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Alessandra Nesi, Launete Jung, Letícia Maciel e Mateus Kaiser
Tópicos Avançados em química analítica
Marla Sganzerla 
14/11/2017
Espectroscopia de Infravermelho
Introdução
A espectroscopia de Infravermelho (IV) consiste no estudo da interação da radiação infravermelha com a matéria. Esta interação é representada num gráfico que relaciona a intensidade da radiação absorvida pela matéria com o comprimento de onda dessa radiação – o espectro de IV. 
A região do infravermelho estende-se desde o final da região espectral visível (700 nm) até ao início da região espectral do Infravermelho fundamental (2500 nm)
Introdução
Histórico 
Frederick William Herschel foi o responsável pela descoberta da região do infravermelho. Em 1800, ele executou um experimento utilizando papelão e termômetros com bulbos pretos, com a finalidade de medir as temperaturas relacionadas às diferentes cores do prismas. E assim, observou um aumento da temperatura à medida que movia o termômetro do violeta para o vermelho, no espectro criado pela luz do sol atravessando o prisma. Percebeu que, além da luz vermelha visível, ocorria temperatura mais elevada, sendo esta região, mais tarde, chamada de infravermelho próximo.
Equipamentos
 A espectroscopia FTIR, Fourier Transform InfraRed (Transformada de Fourier Infravermelho), é o método de espectroscopia infravermelho mais utilizado;
Imagem dos componentes internos do espectrómetro FTIR Nicolet 6700
Equipamentos
Nesse sistema, a radiação de uma fonte monocromática hipotética é dividida em dois feixes, cada um correspondendo idealmente a 50% do original, no "beamsplitter" (divisor de feixe). Um dos feixes (A) segue em direção ao espelho de posição fixa no qual reflete de volta para o "beamsplitter", onde parte deste feixe reflete de volta para a fonte e parte vai para o detector. O outro feixe (B) parte do "beamsplitter" em direção ao espelho móvel. O espelho móvel também reflete o feixe B, parte de volta para a fonte e parte para o detector. 
Equipamentos
Este método é baseado na interferência da radiação entre dois feixes resultando um interferograma. Um interferograma é o registo do sinal produzido pela combinação das múltiplas frequências possíveis de obter com a transformada de Fourier. A conversão do interferograma para espectro é conseguida pelo tratamento matemático com transformadas de Fourier representado na figura a baixo.
Equipamentos
Esquema do processo de análise de uma amostra
Equipamentos
Espectrofotômetro de FTIR
Vantagens e desvantagens da espectroscopia de infravermelho 
Vantagens: 
Técnica sensível: ao utilizar o espectrómetro de IV com um cromatógrafo (de gás), pode-se obter o espectro de uma amostra de até 5-9 gramas. Sem o cromatógrafo a técnica permite analisar até 1-6 gramas; 
Não necessita de preparação da amostra, poupando tempo e reagentes;
Vantagens e desvantagens da espectroscopia de infravermelho 
Vantagens:
 
É uma técnica não destrutiva e não invasiva (adequado para uso in-process);
Tem uma aplicação quase universal (qualquer molécula que contenha as ligações C-H, N-H, S-H ou O-H pode ser analisada);
o tempo de análise pode ser de apenas alguns segundos.
Vantagens e desvantagens da espectroscopia de infravermelho 
Desvantagens:
Técnica não aconselhável para caracterizar misturas complexas;
 
Soluções aquosas são difíceis de analisar pois a água absorve grande parte da radiação;
Requer instrumentos muito sensíveis e devidamente calibrados;
Os espectros de Infravermelho são complexos e não são de interpretação direta;
Não detecta entidades monoatómicas (átomos isolados, íons monoatómicos, gases raros como o He e Ar) ; 
Aplicações
Agricultura: determinação de óleo, umidade, proteína, gordura, aminoácido, carboidratos e açúcar em vários tipos de grãos (arroz, milho, soja, trigo);
Indústria alimentícia: controle de homogeneidade em maionese, determinação de gordura, proteína e umidade em queijos;
Indústria petroquímica: determinação da composição da matéria prima e de derivados do petróleo;
Indústria de papel: determinação de lignina, graxas, resinas e umidade; 
Aplicações
Indústria de polímeros: determinação do número de hidroxilas, acidez, comprimento e ramificação de cadeias, grau de insaturação, identificação de material para reciclagem;
Indústria farmacêutica: determinação de tamanho de partículas, identificação de medicamentos falsificados e recentemente princípios ativos;
Estudos biológicos e médicos: interações água-proteína, determinação de crescimento bacteriológico em compostos estéreis, determinação de açúcar e oxigênio em sangue;
Aplicações
Termografia:
Consiste na detecção de radiação infravermelha emitida pelo corpo estudado (objeto), que é invisível ao olho humano, e a transforma em “imagens térmicas visíveis”, com a possibilidade de convertê-las para leituras de temperaturas. A termografia se utiliza de termovisores, que são detectores que respondem na faixa do espectro.
