Espectrometria de Absorção Atômica em chama

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Espectrometria de Absorção Atômica em chama
Instituto de Química
Departamento de Química Analítica
Análise Instrumental I Experimental
Turma: AD        Código: GQA0018
Professor (ª): Roberta Amorim
Alunos: Artur Fernandes e Jenifer Dutra
Niterói
2017
1.      Objetivo
A partir do método de regressão linear, construir a curva de calibração analítica para cada elemento e calcular a concentração de cobre em uma dada amostra, a partir do método de espectrometria de emissão atômica em chama, comparando as diferenças entre as leituras das amostras, na alteração da matriz – matriz aquosa e matriz alcoólica.
2.      Materiais
Espectrômetro de Absorção Atômica com atomização por chama
Acetileno (combustível do espectrômetro)
Fonte de ar comprimido (fonte para oxidação no espectrômetro)
Pipetas volumétricas
Pêra
Bécheres
Micropipetas
Tubo falcon
Reagentes:     - Solução padrão de cobre 1000 mg/L
- Solução de etanol 50 %
- Amostras de aguardente: Caninha da Roça, Cachaça do Barril e Cachaça do Zeca
- Água destilada
3.      Procedimento experimental
Foi pipetado 1,00 mL de solução de 1000 ppm, em tubo falcon de 10,00 mL, para preparo de solução padrão de cobre 100 ppm.
Utilizando micropipetas, foram transferidos, 100, 200, 300, e 400 microlitros da solução padrão de cobre 100 ppm, para tubos falcon de 10,00 mL, para preparo das soluções de cobre 1, 2, 3 e 4 ppm, em matriz aquosa, avolumados com água destilada.
Utilizando micropipetas, foram transferidos, 100, 200, 300 e 400 microlitros da solução padrão de cobre de 100 ppm, para tubos falcon de 10,00 mL, para preparo das soluções de cobre 1, 2, 3 e 4 ppm, em matriz alcoólica, avolumados com etanol 50%.
4.      Resultados e discussões
4.1 Fundamento teórico
Na química analítica, a espectroscopia de absorção atômica é uma técnica para a determinação de uma concentração de um elemento metálico em uma amostra.
A técnica parte do princípio de que os elétrons dos átomos de cada elemento especificamente, só podem sofrer certas transições. E para cada transição possível existe um pacote de energia específico, que será absorvido pelo elétron fazendo-o saltar por um curto período de tempo para um orbital de maior energia. Esse pacote de energia está diretamente relacionado a frequência da onda de luz, pois quanto maior a frequência da onda eletromagnética maior a energia que o fóton irá carregar. Então cada elemento possui certas frequências de luz de serão absorvidas quando a amostra for atomizada, esse conjunto de frequências é denominado de banda de absorção. Alguns elementos podem possuir algumas frequências de absorção iguais, porém a banda de absorção será sempre diferente e única para cada elemento.
Para que o elemento absorva a luz é necessário atomizá-lo. Pois dessa forma o átomo do elemento a ser analisado estará isolado e com seus elétrons apenas nos orbitais atômicos. Existem duas principais formas de atomização, a eletrotérmica e a por chama. A forma utilizada pelo equipamento para atomizar a amostra é através de uma chama de alta temperatura. Os combustíveis mais utilizados para a chama são o acetileno e o óxido nitroso. Sendo o gás utilizado, em laboratório, o gás acetileno. Para atomizar os elementos da amostra o aparelho suga a amostra por um pequeno tubo e a nebuliza junto com o combustível, então mistura do combustível com a amostra irá para o queimador.
