Aula 5 ESPECTROFOTOMETRIA parte 2 2S 2012

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ANALÍTICA V – 2S 2012
Aula 4: 18-12-12
ESPECTROSCOPIA
Espectrofotometria no UVEspectrofotometria no UV--Vis Vis -- Parte IIParte II
Prof. Rafael Sousa
Departamento de Química Departamento de Química -- ICEICE
rafael.arromba@ufjf.edu.brrafael.arromba@ufjf.edu.br
Notas de aula: www.ufjf.br/baccan
Relembrando a aula 4...Relembrando a aula 4...
EspectrofotometriaEspectrofotometria::
Medidas da luz que é Medidas da luz que é absorvidaabsorvida ou ou emitidaemitida por uma espécie químicapor uma espécie química
�� Geralmente utilizada para determinar Geralmente utilizada para determinar espécies orgânicasespécies orgânicas
�� As diferentes substâncias apresentam As diferentes substâncias apresentam 
máximos de absorção característicosmáximos de absorção característicosmáximos de absorção característicosmáximos de absorção característicos
�� As substâncias absorverem radiação por causa dos As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos Grupos Cromóforos 
ProcessoProcesso envolveenvolve
transições eletrônicas dos elétrons da camada de valênciacamada de valência
O processo de O processo de absorção da luz absorção da luz no laboratóriono laboratório
�������� BUBETA BUBETA ++ ESPECTROFOTÔMETROESPECTROFOTÔMETRO
Relembrando a aula 4...Relembrando a aula 4...
Radiação TRANSMITIDARadiação TRANSMITIDA
� BaixaBaixa transmitância � AltaAlta absorbância
A=A= -- loglog T= T= loglog PP00/P /P 
Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA QUANTITATIVARelação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA QUANTITATIVA
(Lei de (Lei de LambertLambert--BeerBeer))
�������� A =A = a b a b CC
A A 
Relembrando a aula 4...Relembrando a aula 4...
Concentração Concentração 
α = α = a ba b
�� MEDIDAS NAS MESMAS CONDIÇÕESMEDIDAS NAS MESMAS CONDIÇÕES
comprimento de onda, caminho óptico e tipo de comprimento de onda, caminho óptico e tipo de cubetacubeta
•• Curvas analíticas Curvas analíticas em meio semelhante ao da solução de amostra (Calibração externa)em meio semelhante ao da solução de amostra (Calibração externa)
•• Curvas de Curvas de adição de padrãoadição de padrão
Para Determinar a Concentração de uma espécie:
Relembrando a aula 4 e a Prática 3...Relembrando a aula 4 e a Prática 3...
Preparação:
1- Adição da mesma quantidade de amostra em todos os balões
2- Adição de volumes crescentes de uma solução padrão exceto na “solução 1”
3- Diluição com solvente apropriado até o menisco
PROPRIEDADES DA LEI DE BEER: PROPRIEDADES DA LEI DE BEER: 
1)1) AditividadeAditividade
Determinar a Concentração de Misturas (dois (dois analitosanalitos: : MM e e NN))
AA´´´´
AA´´
PROPRIEDADES DA LEI DE BEER: PROPRIEDADES DA LEI DE BEER: 
1)1) AditividadeAditividade
Cálculos para determinar a Concentração de dois dois analitosanalitos: : MM e e NN
εε’s devem ser conhecidos em’s devem ser conhecidos em
todos os comp. onda (todos os comp. onda (λλ’ e ’ e λλ’’)’’)
Considerar as espécies 
independemente (não existe interação)
A’A’ = = εε’’MM . b . . b . ccMM + + εε’’NN . b . . b . ccNN
A’’ A’’ = = εε’’’’MM . b . . b . ccMM + + εε’’’’N N . b . . b . ccNN
ResultadoResultado�������� Cálculos matemáticos (resolução de sistemas)Cálculos matemáticos (resolução de sistemas)
Exemplo desta propriedade Exemplo desta propriedade �������� Prática 6Prática 6
Estudo espectrofotométrico de uma mistura de CrEstudo espectrofotométrico de uma mistura de Cr22OO77
22-- e MnOe MnO44
--
PROPRIEDADES DA LEI DE BEER PROPRIEDADES DA LEI DE BEER 
2) “Limitações”2) “Limitações”
Válida paraVálida para::
��Soluções diluídas (Soluções diluídas (C < 0,01 mol L-1) ) ��Soluções diluídas (Soluções diluídas (C < 0,01 mol L-1) ) 
��Radiação monocromáticaRadiação monocromática
��Meio absorvedor deve ser homogêneo e estávelMeio absorvedor deve ser homogêneo e estável
