fundamentos de espectrofotometria uv visivel 2012

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FCVA/ UNESP JABOTICABAL 
 
FUNDAMENTOS DE ESPECTROSCOPIA 
MOLECULAR UV-VISÍVEL 
 
Profa. Dra. Luciana Maria Saran 
1. Introdução 
 
 Espectroscopia é qualquer processo que utiliza a luz 
 para medir as concentrações químicas. Baseia-se na 
 análise da radiação eletromagnética emitida ou absorvida 
 pelas substâncias. 
 
 
 Espectroscopia UV-Visível: baseia-se em medidas de 
 absorção da radiação eletromagnética, nas regiões visível 
 e ultravioleta do espectro. 
 
 
 Mede-se a quantidade de luz absorvida pela amostra e 
 relaciona-se a mesma com a concentração do analito. 
2. Radiação Eletromagnética 
 
 Consiste em campos elétrico e magnético oscilando, que 
 atravessam o espaço vazio a 3,00x108 m/s. 
Figura 1: Radiação eletromagnética. 
2. Radiação Eletromagnética 
 
 É composta por: raios X e , radiação ultravioleta (UV), 
 radiação visível, infravermelho, microondas e ondas de 
 rádio. 
 
 Propaga-se como uma onda. 
 
 Grandezas importantes relacionadas a uma onda: 
 
 - Freqüência, ; 
 - Comprimento de onda, ; 
 - Amplitude, A. 
3. Características de uma Onda 
 
a) Freqüência ( ): corresponde ao número de ciclos de onda 
 (cristas ou vales sucessivos) que passam em um dado 
 ponto por unidade de tempo. Unidade: hertz, s-1 (1 Hz = 1 
 ciclo por segundo). 
 
b) Comprimento de onda ( ): é a distância entre cristas 
 sucessivas (ou vales sucessivos). Pode ser dado em 
 metros (m), em nanômetros (nm) ou em qualquer unidade 
 de comprimento que seja conveniente. 
 
c) Amplitude (A): corresponde a altura de uma crista (ou a 
 profundidade de um vale). 
Figura 2: Ondas eletromagnéticas. 
(a) Comprimento de onda, , 
 longo e baixa freqüência, . 
 
 
 
 
 
(b) Comprimento de onda, , 
 curto e alta freqüência, . 
 
 
 
 
 
(c) Mesmo comprimento de onda 
 e mesma freqüência do que 
 em (b), mas baixa amplitude. 
 
4. Relações entre Energia (E), Frequência ( ) e 
 Comprimento de Onda ( ) 
 E = h. em que, h = 6,626x10-34 J.s (constante de Planck) 
 
 . = c em que, c = 2,998x108 m/s (velocidade da luz no 
 vácuo) 
 
 
 E = h.c/ 
 
 Destas equações conclui-se que: 
 
 - Energia Alta freqüência, , alta e pequeno; 
 
 - Energia Baixa freqüência baixa e grande. 
Segmento ampliado 
do Espectro Visível 
Figura 3: Espectro eletromagnético. 
 Radiação Ultravioleta: é a radiação de freqüência mais 
 alta do que a da luz violeta. Seu comprimento de onda 
 é inferior a 400 nm. 
 
 
 Radiação Infravermelha: é a radiação que conhecemos 
 como calor, tem uma freqüência mais baixa e um 
 comprimento de onda maior do que a luz vermelha. Seu 
 comprimento de onda é maior do que 800 nm. 
 
 
 Radiação Visível: é aquela que os nossos olhos 
 enxergam, ou seja, corresponde a radiação 
 eletromagnética com comprimentos de onda no intervalo 
 de 400 à 800 nm. 
Figura 4: Decomposição da luz branca (policromática) nos seus 
componentes monocromáticos. 
4. Colorimetria 
 
 A percepção visual da cor depende da absorção seletiva 
 de certos comprimentos de onda da luz incidente pelo 
 objeto colorido. 
 
 Os demais comprimentos de onda são refletidos ou 
 transmitidos de acordo com a natureza do objeto e são 
 percebidos pelo olho como a cor do objeto. 
 
 Objeto branco: reflete igualmente todos os comprimentos 
 de onda. 
 
 Objeto preto: reflete pouca luz de qualquer comprimento 
 de onda. 
 
 Se a luz vermelha for absorvida da luz branca, então a luz 
 transmitida ou refletida será verde. 
 
 
 Entretanto, se a luz verde for removida, a luz que 
 aparecerá será vermelha. 
 
