lista 3 Métodos Espectroscópicos de Análise

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA APLICADA
MESTRADO EM QUÍMICA APLICADA
MÉTODOS ESPECTROCÓPICOS DE ANÁLISE
LISTA DE EXERCÍCIOS 03
Ponta Grossa
2018
 Lista de Exercícios 3 - 2018 
A lista deve ser respondida em dupla e deverá ser entregue em 04/05
1) Para determinar a concentração de ferro em sistemas aquáticos, um analista tomou cinco alíquotas de 10,00 mL de água de um lago e adicionou a cada uma delas, respectivamente, exatamente 0,00, 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 mL de uma solução-padrão contendo 10,0 ppm de Fe3+, complementando a seguir os volumes a 50,00 mL com água deionizada e excesso de SCN-, de modo a formar o complexo [FeSCN]2+ (vermelho). Em um determinado comprimento de onda, as absorbâncias medidas para as cinco soluções foram, respectivamente, 0,240; 0,437; 0,621; 0,809; 1,009. Monte o gráfico necessário para análise dos resultados. 
a) Qual é a concentração de ferro na amostra original?
Como a amostra junto com o padrão foi diluído em 50 mL devemos calcular nova a concentração de ferro em cada amostra.
C1V1=C2V2
Amostra 1: 10ppm x 5mL=V2 x 50mL
V2 =1ppm
Amostra 2: 10ppm x 10 mL= V2 x 50 mL
V2= 2ppm
Amostra 3: 10ppm x 15 mL= V2 x 50 mL
V2= 3 ppm
Amostra 4: 10 ppm x 20 mL= V2 x50 mL
Com estes novos valores de concentrações, montamos a tabela e o gráfico a seguir:
	Amostra
	Concentração Fe 3+ em ppm
	Absorbância
	1
	0
	0,24
	2
	1
	0,437
	3
	2
	0,621
	4
	3
	0,809
	5
	4
	1,009
Utilizando a equação da reta presente no gráfico obtemos o valor da concentração de ferro da amostra em que não foi adicionado padrão quando y=0
Y=0,191 x+0,2412
X=y -0,02412 / 0,191
X= -1,2628 ppm
Como concentração não pode ter valor negativo multiplicamos o valor obtido por -1
-1,2628 x -1= 1,2628 ppm
Como as amostras foram diluídas 5 vezes precisamos multiplicar o valor obtido por 5 para obter a concentração de ferro III na amostra de agua do lago.
1,2628 x5 = 6,314 ppm de Fe3+
b) Descreva o método de adição de padrão, explicando suas vantagens e desvantagens em relação ao método da curva de calibração.
O método de adição-padrão consiste na adição de uma determinada quantidade de padrão à amostra. Deve-se medir a absorbância da amostra antes e após a adição do padrão, nas mesmas condições espectrofotométricas. Desse modo, pode-se minimizar a ação de interferentes contidos na amostra. O efeito dos interferentes é praticamente o mesmo nas soluções de amostra e de amostra mais padrões. 
Para fazer a adição padrão, toma-se uma alíquota conhecida da amostra e faz-se uma diluição a um certo volume final e mede-se a absorbância. Em seguida, toma-se outra alíquota de a mostra de mesmo volume, adiciona-se um certo volume de padrão, dilui-se ao mesmo volume final e mede-se a absorbância. Com essa técnica, a absorbância lida após a adição do padrão será, necessariamente, maior do que a absorbância antes da adição. 
Levando em consideração que o sucesso da curva de calibração depende muito da exatidão com que são conhecidas as concentrações padrão e o quão próximas estão da matriz, sendo difícil estabelecer esta similaridade, efeitos da matriz levam a erros de interferência.
Assim um constituinte indesejável pode interferir, quer devido às suas próprias propriedades óticas, quer por sofrer interações com o cromóforo a ser analisado, ou com os vários reagentes empregados na determinação.
O reconhecimento e a eliminação de interferentes numa análise é grandemente facilitado quando se tem conhecimento da natureza dos componentes presentes na solução em análise, o que nem sempre é possível quando a amostra é muito complexa. há uma variedade de técnicas para eliminar, ou minimizar, os efeitos dos constituintes não desejados. 
Sendo assim, nem sempre é possível a leitura direta da amostra, por várias razões: ·a amostra pode conter mais de um cromóforo; as condições de pH, agentes complexantes, solventes, etc., podem não ser reprodutíveis nos padrões, e esses fatores podem afetar a absortividade da substância; a amostra pode estar diluída demais e fora da faixa ótima de leitura. Contornar esses e outros fatores exige o emprego de técnicas como a adição-padrão.
