Aula-Introdução-a-UV-VIS

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Aula 3 – introdução a UV-VIS 
Julio C. J. Silva 
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) 
Instituto de Ciências Exatas 
Depto. de Química 
Juiz de For a, 2013 
QUI 070 – Química Analítica V 
Análise Instrumental 
Química Analítica Instrumental 
• A) métodos espectroanalíticos 
– Espectrofotometria de absorção molecular 
• Região do Visível 
• Região do Ultravioleta 
• Região do Infravermelho 
– Fotometria de Chama (Emissão) 
– Espectrofotometria de absorção atômica 
• B) Métodos eletroanalíticos 
– Potenciometria 
– Condutimetria 
– Eletrogravimetria 
– Polarografia 
 
Química Analítica Instrumental 
• Reune: 
– Vários métodos e técnicas 
– Teoria e experimento 
– Instrumentação 
– Aplicações: 
• Controle de qualidade 
• Ciência dos solos 
• Tecnologia de Alimentos 
• Análises Clínicas 
• Ciências Ambientais 
 
Química Analítica Instrumental 
• Por muito tempo a QA  usou métodos convencionais 
(volumetria) 
 
• Após 1930  introdução de novos métodos: 
espectrofotometria, potenciometria, polarografia, etc. 
 
• Aprimoramento desses métodos  busca de sensibilidade e 
seletividade 
 
• E na condução automática das análises  PRINCIPAL ÁREA DA 
Q.A. 
 
Introdução a Métodos Óticos 
– ESPECTROMETRIA  principal classe dos métodos 
analíticos 
“são baseados na interação da energia radiante com a 
matéria” 
 
– São largamente usados  devido aos compostos 
coloridos, instrumentação disponível e de fácil operação 
 
– As medidas são feitas nas regiões do espectro: visível, 
ultravioleta e infravermelho 
Introdução a Métodos Óticos 
1) INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM A MATÉRIA 
 
– Métodos espectrométricos  a solução da amostra absorve radiação 
de uma fonte e a quantidade absorvida é relacionada com a 
concentração da espécie em solução 
 
2) RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA (R.E.) 
 
– A R.E. é uma forma de energia que se propaga no espaço como onda, 
a enorme velocidade e, em linha reta. 
 
– A R.E. revela caracteriticas ONDULATÓRIAS e CORPUSCULARES 
 
– Os fenômenos óticos: interferência, refração, reflexão, etc.  são 
descritos satisfatoriamente, considerando a R.E. como um 
movimento ondulatório. 
Introdução a Métodos Óticos 
Porém... O movimento ondulatório falha na interpretação da 
ABSORÇÃO e EMISSÃO da energia radiante 
 
– Absorção e Emissão  são descritos com o postulado de que a R.E. 
consiste de partículas discretas de energia (fótons ou quanta) 
 
“onda = grande número de fotóns” 
 
3) PROPRIEDADES ONDULATÓRIAS 
 
– A R.E. pode ser considerada “uma forma de energia radiante que se 
propaga como uma onda” 
 
– O movimento ondulatório  é caracterizado por vários 
parâmetros: comprimento de onda (), freqüência (), velocidade 
(c), amplitude (A), etc. 
Introdução a Métodos Óticos 
– Comprimento de onda ()  é distancia linear entre dois máximos 
ou mínimos de onda 
– O  tem diversas unidades: micrometros (µm), nanômetro (nm) e 
Ângstron (A) 
– 1 µm = 10-6 m = 104 A = I.V. (I.R) 
– 1 nm = 10-9 m = 10 A = Visível e U.V. 
– 1 A = 10-10 m = 104 A = I.V. (I.R) 
– Obs.: o  depende do meio onde a onda se propaga 
 
Introdução a Métodos Óticos 
– Freqüência ()  é o número de oscilações do campo por segundo 
 
– Unidade ( ): Hertz (Hz) ou ciclo/s 
 
– Obs.: a freqüência é determinada pela fonte e se mantém invariante, 
independente do meio de propagação. 
 
– velocidade (c)  o produto da freqüência () pelo comprimento de onda 
dá a velocidade da radiação no meio. 
 
c =  . 
 
– No vácuo  a “c” de uma onda independe da freqüência e tem valor 
máximo: 
 
– Cvácuo = 3 x 10
10 cm/s = 300.000 Km/s 
 
– Cmeio  Cvácuo  pela interação do campo magnético com a matéria 
(elétrons do meio) 
Introdução a Métodos Óticos 
• Sendo a  invariante  o  deve diminuir quando a 
radiação(onda) passa do vácuo para um meio material 
 
• O fator segundo o qual a velocidade é reduzida chama-se 
índice de refração (n): 
 
n = Cvácuo /Cmeio 
 
• Obs.: na análise espectroscópica o termo mais usado é o  
 
Introdução a Métodos Óticos 
• Sendo a  invariante  o  deve diminuir quando a radiação(onda) 
passa do vácuo para um meio material 
Introdução a Métodos Óticos 
4 )PROPRIEDADES ESPECTROSCÓPICAS 
 
– Certas interações da R.E. com o meio material  obrigou a tratar a R.E. como 
constituída de partículas de energia (fótons ou quanta) 
 
– Quando a R.E. é absorvida ou emitida  ocorre uma transferência de energia de um 
meio para outro. 
 
