Lista de métodos 3

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Métodos espectroscópicos de análise
 Lista de Exercícios 3. 
1) a) Fale sobre os desvios da Lei de Beer-Lambert.
b) Por que é mais exato medir absorbância na faixa A = 0,3 – 1,0?
R:
a/b) Nem todas as reações colorimétricas seguem a lei de Beer-Lambert, sendo ela válida apenas para condições restritas. Onde a luz utilizada é aproximadamente monocromática, as soluções a serem analisadas estejam diluídas (baixas concentrações) e não devem estar presentes na mesma solução mais de uma substância absorvente de luz.
O principal desvio da Lei de Beer-Lambert é o aumento da concentração da substância analisada, entretanto ela não altera as características químicas do meio. Com o aumento na concentração também há um aumento crescente e proporcional da absorbância (A), até um ponto limite. A partir deste ponto (soluções concentradas), deixa de existir a proporcionalidade linear entre os valores.
Limite de linearidade representa o limite de concentração para a qual a lei de Beer-Lambert é válida, ou seja, entre 0,3-1,0 de absorbância. Para concentrações superiores ao limite de linearidade observado no desvio da lei de Lambert-Beer, deixa de existir a proporcionalidade linear entre concentração e absorbância.
2) a) Explique como funciona uma fibra ótica e como é utilizada em espectrofotômetros de absorção molecular.;
b) Qual a diferença ente um espectrofotômetro de feixe duplo temporal e um de feixe simples? Quais são as vantagens do instrumento de duplo feixe temporal. 
R:
a) A fibra óptica são constituídas por fios finos de vidro ou plástico que transmitem radiação por distancias de centenas de metros ou mais. A transmissão da luz em uma fibra óptica ocorre por meio de uma refletância interna total. Para que a reflexão interna total ocorra, é necessário que a fibra transmissora seja recoberta por um material que apresente um índice de refração um tanto menor do que o índice de refração do material que constitui a fibra. Assim uma fibra de vidro típica apresenta um núcleo cujo o índice de refração é cerca de 1,6 e um recobrimento de vidro com índice de refração de 1,5. 
Os sensores de fibra óptica, muitas vezes denominados optrodos, consistem de uma fase reagente imobilizada sobre a extremidade de uma fibra óptica. A interação do analito com o reagente gera uma alteração na absorbância, refletância, fluorescência ou luminescência, a qual é então transmitida ao detector por meio de uma fibra óptica.
b) O espectrofotômetro de feixe simples consiste em que toda a radiação fornecida pela fonte de emissão atravesse a amostra, ou seja, a intensidade relativa de luz é medida antes e depois do branco ser inserido.  Assim, para a realização das medidas basta colocar a amostra no compartimento adequado, e fazer com que a radiação passe por essa amostra. Esse tipo de equipamento tem um custo acessível, já que é formado por um sistema não muito complexo. Já um espectrofotômetro de feixe duplo temporal a luz é dividida em dois feixes antes de atingir a amostra. No caso a fonte de luz emite somente um feixe, que chega ao prisma ou rede de difração, como no espectrofotômetro de feixe simples, e somente depois de passar pelo monocromador é que o feixe é dividido em dois. Um dos caminhos do feixe é utilizado para a referência e o outro para a amostra. Isto é bem vantajoso, pois a leitura de referência e a leitura da amostra podem ser feitas ao mesmo tempo, comparando a intensidade de luz entre os dois trajetos. Embora as medições de comparação de instrumentos de feixe duplo sejam mais fáceis e mais estáveis, os instrumentos de feixe único podem ter um alcance dinâmico maior e são opticamente mais simples e mais compactos.
 
3) a) Quais as vantagens e as desvantagens da diminuição da largura da fenda de saída do monocromador? 
b) Explique como funcionam os detectores de radiação visível conjunto de fotodiodos e dispositivo de carga acoplada.
