistor, fotodiodo, célula fotovoitáica etc., cada um deles baseado em um .
princípio físico diferente.
As fotocélulas são dispositivos largamente utilizados em diferentes situações do nosso cotidiano;
como exemplos podemos citar: abertura de portas automáticas, acendimento automático de iluminação
ao escurecer, controle remoto de aparelhos de TV/vídeo/ar condicionado, foco de máquinas
Iotcqráflcas, etc. .
3.1.5 - Miliamperímetro
É o dispositivo que mede a corrente elétrica gerada pela fotocélula. O elemento principal deste
dispositivo é um galvanômetro, o qual é basicamente constituído de um ímã permanente em forma de
ferradura e de uma bobina enrolada em torno de um núcleo cilíndrico de ferro, chamada de bobina
móvel (figura 7). A bobiba móvel está localizada entre os pólos do ímã e fixada axialmente, podendo
portanto, girar em torno de seu eixo.
6
A corrente elétrica a ser medida ( I )passa através da bobina criando um campo magnético, que
se opõe ao campo magnético do ímà, fazendo-a girar até uma determinada posição, a qual é
proporcional à intensidade da corrente que circula pela bobina móvel.
Desta forma a intensidade da luz que se transmitiu pela solução, contida na cubeta de medição,
é quantificada em uma escala construída no painel do miliamperímetro.
A corrente elétrica gerada pela fotocélula também pode ser medida por amperímetros digitais.
Neste caso, os valores são apresentados por números (dígitos) em um mostrador digital, difer~ntemente
do sistema escala/ponteiro do medidor analógico descrito.
ESCALA GRADUADA
IMÃ PERMANENTE PONTEIRO
BOBiNA MÓVEL
I~
. Fig. 7: Galvanômetro do tipo bobina móvel.
3.2 - ESPECTROFOTÔMETRO
Os espectrofotômetros são equipamentos semelhantes aos fotocolorímetros, que utilizam além
das radiações eletromagnéticas na região da luz visível, radiações na região do infravermelho (IV) e do
ultravioleta (UV). No espectrototómetro a separação dos diferentes comprimentos de onda é realizada
por urn dispositivo óptico chamado de grade de difração, o qual permite a seleçãode faixas bastante
estreitas do espectro de radiações eletromagnéticas (1nrn, 2nm ou 5nm) e neste caso ao invés de se
incidir, por exemplo, um feixe de luz azul através de uma solução, se utilizará uma das tonalidades do
azul.
A grade de difração é construída inscrevendo-se um grande número de linhas paralelas, muito
próximas umas das outras (500 linhas/mm), na superfície de uma placa de vidro. A separação dos
diferentes comprimentos de onda na grade de difração baseia-se no princípio de que raios de luz
curvam-se em torno de cantos agudos, sendo o grau de curvatura função do comprimento de· onda.
Assim, em cada linha inscrita no vidro ocorre a refração da luz e a geração de um espectro, havendo
um fenômeno de canceiamento e somação ao longo do vidro, figura 8.
Um anteparo com uma fenda, que se desloca em frente à grade, é utilizado para separar a faixa
de comprimento de onda desejada. Com as grades de difração é possível separar faixas do espectro
com larquras de até 0,5 nm e a sua faixa de operação vai de 200 a 1000 nm, incluindo portanto, a
região do ultravioleta e do infravermelho.
7
~~~ .Fenda->-\1'- ---4- .
Fo~e '--,
de luz
Espelho
côncavo
Feixe
m onocrom ático
o espectrofotômetro além de ser utilizado para determinação da concentração de soluções,
também é utilizado para identificação de substâncias em solução e para determinação do seu grau de
pureza. Arribas aplicações baseadas no Espectro de Absorção da substância, gráfico que mostra como
a refenida substância absorve cada um dos comprimentos de onda. A figura 9 apresenta três exemplos;,
deste oráfico.
OXIHEMOGLOBINA DESOXIHEMOGLOBINA AZUL DE METILENO
. Fig. 8: Grade de difração.
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'"c:'cae
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«. 11 .
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Comprimento de Onda
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Comprimento de Onda . Comprimento de Onda
Fig. 9: Exemplos de Espectros de Absorção.
