Espectrofotometria QUI A01

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05/09/2016
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ESPECTROFOTOMETRIA DE 
ABSORÇÃO MOLECULAR NAS 
REGIÕES DO VISÍVEL E 
ULTRAVIOLETA 
Classificação dos Métodos de Análise
Análise Química
Métodos InstrumentaisMétodos Clássicos
(Via úmida)
Gravimetria Volumetria
Métodos
Óticos
Métodos
Eletroanalíticos
Métodos
de Separação
Métodos óticos: utilizam luz para determinar concentrações
químicas através de medidas de interações da radiação com a
matéria.
FUNDAMENTOS DA 
ESPECTROFOTOMETRIA
Espectrofotometria: processo que utiliza luz
para medir concentrações químicas.
 Interação da Radiação com a matéria Métodos espectroscópicos 
Propriedades da Luz
 Ondas luminosas: campos elétricos e magnéticos oscilantes,
perpendiculares
Propriedades da Luz
DIREÇÃO DE 
PROPAGAÇÃO
 Radiação eletromagnética:
possui propriedades ondulatórias
e corpusculares.
Difração
Transmissão
Refração
Reflexão, 
Espalhamento
Polarização
descritos considerando a 
radiação eletromagnética 
como um movimento 
ondulatório
Propriedades da Luz
DIREÇÃO DE 
PROPAGAÇÃO
 Radiação eletromagnética:
possui propriedades ondulatórias
e corpusculares.
Emissão
Absorção
descritos considerando que a 
radiação eletromagnética 
consiste de partículas discretas 
de energia, chamadas fótons ou 
quantum
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PROPRIEDADES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Comprimento 
de Onda
• Velocidade: A velocidade da luz no vácuo (c) é aproximadamente
2,998 x 108 m/s. Em outro meio que não o vácuo, a velocidade da luz
é c/n, onde n é o índice de refração do meio.
• Comprimento de Onda (l): distância entre as cristas da onda.
• Freqüência (n): número de oscilações completas que a onda faz 
que a onda faz a cada segundo.
• Relação entre freqüência e comprimento de onda: c = n. l
Características
PROPRIEDADES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Comprimento 
de Onda
•Amplitude: a “altura” de uma onda.
•Energia (E): a energia de um fóton de luz.
E = h . n (onde h é a constante de Plank = 6,626 x 10-34 J/s) ou
E = h . c
l
Características
INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
COM O MEIO MATERIAL
Reflexão: ocorre quando um feixe de radiação alcança a interface 
que separa dois meios com índice de refração diferentes.
Superfície Espelhada
Luz
Incidente
Luz
Refletida
INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
COM O MEIO MATERIAL
Refração: mudança brusca de direção ao passar de um meio para
outro, decorrente da diferença das velocidades da radiação nos
dois meios.
Índice de refração n1
Índice de refração n2
Luz
Incidente
Luz
Refletida
Luz
Refratada
INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
COM O MEIO MATERIAL
Difração: fenômeno observado quando um feixe de radiação
passa pela borda de um material opaco ou uma fenda. A radiação
se esparrama lateralmente, se distribuindo sobre as áreas que
estariam em sobre, caso persistisse a propagação linear.
INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
COM O MEIO MATERIAL
Dispersão: variação do índice de refração com o comprimento de
onda. Um feixe policromático de radiação visível é disperso em seus
comprimentos de onda quando incide sobre um prisma ou uma rede
de dispersão.
Fonte de
Luz
Fenda Prisma
Superfície fotográfica
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INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
COM O MEIO MATERIAL
Absorção: quando uma molécula absorve um fóton, a energia da
molécula aumenta. Diz-se que a molécula é promovida para um
estado excitado. Se uma molécula emite um fóton, a energia da
molécula diminui. O estado de menor energia de uma molécula é
chamado de estado fundamental.
O Espectro Eletromagnético
- Ondas de Rádio: promovem alteração de spin.
- Microondas: estimula o movimento rotacional das moléculas 
quando ela é absorvida.
- Infravermelho: estimula as vibrações das moléculas.
- Luz visível e radiação ultravioleta: provocam a promoção dos 
elétrons para orbitais de maior energia.
- Raios X: quebram as ligações químicas e ionizam as moléculas.
Raios  Raios 
x
micro-
ondas
Experiência com AgCl: UV (Scheele, 1777)
Experiência com temperatura: IR (Hershel, 1800)
Espectro Visível
infravermelho ultravioleta
O Espectro Eletromagnético
Cores da Luz Visível
A percepção de cor resulta da absorção
seletiva de certos comprimentos de onda. Os
demais comprimentos são transmitidos ou
refletidos e percebemos como cor do objeto.
