APRESENTAÇÃO FINAL

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Análise Instrumental
Professora: Deborah Vargas Cesar
Grupo: Dayane Sales
 Tatyane Araújo
 Jonas de Albuquerque B. Filho
 Haroldo Candal
Técnicas de Fluorescência
1
Introdução: 
Fluorescência;
Fosforescência;
Quimioluminescência.
Princípio básico:
As moléculas do analito são excitadas por uma radiação e emitem ondas eletromagnéticas.
A fosforescência e a fluorescência:
Na fosforescência a emissão de radiação dura mais tempo do que na fluorescência.
Spin do elétron:
Princípio da exclusão de Pauli: não pode haver dois elétrons com os quatro números quânticos iguais.
Os Estados Excitados:
O Estado Singleto: 
 M = 2. ⎸S ⎸ + 1. Com os elétrons emparelhados... S = 0
 M = 1  Estado singleto.
O Estado Dubleto: 
M = 2. ⎸S ⎸ + 1. Quando S = ½ , M = 2
Ex.:
Radicais livres!!!
17Cl  1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
O Estado Tripleto:
M = 2. ⎸S ⎸ + 1. Com os elétrons desemparelhados... S = 1
M = 3  Estado tripleto.
Elétrons de mesma energia, desemparelhados.
Diagrama de Jablonskii:
A: Absorção/ RV: Relaxamento vibracional/ CI: Conversão interna/ 
F: Fluorescência/ CIS: Cruzamento interssistema/ P: Fosforescência/ 
S0: Estado singleto fundamental/ S1: Estado singleto excitado/ 
T1: Estado tripleto
Espectroscopia de Fluorescência Atômica
É capaz de fornecer um meio útil e conveniente na determinação de alguns elementos. 
Recentemente utilizado na determinação de elementos que formam vapores e hidretos, tais como Pb, Hg, Cd, Zn, As, Sb, Bi, Ge e Se.
A técnica tem menos vantagens quando comparadas com as técnicas de absorção e de emissão.
Instrumentação
Figura X: mostra a configuração para medidas de fluorescência. Neste caso, dois seletores de comprimento de onda são necessários para isolar os comprimentos de onda de excitação e de emissão. A radiação selecionada da fonte incide na amostra, e a radiação emitida é medida, usualmente em ângulo reto, para evitar o espalhamento.
O compartimento da amostra é, na maioria das vezes, uma chama, uma célula de atomização eletrotérmica, um sistema de descarga luminosa ou um plasma acoplado indutivamente. Células de fluxo são geralmente usadas em conjunto com método de geração de vapor ou de hidretos.
Fonte
Uma fonte contínua seria desejável, porém, a potência de saída da maioria destas fontes em uma região tão estreita quanto uma linha de absorção atômica.
No início usava lâmpadas de catodo oco convencionais como fonte de excitação. Porém, era necessário operar a lâmpada com pulsos curtos de corrente, os quais, eram maiores do que aqueles que a lâmpada poderia suportar em operação contínua.
O detector era programado para observar o sinal de fluorescência somente durante os pulsos da radiação da fonte.
As lâmpadas de descarga sem eletrodos, mais utilizadas, produzem intensidades radiantes maiores do que as de catodo oco por uma ou duas ordens de grandeza. Além, de operar em ambos os modos contínuo e pulsado. 
Infelizmente, não tem disponibilidade deste tipo de lâmpada para muitos elementos.
A fonte ideal para a fluorescência atômica é o laser, mas a fonte mais comum é a lâmpada de descarga sem eletrodo. 
Instrumentos dispersivos
Um sistema para fluorescência atômica consiste em: 
fonte modulada;
atomizador (por chama ou não);
monocromador ou um sistema de filtro de interferência;
detector;
processador de sinais;
dispositivo de saída.
Instrumentos não-dispersivos
Um sistema para fluorescência atômica consiste em: 
fonte modulada;
atomizador (por chama ou não);
detector;
processador de sinais;
dispositivo de saída.
Vantagens do sistema não-dispersivo
Simplicidade e instrumentação de baixo custo;
Fácil adaptação à análise multielementar;
Elevada sensibilidade;
Coleta simultânea de energia de linhas múltiplas, que também aumenta a sensibilidade.
Obs.: Para obter essas vantagens é necessário que a saída da fonte seja livre de linhas contaminantes de outros elementos. 
É aconselhável usar o atomizador eletrotérmico para evitar a radiação de fundo significativa.
Geralmente, utiliza filtros localizados entre a fonte e o detector para remover a maior parte dessa radiação.
Alternativamente, são usadas fotomultiplicadoras que respondem somente à radiação de λ < 320 nm. 
Limites de detecção (ng/mL)
Tabela: limites de detecção (ng/mL) para alguns elementos. 1 ng/mL = 10-3 ppm
Espectro
Figura: espectros de excitação e de emissão de fluorescência para uma solução de quinino.