Portanto a técnica de adição-padrão é uma técnica instrumental muito utilizada pela rapidez e simplicidade de análise e por dispensar toda essa série de procedimentos de eliminação de interferentes que seriam dispendiosos em tempo e dinheiro se aplicando uma curva de calibração apenas. (HARRIS, 2005)
2) a) Fale sobre os desvios da Lei de Beer-Lambert.
A Lei de Beer-Lambert se aplica sistemas como baixas concentrações. Em soluções altas concentrações parte da luz que atravessa pode ser dispersada, não chegando até o detector causando desvio na leitura. Quando se utiliza indicador para detectar uma substancia este pode ter um comportamento não linear em relação à absorbância devido a deslocamento de equilíbrio. A Lei de Beer se aplica quando se utiliza radiação monocromática por isso podem ocorrer desvios experimentais caso incida sobre a amostra uma radiação policromática ou monocromática de comprimento de onda diferente daquele no qual o analito absorve. 
b) Por que é mais exato medir absorbância na faixa A = 0,3 – 1,0?
Devido ao fato de que dentro desta faixa é possível obter um resultado linear para a absorbância estando de acordo com Lei de Beer. Acima é abaixo desta faixa é possível que ocorram desvios significativos.
3) a) Qual a diferença ente um espectrofotômetro de feixe duplo temporal e um de feixe simples? Quais são as vantagens do instrumento de duplo feixe temporal. 
No aparelho de feixe simples a luz monocromática atravessa somente a cubeta da amostra, estando estes aparelhos sujeitos a desvios de leitura causados por variação na intensidade luminosa emitida pela lâmpada. O aparelho de feixe duplo temporal possui em pequeno disco em que parte da circunferência é espelhada e parte é transparente, dessa forma ao ser girado por um pequeno motor ora permite que a luz vinda do monocromador atravesse a cubeta da amostra, ora permite que a luz atravesse uma cubeta de referencia. Dessa forma o aparelho detecta os pulsos alternados da amostra e da referencia e compensa mudanças na intensidade da luz emitida pela lâmpada, bem como mudanças de intensidade associadas à mudança de comprimento de onda realizadas pelo monocromador. Outra vantagem é que o feixe duplo presta-se bem para o registro continuo do espectro de transmitância e absorbância.
b) Explique como funcionam os detectores de radiação visível conjunto de fotodiodos e dispositivo de carga acoplada.
Os fotodiodos são dispositivos semicondutores que convertem um sinal luminoso em sinal elétrico. Um conjunto de fotodiodos é um arranjo linear composto por centenas ou ate milhares de fotodiodos formados sobre um chip de silício que mede de 1 a 6 centímetros. Os dispositivos de carga acoplada (CCD) são arranjos lineares compostos por elementos semicondutores que funcionam como se fossem pequenos tubos multiplicadores. Nos espectrofotômetros dotados de fotodiodos e CCDs, a luz policromática atravessa a amostra é posteriormente separada em diversos comprimentos de onda que chegam simultaneamente ao arranjo, dessa forma os dados são analisados simultaneamente permitindo a obtenção de um espectro.
 
4) O espectro de absorção molecular da benzonitrila apresenta duas bandas de absorção, uma com máximo em 224 nm e outra em 271 nm.
Se uma solução de benzonitrila em água, com uma concentração de 2,0x10-5 mol/L, é examinada no comprimento de onda de 224 nm observa-se uma absorção de 0,78. O comprimento da cubeta é de 1,00 cm. Qual é a de absortividade molar dessa banda de absorção? .	
A= ɛbc 	ɛ=A/BC 	ɛ=0,78 / 2,0x10-5 mol/L x 1,0 cm		ɛ= 3,9x104 L mol-1cm-1				
Se a mesma solução é examinada a 271 nm, qual será a leitura da absorbância ( = 1000 L mol-1 cm-1)? Qual será a razão P0/P?E o valor de Transmitância?
 A= ɛbc 	A=1000 x 2,0x10-5 x 1,00	= 0,02	
A= -log T 
T = 100,02	
T= 1,04728	
100/ 1,04728= 95,4854
T= 100/95,4854		
		
c) Quando são observados os pontos isosbésticos nos espectros de absorção óptica molecular?
