Princípios de Análise Instrumental

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Princípios de Análise 
Instrumental 
 
(Módulo 1) 
 
Prof. Dr. Marcos Lanza 
Métodos Instrumentais de Análise: 
•  Métodos Clássicos x Métodos Instrumentais 
ü  Procedimentos + elaborados; 
 
ü Custo (R$ ou US$) Y Y : justifica-se pelo elevado número 
de amostras ou pelos teores muito baixos (traços). 
 
ü  Necessidade de calibração/aferição com amostra de 
referência; 
ü  Necessidade de preparação cuidadosa das amostras e das 
soluções-padrão 
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Fatores que afetam a escolha do método: 
 
a)  Tipo de análise: elementar ou molecular, de rotina ou eventual. 
b)  Natureza do material: substâncias corrosivas, água, fármacos... 
c)  Interferência de outros constituintes da matriz. 
d)  Faixa de concentração a ser utilizada. 
e)  Disponibilidade de amostra. 
f)  Acurácia necessária. 
g)  Disponibilidade de instrumentos. 
h)  Tempo para completar a análise: acurácia x tempo. 
i)  Número de amostras: — — (Instrumental) ou ˜ ˜ (Clássica) 
j)  Análise destrutiva? 
k)  Custos de investimento, operação e manutenção 
(compensa??). 
Interferências: 
 
 A presença de interferentes afeta a seletividade do método 
de análise, o que pode ser minimizado pelo tratamento prévio da 
amostra. 
Abordagens: 
1)  Precipitação Seletiva. 
2)  Mascaramento (complexos). 
3)  Oxidação ou redução seletivas. 
4)  Extração com solvente. 
5)  Troca Iônica. 
6)  Cromatografia. 
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Principais Métodos Instrumentais: 
 
1) Espectrometria Atômica (Absorção e Emissão); 
2) Espectrometria Molecular (UV/Visível e IV); 
3)  Espectrometria de Massas; 
4)  Cromatografia e Eletroforese; 
5)  Métodos Eletroanalíticos (VC, Polarografia, CA); 
6)  Métodos Termogravimétricos (TG, DTA e DSC); 
7)  RMN (H e C); 
8)  Fluorescência de Raios X; 
9)  Outros. 
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Etapas de uma Análise: 
 
1)  Amostragem: tamanho e natureza física da amostra. 
2)  Preparação da amostra analítica: homogeneização, secagem, ... 
3)  Dissolução da amostra: dissolução/diluição. 
4)  Remoção de interferentes: (vide slide anterior). 
5)  Medidas e controle de fatores instrumentais: calibração, 
padronização, otimização e medida de sinal (luz, corrente 
elétrica, ...). 
6)  Resultados: cálculos e análise estatística. 
7)  Apresentação dos resultados: relatório. 
Espectroscopia 
 
 Os métodos espectroscópicos de análise são baseados na 
medida da quantidade de radiação produzida ou absorvida pelas 
moléculas ou espécies atômicas de interesse. 
 O resultado gráfico de uma técnica espectroscópica 
qualquer é chamado espectro. Sua impressão gráfica pode ser 
chamada espectrograma ou, por comodidade, simplesmente 
espectro. 
 
Radiação Eletromagnética: 
•  Forma de energia transmitida através do espaço a grandes 
velocidades. 
•  Descrita como onda (comprimento de onda, freqüência, 
velocidade e amplitude). 
•  Quanta ou Fótons: pacotes discretos de energia ou partículas 
(dualidade partícula-onda). 
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E – Campo elétrico 
M – Campo magnético 
Espectro Eletromagnético 
 
1= Elementos de uma onda 
2= Distância 
3= Deslocamento 
λ= Comprimento de onda 
γ= Amplitude 
Espectro Eletromagnético 
•  Comprimento de onda (λ) 
•  Período (p) = tempo necessário para completar um ciclo 
•  Freqüência (f) = ciclos/s ou Hertz 
 f= c/λ 
 
 c = velocidade da luz no vácuo 3.1010 cm/s 
 
Energia (E): E = h.f => E = h.c/λ 
 
h= constante de Planck 
 
 
* Menor comprimento de onda, maior energia!!! 
 