24
Fluorescência por raios X (XRF) 
Muito utilizada para determinações qualitativa e quantitativa para todos os elementos, com exceção dos mais leves, em amostras complexas. 
Neste método, os elementos presentes na amostra são excitados pela absorção do feixe primário e emitem suas próprias linhas características de fluorescência de raios X.
Espectro da fluorescência de raios X
Figura: espectro de fluorescência de raios-X revelando a presença de diferentes elementos. 
As energias de ligação características de um elemento são usadas como impressão digital na técnica de fluorescência de raios-X. Quando variamos a energia e observamos um pico a uma determinada energia, sabemos que o elemento respectivo se encontra presente (Figura X). 
Espectrômetro de raios X por fluorescência
Figura: Geometria de um espectrômetro de raios X por fluorescência, de cristal plano.
Tubo de raios X
Figura: esquema de um tubo de raios X.
Materiais alvo: W, Cr, Cu, Mo, Rh, Sc, Ag, Fe e Co.
Instrumentos dispersivos de comprimento de onda
Esses instrumentos utilizam tubos como fontes devido à grande perda de energia que ocorre quando um feixe de raios X é colimado e disperso em seus comprimentos de onda componentes. 
Há dois tipos de instrumentos dispersivos de comprimento de onda: monocanal (ou sequencial) e multicanal (ou simultâneo).
A maioria dos modernos espectrômetros monocanais possui duas fontes de raios X, uma com alvo de crômio, para comprimentos de onda longos, e outra com alvo de tungstênio, para comprimento de onda curtos.
Para λ > 2 Å, é necessário remover o ar entre a fonte e o detector, o que pode ser feito por bombeamento ou deslocamento com um fluxo contínuo de hélio.
Os cristais dispersores devem ser facilmente intercambiáveis.
Os instrumentos dispersivos multicanal são maiores e tem elevado custo de instalação, mas permitem a detecção simultânea e a determinação de até 24 elementos.
Nestes instrumentos, canais individuais, que consistem de um cristal apropriado, e um detector estão arranjados radialmente em torno de uma fonte de raios X e do porta-amostras.
Os cristais para todos ou para a maioria dos canais, são geralmente fixados em um ângulo apropriado para uma determinada linha do analito. 
Porém, alguns cristais podem ser movimentados para permitir uma varredura espectral.
Cada transdutor em um instrumento multicanal possui seu próprio amplificador, seletor de altura de pulso, escalador e contador ou integrador.
Esses instrumentos são equipados com um computador para controle do instrumento, processamento dos dados e apresentação dos dados analíticos.
Para ambos os instrumentos estão aptos para manusear amostras que podem estar na forma de metal, sólidos pulverizados, filmes evaporados, líquidos puros ou soluções.
Quando necessário, os materiais são colocados em uma célula com uma janela de Mylar ou de celofane.
Figura: folhas de Mylar e papel celofane.
Instrumentos dispersivos de energia 
Esse instrumento precisa de: 
fonte policromática (tubo de raios X ou um material radioativo);
porta-amostras;
detector semicondutor;
outros componentes eletrônicos à discriminação de energia.
35
Vantagens
A simplicidade e a ausência de partes móveis nos componentes de excitação e de detecção do espectrômetro. 
Além, da ausência de colimadores e de um cristal difrator, bem como a proximidade entre o detector
e a amostra, resultam em um aumento da energia que chega ao detector.
Estas características permitem o uso de fontes mais fracas, como os materiais radioativos ou os tubos de raios X de baixa potência, que tem menor custo e causam um menor dano à amostra.
Espectrômetro de fluorescência de raios X dispersivo de energia 
Figura: a excitação pelos raios X de (a) um tubo de raios X e (b) uma substância radioativa (cúrio-244, uma partícula alfa de 5,81 MeV e fonte de raios X), como mostrado na cabeça sensora, para o espectrômetro de raios X de próton alfa (APXS) para a missão de Marte.
Os raios X causam a fluorescência nas amostras, e as partículas alfa estimulam a emissão de raios X.
A emissão de raios X estimulada pelo bombardeamento por partículas alfa ou sub-partículas, como os prótons, é denominada de emissão de raios X induzida por partículas ou PIXE. 
Em um instrumento multicanal dispersivo de energia, todas as linhas dos raios X emitidos são medidas simultaneamente. 
Uma desvantagem dos sistemas dispersivos de energia é ter baixa resolução em comprimentos de onda mais longos do que 1 Å. 
Por outro lado, em comprimentos de onda mais curtos, os sistemas dispersivos de energia mostram uma maior resolução.