Para a comparação dos das frequências de luz que são absorvidas e a quantidade absorvida é utilizada uma lâmpada com filamento do mesmo elemento a ser determinado, ou de um elemento de possua uma mesma frequência de absorção que a emitida pela lâmpada. A lâmpada de certo elemento metálico irá emitir a mesma banda de luz que é absorvida pelo mesmo elemento atomizado. Portanto no início a luz emitida pela lâmpada é ajustada como sendo igual a 100% de luz, ou seja, 0% de absorção, sob uma chama constante, de um mesmo combustível, a uma inclinação constante e com uma fenda para passagem da luz também constante. Então quando o mesmo elemento da lâmpada for atomizado, ele irá absorver a luz emitida pela lâmpada e a luz que chegará ao sensor será menor que os 100% iniciais, havendo então certa quantidade absorvida.
Para se analisar a absorção atômica é necessários os dados de apenas um tipo de frequência dentro de banda de absorção do elemento a ser determinado. Essa frequência é determinada pelo equipamento pelo monocromador, que funciona através de um prisma que decompõe a luz gerando uma relação entre a inclinação do prisma e a frequência observada. A frequência escolhida será aquela que apresentar a maior absorbância no aparelho.
Existem dois métodos para se avaliar a concentração de uma amostra pelo espectrofotômetro de absorção atômica. O método de adição, utilizado nesta prática, consiste em gerar concentrações diferentes da mesma amostra, realizando uma ou mais adições nos recipientes com o mesmo volume de amostra e completar o recipiente com o mesmo volume para que se possa saber a proporção criada entre os vários recipientes. Um dos recipientes não recebe nenhuma alíquota de amostra, ele será o branco. As amostras das diversas adições são medidas no espectrofotômetro de absorção atômica
4.2 Cálculos de preparo
4.2.1. Preparo de solução padrão de cobre 100 mg/L
Utilizando solução de cobre 1000 mg/L, utilizou-se o cálculo da diluição, para preparo de solução padrão de cobre 100 mg/L
M1 x V1 = M2 x V2
1000 x V1  = 100 x 10,00
V1 =  1,00 mL
Foi utilizado 1,00 mL de solução de cobre 1000 mg/L para preparo de 10,00 mL de solução-padrão de cobre 100 mg/L.
.
4.2.2. Preparo das soluções padrão de cobre de matriz aquosa
A partir da solução de 100 mg/L de solução padrão de cobre, utilizou-se o cálculo da diluição, para preparo das soluções padrão de cobre, em matriz alcoólica e em matriz aquosa.
a) Solução padrão de cobre 1 ppm
Pelo cálculo da diluição
M1 x V1 = M2 x V2
100 x V1 = 1 x 10,00
V1 = 0,1 mL
Foi utilizado 0,1 mL (100 microlitros) de solução de cobre 100 mg/L para preparo de 10 mL de solução-padrão de cobre 1 ppm, avolumados com água destilada.
b) solução padrão de cobre 2 ppm
Pelo cálculo da diluição
M1 x V1 = M2 x V2
100 x V1 = 2 x 10
V1 = 0,2 mL
Foi utilizado 0,2 mL (200 microlitros) de solução de cobre 100 mg/L para preparo de 10,00 mL de solução-padrão de cobre 2 ppm, avolumados com água destilada.
c) Solução padrão de cobre 3 ppm
Pelo cálculo da diluição
M1 x V1 = M2 x V2
100 x V1 = 3 x 10,00
V1 = 0,3 mL
Foi utilizado 0,3 mL (300 microlitros) de solução de cobre 100 mg/L para preparo de 10 mL de solução-padrão de cobre 3 ppm, avolumados com água destilada
d) Solução padrão de cobre 4 ppm
Pelo cálculo de diluição:
M1 x V1 = M2 x V2
100 x V1 = 4 x 10,00
V1 = 0,4 mL
Foi utilizado 0,4 mL (400 microlitros) de solução de cobre 100 mg/L para preparo de 10 mL de solução-padrão de cobre 4 ppm, avolumados com água destilada
4.2.3. Preparo de solução padrão de cobre de matriz alcoólica
O preparo se baseia das soluções padrões foi realizado a partir dos mesmos cálculos como observados no procedimento que em 4.2.2. Porém, ao final, avolumando-se com etanol 50%.
4.3 Tabelas e gráficos
Para a construção da curva de calibração de cobre em matriz aquosa, utilizou-se os padrões preparados em 4.2.2. e mediu-se as absorvâncias de cada solução, como pode ser observado na tabela 1 .
Tabela 1:  Valores de absorvância para as soluções padrão de cobre, em matriz aquosa
	Concentração de cobre (ppm)
	Absorvância
	1
	0,0038
	2
	0,0083
	3
	0,0122
	4
	0,0145
Com os valores obtidos na tabela1, construiu-se a curva de calibração como na figura 1
 