Medidas Espectrométricas
M + hn  M*
En
erg
ia
Absorção Emissão
Estado Fundamental
Estados excitados
En
erg
ia
Absorção Emissão
Estado Fundamental
Estados excitados
Absorção de radiação por 
espécies moleculares
M + hn  M*
 rotação
 vibração
 transições eletrônicas
Energia{
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Absorção de Radiação Eletromagnética
Espectro de Absorção
O que é medido?
 Um feixe de radiação
monocromática, de potência
radiante Po incide na solução
absorvente.
 Devido ás interações entre os
fótons e as partículas absorventes, a
potência radiante do feixe decresce
de Po para P.
A transmitância percentual é simplesmente 100T e fica entre 0 e 100%.
A transmitância T da solução é a fração da radiação incidente transmitida pela
solução:
T=
P
Po
portanto, T está entre 0 e 1.
T=
P
Po
% x 100%
b
Po
P
b
Po
PO que é medido?
A absorvância A de uma solução
está relacionada com a
transmitância de forma logarítmica.
 Quando a absorvância de uma
solução aumenta, a transmitância
diminui.
b
Po
P
b
Po
P
Absorvância (A): TA
P
Po loglog 








Absorvância (A): TA
P
Po loglog 









 Se nenhuma luz é
absorvida, P = Po e A = 0.
 Se 90% da luz são
absorvidos, 10% são
transmitidos e A= 1.
Relação entre transmitância e absorvância:
P/Po %T A
1 100 0
0,1 10 1
0,01 1 2
Lei de Beer-Lambert
caminho ótico b
Po P
Espécie absorvente de
concentração “c”
A= abc
A = Absorvância
a = coeficiente de absortividade
b = caminho ótico
c = concentração da espécie absorvente
Lei de Beer: influência da largura do caminho ótico Lei de Beer: influência da concentração da solução
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Lei de Beer-Lambert
A= abc
A absorvância é diretamente proporcional à concentração, c, de
espécies absorventes de luz na amostra.
A grandeza “a” é chamada de absortividade e é característica de
cada espécie absorvente.
 Quando a concentração, c, da espécie é dada em mol/l, e o
caminho ótico, b, é dado em cm, a grandeza a é chamada
absortividade molar e é representada por e (épsilon).
Lei de Beer-Lambert
A= abc
Quando a absorvância varia de maneira não 
linear com respeito à concentração, há um 
desvio da lei de Beer.
Desvios da Lei de Beer
- Desvios Reais: limitações da 
lei de Beer.
- Desvios Aparentes:
Instrumentais
Químicos concentração
A
b
so
rv
â
n
ci
a
Desvio 
negativo
Desvio 
positivo
Desvios Reais: a lei de Beer é válida para baixas
concentrações do analito
- Interação entre os centros absorventes: interações alteram a
distribuição de carga das espécies, fazendo variar a energia
necessária para a excitação, alterando o valor do coeficiente de
absortividade.
- Variação do Índice de refração com a concentração: para baixas
concentrações, n é praticamente constante, entretanto para
concentrações mais altas, o índice de refração pode variar
sensivelmente. A absorbância e o coeficiente de absortividade
variam com o índice de refração.
Desvios da Lei de Beer
Desvio Químico: este fenômeno ocorre devido ao analito
está envolvido em uma reação de equilíbrio
Desvios da Lei de Beer
Associação, dissociaçãoou reação da espécie
absorvente.
Equilíbrio químico facilmente afetado por diluição,
variação de concentração de um dos componente da
reação, etc.
Desvio Instrumental: a lei de Beer é válida para uma
radiação monocromática, ou seja, para um único λ. Usando
uma radiação policromática ocorrem desvios negativos.
Desvios da Lei de Beer
Banda A
Banda B
Comprimento de onda
A
b
so
rb
an
ci
a
Banda A
Banda B
Concentração
A
b
so
rb
an
ci
a
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Análise Quantitativa
Procedimento
A espécie a ser analisada deve absorver luz em l conhecido.
Normalmente seleciona-se l onde absorvância é máxima: maior sensibilidade,
menor incerteza.
 O l de absorção deve ser diferenciado de outras substâncias presentes
na amostra.
 Conhecimento das variáveis que influenciam o espectro de absorção: pH,
solvente, interferentes, quantidade de reagentes, etc.
 Preparo do “branco”: contém todos os reagentes presentes na solução
da espécie a ser analisada, menos a espécie a ser analisada. Normalmente,
subtrai-se a absorbância do branco das absorbâncias das soluções padrões
e da amostra antes de realizar-se os cálculos.
 Construção da curva analítica de calibração: medida da absorbância
de várias soluções de concentração conhecida da espécie a ser
determinada.
