Aula Introdução à espectrometria atômica óptica Profa: Tula Beck Bisol

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3: Camada de Transporte
Introdução à espectrometria atômica 
óptica
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
CAMPUS FLORIANÓPOLIS– SANTA CATARINA
Profa. Tula Beck Bisol
tula.bisol@ifsc.edu.br
Curso Técnico Integrado em Química
Unidade Curricular: Análise Instrumental I
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Métodos espectrométricos atômicos
• Usados para análises quali e quantitativas de 
elementos químicos (principalmente metais)
• Princípio básico:
atomização
amostra átomos 
ou íons 
gasosos
mede-se
absorção
emissão ou 
fluorescência
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Espectroscopia atômica
• Métodos espectrométricos atômicos:
• Espectroscopia de emissão atômica
• Espectroscopia de absorção atômica
• Espectroscopia de fluorescência atômica
• Espectrometria de massas atômica
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• Absorção/fluorescência versus emissão atômica:
chama
monocromador
fonte 
de luz
Átomo 
dentro 
da 
chama
monocromador detector
detector
emissão 
atômica
absorção 
atômica
sinal
• Absorção/fluorescência: fonte emite 
luz que é absorvida pelo átomos/íons 
na chama. Em absorção mede-se a 
absorbância (ou transmitância) e em 
fluorescência mede-se a intensidade 
da fluorescência emitida
• Emissão: não requer 
lâmpada. Mede-se a 
radiação proveniente da 
relaxação dos 
átomos/íons excitados 
pela chama.
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Emissão atômica
• Diagrama de energia:
E = energia térmica (plasma ou chama) ou elétrica (centelha ou faísca)
• Cada transição de emissão resulta em uma linha no espectro de emissão
• Linhas ressonantes: aquelas que resultam da transição entre estado 
excitados e o fundamental
Est. fundamental
Est. excitados
Emissão
E
Est. fundamental
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Emissão atômica
• Espectro de emissão atômica:
Cada transição de emissão resulta em uma linha no espectro de emissão
Espectro de emissão do sódio
I
n
t
e
n
s
i
d
a
d
e
 
 
 
 
 
