Espectroscopia de absorção atômica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE -- UFRNUFRN
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRACENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA-- CCETCCET
INSTITUTO DE QUÍMICAINSTITUTO DE QUÍMICA
QUÍMICA ANALÍTICA APLICADA QUÍMICA ANALÍTICA APLICADA –– QUI 0111QUI 0111
“ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO “ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO 
ATÔMICA ATÔMICA -- AAS”AAS”
ProfProfaa. . NedjaNedja Suely FernandesSuely Fernandes
Natal/RNNatal/RN
2014.12014.1
ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY - AAS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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TEORIA ELEMENTARTEORIA ELEMENTAR
2
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TEORIA ELEMENTARTEORIA ELEMENTAR
RELAÇÃO ENTRE A POPULAÇÃO DO ESTADO 
FUNDAMENTAL E A DOS EXCITADOS
EQUAÇÃO DE BOLTZMANN ( ) kTEe /21O1 gg/NN ∆−=
N1 = número de átomos no estado excitado
No = número de átomos no estado fundamental
g1/g2 = razão estatística ponderada para os
estados fundamental e excitado
∆E = Energia de excitação = hν
K = Constante de Boltzmann
T = Temperatura em kelvin
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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TEORIA ELEMENTARTEORIA ELEMENTAR
“Espectro parcial de absorção
para o vapor de sódio”.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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TEORIA ELEMENTARTEORIA ELEMENTAR
“Transições eletrônicas
responsáveis pelas linhas
de absorção do sódio”.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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PRINCÍPIOS BÁSICOSPRINCÍPIOS BÁSICOS
“Usado tanto na determinação quantitativa de cerca 
de 70 elementos químicos”.
“É uma técnica capaz de determinar traços (µL/mL) 
e ultratraços (sub µL/mL) de vários elementos com 
grande exatidão e precisão com alta seletividade ”.
“Análises de materiais biológicos, clínicos, meio 
ambiente, alimentos e materiais geológicos”.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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PRINCÍPIOS BÁSICOSPRINCÍPIOS BÁSICOS
“Quando a solução de um sal metálico é atomizada em
uma chama a temperatura elevada, o solvente se
evapora, o sal se vaporiza e as moléculas se
dissociam em átomos neutros”.
“Alguns desses atomos podem ser excitados ou
ionizados pela energia térmica da chama e ao
retornar ao seu estado eletrônico normal emitem
luz”
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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PRINCÍPIOS BÁSICOSPRINCÍPIOS BÁSICOS
“A Espectrofotometria de Absorção Atômica (AAS),
baseia-se na propriedade que têm os átomos de cada
elemento, quando se encontram quimicamente não-
combinados em seu estado fundamental de absorver
raias de radiação com comprimentos de onda
característicos”.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAÇÃO
FONTE DE RADIAÇÃO ATOMIZADOR MONOCROMADOR
TRANSDUTOR
SISTEMA DE LEITURA
INTRODUÇÃO DA 
AMOSTRA
DIAGRAMA DOS PRINCIPAIS COMPONENTES DE UM AAS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAÇÃO
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ATOMIZAÇÃOATOMIZAÇÃO
“Transforma o analito, na forma de aerossol, em
espécie atômica neutra capaz de absorver uma linha
de radiação”.
“Processo em que a amostra é volatilizada e
decomposta com meio para produzir gás atômico”
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ATOMIZAÇÃOATOMIZAÇÃO
SOLUÇÃO DO ANALITO AEROSSOL MOLÉCULAS GASOSAS
MOLÉCULAS EXCITADAS
ESQUEMA SIMPLIFICADO DO PROCESSO DE ATOMIZAÇÃO
ÁTOMOS
ÍONS ATÔMICOSÍONS EXCITADOS
ÁTOMOS EXCITADOS
Profa. Nedja Fernandes 
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REAÇÕES QUE OCORREM NA CHAMAREAÇÕES QUE OCORREM NA CHAMA
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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FONTES DE RADIAÇÃOFONTES DE RADIAÇÃO
LÂMPADA DE CATÔDO OCO
HOLLOW CATHODE LAMP - HCL
OU
LÂMPADA DE DESCARGA SEM ELETRODOS - EDL
ELETRODELESS DISCHARGE LAMP
OU
E
Profa. Nedja Fernandes 
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LÂMPADA DE CATÔDO OCOLÂMPADA DE CATÔDO OCO
HOLLOW CATHODE LAMP - HCL
OU
Profa. Nedja Fernandes 
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LÂMPADA DE CATÔDO OCOLÂMPADA DE CATÔDO OCO
“São constituídas de um ânodo geralmente de
tungstênio e um cátodo na forma de meio cilindro
revestido de uma camada do metal puro desejado
para emitir determinado espectro ou, então,
totalmente construído do próprio metal puro que
emite o espectro requerido”.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ESQUEMA DA LÂMPADA DE CATÔDO ESQUEMA DA LÂMPADA DE CATÔDO 