�������� Todas as medidas (padrões e amostras) : Todas as medidas (padrões e amostras) : 
celas o mais “parecidas” possíveis celas o mais “parecidas” possíveis (para compensar perdas de(para compensar perdas de
potência da radiação incidente por potência da radiação incidente por reflexãoreflexão e e espalhamentoespalhamento))
EVITAR OS “Desvios” da Lei de EVITAR OS “Desvios” da Lei de LambertLambert--BeerBeer
REAISREAIS ouou APARENTESAPARENTES
11) (Real) Interações entre os centros absorvedores ) (Real) Interações entre os centros absorvedores ouou instabilidade químicainstabilidade química
Ex de Ex de instabilidade químicainstabilidade química: : 
equilíbrio entre os ânions equilíbrio entre os ânions dicromatodicromato e e cromatocromato
Cr2O7
2- + H2O 2H
+ + 2CrO4
2-
350 350 nmnm 373 373 nmnm
�������� Espécies que podem participar de equilíbrio químico em soluçãoEspécies que podem participar de equilíbrio químico em solução
devem ser analisadas em um devem ser analisadas em um meio onde apenas uma espécie predominemeio onde apenas uma espécie predomine
22)) (Aparente) Influência de erros instrumentais (Aparente) Influência de erros instrumentais --
λ inadequado, radiação policromática ou espúria
Ex de Ex de erro instrumentalerro instrumental::
III
EVITAR OS “Desvios” da Lei de EVITAR OS “Desvios” da Lei de LambertLambert--BeerBeer
REAIS REAIS ouou APARENTESAPARENTES
A
II
I II
A
Comprimento de onda Concentração
PARA “CASA”PARA “CASA”
CC22 ––
SuponhaSuponha queque aa análiseanálise dede umum fármacofármaco devadeva serser feitafeita emem triplicata,triplicata, porpor umum métodométodo
espectrofotométricoespectrofotométrico ee queque aa espécieespécie absorvedoraabsorvedora apresentaapresenta umum máximomáximo dede
absorbânciaabsorbância queque variavaria comcom oo pHpH dada soluçãosolução dede amostraamostra.. Descreva,Descreva, resumidamente,resumidamente,
comocomo essaessa análiseanálise deveriadeveria serser feitafeita,, considerandoconsiderando desdedesde oo preparopreparo dada amostraamostra atéaté
aa obtençãoobtenção dodo resultadoresultado finalfinal..aa obtençãoobtenção dodo resultadoresultado finalfinal..
INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAÇÃO
Computadorizados ou nãoComputadorizados ou não
“Pequenos”“Pequenos”“Pequenos”“Pequenos”
Podem ser portáteisPodem ser portáteis
Instrumentação Instrumentação da ESPECTROFOTOMETRIA da ESPECTROFOTOMETRIA 
FOTÔMETROSFOTÔMETROS
(COLORÍMETROS)(COLORÍMETROS) ESPECTROFOTÔMETROSESPECTROFOTÔMETROS
VisívelVisível
--Filtros ópticos (Filtros ópticos (380 380 –– 780 780 nmnm))
UltraUltra--violeta e visívelvioleta e visível
-- Monocromadores (Monocromadores (200 200 –– 1000 1000 nmnm))
Fonte de
Luz
Amostra
Seletor de
Comprimento
de Onda h ν
Detector
Fotométrico
Processador
0.102 UA
Fonte de
Luz
Amostra
Seletor de
Comprimento
de Onda h ν
Detector
Fotométrico
Processador
0.102 UAh ν
a
b
Componentes básicos (duas configurações: Componentes básicos (duas configurações: aa e e bb):):
Componentes instrumentaisComponentes instrumentais
1) 1) FONTE DE LUZFONTE DE LUZ
REGIÃO DO VISÍVELREGIÃO DO VISÍVELREGIÃO DO ULTRAREGIÃO DO ULTRA--VIOLETAVIOLETA
200 200 nmnm 390 390 nmnm 800 800 nmnm
• Lâmpadas de Deutério
• Lâmpadas de Hidrogênio
• Lâmpadas de filamento de Tungstênio
• Lâmpadas de Hidrogênio
160 – 375 nm
320 – 2500 nm
podem ser halógenas (W-I2)
- maior durabilidade
• LEDs 
(diodos emissores de luz)
• Lâmpadas de Xenônio
2)2) SELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDA
�� Isolar faixas estreitas de comprimentos de ondaIsolar faixas estreitas de comprimentos de onda
�� Diferentes dispositivosDiferentes dispositivos
complexidade complexidade ee largura da faixa de largura da faixa de λλ
-- FiltrosFiltros
-- MonocromadoresMonocromadores
Componentes instrumentaisComponentes instrumentais