Quando duas ou espécies de substancias possuem o mesmo valor de absorbância em um mesmo comprimento de onda. Quando aparece ponto isosbésticos numa reação química significa que não há formação de compostos intermediários entre o reagente e produto. A presença de um ponto de isosbétsicos indica que apenas duas espécies, que variam em concentração contribuem para a absorção em torno do ponto. Se uma terceira espécie esta participando do processo, os espectros se intersectam em diversos comprimentos de onda com a variação das concentrações.
5) Uma amostra de 100,00 mL de solução de p-bromofenol em água foi titulada fotometricamente com solução 0,456 mol/L de NaOH a 425 nm, obtendo-se os dados abaixo: 
				
	Volume de NaOH (mL)
	A425corrigida
	Volume de NaOH (mL)
	A425corrigida
	0,20
	0,060
	1,80
	0,660
	0,40
	0,160
	2,00
	0,680
	0,60
	0,240
	2,20
	0,700
	0,80
	0,320
	2,40
	0,700
	1,20
	0,500
	2,60
	0,700
	1,60
	0,610
	3,00
	0,700
Determine através do gráfico o ponto final da titulação.
	Alíquota
	NaOH vol mL
	n NaOH (mol)
	Volume final mL
	[pBr(Fenolato de sódio)] mol L-1
	A
	[pBr(Fenol)]mol L-1
	1
	0
	0
	100
	0
	0
	0,010032
	2
	0,2
	0,0000912
	100,2
	0,000913824
	0,06
	0,00912
	3
	0,4
	0,0001824
	100,4
	0,001831296
	0,16
	0,008208
	4
	0,6
	0,0002736
	100,6
	0,002752416
	0,24
	0,007296
	5
	0,8
	0,0003648
	100,8
	0,003677184
	0,32
	0,006384
	6
	1,2
	0,0005472
	101,2
	0,005537664
	0,5
	0,00456
	7
	1,6
	0,0007296
	101,6
	0,007412736
	0,61
	0,002736
	8
	1,8
	0,0008208
	101,8
	0,008355744
	0,66
	0,001824
	9
	2
	0,000912
	102
	0,0093024
	0,68
	0,000912
	10
	2,2
	0,0010032
	102,2
	0,010252704
	0,7
	0
	11
	2,4
	0,0010944
	102,4
	0,011206656
	0,7
	0
	12
	2,6
	0,0011856
	102,6
	0,012164256
	0,7
	0
	13
	3
	0,001368
	103
	0,0140904
	0,7
	0
Determine a concentração de p-bromofenol em mol/L. 
A reação de p bromo fenol reage NaOH 
Ou seja, a reação é 1:1, no ponto a partir do qual não acorre mais aumento de absorbância é onde a quantidade de NaOH e de 0,0010032 mol, portanto a concentração inicial do p-bromo fenol é de 0,0010032 mol em 100 mL, ou 0,01003 mol L-1.
c) Faça as atribuições quanto às absortividades molares do titulante, do analíto e do produto final, comparando-os entre si 
Com os dados obtidos é possível perceber que o analito possui baixa absortividade molar para este comprimento de onda, pois a absorbância não diminui à medida que este é consumido na reação. O titulante também possui baixa absortividade molar para este comprimento de onda, pois uma vez ultrapassado o ponto de equivalência a absorbância tornou-se constante mesmo com a adição de mais titulante. Conclui-se que a absorbância está associada à formação do p-Bromo fenolato de sódio. 
 Tomando-se apenas os 7 primeiros valores do gráfico mais o zero obtemos um novo gráfico contendo apenas a reta, sem ponto de inflexão, portanto a absortividade molar do composto é igual ao coeficiente angular da reta que é 82,949 L mol-1cm-1
6) O íon ferroso pode ser determinado espectrofotometricamente através da reação com 1,10 fenantrolina para produzir um complexo laranja avermelhado que absorve a 510 nm. Uma solução estoque de ferro(II) foi preparada após a dissolução de 0,0702 g de sulfato ferroso amoniacal hexaidratado (MM = 392,16 g/mol) na presença de 2,5 mL de H2SO4 e diluído a 1000 mL. Uma série de padrões de ferro(II) foi preparada a partir da transferência de 1,00; 2,00; 5,00 e 10,00 mL da solução estoque para balões volumétricos de 100,0 mL e posterior adição de hidroxilamônio e 1,00 mL da solução de 1,10 fenantrolina. O volume dos balões foi completado com água. Uma solução de referência, usada para zerar o espectrofotômetro, foi preparada a partir da mistura do redutor, do ligante e água. Três cápsulas (de mesmo peso) de um medicamento contendo ferro foram submetidas ao mesmo tratamento e diluídas também para 100,0 mL. As absorbâncias medidas para a série de padrões e amostras foram: P1- 0,081; P2- 0,171; P3- 0,432; P4- 0,857; A1- 0,463, A2- 0,472 e A3- 0,455.