 
 As cores vermelho e verde são cores complementares, 
 ou seja, cada uma é a cor que permanece depois que a 
 outra é removida. 
4. Colorimetria 
Figura 5: Roda de cores. 
Neste círculo de 
cores, as cores 
complementares 
entre si estão 
localizadas em 
posições opostas. 
 
Comprimento de Onda de 
Máxima Absorção (nm) 
Cor 
Absorvida 
Cor Observada 
380 – 420 Violeta Verde-amarelo 
420 – 440 Violeta-azul Amarelo 
440 – 470 Azul Laranja 
470 – 500 Azul-verde Vermelho 
500 – 520 Verde Roxo 
520 – 550 Amarelo-
verde 
Violeta 
550 – 580 Amarelo Violeta-azul 
580 – 620 Laranja Azul 
620 – 680 Vermelho Azul-verde 
680 – 780 Roxo Verde 
Tabela 1: Cores da Luz Visível. 
 Exercício 1: O íon Cr(II) em água, [Cr(H2O)6]
2+, absorve 
 luz com comprimento de onda de 700 nm. Qual a cor da 
 solução? Justifique. 
4. Colorimetria 
 
 A base de uma análise colorimétrica é a variação de 
 cor da solução em função da concentração do analito. 
 
 A cor da solução é, usualmente devida, à formação de 
 de um composto colorido pela adição de um reagente 
 apropriado ou é inerente ao constituinte que se deseja 
 analisar. 
 
 A intensidade da cor é comparada com a intensidade 
 da cor que se obtém com o mesmo procedimento pelo 
 tratamento de uma amostra cuja quantidade e concen- 
 tração são conhecidas. 
 
4. Colorimetria 
Figura 6: Comparação de cor. 
 A absorção de radiação UV-Visível se deve ao fato das 
 moléculas apresentarem elétrons que podem ser 
 promovidos a níveis de energia mais elevados mediante 
 a absorção de energia. 
 
 
 Em alguns casos a energia necessária é proporcionada 
 pela radiação com comprimentos de onda no visível e o 
 espectro de absorção estará na região visível. 
 
 
 Em outros casos, é necessária energia maior, associada 
 à radiação ultravioleta. 
5. Absorção de Luz 
Figura 7: Espectro eletromagnético, mostrando os processos moleculares 
que ocorrem quando a luz é absorvida em cada região. 
 Um espectro de absorção 
 é um gráfico mostrando 
 como A (ou ) varia com o 
 comprimento de onda, . 
Figura 8: Espectros de absorção 
de alguns compostos orgânicos. 
7. Espectros de Absorção 
Figura 9: (a) Espectro visível projetado da luz branca, dicromato de potássio, 
azul de bromofenol e fenoltaleína (de cima para baixo). (b) Espectro de absorção 
visível dos mesmos compostos registrados com um espectrofotômetro. 
7. Espectros de Absorção 
7. Espectros de Absorção 
Possibilitam: 
 
 Identificar substâncias: as curvas de absorção são uma 
 espécie de “impressão digital” das substâncias e caracte- 
 rizam a presença desses compostos. 
 
 
 Identificar grupamentos químicos. 
 
 
 Indicar os comprimentos de onda para a dosagem das 
 substâncias. 
 
 
 
 Exercício 2: Uma solução padrão de determinado composto 
 orgânico exibe o espectro de absorção a seguir. 
 
 a) Considere a análise quantitativa deste composto, por 
 espectrofotometria e especifique em que comprimento 
 de onda você realizaria tal análise. Justifique sua 
 resposta. 
 
 b) Especifique a cor predominante da luz absorvida e a cor 
 da luz transmitida pela solução em questão. Justifique 
 sua resposta. 
400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
A
bs
or
vâ
nc
ia
Comprimento de Onda (nm)
Fonte de Luz Amostra 
Detector 
de Luz 
Seletor de 
(Monocromador) 
P0 P 
b 
Figura 10: Diagrama esquemático de um experimento espectrofotométrico.8. Lei de Beer-Lambert 
 No diagrama acima: 
 
 - P0: radiação incidente; 
 - P: radiação transmitida; 
 - b ou l: passo óptico ou caminho óptico. 
8. Lei de Beer-Lambert 
 
 Transmitância, T: fração da radiação incidente que é 
 transmitida pela amostra. 
 
 T = P/P0 EQ. 1 
 
 A transmitância percentual ou porcentagem de 
 transmitância é simplesmente 100T. 
 