4 - UTILlZJ\ÇÃO DO FOTOCOLORíMETRO
4.1 - ASPECTO EXTERNO DO FOTOCOLORíMETRO
o painel frontal do fotocolorímetro a ser utilizado na aula prática está apresentado na figura 10,
a seguir são descritos os seus diversos elementos:
SELETOR DE F!LTRO: serve para a escolha do comprimento de onda do feixe de luz que
incidirá sobre a cubeta, girando este controle troca-se o filtro que é interposto entre a fonte de luz e a
cubeta. O filtro selecionado é indicado através de urna sinalização luminosa ao lado do comprimento de
onda correspondente. O aparelho apresentado é dotado de cinco filtros. São eles: 410 nrn, 480 nm, 520.
nrn, 58U nm, (360 nm.
i=>ORT,·A.-CUBETAS:local onde se coloca a cubeta com a substância a ser analisada. O porta-
cubetas possui um dispositivo mecânico interno que bloqueia o feixe de luz sempre que a cubeta for.
retirada.
BOT()ES DE CALlBRAÇÃO: o aparelho possui três botões de calibraçáo em seu painel. São
eles: aiuste de 100% grosso, 100% fino e ajuste do 0%.
MOSTRADOR DE LE!TURA: duas grandezas podem ser medidas no totocolorímetro:
Transrnitância (T%) e Absorbância (A).
A transmitància expressa a quantidade de luz que se transmite através de uma solução e é
definida matematicamente como sendo a relação percentual entre o feixe de luz emergente (1) e o feixe
de luz incidente (10):
8
PORTA - CUBETAS
+ SELETOR DE FILTROI T%. ~~ ~o 2 A ~ 100
100 % 0%.-..
• 410 nm
8 480 nm
o 520 nm
o 580 nm
o 660 nm
o
grosso fino
Fig. 10: Painel frontal do fotocolorímetro.
I.,
T% = i.100%10 (eq. 3)
A absorbãncia expressa a capacidade que tem uma solução de absorver uma certa quantidade
de enarqia do feixe de luz incidente e é definida matematicamente como o logaritmo da relação entre o
feixe de luz incidente (10) e o feixe de luz emergente (1):
A
10
log -
1 (eq.4)
Baseado nas definições matemáticas constatamos que a Transmitância é uma grandeza linear e
varia ele O %, a 100 %. O que significa dizer que 50% está localizado no meio da escala e que se
dividirmos a escala em dez partes iguais cada uma delas representará 10%, conforme figura 11.
T%
Fig. 11: Mostrador de leituras do fotocolorímetro, ressaltando a correspondência
entre os valores de transmitância e de absorbância.
9
Já a escala de Absorbância é logarítmica e varia de O (zero) a 00 (infinito), segundo os valores da
função logaritmo. A representação do intervalo O a 2 corresponde praticamente a toda a escala. O que
significa que valores acima de 2 não p.odem ser lidos com a acurácia desejável. Deve-se dar
preferência às medições realizadas no intervalo de O a 1, assim, quando a solução a ser analisada
apresentar uma concentração, tal que a 'absorbãncia corresponda a valores acima de 1, ela deve ser
diluída por um fator conhecido, de modo que os valores de absorbància a serem medidos permaneçam
no intervalo de medições mais acuradas.
4.2· RELAÇÃO MATEMÁTICA ENTRE ABSORBÂNCIA E TRANSMITÂNCIA
Partindo-se das definições matemáticas de Absorbància . e de Transmitância, aplicando-se
propriedades da função logaritmo e substituindo-se os valores de uma equação na outra, é possível
obter-se o valor de T% a partir de A:
10
A - log"- = log l , - log I
I
(eq. 5)
T% = ~"100
10 (eq. 6)
Aplicando-se a função log aos dois membros da equação 6, temos:
í 1 '\
log T% = log lIo -100 )
( 1)
=logllo +logl00
= logl -loglo + 2
= - (log 10 - log 1) + 2
=-A+2 (eq. 7)2 -logT%ou
Assim, para T% = 100 A=O
para T% = 10 A = 1
para T% = 1 => A = 2
e no limite quando T%