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Espectro Eletromagnético 
Espectro Eletromagnético 
Espectroscopia Molecular 
Espectroscopia Atômica 
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Espectro Eletromagnético 
•  UVA (400 – 320 nm, também chamada de "luz negra" ou onda longa), 
•  UVB (320 – 280 nm, também chamada de onda média), e 
•  UVC (280 - 100 nm, também chamada de UV curta ou "germicida"). 
Espectro Infra-Vermelho: 
 
•  IR-Próximo (700 nm a 1.400 nm), 
•  IR (1.400 nm a 3.000 nm), 
•  IR-Distante (3.000 nm a 1 mm): mm 
 
Espectro Visível: 
 
•  Visível (700 a 400 nm). 
 
Espectro UV: 
 
•  UV próximo (380 a 200 nm), 
•  UV distante (200 a 10 nm), 
•  UV extremo (1 a 31 nm). 
RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
Cores do espectro visível 
Cor Comprimento de onda Freqüência 
vermelho ~ 625-740 nm ~ 480-405 THz 
laranja ~ 590-625 nm ~ 510-480 THz 
amarelo ~ 565-590 nm ~ 530-510 THz 
verde ~ 500-565 nm ~ 600-530 THz 
ciano ~ 485-500 nm ~ 620-600 THz 
azul ~ 440-485 nm ~ 680-620 THz 
violeta ~ 380-440 nm ~ 790-680 THz 
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O que faz com que alguns raios interajam e outros passem através 
das coisas? 
 
Dois requerimentos devem ser observados para que uma 
determinada radiação possa ser absorvida por uma molécula: 
 
1 - A radiação incidente deve ser de freqüência equivalente 
aquela rotacional ou vibracional, eletrônica ou nuclear da 
molécula, 
 
2 - A molécula deve ter um dipolo permanente ou um dipolo 
induzido, ou seja, deve haver algum trabalho que a energia 
absorvida possa fazer. 
 
Interação da radiação com a matéria 
Diagramas de Energia Atômica 
E
n
er
gi
a 
λ1 
E2 (4p) 
E g energia luminosa, elétrica ou térmica 
Emissão 
E0 (3s) 
E1 (3p) 
590 nm 
λ2 
330 nm 
E 
E 
Excitação 
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Diagramas de Energia Molecular 
E
n
er
gi
a 
E2 (4p) 
E g energia luminosa, elétrica ou térmica 
Emissão 
E0 (3s) 
E1 (3p) 
λ1 
(Banda 1) 
E 
Excitação 
λ2 
(Banda 2) 
Princípios dos Métodos 
Energia 
Radiante 
Freqüência 
de Rádio 
IV Visível UV Raios X Raios γ 
	
  	
   RMN	
   Absorção	
   Absorção	
   Absorção	
   Absorção	
   Técnicas	
  Radiométricas	
  
	
  	
   	
  Microondas	
   	
  	
   Emissão	
   Emissão	
   Difração	
   	
  	
  
	
  	
   	
  	
   	
  	
   	
  	
   	
  	
   	
  	
   	
  	
  
Interação	
  com	
  
a	
  Matéria	
  
Rotação	
  
Molecular	
  
Vibração	
  e	
  
Rotação	
  
Molecular	
  
Excitação	
  
Eletrônica	
  
Excitação	
  
Eletrônica	
  
Deslocamento	
  
de	
  elétrons	
  
internos	
  
Desintegração	
  
Nuclear	
  
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•  Classificação dos métodos espectroquímicos: tabela 
•  Potência radiante (P): é a energia de um feixe de radiação que 
incide em uma determinada área por segundo. 
•  Detecção: conversão da energia radiante em um sinal elétrico 
(S), podendo ser voltagem ou corrente. 
•  O sinal elétrico é proporcional à intensidade da potencia 
radiante: 
S= kP 
•  Nos métodos de Emissão, Luminescência e Espalhamento, a 
Potência Radiante emitida por um analito após a excitação é 
proporcional à concentração c do mesmo (P=kc). 
•  Combinando-se equações, tem-se: S= k’c [ c x S 
 A concentração (c) do analito é diretamente proporcional ao 
sinal elétrico (S) em uma faixa de concentrações [ uso de 
padrões (curva de calibração). 
 
ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS MEDIDAS ESPECTROQUÍMICAS 
Classe 
Potência de 
Radiação medida 
Relações de 
Concentração Tipos de Métodos 
Emissão Emitida (Pe) Pe= kc Emissão Atômica 
Luminescência Luminescência (Pt) Pt= kc 
Fluorescência Atômica e 
Molecular 
Espalhamento Espalhada (Psc) Psc= kc 
Espalhamento Raman, 
Turbidimetria e 
Nefelometria 
Absorção 
Incidente (Po) e 
Transmitida (P) -log(P/Po)= kc 
Absorção Atômica e 
Molecular 
*Skoog 
Métodos Espectroquímicos 
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Espectro visível da luz de uma lâmpada difratada por um prisma: 
(a) esquema e (b) fotografia. 
Exemplo de difração de luz produzida 
na natureza. 
RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
• Comprimento de onda (λ) 
• Período (p)
= tempo 
necessário para completar 
um ciclo 
• Freqüência (f) = ciclos/s 
ou Hertz 
 
 f= c/ λ 
 c = velocidade da luz no vácuo 
3.1010 cm/s 
 
Unidades 
nm = 10-9 m 
A= 10 -10 m 
Energia (E) 
E = h.f => E = h.c/λ 
h= constante de Planck 
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Princípios 
energia frequência de infra- visível ultra- raios-X raios-γ 
radiante rádio vermelho violeta 
_______________________________________________________________________________________ 
Técnica NMR Absorção Absorção Absroção Absorção Técnicas radio- 
Analítica Microondas Fluorescência Difração métricas 
 Fosforescência 
 Fotometria de 
 chama 
 Espectroscopia de 
 emissão 
_______________________________________________________________________________________ 
 
Interação desintegração vibração e excitação eletrônica dos elétrons desintegração 
com a do rotação das átomos de uma moléculs internos são do núcleo 
matéria núcleo moléculas deslocados 
_______________________________________________________________________________________ 
 
Rotação 
 
Espectroscopia 
Molecular 
 Teoria do Orbital Molecular: ao absorver 
radiação, os elétrons dos orbitais moleculares 
ligantes ficam “excitados” e “saltam” para os 
orbitais não ligantes. 
 
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5000
(2 µm)
10000
(1 µm)
15000
(667 nm)
20000
(500 nm)
25000
(400 nm)
30000
(333 nm)
E (cm-1)
S0 v = 0
v = 1
S1* v = 0
1
2
1
3
S2* v = 0
2
3
0-0
transition
infrared
absorption
symmetry forbidden
π1 π1*
π1 π2*
with a
change in
internuclear
distance
λmax
0 cm-1
( nm)
long wavelength
absorption band
ground state
excited singlet
states
ü  Cromóforo: grupo insaturado covalente, responsável pela 
absorção eletrônica (por exemplo, C=C, C=O ou NO2) 
ü  Auxocromo: grupo insaturado que quando ligado ao 
cromóforo, altera tanto o comprimento de onda como a 
intensidade de absorção (por exemplo, OH, NH2, Cl) 
ü  Deslocamento batocrômico: deslocamento da absorção 
para comprimento de onda maior devido efeitos de 
substituição do solvente (deslocamento para o vermelho) 
ü  Deslocamento hipsocrômico: deslocamento da 
absorção para comprimento de onda menor devido efeitos 
de substituição do solvente (deslocamento para o azul) 
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Leis de absorção 
Io I1 
Transmitância = It/ Io T% = It/Io x 100 
Io = 100 I1 = 50 
Io = 100 I1 = 50 I2 = 25 
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Pierre Bouguer (1729) e de Johann Heindrich Lambert (1760) 
duas leis fundamentais: 
- A intensidade de luz (monocromática) transmitida por um corpo 
homogêneo é proporcional à intensidade de luz incidente. 
- A intensidade de luz (monocromática) transmitida decresce 
exponencialmente com o aumento da espessura da camada do corpo 
homogêneo 
 
It/Io = 10 –cba onde c= concentração; 
 ba= constante 
T = 10-cba 
log T = log 10 -cba 
log T = -cba log 10 
log T = -cba -log T = cba 
log 1/T = cba log Io/It = cba 
 log Io/It = Absorbância 
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Lei de Lambert- Beer 
A = ε b c qdo a concentração é expressa em moles/L 
 ou 
A = a b c qdo a concentração é expressa em outra unidade 
 
a / ε = absortividade/absortividade molar 
b= caminho óptico 
c= concentração 
A = absorbância ou absorvância 
cbT
I
IA
t
o ε=−=−= loglog
Absortiviade (a) ou absortividade molar (ε) 
 