Artigo:
Aplicações da espectroscopia no infravermelho no controle de qualidade
de medicamentos contendo diclofenaco de potássio. Parte I : Dosagem
por regressão multivariada
Introdução 
Com o avanço na área computacional, avanço da técnica de infravermelho possibilitou a análise de misturas complexas;
A análise garante a caracterização de fármacos com extrema rapidez;
Realizada através da espectroscopia por refletância difusa no infravermelho com transformada de Fourier aliada a ferramentas quimiométricas de análise multivariada;
Diclofenaco: Conhecidos pela humanidade há cerca de cem anos, os AINEs estão entre os agentes farmacológicos mais utilizados na prática médica;
Introdução 
50 tipo de AINES diferentes no mercado;
Podem causar efeitos que acarretam disfunções sobre os sistemas cardiovascular, cerebrovascular, renal e reprodutor feminino;
Utilizado em mais de 120 países;
Responsáveis por quase 25% das reações adversas a drogas notificadas oficialmente no Reino Unido;
Introdução 
Segundo a European Pharmacopoeia (2001) a identificação pode ser realizada através da espectroscopia no infravermelho ou por cromatografia em camada delgada comparando-se o tempo de retenção empregando-se amostras padrões já a quantificação se usando CLAE com detector UV;
Existem outras técnicas mais a maioria causaria a destruição da amostra e longos tempos de análise.
Introdução 
Espectroscopia por refletância difusa no
infravermelho com transformada de Fourier:
A espectroscopia por refletância difusa é principalmente observada em amostras sólidas pulverizadas;
A refletância difusa é observada quando uma luz incide em uma matriz descontínua, penetra na amostra (amostras do tipo pó, sólido, placa ou filme) e reflete trazendo informações espectrais;
Uma importante diferença entre a transmissão e a refletância se dá devido o diferente caminho óptico percorrido pela luz;
Introdução 
Espectroscopia por refletância difusa no
infravermelho com transformada de Fourier:
Além da refletância difusa será também observada a reflexão especular;
Infravermelho próximo e infravermelho médio;
Uma maneira de contornar esse efeito não desejado é diluindo a amostra numa matriz não absorvente;
Os métodos de análise multivariada aplicados na modelagem são assim chamados pois no caso da espectroscopia permitem manipular dados de absorbância espectrais associadas a uma ou mais frequências ao mesmo tempo.
Introdução 
Regressão por mínimos quadrados parciais: 
O algoritmo reduz o número de preditores usando uma técnica semelhante à análise de componentes principais para extrair um conjunto de componentes que descreve a correlação máxima entre os preditores e as variáveis de resposta;
A PLS pode calcular tantos componentes quanto o número de preditores; 
frequentemente, usa-se a validação cruzada para identificar o conjunto menor de componentes que fornecem a maior capacidade preditiva;
A regressão
PLS ajusta as múltiplas variáveis ​​de resposta em um único modelo.
Matérias e Métodos
Amostragem:
Segundo a literatura, o diclofenaco de potássio (DK), deve possuir não menos de 99% e não mais de 101,0% de potássio [sal potássico do ácido o-(2,6dicloroanilina)fenil acético] acetato.
Fórmula molecular: C14H10Cl2KNO2
Peso molecular: 334,24g.mol-1
Fórmula estrutural diclofenaco
Matérias e Métodos
Amostragem:
O princípio ativo DK, foi manipulado juntamente com o excipiente amido, de forma a se obter um conjunto de amostras com diferentes concentrações;
Foram pesadas quantidades calculadas de princípio ativo, e de amido separadamente, que posteriormente foram misturados;
 
A variação da concentração deste conjunto foi de 0,15 mg/g acima e abaixo das concentrações usualmente comercializadas. Conferindo-se a variação de 0,02 mg/g para cada amostra, produzindo um grupo de 20 amostras;
Cada amostra foi armazenada em frascos de vidro “snap-cap” - > submetido a homogeneização mecânica - > 3 horas.
Matérias e Métodos
Aquisição de Espectros:
Os espectros das amostras foram obtidos em duplicata num espectrômetro acoplado a um acessório de refletância difusa, com resolução de 4cm-1 e 32 varreduras, totalizando 40 espectros. Antes de cada amostra, foi obtido o espectro de referência (background) utilizando-se uma peça maciça de alumínio, cuja superfície foi previamente lixada, tornando-a fosca. 
Matérias e Métodos
Conjunto de espectros DRIFTS das amostras de diclofenaco de potássio.