OCOOCO
Profa. Nedja Fernandes 
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SISTEMAS DE INTRODUÇÃO DA SISTEMAS DE INTRODUÇÃO DA 
AMOSTRAAMOSTRA
Nebulizadores pneumáticos
Nebulizadores ultra-sônicos
Vaporizadores eletrotérmicos
Técnica de geração de hidretos
Principais técnicas para a introdução de 
amostras líquidas
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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NEBULIZADORES PNEUMÁTICOSNEBULIZADORES PNEUMÁTICOS
�Convertem a amostra líquida em aerossol por sucção, usando um 
fluxo de gás a alta pressão
�A sucção quebra o líquido em finas gotas que são carreadas para 
o interior do atomizador
� Nebulizador de tubo concêntrico
� Nebulizador de Babington
� Nebulizador de fluxo em cruz
TIPO DE NEBULIZADORES PNEUMÁTICOS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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TIPOS DE NEBULIZADORES TIPOS DE NEBULIZADORES 
PNEUMÁTICOSPNEUMÁTICOS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ATOMIZADORESATOMIZADORES
CHAMA ELETROTÉRMICO
�Transformar o analito, na forma de aerossol, em espécie atômica 
neutra capaz de absorver uma linha de radiação.
FUNÇÃO PRINCIPAL
TIPOS
FORNO DE GRAFITE
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ATOMIZADORES DE CHAMAATOMIZADORES DE CHAMA
OBJETIVO
PRODUÇÃO DA CHAMA
�A amostra é usualmente introduzida na chama na forma 
de aerossol.
Dissociação das moléculas em átomos.
Gás combustívelGás comburente
Oxidante
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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FUNÇÕES DA CHAMAFUNÇÕES DA CHAMA
�Atomização (decomposição dos íons ou moléculas 
em átomos)
�Manter a amostra no estado de vapor
�Excitar eletronicamente uma fração de átomos 
presentes na amostra
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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QUEIMADOR DE FLUXO LAMINARQUEIMADOR DE FLUXO LAMINAR
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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PRINCIPAIS MISTURAS DE GASES 
USADOS NA AAS 
Combustível Comburente Temperatura oC
Acetileno
Acetileno
Acetileno
Hidrogênio
Hidrogênio
Gás liquefeito de petróleo
Gás liquefeito de petróleo
Ar
Oxigênio
Óxido nitroso
Ar
Oxigênio
Ar
Oxigênio
2100 - 2400
3050 - 3150
2600 - 2800
2000 - 2100
2550 - 2700
1700 - 1900
2700 - 2800
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ATOMIZADOR ELETROTÉRMICOATOMIZADOR ELETROTÉRMICO
�Disponível no mercado por volta de 1970
�Consiste em um tubo de grafite de 50 mm de comprimento e 
10 mm de diâmetro, aberto nas duas extremidades, por onde 
flui constantemente um gás inerte (Ar ou N2) na proporção de 
1,5 L/min.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ATOMIZADOR ELETROTÉRMICOATOMIZADOR ELETROTÉRMICO
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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TUBO DE GRAFITE E PLATAFORMA DE TUBO DE GRAFITE E PLATAFORMA DE 
L’VOVL’VOV
“Plataforma de L’ vov e sua
posição no forno de grafite”
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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TÉCNICA DE VAPORIZAÇÃO A FRIOTÉCNICA DE VAPORIZAÇÃO A FRIO
� Limita-se estritamente à determinação de mercúrio,
que no estado elementar tem pressão de vapor apreciável
na temperatura normal.
�A quantidade de átomos na fase gasosa é suficiente e
não há necessidade de tratamentos especiais.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE MERCÚRIOMÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE MERCÚRIO
� Redução de um composto de mercúrio (II) com boro-
hidreto de sódio (NaBH4) ou cloreto de estanho II
(SnCl2), para formar mercúrio elementar.
Hg2+ + Sn2+ ↔ Hgo + Sn4+
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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VANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO POR VANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO POR 
CHAMACHAMA
� Rapidez da análise (apenas alguns segundos);� Custo menor por análise;
� Equipamento de fácil operação e manutenção;
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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VANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO VANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO 
ELETROTÉRMICAELETROTÉRMICA
� Pré-tratamento da amostra com maior segurança em 
relação a possíveis interferências;
� Não são usados gases tóxicos ou inflamáveis. Não há 
perigo de explosão;
� Maior sensibilidade. Os limites de detecção são 10 a 
100 vezes menores do que na chama;
� Menor quantidade de amostra (µg ou µL) .