 Absorvância ou Absorbância (A): 
 
 A = - log T EQ. 2 
 
 A = a.l.c EQ. 3 
 
8. Lei de Beer-Lambert 
 
Exercício 3: Qual o valor da absorbância correspondente 
à T = 45%? Se uma solução 0,01 mol/L exibe T = 45%, 
qual será a porcentagem de transmitância para uma 
solução, do mesmo composto, de concentração igual a 
0,02 mol/L. 
 
 Resp.: A = 0,346; %T = 20% 
8. Lei de Beer-Lambert 
 
 A Eq. 3, conhecida como Lei de Beer-Lambert, é a 
 equação fundamental da espectrofotometria e mostra 
 que a absorvância é diretamente proporcional a 
 concentração da espécie que absorve radiação de um 
 dado . 
 
 A = a.l.c EQ. 3 
 
 Na EQ. 3: 
 A: absorbância ou absorvância; 
 a: absortividade; 
 l: caminho óptico ou passo óptico; 
 c: concentração da espécie absorvente ou 
 analito. 
8. Lei de Beer-Lambert 
 Na figura abaixo, a absorbância, como é evidenciado 
 pela cor, é proporcional à concentração de ferro. 
Figura 11: Balões volumétricos contendo [Fe(fenatrolina)3]
2+ com 
concentrações de Fe na faixa entre 1 mg/L (esquerda) até 10 mg/L 
(direita). 
8. Lei de Beer-Lambert 
 
 A absortividade, a: 
 
 - Depende do comprimento de onda e da natureza do 
 material absorvente. 
 
 - Pode ser expressa, por exemplo, em cm-1 g-1 L ou em 
 cm-1 mol-1 L, dependendo das unidades da concentração, 
 c. 
 
 - É expressa em cm-1 mol-1 L, quando a concentração,c, 
 estiver em mol/L. Neste caso, a absortividade recebe o 
 símbolo e é denominada absortividade molar ou 
 coeficiente de absorção molar ou ainda, coeficiente 
 de extinção molar (na literatura mais antiga). 
8. Lei de Beer-Lambert 
 
 Exercício 4: 15 mg de um composto, que apresenta 
 massa molar = 384,63 g/mol, foram dissolvidas em água 
 preparando-se 5,00 mL de solução. 1,00 mL dessa 
 solução foi diluído à 10,0 mL. 
 a) Qual a concentração da solução preparada inicialmen- 
 te? 
b) Qual a concentração da solução diluída do composto? 
c) Considerando que a solução diluída foi transferida para 
uma cubeta de 0,5 cm de caminho ótico e que absorbân- 
 cia desta solução foi medida em = 495 nm, sendo 
A = 0,634, calcule a absortividade molar, , do composto 
 no comprimento de onda em questão. 
 
 Resp.: 7,80x10-3 mol/L; 7,80x10-4 mol/L ;1626 cm-1 mol-1 L 
 Em espectrofotometria uv-visível, l é geralmente igual 
 a 1,00 cm. 
 
 Um gráfico de A versus c fornece uma reta. A inclinação 
 desta reta corresponde a absortividade do analito, num 
 dado . Esse gráfico é denominado curva analítica ou 
 curva de calibração. 
Canalito (mol/L) 
A 
) 
 
Curva Analítica ou 
Curva de Calibração 
 Quanto maior a absortividade 
 molar, , maior a absorvância. 
 Exercício 5: 
Fe(III) pode ser determinado espectrofotometricamente por reação com SCN-, para produzir um 
complexo vermelho, [Fe(SCN)6]
3-, que absorve fortemente em 480 nm. Um litro de solução padrão 
estoque de Fe(III) foi preparado a partir de 0,8640 g de sulfato férrico amoniacal, FeNH4(SO4)2.12H2O 
(massa molar = 482,19 g mol-1). Três soluções padrões foram preparadas por diluição da solução 
estoque de Fe(III), transferindo-se alíquotas de 2,5, 3,5 e 4,5 mL de tal solução para balões volumétricos 
de 100 mL e completando-se o volume de cada um, com água destilada. Uma amostra sólida foi transferida 
para um balão volumétrico de 100 mL e dissolvida com água destilada, preparando-se 100 mL de uma 
solução da amostra. Considerando os valores de absorbância (A) a seguir e l = 1 cm: 
 
a) Construa a curva analítica ou curva de calibração. 
b) Calcule a absortividade molar (ε) do composto, no comprimento de onda em questão; 
c) Calcule quantos miligramas de Fe(III) estão presentes na amostra. 
 