1) Aplicabilidade
 Determinação de um elevado número de espécies orgânicas,
inorgânicas e bioquímicas
 Determinação, também, de espécies não absorventes
 Engloba cerca de 90 % de análises clínicas
Análise Quantitativa
2) Sensibilidade
 Limites de detecção: 10–4 a 10-5 mol L-1
 Com certas modificações de procedimento, os limites podem
chegar a 10–6 a 10-7 mol L-1
3) Seletividade
 Comprimentos de onda onde somente um componente
absorve.
 Possibilidade de correções matemáticas, mascaramento e
separações prévias.
Análise Quantitativa
4) Exatidão
 Erros na faixa de 1 a 5 %, podendo ser reduzidos com
precauções especiais
5) Facilidade
Medidas realizadas de forma fácil e rápida
Métodos podem ser automatizados
Análise Quantitativa Análise Quantitativa Análise Quantitativa
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Análise Quantitativa Análise de Mistura - Determinação Simultânea
- Cada centro atua de modo independente
sobre a radiação.
- A lei de Beer pode ser estendida a mistura
de vários componentes.
- Cada espécie possui absortividade diferente
e as absorvâncias se adicionam.
- Para uma mistura de dois componentes I e
II em certo l:
IIIIII bcabcaA 
A
b
so
rv
ân
ci
a
l1 l2
Análises Qualitativas
Absorção por moléculas orgânicas (180 e 780 nm) resulta de interações entre
fótons e elétrons
- Participantes de ligações
- Localizados em átomos como O, S, N e halogênios
Elétrons de ligações simples (C-C ou C-H) estão firmemente ligados: excitação
requer alta energia (<180 nm).
 Elétrons envolvidos em ligações duplas ou triplas não são fortemente ligados: 
mais facilmente excitados
 Cromóforos: grupos funcionais orgânicos insaturados que absorvem no UV-
Vis. 
A posição e intensidade os picos podem servir para identificação das 
substâncias.
Análises Qualitativas
Cromóforo Exemplo Solvente lmáx (nm) 
Alceno conjugado CH2=CHCH= CH2 n-Heptano 217 
Carbonila CH3(C=O)CH3 n-Heptano 280 
Carboxila CH3(C=O)OH Etanol 204 
Azo CH3N=N CH3 Etanol 339 
 
Composto lmáx (nm) 
CH3I 258 
(CH3)2S 229 
CH3NH2 215 
(CH3)3N 227 
 
Análises Qualitativas
 Radiação ultravioleta pode ser utilizada na detecção de grupos 
cromóforos.
 Comparam-se os espectros de UV do grupo, comparando-se 
com o de moléculas mais simples.
 No entanto, a estrutura do espectro de UV não é suficientemente 
fina para uma identificação inequívoca.
 Geralmente, espectros de UV devem ser acompanhados de 
RMN, EM, solubilidade e pontos de fusão ou ebulição.
Análises Qualitativas
 Íons e complexos de elementos de transição absorvem bandas de radiação 
visível: coloridos.
Absorção envolve transições entre orbitais d com energias que dependem dos 
ligantes.
400 500 600 700
Comprimento de onda (nm)
400 500 600 700
Comprimento de onda (nm)
Cu2+
Pr3+
400 500 600 700
Comprimento de onda (nm)
400 500 600 700
Comprimento de onda (nm)
Cu2+
Pr3+
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O Espectrofotômetro
- Sistema para medir a absorvância da luz.
lâmpada
lentes/
fenda
monocromador
Compartimento
para amostra
detetor
amplificador processador
Partes do Espectrofotômetro
Fontes de Radiação - Requisitos
 Intensidade de radiação elevada.
 Emitir em uma ampla faixa de
comprimento de onda.
 Intensidade constante com o tempo.
Partes do Espectrofotômetro
Fontes de Radiação
-Lâmpada de tungstênio: fonte de radiação visível e
infravermelho próximo. Opera numa temperatura de 3000
K e produz radiação útil na faixa de 320 a 2500 nm.
-Lâmpada de deutério: usado na espectroscopia UV.
Neste tipo de lâmpada uma descarga elétrica dissocia o D2
e emite radiação de 180 a 370 nm.
- Lâmpada de gás xenônio: regiões visível e ultravioleta
(250 a 600 nm), radiação muito intensa.
Partes do Espectrofotômetro
Fontes de Radiação
Partes do Espectrofotômetro
Monocromadores
 Pureza espectral
 Dispersão
 Resolução
 Poder de coleta
Requisitos
 Filtros
 Prismas
 Redes de difração
Tipos
Partes do Espectrofotômetro
Monocromadores - Tipos
Filtros
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Partes do Espectrofotômetro
Monocromadores - Tipos
Prismas
Partes do Espectrofotômetro
Monocromadores - Tipos
Redes de difração: mais baratas que prismas;
produzem equipamentos compactos e simples
Dispositivo constituído
de uma série de
ranhuras muito
próximas, paralelas e
eqüidistantes traçadas
sobre uma placa de
vidro, metálica ou de
um polímero.