Instrumento comercial de bancada de EDXRF 
Figura: (a) espectrômetro de fluorescência de raios X de bancada, MiniPal 4, mostrado a placa giratória removível para até doze amostras; (b) diagrama mostrando a fonte de raios X, o disco de filtros, o detector e uma visão do fundo da placa giratória da amostra.
O instrumento comercial de bancada de EDXRF é utilizado para a determinação de elementos desde o sódio até o urânio em amostras de muitos processos industriais.
A radiação proveniente do tubo de raios X passa através de um filtro apropriado antes de incidir no fundo da amostra que está girando. 
A fluorescência de raios X emitida pela amostra passa para o detector de silício fornecendo o sinal para o sistema de contagem multicanal.
O sistema está equipado com um tubo de raios X com anodo de ródio, cinco filtros programáveis, um sistema de purga de hélio, um trocador de amostra com doze posições e um dispositivo para girar cada amostra durante o processo de aquisição dos dados
Esse movimento da amostra reduz os erros devidos à heterogeneidade da mesma.
Efeito da Matriz
É importante notar que os raios X produzidos no processo de fluorescência são produzidos a partir dos átomos da superfície e também os abaixo da superfície da amostra. 
Assim, uma parte de ambas as radiações, a incidente e a resultante da fluorescência, atravessam uma camada significativa da amostra, podendo ocorrer absorção e espalhamento. 
A extensão pela qual cada feixe é atenuado depende do coeficiente de absorção em massa do meio, o qual é determinado pelos coeficientes de absorção de todos os elementos na amostra. 
Diversas técnicas foram desenvolvidas para compensar os efeitos de absorção pela matriz e o efeito de intensificação que causam resultados maiores ou menores daqueles previsto.
Aplicações quantitativas da fluorescência de raios X 
Com a correção adequada para os efeito de matriz é possível utilizar o método de fluorescência de raios X para o controle de qualidade na produção de metais e ligas, para análise de solo e rochas, em análise de poluentes atmosféricos entre outras possibilidades. 
Também, são facilmente adaptados para amostras líquidas, como exemplo, na determinação de chumbo e bromo em amostra de combustível de aviação.
Vantagens do método de fluorescência de raios X 
espectros são relativamente simples;
interferência de linhas espectrais é mínima;
não é destrutivo (geralmente);
 análise multielementar;
 exatidão e sua precisão são iguais ou superiores às de outros métodos. 
Desvantagens do método de fluorescência de raios X 
não é tão sensível como os métodos ópticos;
elevado custo do equipamento;
seu intervalo de concentração varia de 0,01 a 100%;
são inconvenientes para os elementos mais leves -dificuldades na detecção e na medida que aumenta progressivamente à medida que Z<23.* 
Os instrumentos comerciais atualmente limitam-se ao número atômico 5 (boro) ou 6 (carbono).
*Obs.: devido a um processo de competição com o processo de interesse denominado emissão Auger, que diminui a intensidade de fluorescência. 
Fosforescência
A fosforescência é o decaimento radioativo de um estado de multiplicidade diferente daquele do estado fundamental. É um processo proibido por spin e, portanto lento.
Fosforímetro 
É semelhante ao fluorímetro, necessitando porém de dois componentes adicionais:
Um dispositivo que irradia a amostra alternadamente e mede a intensidade da fosforescência após um atraso de tempo para diferenciar a emissão de fosforescência da emissão de fluorescência. 
O segundo componente, geralmente o frasco de Dewar, é necessário devido às medidas de fosforescência serem comumente à temperatura do nitrogênio liquido em um meio rígido. À temperaturas ambientes são usadas células de pequeno volume. 
Frasco de Dewar
Fatores que influenciam a análise.
Temperatura.
 A principio analises à temperatura do nitrogênio liquido com imobilização da amostra é melhor. Pelo fato de ser bastante trabalhosa uma análise à temperatura ambiente também se apresenta como uma boa opção.
Solvente
 A adição de átomos pesados ou outros solutos com esses átomos em sua estrutura aumentam a fosforescência.
 Um meio altamente viscoso dificulta as colisões diminuindo a interferência não radioativa. 
Uso de substrato sólido como: sílica gel, alguns polímeros, papel de filtro na qual a solução é dispersa no sólido e o solvente é evaporado.
Meio organizado por micelas em solução para proteger o analito no cento da micela.
Surfactantes para facilitar a interação do analito com o átomo pesado.
pH deve ter controle rígido uma vez que o íon do analito possui emissão diferente da espécie neutra. Os íons costumam ter melhor sinal.
Aplicações
A fosforimetria pode ser usada para determinar diversas espécies orgânicas e bioquímicas.
 Ácidos nucléicos, aminoacidos, pirina, pirimidina, enzimas, hidrocarbonetos do petróleo, pesticidas...
A fosforimetria ainda não tem ampla aplicabilidade devido a necessidade de baixas temperaturas, condições de análise e baixa precisão, entretanto a seletividade maior da fosforescência é bastante atraente.
