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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