Solução A CFe/ mol L
-
1 
Padrão 1 0,342 4,480x10-5 
Padrão 2 0,479 6,272x10-5 
Padrão 3 0,616 8,064x10-5 
Amostra 0,463 ? 
max 480 nm 
Espécie absorvente: [Fe(SCN)6]
3- 
Figura 12: Espectros da espécie [Fe(SCN)6]
3- , em diferentes 
concentrações. 
Figura 13: Curva analítica ou curva de calibração (item a). 
4,0x10
-5
4,5x10
-5
5,0x10
-5
5,5x10
-5
6,0x10
-5
6,5x10
-5
7,0x10
-5
7,5x10
-5
8,0x10
-5
8,5x10
-5
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
Y = a + b.X
Y = -0,0005 + 7645X
R = 1
A
bs
or
vâ
nc
ia
C
Fe
3+ (mol/L)
 Exercício 5: 
 
 b) = 7645 cm-1 mol-1 L 
 
 
 c) Aamostra = 0,463 
 
 Eq. da reta: Y = - 0,0005 + 7645X 
 0,463 = - 0,0005 + 7645X 
 X = 6,05x10-5 mol L-1 
 
 Em 100 mL da solução da amostra 6,05x10-6 mol de 
 Fe3+ = 0,339 mg 
8. Lei de Beer-Lambert (Desvios) 
A lei de Beer descreve o comportamento da absorção 
apenas para soluções diluídas. 
 
Em concentrações acima de 0,01 mol L-1, haverá 
desvios da relação linear entre a absorvância e a 
concentração. 
 
 Ocorrem desvios quando o soluto colorido ioniza-se, 
 dissocia-se ou se associa em solução. 
 
 Altas concentrações de eletrólitos leva a um afasta- 
 mento da lei de Beer. 
 
 Ocorrem discrepâncias quando a luz usada não é 
 monocromática. 
9. Instrumentação 
 
 O instrumento necessário para uma análise 
 espectrofométrica é o Espectrofotômetro. 
 
 
 As partes essenciais de um espectrofotômetro são: 
 - Fonte de energia; 
 - Monocromador; 
 - Células (ou cubetas) de vidro, ou de quartzo, para o 
 branco e para a amostra; 
 - Detector. 
9. Funcionamento do Espectrofotômetro 
 
 A luz proveniente de uma fonte contínua passa por um 
 monocromador, que seleciona uma estreita faixa de 
 comprimentos de onda do feixe incidente. Essa luz 
 “monocromática” passa pela amostra de comprimento 
 b, e a energia radiante da luz emergente é medida 
 (vide diagrama abaixo). 
Fonte de Luz 
Seletor de 
(Monocromador) 
Amostra 
Detector 
de Luz 
P0 P 
b 
Figura 14: Diagrama esquemático de um experimento espectrofotométrico. 
Figura 15: Espectrofotômetro modelo Spectronic 20. 
Espectrofotômetro de feixe simples. 
Espectrofotômetro para a Região Visível 
Figura 16: Espectrofotômetro Varian Cary 3E Ultravioleta-Visível. 
Espectrofotômetro de Feixe Duplo. 
Espectrofotômetro para as Regiões UV-Visível 
Fontes de Radiação 
Lâmpada de Deutério 
 ( : 160 – 380 nm) 
Lâmpada de Tungstênio 
 ( : 350 – 2200 nm) 
Células ou Cubetas 
Compartimento para a Amostra 
10.Precauções 
 
 Para uma análise espectrofotométrica, geralmente 
 escolhe-se o comprimento de máxima absorvância ( max). 
 Justificativa: a sensibilidade da análise é maior na 
 absorvância máxima. 
 
 É desejável ajustar a concentração da amostra de forma 
 que a sua absorvância fique dentro seguinte faixa: 
 0,4 A 0,9, pois a maioria dos espectrofotômetros 
 exibe o mínimo de incerteza dentro desse intervalo. 
 
 O local da amostra deve estar vedado à luz. 
 
 Todos os recipientes devem ser cobertos para impedir 
 a entrada de poeira, pois o pó dispersa a luz. 
10. Precauções 
 
 
 O manuseio das cubetas deve ser feito com um tecido, 
 para impedir que as pontas dos dedos entrem em contato 
 com as faces. 
 
 Mantenha os dedos longe das faces limpas da cubeta, 
 pois as impressões digitais dispersam e absorvem a luz. 
 
 Para leituras precisas, é importante posicionar a cubeta 
 no espectrofotômetro da maneira mais reprodutível 
 possível. Justificativa: uma variação aleatória na 
 absorvância surge de pequenas diferenças da posição 
 da cubeta no seu suporte.