Matérias e Métodos
Aquisição de Espectros:
Foi selecionado o conjunto de regiões de maior interesse empregando o método de subtração de espectros, que consiste em subtrair os espectros de amostras com concentrações extremas do fármaco analisado, e, a partir daí, subdividir os espectros em sub-regiões que serão posteriormente empregadas na modelagem. 
Tabela 1 - Regiões selecionadas através do método de subtração de espectros para o princípio ativo DK.
Matérias e Métodos
Conjunto de perfis da subtração entre os espectros das amostras com alta e baixa concentrações de DK.
Matérias e Métodos
Análise Multivariada
Para que um modelo seja eficiente, é necessário que ele descreva da melhor forma possível a situação real, levando-se em conta o maior número possível de variações. Quanto maior o número de fatores no modelo, menor será o desvio da reta de calibração. Porém, o aumento de fatores também aumenta o ruído e os erros de modelagem.
Matérias e Métodos
Análise Multivariada
Na avaliação do conjunto de amostras de validação pode-se utilizar o RMSEV (Root Mean Square Error of Validation), ou simplesmente SEV (Standard Error of Validation).
 
Critério bastante útil quando se deseja avaliar se o modelo tende a superdimensionar o número de VLs a serem empregadas. Os valores de RMSEV, são calculados com os yi de referência e os valores estimados com o conjunto de validação.
Matérias e Métodos
Análise Multivariada
A determinação do número apropriado de fatores a serem utilizados, foi realizada pela análise do RMSEV, onde o modelo mais apropriado é alcançado quando se permite a utilização de um número mínimo destes fatores, com menor valor de RMSEV associado.
Resultados e Discussão 
Foram variados 10 fatores e 5 regiões;
Foi tentado encontrar o menor número de fatores para o menor RMSEV;
Observou-se que quanto menor o uso de fatores menor o RMSEV;
Resultados e Discussão 
Onde foram testados as regiões 1, 2 e 3 para até 3 variáveis latentes e chegando a um valor de R² bem aceitável
Resultados e Discussão 
Utilizando o MATLAB reforçou-se o melhor desempenho dos modelos construídos com a região 1 e com a combinação das regiões 2 e 3, uma vez que apresentaram maior seletividade tanto para os espectros de calibração quanto de validação.
Conclusão
Verificou-se que a técnica DRIFTS associada do método de calibração PLS, se apresentou como excelente alternativa para a quantificação de diclofenaco de potássio, ratificando as potencialidades das técnicas de refletância que empregam regiões no infravermelho médio para a construção de modelos de previsão.
ESPECTROSCOPIA no Infravermelho. Disponível em: <http://www.ufjf.br/quimicaead/files/2013/05/ESPECTROSCOPIA-NO-INFRAVERMELHO-PARTE1.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2017.
LEITE, Joana Gonçalves. Aplicação das Técnicas de Espectroscopia FTIR e de Micro Espectroscopia Confocal Raman à Preservação do Património. 2008. Disponível em: <https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/58443/2/Texto integral.pdfv>. Acesso em: 11 nov. 2017.
MAGALHÃES, Diogo Faria. Aplicações da Espectroscopia de Infravermelho Próximo na Monitorização de Processos Farmacêuticos. 2014. 110 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado em Química Tecnológica, Departamento de Química e Bioquímica, Universidade de Lisboa, Lisboa, 2014. Disponível em: <http://repositorio.ul.pt/bitstream/10451/15541/1/ulfc111897_tm_Diogo_Magalhães.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2017.
Referências 
MARIN, Eder Prodossimo. ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO E SUAS APLICAÇÕES. 2013. 73 f. TCC (Graduação) - Curso de Física, Instituto de GeociÊncias e CiÊncias Exatas, Universidade Estadual Paulista “julio de Mesquita Filho”, Rio Claro, 2013. Disponível em: <https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/119826/marin_ep_tcc_rcla.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. Acesso em: 11 nov. 2017.
MONTEIRO, Gonçalo Murteira Machado. Análise de Revestimentos Orgânicos por Espectroscopia de Infravermelho: Construção de uma base de dados de espectros. 2007. 85 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia dos Materias, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2007. Disponível em: <https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/395137461902/Tese Final de Mestrado.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2017.
TOSCAN, Angelisa. ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO E MÉTODO QUIMIOMÉTRICO PARA A PESQUISA DE ANTIMICROBIANOS EM LEITE DA MICRORREGIÃO DE PATO BRANCO – PR. 2016. 106 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, Universidade TecnolÓgica Federal do ParanÁ, Pato Branco, 2016. Disponível em: <http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/1766/1/PB_PPGTP_M_Toscan, Angelisa_2016.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2017.
Referências 
Obrigado.