Aula 3 ESPECTROFOTOMETRIA 2S 2011 versão alunos

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ANALÍTICA V – 2S 2011
Aulas 3 e 4Aulas 3 e 4
Espectrofotometria no Espectrofotometria no UVUV--VisVis
Prof. Rafael Sousa
Departamento de Química Departamento de Química -- ICEICE
rafael.arromba@ufjf.edu.brrafael.arromba@ufjf.edu.br
Notas de aula: www.ufjf.br/baccan
ESPECTROFOTOMETRIA no UV-Vis
Plano de aulaPlano de aula::
-- Definição de “espectrofotometria”Definição de “espectrofotometria”
-- Aspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULARAspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULAR
ABSORÇÃO molecularABSORÇÃO molecular
FLUORESCÊNCIA molecular FLUORESCÊNCIA molecular 
Aula 3Aula 3-- Aspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULARAspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULAR
-- Medidas de absorção e análises quantitativasMedidas de absorção e análises quantitativas
-- Instrumentos para análises espectrofotométricasInstrumentos para análises espectrofotométricas
-- Aspectos práticosAspectos práticos
-- A A quimioluminescênciaquimioluminescência
-- EspectrofluorimentriaEspectrofluorimentria (princípios e aplicações)(princípios e aplicações)
-- Instrumentação para Instrumentação para espectrofluorimetriaespectrofluorimetria
Aula 3Aula 3
Bibliografia
�� “Análise Instrumental”“Análise Instrumental”
F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000
�� ““VogelVogel -- Análise Química Quantitativa” Análise Química Quantitativa” 
GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002
�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”
D. Harris; 7a ed., 2008
�� ““PrinciplesPrinciples ofof Instrumental Instrumental AnalysisAnalysis””
DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5th ed., 1998
�� Tutoriais dos fabricantes de espectrofotômetrosTutoriais dos fabricantes de espectrofotômetros
�� Fundamentals Fundamentals ofof AnalyticalAnalytical ChemistryChemistry
DA Skoog, DM West, FL Holler; 5th ed., 1998
Espectrofotometria Espectrofotometria -- IntroduçãoIntrodução
EspectroEspectrofotofotometriametria: : 
Medida da luz que é Medida da luz que é absorvidaabsorvida ou ou emitidaemitida por uma espécie químicapor uma espécie química
Espectro obtido para o Espectro obtido para o ΒΒ--carotenocaroteno Espectro obtido para Espectro obtido para AgAg coloidalcoloidal
Espectrofotometria Espectrofotometria -- IntroduçãoIntrodução
LUZLUZ
Análise químicaAnálise química
(métodos espectroscópios)
MATÉRIAMATÉRIA
(métodos espectroscópios)
Diferentes substâncias interagem de forma diferente com a 
RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Espectrofotometria Espectrofotometria -- IntroduçãoIntrodução
AplicaçõesAplicações::
�� ANALITOS ANALITOS ORGÂNICOSORGÂNICOS
Alguns exemplos:Alguns exemplos:
-- Compostos nitrogenadosCompostos nitrogenados
-- Fármacos (Fármacos (àcàc. . acetilacetil salicílicosalicílico))
-- FenóisFenóis-- FenóisFenóis
-- Gorduras (colesterol)Gorduras (colesterol)
�� ANALITOS ANALITOS INORGÂNICOSINORGÂNICOS
Alguns exemplos: Alguns exemplos: 
-- Íon cloreto, fosfato, nitrato e sulfatoÍon cloreto, fosfato, nitrato e sulfato
-- AmôniaAmônia
-- Elementos metálicos em geral, As e BElementos metálicos em geral, As e B
Entendendo o contexto Entendendo o contexto –– O O espectro eletromagnético espectro eletromagnético 
(nm)
LUZ LUZ ÉÉ RADIAÇÃO ?RADIAÇÃO ?