Característica de uma substância para um determinado comprimento de 
onda e um determinado solvente 
Absortividade: capacidade da molécula em absorver energia 
A = abc 
 Cu +2 Cu (NH 3 ) 4 +2 Cu - DEDC 
λ max 800 600 436 
ε 20 80 10.000 
 
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 Representação gráfica da Lei de 
Beer, para soluções de KMnO4 em l 
= 545 nm e um caminho óptico de 1 
cm. 
 
a)  Em %Transmitância %T versus c 
 
b) Em Absorbância A versus c 
 
Equação da reta: y = a.x + b 
 
A = a. C(mg.L-1) + b 
ü  Presença de mais de uma substância absorvente 
ü  Mudança da natureza do solvente ou meio (soluções 
concentradas) 
ü  Quando incide na amostra luz com mais de um 
comprimento de onda em virtude de uma larga faixa de 
luz. 
 
Espectrofotômetros de boa qualidade dão menor desvio 
porque fornecem faixas de luz estreitas e um mínimo de luz 
dispersa. 
Desvios da Lei de Lambert- Beer 
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 Métodos Espectrofotométricos no UV/Vis 
 
Apl icação: Ident i f icação e/ou quant i f icação de 
medicamentos, alimentos, cosméticos, insumos, 
produtos químicos, efluentes, análises clínicas e 
toxicológicas 
 
Identificação e/ou Quantificação 
 Características dos Métodos UV/Vis 
 
1.  Aplicabilidade na determinação de compostos orgânicos e 
inorgânicos; 
2.  Sensibilidade entre 10-4 e 10-7 M 
3.  Seletividade moderada 
4.  Boa acurácia (incerteza entre 1 e 3%) 
5.  Análise rápida e de fácil execução 
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•  Vantagens: 
–  Método rápido, simples e econômico; 
–  Permite determinação de pK e coeficiente de partição de 
compostos orgânicos; 
–  Pode ser utilizado para monitorar a cinética de reações. 
 
•  Desvantagens 
–  Pouco seletivo não sendo recomendado para análise de 
misturas complexas. 
Fenômenos envolvidos quando um feixe (monocromático) de radiação 
incide sobre uma cubeta contendo uma solução que absorve no 
comprimento de onda incidente. 
Io = Ir + Ie + Ia + It Io = Ia + It 
Io = Intensidade do feixe incidente, 
Ir = Intensidade do feixe refletido, resultado das diferenças do índice de refração 
entre o absorvedor e o ambiente, 
Ie = Intensidade do feixe espalhado, resultado de um meio não homogêneo 
(suspensão) e/ou de flutuações térmicas, 
Ia = Intensidade do feixe absorvido pelo meio 
It = Intensidade do feixe transmitido. 
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Espectro de absorção do permanganato de potássio 
A amostra (1) tem 66mg/L de concentração. As demais (2),(3),(4) e (5) 
foram diluídas para (0.8), (0.6), (0.4) e (0.2) da concentração da primeira 
amostra, respectivamente. 
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
 Amostra 1
 Amostra 2
 Amostra 3
Solução aquosa de KMnO4
 
 
A
B
S
λ / nm
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Se várias substâncias absorverem a a radiação,há um efeito aditivo: 
 Abs = a1b1C1 + a2b2C2 + . . . 
Máx. de absorção a 525 nm
A= 0,233 
a = 
Máx. de absorção a 625 nm 
A = 0.318 -> a = 0,106/ppm.cm 
Corante vermelho Corante azul 
Mistura corante azul + vermelho A 510 nm= 0,183 
a = 0,061/ppm.cm 
Mistura: 
A 510 nm= 0,317 
A625nm = 0,477 
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
0,0
0,5
1,0
1,5
 
 
A
bs
or
vâ
nc
ia
λ / nm
B 
A 
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a- Espectro de uma 
lâmpada de luz 
branca 
b- Espectro de uma 
solução aquosa de 
azul de bromotimol 
10-5 mol L-1 (laranja) 
c - Espectro de uma 
solução etanólica de 
fluoresceína 10-5 mol L-1 
(amarela) 
Figura 1 - a. conjunto dos comprimentos de onda correspondentes ao 
espectro de emissão de uma lâmpada de tungstênio-halogênio (luz branca); 
b. região espectral transmitida por uma solução de azul de bromotimol e o 
respectivo espectro de absorção; c. região espectral transmitida por uma 
solução de solução amarela de fluoresceína e o respectivo espectro de 
absorção. 
220 225 230 235 240 245 250
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
 