Utilizando qualquer programa de computador, obtenha a curva analítica com os dados fornecidos, bem como as respectivas equações e coeficientes de correlação. 
1mol FeSO4.6H2O = 392,6g
1mol Fe= 55,84g (Ref. VOGEL, A.I. 1981)
392,16g FeSO4.6H2O ------100%
55,84 g Fe --------------------x %
x= 14,239% do FeSO4.6H2O corresponde ao íon Fe2+
se 396,16g FeSO4.6H2O ----------1mol
 0,0702 g FeSO4.6H2O --------X
X= 1,77x10-4 mol de FeSO4.6H2O
1,77x10-4 mol de FeSO4.6H2O ------100%
X mol Fe----------------------------------14,239%
X= 2,5x10-5 mol Fe 2+
Como 2,5 x 10-5 mol Fe2+ esta dissolvido em um litro de solução, portanto a concentração da solução de estoque é 2,5x10-5 mol L-1.
Em seguida foi feita a diluição da solução de estoque em soluções de 0,1L
Para padrão 
C1V1=C2V2 
C2=C1V1/V2
C2= 2,5x10-5mol L x 0,001L/ 0,1L
Padrão 1= 2,5x10-7 mol L-1
Padrão 2= 5,0x10-7 mol L-1
Padrão 3= 1,25x10-6 mol L-1
Padrão 4= 2,5x 10-6 molL-1
Utilizando-se os dados acima montou-se a tabela. Plotou-se o gráfico de concentração de padrão versus absorbância. Utilizando a equação da reta calculou-se os valores de concentração das amostras e em seguida adicionou-se os dados no mesmo gráfico.
	Padrão
	[Padão]mol/L
	A(Padrão)
	A (amostra)
	 [Amostra] mol/L
	1
	0,00000025
	0,081
	0,436
	1,27248E-06
	2
	0,0000005
	0,171
	0,472
	1,37702E-06
	3
	0,00000125
	0,432
	0,455
	1,32765E-06
	4
	0,0000025
	0,857
	
	
 
Determine o teor de ferro em cada medicamento para cada amostra. 
Utilizando os valores de concentração é das amostras é possivel verificar a massa de sulfato ferroso em cada comprimido. Como a concentração é dada em mol L-1 a quantidade em mol de íon ferro presente na soluçãode 100mL é 1 decimo da concentração.
Amostra 1; 1,2724x10-6 x 0,1 =1,2724 x10-7 mol de Fe2+
Amostra 2: 1,3770x10-6 x 0,1= 1,377x10-7 mol de Fe2+
Amostra3: 1,3276x10-6 x 0,1=1,3276x10-7 mol de Fe2+
Amostra 1:
1 mol de ferro---------------55.84g
1,2724 x10-7 mol de Fe2+---------------X g
X= 0,000007106 g Fe2+
0,000007106 g Fe2+-------14,239%
X g-------------------------------100%
X= 4,991x10-5 g de FeSO4.6H2O
Ou seja, 49,9 micro gramas de FeSO4.6H2O
Amostra 2
7,68x10-6 g Fe 2+------------14,239%
X FeSO4.6H2O g--------------------------100%
X=5,4x10-5 g de FeSO4.6H2O
Ou seja, 54 micro gramas de FeSO4.6H2O
Amostra 3:
1mol Fe--------55,84g
1,37x10-7 mol------x g
X = 7,65x10-6 g de Fe 2+
7,65x10-6 g------14%
X g-----------------100%
=5,372 x10-5 g FeSO4.6H2O
Ou seja, 53,7 micro gramas de FeSO4.6H2O
Qual deve ser o resultado expresso pelo analista. Explique
Como o analista fez em a analise em triplicata, o valor da concentração de FeSO4.6H2O pode ser expresso como a media dos três valores obtidos, ou seja, 55,3 micro gramas FeSO4.6H2O por comprimido
7) a) Por que a espectrofluorimetria apresenta, geralmente, maior sensibilidade que as técnicas espectrofotométricas baseadas no fenômeno de absorção molecular?