�������� luz visível + outras luz visível + outras frequenciasfrequencias�������� FORMAS DE ENERGIAFORMAS DE ENERGIA
Aspecto ondulatório da radiação eletromagnéticaAspecto ondulatório da radiação eletromagnética
���� Ondas com dif. “comprimentos de onda” (λ) ���� dif. cores (Vis)
� Análises instrumentais: medidas de “frações” específicas de luz 
(visível ou não) ����MÁXIMOS DE ABSORÇÃO
�������� Relação entre comprimentos de onda e energiaRelação entre comprimentos de onda e energia
Aspecto ondulatório da radiação eletromagnéticaAspecto ondulatório da radiação eletromagnética
Relação entre comprimentos de onda (λ) e energia (E)
Modelo matemáticoModelo matemático
hh= constante de Planck (6,63 10-34 Js) h c
E = h ν =
cc= veloc. luz no vácuo (2,99 108ms-1)
E = h ν =
λ
�������� EE é inversamente proporcional ao é inversamente proporcional ao λλ
Na espectrofotometria os “máximos de absorção” são a principal Na espectrofotometria os “máximos de absorção” são a principal 
diferença que se observa no espectro de substâncias diferentes:diferença que se observa no espectro de substâncias diferentes:
fenômeno “menos energético”fenômeno “menos energético”
Espectro obtido para o Espectro obtido para o ΒΒ--carotenocaroteno Espectro obtido para Espectro obtido para AgAg coloidalcoloidal
O que faz a absorção da luzO que faz a absorção da luz
ser diferente ?ser diferente ?
As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dos
Grupos CromóforosGrupos Cromóforos
Grupos cromóforos Grupos cromóforos ??
São grupos funcionais com absorção característicaSão grupos funcionais com absorção característica
na região do na região do ultraultra--violetavioleta ou do ou do visívelvisível
ExEx: Carboxila (: Carboxila (-- COOH): COOH): 200 – 210 nm
�Absorve em váriosvários
comprimentos de onda comprimentos de onda diferentes
(vários grupos funcionais)
As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dos
Grupos CromóforosGrupos Cromóforos
Outros grupos cromóforos:Outros grupos cromóforos:
Carboxila (Carboxila (-- COOH): 200 COOH): 200 –– 210 210 nmnm
Aldeído (Aldeído (--CHO): 210; 280 CHO): 210; 280 –– 300300
AminoAmino ((--NHNH22): 195): 195
HaletosHaletos ((--BrBr: 208): 208)
DissulfetoDissulfeto ((--SS--SS--): 194; 255): 194; 255 � Substâncias diferentesDissulfetoDissulfeto ((--SS--SS--): 194; 255): 194; 255
Ester (Ester (--COOR): 205COOR): 205
Éter (Éter (--OO--): 185): 185
Nitro (Nitro (--NONO22): 210): 210
Nitroso (Nitroso (--NO): 302NO): 302
TiocarbonilaTiocarbonila (=C=S(=C=S--): 205): 205
TioeterTioeter ((--SS--): 194; 215): 194; 215
Tiol (Tiol (--SH): 195SH): 195
� Substâncias diferentes
� Diferentes grupos funcionais
As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dos
Grupos CromóforosGrupos Cromóforos
Processo de absorção da radiação: Processo de absorção da radiação: diferentes tipos de transições eletrônicas
As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dos
Grupos CromóforosGrupos Cromóforos
Cada transição eletrônica vem “acompanhada” de uma transição rotacional e Cada transição eletrônica vem “acompanhada” de uma transição rotacional e 
vibracional vibracional �� Espectros na forma de bandaEspectros na forma de banda
Níveis de energia
eletrônicos
Níveis de energia
vibracional
As substâncias absorverem radiação por causa dosAs substâncias absorverem radiação por causa dos
Grupos CromóforosGrupos Cromóforos
�������� Processo de absorção da radiação envolvemProcesso de absorção da radiação envolvem: : 
�������� Transições eletrônicas (Transições eletrônicas (UVUV--VisVis))