1) 1) FILTROS DE FILTROSDE ABSORÇÃOABSORÇÃO
-- Constituído por uma ou mais substânciasConstituído por uma ou mais substâncias
-- Isola bandas com no mín. 50 Isola bandas com no mín. 50 nmnm de largurade largura
-- Usado na região do visívelUsado na região do visível
-- (Principal vantagem) (Principal vantagem) Baixo custoBaixo custo
SELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDA
Componentes instrumentaisComponentes instrumentais
Ilustrando o funcionamento dos filtros:
SELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETORES DE COMPRIMENTOS DE ONDA
2) FILTROS DE 2) FILTROS DE INTERFERÊNCIAINTERFERÊNCIA �������� Constituído por várias camadasConstituído por várias camadas
Dielétrico Dielétrico com espessura de 
mesma ordem do λ desejado
-- Passa apenas 1 Passa apenas 1 λλ e seus múltiplose seus múltiplos
-- Isola bandas com até 10 Isola bandas com até 10 nmnm de largurade largura
-- Pode ser usado tanto no UV como no visívelPode ser usado tanto no UV como no visível
��Fluoreto de cálcio Fluoreto de cálcio 
ou magnésioou magnésio
-- Pode ser usado tanto no UV como no visívelPode ser usado tanto no UV como no visível
-- Custo maior que o filtro de absorção ...Custo maior que o filtro de absorção ...
SELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDA
FILTROS FILTROS -- ResumindoResumindo
os de interferência são mais eficientes:os de interferência são mais eficientes:
(larguras a meia altura)(larguras a meia altura)
�� Filtros servem para selecionar faixas Filtros servem para selecionar faixas específicasespecíficas de de λλ
��������Monocromadores: isolam bandas estreitas ao longo do espectroMonocromadores: isolam bandas estreitas ao longo do espectro
��������Mais versáteis
���� Custo mais elevado que os filtros...
SELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDA
MONOCROMADORES: MONOCROMADORES: PRISMASPRISMAS E E REDESREDES (GRADES) DE DIFRAÇÃO(GRADES) DE DIFRAÇÃO
FORMA DE USOFORMA DE USO
1) 1) PrismaPrisma (instrumentos mais antigos)
2)2) GradeGrade (custo menor, espectrofotômetros mais compactos
Diferenças entre os Diferenças entre os índices de refraçãoíndices de refração Fenômeno da Fenômeno da interferênciainterferência
SELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDASELETOR DE COMPRIMENTOS DE ONDA
MONOCROMADORES: PRISMAS E REDES (GRADES) DE DIFRAÇÃOMONOCROMADORES: PRISMAS E REDES (GRADES) DE DIFRAÇÃO
POSICIONAMENTO DA POSICIONAMENTO DA FENDA DE SAÍDAFENDA DE SAÍDA
isolar o comprimento de onda de interesse isolar o comprimento de onda de interesse 
EX:EX:
���� Dependendo dos demais componentes ópticos: largura de banda de 1 – 20 nm
EX:EX:
����Monocromador de Czerny-Turner
3)3) COMPARTIMENTO (OU SUPORTE) DA AMOSTRACOMPARTIMENTO (OU SUPORTE) DA AMOSTRA
CELAS CELAS OU CUBETAS DE CUBETAS DE QUARTZOQUARTZO ((UVUV--VisVis))
CELAS OU CUBETAS DE CELAS OU CUBETAS DE VIDROVIDRO (Vis)(Vis)
CELAS OU CUBETAS DE CELAS OU CUBETAS DE MATERIAL POLIMÉTRICO MATERIAL POLIMÉTRICO (Vis)(Vis)
�� FACESFACES PLANAS E PERPENDICULARES À RADIAÇÃO INCIDENTEPLANAS E PERPENDICULARES À RADIAÇÃO INCIDENTE
Componentes instrumentaisComponentes instrumentais
�� CILÍNDRICAS CILÍNDRICAS 
menor custo mas que conferem menor menor custo mas que conferem menor repetibilidaderepetibilidade
CAMINHOS ÓPTICOS VARIÁVEISCAMINHOS ÓPTICOS VARIÁVEIS
mais comum: mais comum: 1 cm
LIMPEZA:LIMPEZA:
1- Água e detergente diluído
2- Enxague com água purificada e, depois, com a própria amostra
4)4) DETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINALDETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINAL
�������� CONVERSÃO DA RADIAÇÃO EM SINAL ELÉTRICOCONVERSÃO DA RADIAÇÃO EM SINAL ELÉTRICO
-- GeraGera uma intensidade da corrente proporcional à intensidade da radiaçãouma intensidade da corrente proporcional à intensidade da radiação