R: A elevada sensibilidade cerca de 100 vezes maior do que a espectroscopia UV-visível e a maior seletividade da espectrofluorometria são maiores devido ao foto de que nem todas as substâncias que absorvem radiação eletromagnética são capazes de emitir fluorescência, sendo utilizado para quantificação de fármacos em preparações farmacêuticas, eletroforese capilar, estudo de interações ligante-receptor entre outros. 
b). Sob quais condições a intensidade de fluorescência é proporcional à concentração?
R: Essa proporcionalidadeó é possível em soluções muito diluídas (absorbância muito baixa). Para concentrações suficientemente baixas (absorvância < 0.1) a luz incidente é ligeiramente atenuada ao longo da cubeta.
c) Discuta o Princípio de Franck-Condon.
R: O princípio do estado de Frank-Condon considera que, uma vez que o tempo necessário para que ocorra uma transição eletrônica é muito menor do que o tempo de movimentação dos núcleos, a transição vibrônica mais provável é aquela que não envolve a mudança nas coordenadas nucleares (uma transição eletrônica ocorre preferencialmente sem mudanças nas posições dos núcleos atômicos nas moléculas e em seu ambiente).
d) Discuta as diferenças e semelhanças entre os espectros de emissão e excitação de um fluoróforo.
R: Em geral o espectro excitação de fluorescência é a imagem especular do espectro de emissão de fluorescência, apresentam características muito semelhantes, se diferenciando no comprimento de onda máximo, o espectro de emissão apresenta comprimento de onda máximo menor do que o espectro de emissão.
8) a) Defina o conceito de supressão de fluorescência. Quais os mecanismos que levam às supressões colisional e estática?
R: Denomina-se supressão de fluorescência, qualquer processo que diminui a intensidade de fluorescência de uma dada espécie. Para a supressão colisional, a colisão do fluoróforo com o agente supressor durante o tempo de vida do estado excitado, após o contato o fluoróforo regressa ao estado fundamental sem emissão de fóton e sem qualquer alteração química das moléculas envolvidas. Já na supressão estática, consiste na formação de um com plexo não fluorescente entre o fluoróforo e o supressor. Quando este complexo absorve luz, ele imediatamente retorna ao estado fundamental sem emissão de fóton.
b) Como é possível verificar experimentalmente se o triptofano está localizado no interior ou na superfície de uma proteína globular, em meio aquoso?
R: Fazendo a análise da supressão colisinal de fluorescência, pois caso o triptofano esteja na superfície da proteína o mesmo irá sofrer com o supressor e com isso não haverá emissão ou a m esma irá diminuir, no caso do triptofano esteja localizado no interior da proteína ela não sofrera com o supressor, sendo assim seu espectro não deca irá.
9) Um estudante dissolveu devidamente, 0,519 g de amostra e diluiu para 50,0 mL. Em seguida, tratou uma alíquota de 25 mL para eliminar possíveis interferentes na análise e adicionou 2,3-quinoxalineditiol. Após ajustar o volume para 50,0 mL, ele obteve as absorbâncias e absortividades descritas na tabela a seguir, utilizando cubetas de 1,00 cm em 656 nm. Calcule a concentração de cobalto e níquel na mistura. DADOS: Co = 58,9 g/mol e Ni = 58,7 g/mol.
0,477 = 36400 x + 5520 y
0,219 = 1240 x + 17500 y
Y = 
0,477 = 36400 x + 5520 . 
0,477 = 3600 x + 0,069078857 – 391,13114286 x
0,408 = 36008,86857 x
CCo = x = 1,133 x 10-5 mol/L
Co = = 2,266x10-5
 y = 
CNi = y = 1,171x10-5 mol/L
Cni = = 2,234x10-5
10) Prediga o comprimento de onda máximo para cada um dos seguintes composto:
a) 
214 nm Transoide 
4 x 5 nm Resíduos de Anéis 
2X 5 nm Ligação dupla exocíclica 
 244 nm
 
253 nm Transoide 
30 nm Conjugação extensora de ligação duplas 
3 x 5 nm Resíduos de Anéis 
5 nm Ligação dupla exociclicas 
303 nm
214 nm Transoide 
2 x 30 nm Conjugação extensora de ligação duplas 
12 nm Resíduos 
2 x 18 nm Resíduo
3 x 5 nm Duplas exociclicas
338 nm
Referências Bibliográficas:
HARRIS. D.C. Análise Química Quantitativa. Rio de Janeiro, LTC Editora, 2005..
SKOOG, Douglas A. ; CROUCH, Stanley R. ; HOLLER, F. James Princípios de Análise Instrumental. 6ed. Porto Alegre, Bookman, 2009.