 
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Absorção atômica
• Espectro de absorção atômica:
No estado gasoso, átomos/íons absorvem radiação com λ’s característicos 
de certas transições eletrônicas. 
Linhas não ressonantes (p. ex. 
3p → 4s) são fracas em 
absorção atômica, porque o 
número de espécies no estado 
excitado é pequeno, logo, um 
espectro de absorção atômica é 
mais simples que o de emissão, 
pois consiste basicamente em 
linhas de ressonância.
Espectro de absorção do sódio
A
b
s
o
r
b
â
n
c
i
a
λλλλ (nm) 
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Efeito da temperatura em espectros atômicos
Em espectros atômicos, a temperatura interfere em:
• Eficiência da atomização
• Razão entre espécies excitadas e não-excitadas (eq. de Boltzmann)
Ambos interferem 
na intensidade do 
sinal
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• Equação de Boltzmann: razão entre espécies excitadas e não excitadas 
em função da temperatura
Nj e N0 = no de espécies nos estados excitado (Nj) e 
fundamental (N0)
k = constante de Boltzmann (1,38 x 10-23 J/K)
T = temperatura absoluta (Kelvin)
∆∆∆∆E = diferença de energia entre os estados ¨j¨ e ¨0¨
Pj e P0 = degenerescências (relacionadas ao no de estados 
degenerados em cada nível energético)
E1 (estado excitado) P1 = 3 (3 estados degenerados)
E0 (estado fundamental) P0 = 2 (2 estados degenerados)
∆∆∆∆E
OBS: Estados energéticos são degenerados quando eles têm mesma energia
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Ex. 1: Sabendo que a temperatura de uma chama é de 2500 K e a de
um plasma é de 6000 K, complete a tabela abaixo. Considere as
degenerescências iguais a 1.
Ex 2: um átomo no estado fundamental absorve luz de comprimento
de onda de 400 nm para ser promovido ao estado excitado. Se ambos
os estados têm uma degenerescência igual a 1, determine a fração de
átomos no estado excitado a 2500 K.
Fração de átomos no 
estado excitado
∆λ∆λ∆λ∆λ (nm) ∆∆∆∆E (J) chama plasma
250 7,95 x 10-19
500 1,0 x 10-5 8,3 x 10-3
2,65 x 10-19
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Ex 3: o estado excitado de mais baixa energia de um átomo de sódio
situa-se 3,371 x 10-19 J/átomo acima do estado fundamental. A
degeneração do estado excitado é 2, enquanto a do estado
fundamental é 1. Calcule a fração de átomos de sódio no estado
excitado a:
a) 2600 K
b) 2610 K
c) Qual o aumento percentual de átomos no estado excitado com
esse aumento de temperatura? Qual a diminuição percentual de
átomos no estado fundamental com esse aumento de T?
d) Com base na resposta do item c, responda: o efeito da
temperatura é maior em emissão ou em absorção atômica?
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Métodos de atomização
Método de atomização Técnica que emprega Temperatura
Chama Absorção atômica
Emissão atômica
Fluorescência
1700-3200 K
Plasma acoplado indutivamente (ICP) Emissão atômica 6000-8000 K
Eletrotérmica Absorção atômica
Fluorescência
1200-3000 K
Determinam precisão e exatidão do método. Principais métodos de 
atomização em espectrometria atômica óptica:
Chama Plasma Eletrotérmico
(Forno de grafite)
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Chama e forno de grafite serão vistos em mais detalhes em AAS
Plasma acoplado indutivamente (ICP):
Plasma: gás quente e parcialmente 
ionizado (alta concentração de elétrons 
e cátions)
Em espectroscopia atômica usa-se o plasma de argônio. 
Íons formados absorvem potência de uma fonte externa para manter altas 
temperaturas.
Fontes externas: em ICP a fonte externa é uma fonte de radiofrequência 
(melhor sensibilidade e menor efeito de interferências)
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Plasma acoplado indutivamente (ICP) - tocha
Luz 
emitida
Bobina de 
indução de 
radiofrequência
Argônio de 
isolamento
Fonte 
de
RF
Amostra + 
argônio
Tocha do ICP: três tubos concêntricos 
de quartzo por onde flui Ar. 
• Tubo interno: amostra + argônio de 
arraste
• Tubo externo: fluxo de argônio de 
isolamento térmico
• Tubo intermediário: auxilia na 
estabilização do plasma
Bobina de indução alimentada por 
fonte de radiofrequência (RF)
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Plasma acoplado indutivamente (ICP) - tocha
Luz 
emitida
Bobina de 
indução de 
radiofrequência
Argônio de 
isolamento
Fonte 
de
RF
Amostra + 
argônio
1. Fluxo de argônio
2. Geração de campo magnético 
de RF oscilante 
3. Ionização do argônio iniciada 
por uma centelha. (Ar → Ar+ + e-)
3. Ar+ e e- interagem com campo 
magnético oscilante, 
provocando colisões entre Ar+
e Ar0 ou e- e Ar0, o que gera 
mais Ar+ e e- e que sustentam 
o plasma
4. Introdução da amostra
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Plasma acoplado indutivamente (ICP) – formação do plasma
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Métodos de introdução da amostra
Sistema de introdução da amostra deve transferir uma quantidade 
reprodutível e representativa da amostra para o atomizador.
Depende do estado físico do analito e da matriz da amostra.
Amostras gasosas ou soluções Amostras sólidas 
Alguns métodos de inserção da amostra:
Método de inserção da amostra Tipo de amostra
Nebulização Solução e suspensão
Vaporização eletrotérmica Sólido, líquido e solução
Ablação por laser Sólido
Nebulização
• Mais comum para introdução de amostra em chamas ou plasmas
• Amostra em solução ou suspensão
• Nebulizador introduz amostra na forma de aerossol (fino spray de 
gotículas)
Processos de nebulização seguido de atomização:
nebulização dessolvatação volatilização
Amostra 
em 
solução
Spray Aerossol 
seco Átomos 
livres
Moléculas Íons
• Nebulizador mais comum: pneumático de tudo concêntrico
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Líquido 
(entrada da 
amostra)
Gás
Capilar
Spray
Gás nebulizador flui com alta 
pressão e gera pressão 
reduzida no bico e aspiração 
da amostra. A alta velocidade 
do gás no bico dispersa a 
solução na forma de um spray 
que segue para o atomizador
Vaporização eletrotérmica
• Amostra sólida, líquida ou solução
Amostra e gás carreador 
vão para 
atomizadorEntrada da amostra
Fluxo de gás carreador
Tubo de carbono
Água 
refrigerante Fonte 
Amostra é colocada no tubo de 
carbono e uma corrente elétrica 
faz com que a amostra evapore 
no fluxo de ar inerte que flui, 
levando amostra vaporizada 
para o atomizador. 
Ablação por laser
• Técnica versátil de introdução de 
amostra sólida (orgânica, inorgânica, 
metais, pós, etc)
Um feixe de laser 
altamente energético 
incide sobre a superfície 
da amostra, onde ocorre 
ablação, convertendo a 
amostra em uma nuvem 
de vapor e material 
particulado que é 
carregada por uma 
corrente de gás inerte 
para o atomizador
Fluxo de ar Para o atomizador