 Plax
A
bs
λ / nm
Leitura a cada 1 nm
(λ= 235 nm; Abs= 2,6574) 
220 240 260 280 300 320 340
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
A
bs
λ / nm
 
 Plax
300 400 500 600 700 800
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
 
A
bs
λ / nm
 
 Plax
300 400 500 600 700 800
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
 
A
bs
λ / nm
 
 Plax
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INSTRUMENTAÇÃO 
Esquema Básico de um Instrumento para Medir a Absorção 
Sistema de Feixe Simples 
Sistema de Feixe Duplo 
Sistema de Feixe Simples 
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Sistema de Feixe Duplo 
Fontes de radiação UV-VIS 
 
Lâmpada de Tungstênio e Tungstênio-Halogênio: O filamento da 
lâmpada de tungstênio vaporiza-se e esses vapores fixam-se na 
face interna do bulbo da lâmpada. 
 
Lâmpada de Deutério: Normalmente usa-se a lâmpada de 
deutério para comprimentos de onda entre 180 a 370nm. 
Monocromadores 
 Filtros, Filtros de interferência, Prismas , Grades de difração 
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Em análises de rotina, empregam-se 3 formas 
diferentes de se calcular a concentração da espécie de 
interesse: 
 
Ø  Cálculo absoluto 
Ø  Determinação através da curva analítica 
Ø  Adição de padrão 
Álculos Quantitativos 
Cálculo absoluto 
 A absortividade (a) ou absortividade molar (ε) da 
amostra pode ser calculada a partir da absorbância 
obtida na análise de um padrão de concentração 
conhecida. 
ab
Ac =
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Determinação através da curva analítica 
Padrões de 
concentração conhecida 
utilizados na construção 
da curva analítica 
Amostra cuja 
concentração pode ser 
obtida através da curva 
analítica 
Cálculo pela adição de padrão 
 Método utilizado quando certos compostos 
presentes na matriz, podem interferir na 
determinação quantitativa do analito presente na 
amostra. 
 Adiciona-se quantiadade conhecida do padrão e 
determina-se a quantidade recuperada. 
 
 A1 = absorbância da amostra 
 A2 = absorbância da amostra adicionada de padrão 
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Exercícios 
1.  Calcular a concentração (% e µg/mL) de uma solução de 
furosemida sabendo que a (1%, 1cm) = 580 a 271 nm e 
cuja absorbância da amostra foi de 0,596. 
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Exercícios 
1.  Calcular a concentração (% e µg/mL) de uma solução de 
furosemida sabendo que a (1%, 1cm) = 580 a 271 nm e 
cuja absorbância da amostra foi de 0,596. 
•  Cálculo: A = A(1%, 1cm) xbxc 0,596 = 580x1xc 
C = 0,001027 % 
0,001027g ......... 100 mL 
1,027 mg ......... 100 mL 
1027 µg ......... 100 mL 10,27 µg ......... 1 mL 
Exercícios 
1.  Calcular a concentração (% e µg/mL) de uma solução de 
furosemida sabendo que a (1%, 1cm) = 580 a 271 nm e 
cuja absorbância da amostra foi de 0,596. 
Curva Calibração Furosemida
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0
Concentração ug/mL
Ab
sr
ob
ân
ci
a
10,27 µg/ mL 
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Exercícios 
2.  Um composto desconhecido (MM= 292,16 g/mol) foi 
dissolvido em um balão volumétrico de 5,00 mL. Foi retirada 
uma alíquota de 1,00 mL, colocada em um balão volumétrico 
de 10,00 mL e diluída até a marca, A absorbância a 240 nm foi 
de 0,427 em uma cubeta de 1,000 cm. A absortividade molar 
para esse composto em 340 nm é e= 6.130 M-1.cm-1. 
a)  Calcule a concentração do composto na cubeta. 
b)   Qual era a concentração no balão de 5,00 mL? 
c)  Qual a massa da substância foi utilizada para preparar a solução 
inicial?