R:
a) A largura das faixas espectrais que podem ser obtidas é diretamente proporcional à largura das fendas, mas, deve-se considerar que fendas estreitas implicam em redução de potência do feixe de radiação que alcança o detector. Assim, a largura mínima praticável para uma determinada fenda é função da potência da fonte e da sensibilidade do detector. Quando um feixe de radiação policromática incide em uma rede de difração, esta separa os comprimentos de ondas constituintes, de tal forma que cada raio emergente deixa a rede de difração a um ângulo diferente, tornando possível o encaminhamento do comprimento de onda de interesse diretamente à fenda de saída do monocromador.
b) O conjunto de fotodiodos consiste em uma junção p-n, onde ocorre a formação de uma zona de transição entre uma região de material semicondutor cuja condutividade elétrica é dominada por portadores de carga tipo -n (elétrons) e uma região cuja condutividade é dominada por portadores de carga tipo -p (buracos). A largura w e a simetria dessa região, dependem dos processos de fabricação e dos materiais envolvidos. Se a concentração de portadores, elétrons por exemplo, varia lentamente ao longo da distância w relativamente ampla, entre o valor máximo do lado n e o mínimo do lado p, a junção é chamada gradual.
No outro extremo, quando essa variação é brusca e a região w estreita, tem-se uma junção abrupta. A região de transição, também chamada de zona de depleção, é caracterizada pela existência em seu interior de um forte campo elétrico E. Este campo é devido à existência de cargas elétricas fixas na rede cristalina, originadas pela depleção de portadores livres que durante a formação da junção se difundiram para o lado oposto. No equilíbrio, forma -se uma barreira de potencial, eVB, que impede a difusão continuada de portadores majoritários de um lado para o outro.
 Homojunção p-n e o correspondente diagrama de bandas de energia. ID representa a
corrente direta de portadores majoritários e Iph a fotocorrente de minoritários.
Os dispositivo de carga acoplada são arranjados em matrizes bidimensionais, onde os transdutores de injeção de carga e de acoplamento de carga operam por meio da coleta de cargas fotogeradas em várias áreas da superfície do transdutor, medindo, então, a quantidade de carga acumulada em um período de tempo curto. 
4) Em soluções neutras foi encontrado para o fenol que log ε é 3,15, num comprimento de onda de 211 nm. Que faixa de concentração de fenol pode ser determinada espectrofometricamente se os valores de absorbância, em cela de 1,00 cm, estão limitados na faixa de 0,10 a 1,50?
R:
log ε = 3,15
ε = 103,15
ε = 1412,537545 Lmol-1cm-1
A = ε.b.c
0,10 = 1412,537545.1.c 1,50=1412,537545.1.c 
c= 7,079 x10-5 molL-1 c= 1,062 x10-3 molL-1
5) Quando são observados os pontos isosbésticos?
R:
Um ponto de isosbéstico é o comprimento de onda no qual a absorbância de duas ou mais espécies de compostos são as mesmas. O aparecimento de um ponto de isosbéstico numa reação demonstra que um intermediário não é necessário para formar um produto a partir de um reagente. A presença de um ponto de isosbéstico tipicamente indica que apenas duas espécies, que variam em concentração contribuem para a absorção em torno do ponto isosbéstico. Se uma terceira espécie está participando no processo, os espectros tipicamente se intersectam em diversificados comprimentos de onda com a variação de concentrações, criando a impressão de que o ponto de isosbéstico está 'fora do foco', ou que vai deslocar as mudanças nas condições. 
6) a) Quais as vantagens de uma titulação espectrofotométrica, com relação a uma medida espectrofotométrica direta? 
b) Por que numa titulação espectrofotométrica a inclinação do gráfico da absorbância contra o volume muda abrupdamente no ponto de equivalência?
R:						
a) As titulações fotométricas frequentemente oferecem resultados mais exatos que as análises fotométricas diretas, uma vez que os dados de diversas medidas são usadas para determinar o ponto final. Além disso, a presençade outra espécie absorvente pode não interferir, pois apenas uma variação na absorbância necessita ser medida.
b) Para muitas titulações, a curva consiste em duas regiões lineares com diferentes inclinações, uma delas ocorrendo no início da titulação, e a outra localizada após a região do ponto estequiométrico. O ponto final é a intersecção das partes lineares extrapoladas da curva. Portanto quando temos um pequeno excesso do titulante, titulado ou o produto da reação entre ambos, e esses absorvem um determinado comprimento de onda há uma mudança abrupta da medida de absorbância.