– A energia de um fóton depende da freqüência da radiação: 
 
E = h. 
– Onde: 
• E= energia em erg 
•  = freqüência em Hertz 
• h = constante de Planck = 6,6256 x 10-27 ergs 
 
– Em termos de : 
 
– E = h.v  v = c/  E = h.c/  
 
– Portanto um fóton de alta freqüência (curto ) é mais energético do que um de 
baixa freqüência (longo ) 
 
Introdução a Métodos Óticos 
5 ) ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 
 
• É um arranjo ordenado das radiações conforme 
seus comprimentos de onda 
 
• O espectro é dividido em várias regiões, de acordo 
com: a origem das radiações, as fontes para sua 
produção e os sensores para detectá-las 
 
Introdução a Métodos Óticos 
Introdução a Métodos Óticos 
Obs.: Sempre que uma solução for colorida seu  estará entre 
400 e 700 nm 
Introdução a Métodos Óticos 
6) INTERAÇÕES NÃO QUANTIZADAS DA R.E. COM A MATÉRIA 
• Reflexão, refração e dispersão: são fenômenos que a química não 
determina (óticos) 
• Reflexão e refração: 
• desvio da radiação quando passa (em ângulo) através da interface entre 
dois meios transparentes com densidades diferentes devido à diferença de 
velocidades da radiação nestes meios 
• Lei de Snell 
Introdução a Métodos Óticos 
6) INTERAÇÕES NÃO QUANTIZADAS DA R.E. COM A MATÉRIA 
• Dispersão: 
Introdução a Métodos Óticos 
7) ABSORÇÃO DA R.E. 
• A absorção da R.E. por um meio material  é uma interação quantizada 
que depende da estrutura das espécies atômicas ou moleculares 
envolvidas 
• Quando um feixe de radiação atravessa um meio material, seu vetor 
campo elétrico (E) atua sobre os átomos, moléculas e íons do meio e 
certas freqüências são seletivamente absorvidas 
Introdução a Métodos Óticos 
7) ABSORÇÃO DA R.E. 
• A energia absorvida é fixada por átomos ou moléculas que, sofrendo 
excitação, passa do estado fundamental para um estado excitado (estado 
energético superior) 
 
• Átomos, moléculas e íons  possuem número limitado de níveis de 
energéticos 
 
• Ex: Na11 = 1s2 2s2 2p6 3s1 
 
• Para a absorção ocorrer co fóton excitador deve possuir uma energia 
apropriada: 
h = E 
Onde: 
h = energia do fóton 
E = Diferença de energia o estado fundamental e o estado excitado 
• Retorno do estado excitado   através de diferentes processos 
 
Introdução a Métodos Óticos 
Introdução a Métodos Óticos 
8) ABSORÇÃO ATÔMICA 
– promoção de elétrons a estados de maior energia 
– relativamente poucos estados excitados possíveis 
– espectro de linhas 
– As energiasno U.V. e visível são suficientes apenas para provocar 
transições que envolvem elétrons externos 
 
Introdução a Métodos Óticos 
9) ABSORÇÃO MOLECULAR 
– Compreende três tipos de energia: rotacional, vibracional e eletrônica 
Et = Er + Ev + Ee 
– Er  associada a rotação da molécula em torno do seu núcleo de gravidade 
“ocorrem em regiões de baixa energia (µ ondas e I.V.). A energia não é 
suficiente para provocar outros tipos de transição” 
 
– Ev  associada a vibraçãodos átomos na molécula 
“ocorrem na região do I.V. e são sempre acompanhadas de transições 
rotacionais” 
 
– Ee  associada a distribuição dos elétrons em torno do núcleo do átomo 
“ocorrem nas regiões entre 110 e 750 nm. São sempre acompanhadas das 
outras transições” 
Introdução a Métodos Óticos 
Introdução a Métodos Óticos 
Referências 
- Faria, L.C. Notas de Aula. Instituto de Química. UFG. 1995. 
- D. A. SKOOG, F. J. HOLLER e T. A. NIEMAN – Princípios de Análise 
Instrumental, 5a ed., Saunders, 2002. 
- Junior, I.M.R. Notas de Aula. Instituto de Química. Unicamp. 2003. 
- James N. Miller & Jane C. Miller. Statistics and Chemometrics for Analytical 
Chemistry, fourth edition. Person Education. 
- A. I. VOGEL - Análise Analítica Quantitativa, LTC, 6ª ed., Rio de Janeiro. 
- D. A. SKOOG, D. M. WEST e F. J. HOLLER – Fundamentals of Analytical 
Chemistry, 6a ed., Saunders, 1991. 
- Galen W. Ewing. Métodos Instrumentais de Análise Química (Volume 1). 
Editora Edgard Blücher/Ed. da Universida