- Quimiluminescência
Luminescência: É a emissão de luz associada com a dissipação de energia de uma substância que se encontra em um estado eletricamente excitado.
Quimiluminescência: Fenômeno em que se obtém energia luminosa a partir de uma reação química.
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
A quimiluminescência consiste na produção de luz a partir de uma reação química. Dois produtos químicos reagem para formar um intermediário excitado (de alta energia), que se decompõe libertando parte da sua energia como fótons de luz para alcançar o seu estado fundamental.
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
 As reações quimiluminescentes habitualmente não libertam muito calor, uma vez que a energia é libertada sob a forma de luz.
Utiliza medições quantitativas da emissão óptica (como absorção atômica) da espécie química excitada para determinar do analito.
.
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
 Ao contrário da AES, a quimiluminescência, geralmente, é a emissão de moléculas energizadas e não de átomos simplesmente excitados.
A emissão pode suceder tanto na fase de solução como na fase de gás, e é usada para a determinação quantitativa de muitas espécies importantes orgânicas e inorgânicas em traços.
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
A instrumentação é simples (Luminômetro)
Nenhuma fonte externa é necessária para a excitação;
O instrumento pode ser constituído somente por um frasco de reação e por um tubo fotomultiplicador;
Nenhum
dispositivo de seleção do comprimento de onda é necessário porque a única fonte de radiação é a reação química.
A intensidade da luz vai depender da concentração da amostra
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
63
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
Detector de flash;
Tubo fotomultiplicador que transforma a luz em sinal
2 Bombas de aspiração que injetam os reativos
(oxidação e alcalinização)
Mede somente luz emitida da amostra;
Alta sensibilidade
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
- Aplicações:
Determinação de gases, tais como:
 óxidos de nitrogênio
ozônio
compostos de enxofre
 determinação de espécies inorgânicas, como o peróxido de hidrogênio e alguns íons metálicos 
técnicas de imunoensaio
ondas para a dosagem de DNA
métodos para a reação de cadeia de polimerase
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
- Luminol
Processo complexo com múltiplas etapas
Consiste em uma reação redox que utiliza H2O2 como catalisador
O oxigênio é oxidado de nox -1 para 0 
 E o ferro é reduzido de +3 para +2
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
O peróxido cíclico é posteriormente decomposto para formar 3-aminoftalato (ácido 3-amino-1,2-benzenodicarboxílico) num estado excitado, juntamente com uma molécula e nitrogênio (N2). Esta reação de decomposição é favorecida porque a molécula de peróxido cíclica é altamente instável, e a reação envolve a quebra de algumas ligações fracas. É igualmente favorecida devido ao aumento de entropia (desordem) pela libertação da molécula de gás. Quando o 3-aminoftalato regressa ao estado fundamental, um fóton de luz azul é libertado.
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
Análise Instrumental – Técnicas Fluorescentes – 2014/1
Bibliografia:
EECKHOUT, S. G. Mercúrio: uma solução venenosa. European Synchrotron Radiation Facility. Grenoble,2008. Disponível em <http://www.scienceinschool.org/2007/issue7/mercury/portuguese> Acesso em 07 de agosto de 2014. 
HOLLER, F. J; SKOOG, D. A; CROUCH, S. R. Princípios de análise instrumental. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009.
SKOOG, D. A; HOLLER, F. J; CROUCH, S. R. Principios de análisis instrumental. 5. ed. Espanha: Concepción Fernández Madrid, 2001.
SOTOMAYOR, M. D. P. et all. Aplicação e avanços da espectroscopia de luminescência em análises farmacêuticas. Química Nova, vol. 31, n. 7. P. 1755-1774, 2008.
HOLLER, F. J; SKOOG, D. A; CROUCH, S. R. Princípios de análise instrumental. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009.
THELINDEGROUP. Espectrometria de fluorescência. Disponível em < http://hiq.linde-gas.com.br/international/web/lg/br/like35lgspgbr.nsf/docbyalias/anal_flour>. Acesso em 15 de julho de 2014.
ATKINS P.; DE PAULA J.; FRIEDMAN R.; Quanta, Matéria e Mudança, uma abordagem molecular para a Físico-Química.Rio de Janeiro, 2011, Ed. LTC.
Disponível em: http://hiq.linde-gas.com.br/international/web/lg/br/like35lgspgbr.nsf/docbyalias/anal_flour 
Disponível em: http://hiq.linde-gas.com.br/international/web/lg/br/like35lgspgbr.nsf/docbyalias/anal_chemi 
Disponível em: http://www.scienceinschool.org/2011/issue19/chemiluminescence/portuguese 
Disponível em: http://www.news-medical.net/health/Spectroscopy-Types-(Portuguese).aspx