											
7) Uma amostra de 100,00 mL de solução de p-bromofenol em água foi titulada fotometricamente com solução 0,456 mol/L de NaOH a 425 nm, obtendo-se os dados abaixo: 
				
	Volume de NaOH (mL)
	A425corrigida
	Volume de NaOH (mL)
	A425corrigida
	0,20
	0,060
	1,80
	0,660
	0,40
	0,160
	2,00
	0,680
	0,60
	0,240
	2,20
	0,700
	0,80
	0,320
	2,40
	0,700
	1,20
	0,500
	2,60
	0,700
	1,60
	0,610
	3,00
	0,700
a) Determine através do gráfico o ponto final da titulação.
R: O ponto final de titulação é 2,20, como é possível ver pelo gráfico a seguir:
b) Determine a concentração de p-bromofenol em mol/L. 
R:
0,456 mols de NaOH ---------- 1000 mL
X ------------------------------------ 2,2 mL x= 1,0032.10-3 mols de NaOH
Levando em consideração a reação:
C6H4BrOH(aq) + NaOH(aq) C6H4BrONa(aq) + H2O(aq)
Como a estequiometria da reação é 1:1 podemos considerar que a quantidade de mols de NaOH é igual a de p-bromofenol com sendo assim:
1,0032.10-3 mols de p-bronofenol ------------ 100 mL
X ------------------------------------------------- 1000 mL x= 0,01 mol.L-1
8) Um composto com massa molecular de 292,16 foi dissolvido em um balão volumétrico de 5 mL. Foi retirada uma alíquota de 1,00 mL, colocada num balão volumétrico de 10,00 mL e diluída até a marca. A absorbância em 340 nm foi de 0,427 numa cubeta de 1,000 cm. A absortividade molar deste composto em 340 nm é 6.130 L mol-1 cm-1.
a) Calcule a concentração do composto na cubeta.
R:
 
b) Qual a concentração do composto no balão de 5 mL?
R:
c) quantos miligramas de composto foram usados para preparar 5 mL de solução?
R: 
1 mol ------- 292,16 g
6,96.10-4 mols ---- x x = 203 mg
9) Para determinar a concentração de ferro em sistemas aquáticos, um analista tomou cinco alíquotas de 10,00 mL de água de um lago e adicionou a cada uma delas, respectivamente, exatamente 0,00, 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 mL de uma solução-padrão contendo 10,0 ppm de Fe3+, complementando a seguir os volumes a 50,00 mL com água deionizada e excesso de SCN-, de modo a formar o complexo [FeSCN]2+ (vermelho). Em um determinado comprimento de onda, as absorbâncias medidas para as cinco soluções foram, respectivamente, 0,240; 0,437; 0,621; 0,809; 1,009. Monte o gráfico necessário para análise dos resultados. Qual é a concentração de ferro na amostra original?
R: 
Para uma absorbância de 0: 
10) a) Discuta o Princípio de Franck-Condon.
b) Discuta as diferenças e semelhanças entre os espectros de emissão e excitação de um fluoróforo.
R: 
Os movimentos dos elétrons são muito mais rápidos do que os do núcleo, muito mais pesado. Assim, quando há uma transição eletrônica para um estado excitado por absorção de um fóton, que é muito rápida comparada com tempos associados a vibração moleculares, os núcleos não têm tempo de se reacomodar na nova posição de equilíbrio. Esta observação é a base do princípio de Franck-Condon: uma transição eletrônica em geral ocorre sem mudança nas posições dos núcleos tanto da molécula que absorveu o fóton quanto das moléculas vizinhas. O estado resultante é chamado estado de Franck-Condon, e a transição é chamada transição vertical, como se observa pela Figura, onde as curvas de energia potencial em função da configuração nuclear são apresentadas como potenciais de Morse.