Figura 1: Curva de calibração: Absorvância X Concentração de Cu, em matriz aquosa
 
 Para a construção da curva de calibração de cobre em matriz alcoólica, utilizou-se os padrões preparados em 4.2.3. e mediu-se as absorvâncias de cada solução, como pode ser observado na tabela 2 
 Tabela 2: Valores de absorvância paraas soluções padrão de cobre, em matriz alcoólica
	Concentração de cobre (em ppm)
	Absorvância
	1
	0,0049
	2
	0,0108
	3
	0,0159
	4
	0,0210
 
Com os valores obtidos na tabela2, construiu-se a curva de calibração como na figura 2
 Figura 2: Curva de calibração: Absorvância X Concentração de Cu, em matriz alcoólica
Mediu-se as absorvâncias das amostras para cada curva de calibração, como na tabela 3
 
Tabela 3: Valores de absorvância para amostras de Aguardente
	Amostras
	Absorvância (em matriz aquosa)
	Absorvância (em matriz alcoólica)
	Caninha da Roça
	0,0559
	0,0693
	Cachaça do Barril
	0,0059
	0,0171
	Cachaça do Zeca
	0,0184
	0,0430
	Aquosa (2,5mg/L de Cu)
	0,0094
	-------
4.4 Cálculo dos resultados
4.4.1        Concentração de cobre nas amostras, em matriz aquosa
Por regressão linear, calculou-se a equação da reta para a curva de calibração da matriz aquosa:
y = 0,0036x + 0,0007
 Substituindo-se as absorvâncias encontradas em Y, encontra-se a concentração em x
 
Caninha da roça: 15,33mg/L
Cachaça do Barril: 1,44mg/L
Cachaça do Zeca: 4,97mg/L
Amostra aquosa(2,5mg/L de Cu) : 2,42mg/L
 
4.4.2        Concentração de cobre, nas amostras, em matriz alcoólica
Por regressão linear, calculou-se a equação da reta para a curva de calibração da matriz alcoólica:
y = 0,00534x - 0,0002 
Substituindo-se as absorvâncias encontradas em Y, encontra-se a concentração em x
 
Caninha da roça: 12,94mg/L
Cachaça do Barril: 3,16mg/L
Cachaça do Zeca: 8,01mg/L
 
5.      Conclusão
A calibração por ajuste de matriz é um procedimento analítico de correção muito utilizado em análises químicas, para diminuir a probabilidade de erros, em amostras que apresentam prováveis interferências. De modo que a absorvância dos interferentes sejam desconsiderados na curva de calibração. No procedimento analítico, realizado em laboratório, não se pode concluir, de fato, o efeito desejado na correção por semelhança de matriz, pois as concentrações obtidas de cobre, nas amostras de aguardente, deram resultados acima dos esperados, e que não constam na curva de calibração absorvância x concentação de cobre, em matriz alcoólica, para que se pudesse comparar a curva de calibração absorvância x concentração de cobre, em matriz aquosa. Em exceção da amostra “Cachaça do Barril” que em matriz alcoólica foi encontrada a concentração de 3,16mg/L e absorvância de 0,0171 próxima do valor encontrado na solução padrão de cobre 3 ppm sendo a absorvância 0,0159, sendo um resultado satisfatório.
Deve-se salientar que possíveis erros instrumentas, como a má calibração do espectrômetro, erro do próprio analista, ou uso de reagentes que a concentração não condiz com a concentração descrita em rótulo, são possíveis interferentes ocasionando em resultados diferentes dos que se esperava.
A presença de cobre é importante durante o processo de produção da cachaça, desde que ele catalise reações onde componentes indesejáveis são removidos. Entretanto, a maioria dos processos de destilação são muito primitivos, o que não evita a presença de Cu no produto final. Dependendo da concentração, este metal pode causar vômitos, irritação gastrintestinal, diarréia, convulsões e sérias disfunções hepáticas. O cobre é o único metal cuja concentração é controlada pela legislação brasileira (2), que se situa em um limite de 5mg/L, de acordo com os experimentos realizados a Cachaça do Barril é a única dentro das normas brasileiras.
6.      Bibliografia
SKOOG; D.A; Holler, F. J.; Crouch, S. R, Princípios de análise instrumental. 6º ed, Boohman
http://www.scielo.br/pdf/cr/v35n6/a33v35n6.pdf 
Brasil. Ministério da Agricultura. Portaria nº . 371, 1974. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, 17, julho, 1974