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Análise Química Instrumental Introdução aos Métodos Instrumentais de Análise Química 2 • AMOSTRA ANALÍTICA – pequena porção do material objeto da análise química que representa a composição média qualitativa e quantitativa da população. • AMOSTRAGEM – conjunto de operações para obter uma pequena porção (amostra) representativa da composição média do todo. • ANALITO – espécie química (cálcio, por exemplo) presente na amostra (p.e.,leite) cuja concentração se deseja determinar em uma análise. • SINAL ANALÍTICO (ou SINAL) - Resposta instrumental à propriedade do analito (absorbância, intensidade de emissão, etc.) INTRODUÇÃO - Conceitos • MATRIZ – engloba todos os constituintes de amostra. Logo, além do analito a matriz contém os outros componentes chamados “concomitantes”. • SENSIBILIDADE – capacidade de um instrumento em distinguir entre pequenas diferenças na concentração de um analito. • LIMITE DE DETECÇÃO – é o menor nível de concentração (ou quantidade) de analito detectável por um instrumento. • SELETIVIDADE – refere-se ao quão um método analítico está livre de interferências de outras espécies presentes na matriz. 3 4 Análise Química Composição Química da Amostra Método Qualitativo Identifica Espécies Químicas Análise Elementar Elucidação de Estruturas Método Quantitativo Determina teor do analito 5 Métodos Analíticos Métodos Clássicos Métodos Instrumentais Gravimétricos Volumétricos 6 Problema Analítico 1 - Amostragem e seleção do método Clássico x Instrumental 2- Tratamento da amostra Mecânico(pesagem, trituração, etc)Químico( solventes, reagentes, etc) 3- Medida analítica (massa, propriedade elétrica, ótica,etc 4- Tratamento dos dados analíticos Calibração, tratamento estatístico, etc 7 PANORAMA DE UMA MEDIDA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Dados (Espectros, leituras,etc) Informação Analítica Qualitativa Quantitativa 8 MÉTODOS INSTRUMENTAIS - Propriedades Medidas 9 Métodos Quantitativos • Métodos Espectroanalíticos; • “ Eletroanalíticos; • “ Radioanalíticos; • “ Termoanalíticos; • “ Cromatográficos. Métodos Qualitativos, de Identificação ou Caracterização • Espectroscopia no Infravermelho; • Espectroscopia no UV-Visível; “ de Ressonância Magnética Nuclear; • “ Raman • Espectrometria de Massa Atômica ou Molecular, etc. MÉTODOS INSTRUMENTAIS - Classificação 10 Métodos Espectroanalíticos Baseiam-se em medidas de absorção e emissão da radiação UV-Visível por espécies químicas atômicas ou moleculares. a) Espectrometria Atômica • Espectrometria Atômica Óptica: Absorção, Emissão e Fluorescência • Espectrometria de Massa Atômica • Espectrometria Atômica de Raios X: Absorção, Difração • Fluorescência. MÉTODOS INSTRUMENTAIS - Classificação 11 b) Espectrometria Molecular Espectrometria Molecular Eletrônica: Absorção UV-VIS e Emissão por Luminescência (Fluorescência, Fosforescência e Quimiluminescência) Espectrometrias no Infravermelho e Raman Espectrometria de Massa Molecular Espectrometria de Ressonância Magnética Nuclear OBS : Espectroscopia - Termo geral para a ciência que estuda a interação das diferentes formas de energia com a matéria. MÉTODOS INSTRUMENTAIS - Classificação 12 Métodos Eletroanalíticos São aqueles baseados em medidas de propriedades elétricas (corrente, tensão e resistência) das espécies químicas. • Potenciometria; • Coulometria; • Voltametria; • Condutometria; • Eletrogravimetria; MÉTODOS INSTRUMENTAIS - Classificação 13 • Métodos Radioanalíticos São os que se baseiam em medidas das radiações emitidas por espécies químicas.. • Métodos Termoanalíticos Baseiam-se em medidas de calor emitido ou absorvido por espécies químicas. •Métodos Cromatográficos São aqueles baseados na combinação de um método instrumental de análise (espectrofotométrico, por exemplo) com uma técnica de separação, usando colunas empacotadas ou superfícies porosas. MÉTODOS INSTRUMENTAIS - Classificação 14 conversões entre os domínios de dados durante uma medida espectrofluorimétrica. o sinal analítico ou sinal - porta informação sobre o analito. O ruído - parte indesejada, pois é informação espúria e afeta o limite de detecção. Na figura abaixo (parte a), é mostrado o efeito do ruído sobre um sinal de uma corrente contínua. Na parte b, mostra se um gráfico teórico da mesma corrente sem ruído. 15 Toda medida analítica engloba: 16 • Observação Como a intensidade média do ruído, N, praticamente independe da magnitude do sinal S, o efeito do ruído sobre o erro relativo de uma medida diminui com o aumento de S. Por isso, a relação sinal-ruído, S/N (Signal-to-Noise Ratio), é mais útil que o ruído sozinho para descrever qualidade da medida. SINAIS E RUÍDO • Relação Sinal-Ruído A relação sinal-ruído S/N é dada por S / N = média / desvio-padrão = s x Os ruídos que afetam uma análise química podem se enquadrar em duas classes: ◦ Ruídos Químicos ◦ Ruídos Instrumentais Ruído Químico Origina-se de diversas variáveis que afetam a química do sistema analítico (ex.: flutuação na umidade relativa, variações não-detectadas na temperatura que afetam a posição de um equilíbrio químico, etc.) Ruído Instrumental Ruído relacionado aos componentes eletrônicos do instrumento de medida, ou seja, aos transdutores de entrada e de saída, à fonte, etc. 17
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