Em geral o espectro excitação de fluorescência é a imagem especular do espectro de emissão de fluorescência, apresentam características muito semelhantes, se diferenciando no comprimento de onda máximo, o espectro de emissão apresenta comprimento de onda máximo menor do que o espectro de emissão.
11) a) Por que a espectrofluorimetria apresenta, geralmente, maior sensibilidade que as técnicas espectrofotométricas baseadas no fenômeno de absorção molecular? b). Sob quais condições a intensidade de fluorescência é proporcional à concentração?
R:
A espectrofluorimetria possui elevada sensibilidade às vizinhanças da molécula, com isso a gama de análises é maior e o erro inerente à medição é praticamente constante ao longo da análise. Outro fator da sensibilidade da fluorescência é uma consequência do longo tempo que a moléculas permanecem no estado excitado antes do relaxamento. Na fluorescência, a permanecia no estado excitado é cerca de 10-9 s. Nesse tempo vários tipos de processos podem ocorrer, tais como reações de protonação ou desprotonação, mudanças conformacionais locais de proteínas e interações de diversas drogas com sistemas biológicos. 
Em geral, o limite de detecção da fluorescência é de uma ordem de grandeza 103 vezes menor que o limite de detecção pelo espectrometria de UV-Vis. Na fluorescência a sensibilidade está limitada, em principio, apenas pela intensidade máxima da fonte de luz excitadora, de modo que em condições ideias Cmin = 10-12 mol/L.
12) a) Defina o conceito de supressão de fluorescência. Quais os mecanismos que levam às supressões colisional e estática?
b) Como é possível verificar experimentalmente se o triptofano está localizado no interior ou na superfície de uma proteína globular, em meio aquoso?
R: 
Denomina-se supressão de fluorescência, qualquer processo que diminui a intensidade de fluorescência de uma dada espécie. Para a supressão colisional, a colisão do fluoróforo com o agente supressor durante o tempo de vida do estado excitado, após o contato o fluoróforo regressa ao estado fundamental sem emissão de fóton e sem qualquer alteração química das moléculas envolvidas. Já na supressão estática, consiste na formação de um complexo não fluorescente entre o fluoróforo e o supressor. Quando este complexo absorve luz, ele imediatamente retorna ao estado fundamental sem emissão de fóton.
Fazendo a análise da supressão colisinal de fluorescência, pois caso o triptonafo esteja na superfície da proteína o mesmo irá sofrer com o supressor e com isso não haverá emissão ou a mesma irá diminuir, no caso do triptofano esteja localizado no interior da proteína ela não sofrera com o supressor, sendo assim seu espectro não decairá.
13) Um estudante dissolveu devidamente, 0,519 g de amostra e diluiu para 50,0 mL. Em seguida, tratou uma alíquota de 25 mL para eliminar possíveis interferentes na análise e adicionou 2,3-quinoxalineditiol. Após ajustar o volume para 50,0 mL, ele obteve as absorbâncias e absortividades descritas na tabela a seguir, utilizando cubetas de 1,00 cm em 656 nm. Calcule a concentração de cobalto e níquel na mistura. DADOS: MMCo = 58,9 g/mol e MMNi = 58,7 g/mol.
R:
14) Prediga o comprimento de onda máximo para cada um dos seguintes composto:
R:
a)
214 nm Transoide
4 x 5 nm Resíduos de Anéis 
2X 5 nm Ligação dupla exocíclica 
244 nm
b)
253 nm Transoide
30 nm Conjugação extensora de ligação duplas
3 x 5 nm Resíduos de Anéis 
5 nm Ligação dupla exocíclica
303 nm 
c)
214 nm Transoide
2 x 30 nm Conjugação extensora de ligação duplas
12 nm Resíduos 
2 x 18 nm Resíduo 
3 x 5 nmDuplas exociclicas 
338 nm
BOM TRABALHO!!!