�������� Transições vibracionais (Transições vibracionais (Infravermelho médio e próximoInfravermelho médio e próximo))
Envolvem diferenças Envolvem diferenças 
energéticas menoresenergéticas menores
Cada nível de Cada nível de 
ENERGIA VIBRACIONAL:ENERGIA VIBRACIONAL:
SubníveisSubníveis de de 
ENERGIA ROTACIONAL ENERGIA ROTACIONAL 
Envolvem diferenças Envolvem diferenças 
energéticas ainda menoresenergéticas ainda menores
ENTRETANTO átomos no estado gasoso também podem absorver ENTRETANTO átomos no estado gasoso também podem absorver 
radiçãoradição no no UVUV--VisVis
Exemplos de medidas ESPECTROSCÓPICASExemplos de medidas ESPECTROSCÓPICAS
EspectroMETRIAEspectroMETRIA ATÔMICAATÔMICA
(vapor)
EspectroFOTOMETRIAEspectroFOTOMETRIA MOLECULARMOLECULAR
(vapore solução)
ENTRETANTO átomos no estado gasoso também podem absorver ENTRETANTO átomos no estado gasoso também podem absorver 
radiçãoradição no no UVUV--VisVis
Representação das transições eletrônicas que podem ocorrer no Representação das transições eletrônicas que podem ocorrer no átomo de sódioátomo de sódio
Que geram o fenômeno daQue geram o fenômeno da
“absorção atômica”“absorção atômica”
PARA “CASA”PARA “CASA”
CC11 -- ExplicarExplicar porqueporque osos espectrosespectros abaixoabaixo apresentamapresentam perfisperfis diferentes,diferentes,
considerandoconsiderando queque osos espectrosespectros dede absorçãoabsorção molecularesmoleculares sãosão geralmentegeralmente bandasbandas
ee nãonão picospicos estreitosestreitos..
Absorção da luz Absorção da luz no laboratóriono laboratório ??
Uso de “faixas” específicas do espectro !Uso de “faixas” específicas do espectro !
O processo de O processo de absorção da luz absorção da luz no laboratóriono laboratório
1ª etapa1ª etapa: : 
excitação eletrônica da molécula “M”excitação eletrônica da molécula “M”
M + M + hvhv��M*M*
2ª etapa2ª etapa: : 
relaxação relaxação 
M* M* ��M + M + calorcalor
M* M* ��MM´´ + + MM´´´´ ((fotodecomposiçãofotodecomposição))
M* M* ��M + M + hvhv´´ (luminescência)(luminescência)
Medida de absorção e análise quantitativaMedida de absorção e análise quantitativa
Medidas de absorção (Medidas de absorção (AA))::
- Obtidas a partir de medidas de transmitância (T)
- Quanto maior a transmitância, 
menor a absorbânciamenor a absorbância
A absorbância aumenta com a conc. da espécie absorvedoraA absorbância aumenta com a conc. da espécie absorvedora
-- depende da substância (absortividade molar)depende da substância (absortividade molar)
-- depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)
AA= = -- loglog T= T= loglog PP00/P /P 
Característica dos processos de absorção na região do Característica dos processos de absorção na região do visívelvisível
Solução Solução verdeverde--amareladaamarelada absorve absorve violetavioleta
amarela violetaamarela violeta--azulazul
laranjalaranja azulazul
vermelhavermelha azulazul--verdeverde
�������� A cor de uma espécie é complementar àquela que absorve:A cor de uma espécie é complementar àquela que absorve:
vermelhavermelha azulazul--verdeverde
púrpurapúrpura verdeverde
violetavioleta verdeverde--amareloamarelo
violetavioleta--azuladoazulado amareloamarelo
azulazul laranjalaranja
azulazul--esverdeadoesverdeado vermelhovermelho
verdeverde púrpurapúrpura
�������� A região que contem A região que contem o o λλ de máxima absorção de máxima absorção de uma espécie de uma espécie 
de interesse pode ser prevista se a solução da amostra for colorida... de interesse pode ser prevista se a solução da amostra for colorida... 