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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DESVANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO POR DESVANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO POR 
CHAMACHAMA
� Uso de gases tóxicos ou inflamáveis;
� Uso de altas temperaturas para elementos 
refratários a fim de reduzir os limites de detecção;;
� Limite de detecção: 0,1 a 1,0 µg/mL ;
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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DESVANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO DESVANTAGENS DA ATOMIZAÇÃO 
ELETROTÉRMICAELETROTÉRMICA
� Mais suscetível a interferências físicas e químicas 
nos resultados em técnicas mais complexas;
� Equipamento de manutenção e operação técnica mais 
complexa;
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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MONOCROMADORESMONOCROMADORES
FINALIDADE
�Seleciona uma determinada raia de emissão 
molecular.
�A função é isolar a raia de ressonância de todas as 
raias que não são absorvidas pelo elemento sob análise 
que são emitidas pela fonte de radiação.
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IQ/UFRN
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LIMITES DE DETECÇÃO DE ALGUNS METAIS DETERMINADOS POR AAS
Metal Atomização na chama 
ng/mL
Atomização Eletrotérmica 
ng/mL
Al
As
Ca
Cd
Cr
Cu
Fe
Hg
Mg
Mn
Mo
Na
Ni
Pb
Sn
V
Zn
30
100
1
1
3
2
5
200
0,1
2
30
2
5
10
20
20
2
0,005
0,02
0,02
0,0001
0,01
0,002
0,005
0,1
0,00002
0,0002
0,005
0,0002
0,02
0,002
0,1
0,10
0,00005
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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INTERFERÊNCIASINTERFERÊNCIAS
a) INTERFERÊNCIAS ESPECTRAIS
b) INTERFERÊNCIAS QUÍMICAS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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COMO ELIMIMINAR AS INTERFERÊNCIAS?COMO ELIMIMINAR AS INTERFERÊNCIAS?
�Usar, se possível, padrões e amostras de composição semelhante
para eliminar os efeitos de matriz (ajuste de matriz);
�Alterar a composição da chama ou sua temperatura para reduzir a
formação de compostos estáveis na chama;
�Selecionar raias de ressonância que não sofram interferência
espectral de outros átomos ou moléculas e de fragmentos
moleculares;
�Separar por extração com solventes ou processos de troca iônica o
elemento interferente;
�Usar um método de correção de radiação de fundo.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ELEMENTOS DETERMINADOS POR AASELEMENTOS DETERMINADOS POR AAS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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ELEMENTOS DETERMINADOS POR AASELEMENTOS DETERMINADOS POR AAS
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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CURVA DE CALIBRAÇÃOCURVA DE CALIBRAÇÃO
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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APLICAÇÕESAPLICAÇÕES
� É possível determinar cerca de 70 elementos;
� Determinação de impurezas em ligas de aço e em 
ligas de cobre;
� Análise de Pt, Au, Ag e Rh na indústria de metais 
nobres;
� Determinação de micronutrientes em solos, 
plantas, fertilizantes, cereais, etc;
� Determinação de metais em cimento, vidro, tinta, 
tecido, etc.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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APLICAÇÕESAPLICAÇÕES
� Determinação de Ni, Cu, Fe e Na em óleos brutos 
e em catalisadores;
� Determinação de Ca, Pb, Cd, Mn, Mg no sangue, 
urina e em tecidos orgânicos;
� Determinação de metais alcalinos e outros como 
Fe, Co, Ni e Li em medicamentos.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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MODELO DE ESPECTROFOTÔMETRO DE MODELO DE ESPECTROFOTÔMETRO DE 
ABSORÇÃO ATÔMICAABSORÇÃO ATÔMICA
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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MODELO DE ESPECTROFOTÔMETRO DE MODELO DE ESPECTROFOTÔMETRO DE 
ABSORÇÃO ATÔMICAABSORÇÃO ATÔMICA
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASREFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• SKOOG, D. A., WEST, D. M., HOLLER, F. J., CROUCH, S. R., 
Fundamentos de Química Analítica, 8a ed. São Paulo. Thomson. 
2006.
• HARRIS, D. C., Análise Química Quantitativa. 5a ed. Rio de 
Janeiro. LTC editora. 1999
• MENDHAM, J., DENNEY, R. C., BARNES, J. D., THOMAS, M. J. 
k., VOGEL - Análise Química Quantitativa. 6ª ed. Rio de Janeiro. 
LTC editora. 2002.
• VINADÉ, M. E. C e VINADÉ, E. R. C, Métodos Espectroscópicos
de Análise Quantitativa. Editora ufsm, Santa Maria-RS, 2005.
Profa. Nedja Fernandes 
IQ/UFRN