Partes do Espectrofotômetro
Monocromadores - Tipos
 Alguns monocromadores possuem fendas ajustáveis, que
permitem o ajuste da largura de banda
 Uma fenda estreita diminui a largura de banda, mas
diminui também a potência do feixe
 A largura mínima da fenda pode ser, então, limitada pela
sensibilidade do detector.
Partes do Espectrofotômetro
Celas de medida
Para a espectrometria molecular UV-visível, uma amostra, geralmente
líquida é colocada numa célula chamada de cubeta que possui faces planas.
Partes do Espectrofotômetro
Celas de medida
Partes do Espectrofotômetro
Detectores - Requisitos
 Respostas rápidas a baixos níveis de energia
radiante.
 Resposta em faixa ampla de comprimento de onda.
 Baixo nível de ruído.
 Sinal elétrico proporcional a potência radiante do
feixe
Requisitos
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Partes do Espectrofotômetro
Detectores
 Resposta baseada no efeito
fotoelétrico.
 Cátodo fotoemissivo que
emite elétrons quando
irradiado com luz.
Fototubo
Partes do Espectrofotômetro
Detectores
 Resposta baseada no
efeito fotoelétrico.
Mais sensível que o
fototubo.
Apresenta uma série de
eletrodos.
Fotomultiplicador
Partes do Espectrofotômetro
Detectores
 Dispositivos semicondutores que
respondem á luz incidente.
A radiação incidente no diodo aumenta
a condutividade que é medida e é
diretamente proporcional á potencia
radiante.
Mais sensível que o fototubo e menos
sensível que um tubo fotomultiplicador.
Fotodiodos
Espectrofotômetros Espectrofotômetros Multicanal Aplicações
Um grande número de espécies inorgânicas, orgânicas e
bioquímicas pode ser determinado através da espectrometria de
absorção molecular.
Aplicações a Espécies Absorventes: muitos reagentes orgânicos possuem grupos
cromóforos que permitem que determinações diretas sejam realizadas. Ex: -
caroteno (450 nm), cafeína (275nm), AAS (275 nm).
Aplicações a Espécies Não-Absorventes: Muitos analitos não absorventes podem
ser determinados submetendo-os a uma reação com reagentes adequados para gerar
produtos que absorvem nas regiões do UV-VIS. Ex: dietilcarbamato para
determinação de cobre, 1,10-fenantrolina para determinação de ferro,
dimitilglioxima para determinação de níquel.
Titulações Fotométricas: as medidas de absorvância são úteis para localização de
pontos de equivalência de titulações onde um ou mais reagntes ou produtos
absorvam radiação.
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Aplicações
Para determinação de espécies iônicas metálicas, normalmente, o
analito deve ser convertido em uma espécie absorvente mediante
uma reação apropriada. N
S
N N
HO
 Zn
+2
N
S
N N
O
N
S
NN
O
Zn
+
+ 2 H
+2
Aplicações
Características desejáveis nas reações usadas na
espectrofotometria:
 Sensibilidade: quanto maior a sensibilidade, menor a quantidade
de substância com ele determinável.
 Seletividade: reação com a menor quantidade de espécies.
 Reprodutibilidade: quantidades constantes do analito devem
produzir quantidades constantes de substância absorvente.
 Estabilidade: as soluções não devem sofrer alterações com o
tempo.
 Obediência à Lei de Beer: são mais convenientes.
Medidas com fibras óticas
 Equipamentos portáteis Miniaturização Referências Bibliográficas
Básica
- Skoog, D. A.; West, M. W.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. Fundamentos de Química
Analítica, 1a ed., Thomson, São Paulo, 2006.
- Vogel, A. I. Análise Química Quantitativa, 6a ed., LTC – Livros Técnicos e
Científicos, Rio de Janeiro, 2002.
- Harris, D.C. Análise Química Quantitativa, 5a ed., LTC – Livros Técnicos e
Científicos, Rio de Janeiro, 2001.
Complementar
- Christian, G. D. Analytical Chemistry, 5a Ed., John Wiley & Sons, New York, 1994.
- Holler, F.J.; Nieman, T. Skoog, D.A. Princípios de Análise Instrumental, 5a ed.,
Artmed, Rio de Janeiro, 2002.
- Rocha, F.R.P.; Teixeira, L.S.G. Estratégias para Aumento de Sensibilidade em
Medidas Espectrofotométricas Química Nova 27 (2004) 807-812.
- Teixeira, L. S. G.; Rocha, F. R. P. Espectrometria em Fase Sólida. Analytica 5 (2003)
36-43.