-- FototubosFototubos, , fotomultiplicadorasfotomultiplicadoras e semicondutores de silícioe semicondutores de silício
Junção pn
Componentes instrumentaisComponentes instrumentais
_ +
90 V DC
R
Amplificador
Catodo
Anodo
Feixe de Fótons
e- +
+
+
+
_
_
_
_
+
+ _
_
p n
+-
�������� Sensibilidade Sensibilidade FototuboFototubo << Sensibilidade Sensibilidade semicondutoressemicondutores << Sensibilidade Sensibilidade FotomultiplicadoraFotomultiplicadora
4)4) DETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINALDETECTORES (TRANSDUTORES) DE SINAL
Semicondutores de silício para Semicondutores de silício para medida simultânea de vários ʎmedida simultânea de vários ʎ (rapidez)(rapidez)
Espectrofotômetro com arranjo linear de diodosEspectrofotômetro com arranjo linear de diodos
INSTRUMENTOS “INSTRUMENTOS “FEIXE ÚNICOFEIXE ÚNICO” E “” E “DUPLO FEIXEDUPLO FEIXE””
�� OO FEIXE DE RADIAÇÃO UTILIZADO PARA A MEDIDA DO “BRANCO” E DA AMOSTRA” FEIXE DE RADIAÇÃO UTILIZADO PARA A MEDIDA DO “BRANCO” E DA AMOSTRA” 
DEVEM TER A MESMA INTENSIDADE DEVEM TER A MESMA INTENSIDADE 
%T
cela do
solvente
ajuste 100% T
a. fotômetro de feixe
único
Componentes instrumentaisComponentes instrumentais
lâmpada de
tungstênio filtro
espelho semi-prateado
cela do
solvente
detector de zero%T
detector
detector
único
b. Fotômetro de feixe duplo
ESPECTROFOTOMETRIA NO ESPECTROFOTOMETRIA NO UVUV--VisVis
CONSIDERAÇÕES GERAISCONSIDERAÇÕES GERAIS
�������� Instrumentos atuais operam em transmitância ou Instrumentos atuais operam em transmitância ou absorbânciaabsorbância
��Quando são utilizados outros solventes além de água os mesmos devem ser Quando são utilizados outros solventes além de água os mesmos devem ser ��Quando são utilizados outros solventes além de água os mesmos devem ser Quando são utilizados outros solventes além de água os mesmos devem ser 
de de grau espectroscópiograu espectroscópio e e inerte no meioinerte no meio
(impurezas em concentrações (impurezas em concentrações abaixoabaixo do limite de detecção)do limite de detecção)
��Pode ser combinada com outras técnicas analíticas, instrumentais ou não, Pode ser combinada com outras técnicas analíticas, instrumentais ou não, 
geralmente como geralmente como ferramenta de detecçãoferramenta de detecção�������� ex.: titulação espectrofotométricaex.: titulação espectrofotométrica
(Prática 4)(Prática 4)
PARA “CASA”PARA “CASA”
C3)C3)
Ao “desenhar a curva analítica” de um método espectrofotométrico o analista Ao “desenhar a curva analítica” de um método espectrofotométrico o analista 
atribuiu ao branco (reagentes utilizados em água) o valor de transmissão atribuiu ao branco (reagentes utilizados em água) o valor de transmissão 
100%. Você concorda com esta atribuição? Justifique.100%. Você concorda com esta atribuição? Justifique.
C4)C4)
Em termos de configuração instrumental, cite uma vantagem de se utilizar um Em termos de configuração instrumental, cite uma vantagem de se utilizar um 
espectrofotômetro com um detector do tipo “arranjo de diodos”.espectrofotômetro com um detector do tipo “arranjo de diodos”.
Bibliografia utilizada nesta aula
�� ““PrinciplesPrinciples ofof Instrumental Instrumental AnalysisAnalysis””
DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5th ed., 1998
�� “Análise Instrumental”“Análise Instrumental”
F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000
�� ““VogelVogel -- Análise Química Quantitativa” Análise Química Quantitativa” 
GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002
�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”
D. Harris; 7a ed., 2008
�� Tutoriais de fabricantes de espectrofotômetrosTutoriais de fabricantes de espectrofotômetros
�� Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF)Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF)
�� Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ -- UnicampUnicamp