Representação gráfica para soluções de Representação gráfica para soluções de 
KMnOKMnO44 em em λλ = 545 = 545 nmnm e um caminho e um caminho 
óptico de 1 cm.óptico de 1 cm.
a)a) Em Em %Transmitância %Transmitância versusversus cc
Medida de absorção e análise quantitativaMedida de absorção e análise quantitativa
b) Em b) Em AbsorbânciaAbsorbância versusversus cc
Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICARelação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA
(Lei de (Lei de LambertLambert--BeerBeer))
JohannJohann HeinrichHeinrich LambertLambert ((17281728 –– 17771777)) observou que
a intensidade da luz transmitida por um meio absorvedor
era proporcional à espessura do meio pelo qual a luz passava
AugustAugust BeerBeer ((18251825 –– 18631863)) observou que a intensidade da
luz transmitida por um meio absorvedor era proporcional à
concentração da espécie absorvedora
Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICARelação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA
(Lei de (Lei de LambertLambert--BeerBeer))
�������� A =A = a b a b CC
aa= absortividade molar (= absortividade molar (εε: L mol : L mol --11cmcm--11))
bb= caminho óptico (= caminho óptico (cmcm))
CC= concentração em (= concentração em (mol Lmol L--11))
A A 
α = α = a ba b
Relação linear Relação linear entre entre AA e e Conc. Conc. sese as medidas são feitas em as medidas são feitas em 
condição de caminho óptico constante condição de caminho óptico constante ��������
�� APLICAÇÕES DA equação da reta: A = α C APLICAÇÕES DA equação da reta: A = α C 
-- Concentrações desconhecidasConcentrações desconhecidas
-- OU determinar o valor de OU determinar o valor de aa para se obter o de para se obter o de εε
Concentração Concentração 
α = α = a ba b
1)1) PREPARAR PADRÕES DE CALIBRAÇÃO PREPARAR PADRÕES DE CALIBRAÇÃO �������� TÉCNICA INSTRUMENTALTÉCNICA INSTRUMENTAL
PADRÕESPADRÕES: Soluções semelhante à solução de amostra : Soluções semelhante à solução de amostra 
com concentração conhecida da espécie de interesse (com concentração conhecida da espécie de interesse (ANALITOANALITO))
AMOSTRAAMOSTRA ou ou SOLUÇÃO DE AMOSTRA SOLUÇÃO DE AMOSTRA ??
GeralmenteGeralmente a amostra é analisada na forma de uma solução aquosaa amostra é analisada na forma de uma solução aquosa
Determinação da Concentração
GeralmenteGeralmente a amostra é analisada na forma de uma solução aquosaa amostra é analisada na forma de uma solução aquosa
ExEx: Determinação de Fe: Determinação de Fe3+3+ em tecido animalem tecido animal
amostra
laboratorial
preparo (ou tratamento)
da amostra
solução de amostra
2)2) Calcular o limite de detecção (LD): Calcular o limite de detecção (LD): 
Menor quantidade que pode ser detectada com razoável certeza para um dado Menor quantidade que pode ser detectada com razoável certeza para um dado 
procedimento analítico (IUPAC)procedimento analítico (IUPAC)
Determinação da Concentração
y = y = yybcobco + + 3xS3xSbco bco ⇒⇒ em termos de sinalem termos de sinal
LD = (LD = (CCbcobco + + 3xS3xSbcobco)/S )/S ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ em termos concentraçãoem termos concentração
⇒⇒⇒⇒LQ = (LQ = (CCbcobco + + 10xS10xSbcobco)/S )/S ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ em termos concentraçãoem termos concentração
LDLD = limite de detecção= limite de detecção
LQLQ = limite de quantificação (o INMETRO recomenda usar o primeiro ponto da curva analítica de calibração)= limite de quantificação (o INMETRO recomenda usar o primeiro ponto da curva analítica de calibração)
yy = menor sinal medido= menor sinal medido
yybcobco = sinal do branco= sinal do branco
CCbcobco = concentração do branco (considerado = zero)= concentração do branco (considerado = zero)
SSbcobco= desvio padrão do branco (n= 10 no mínimo)= desvio padrão do branco (n= 10 no mínimo)
S S = Sensibilidade do método (= Sensibilidade do método (coefcoef. angular da curva analítica (. angular da curva analítica (αα))))
Bibliografia utilizada
�� ““PrinciplesPrinciples ofof Instrumental Instrumental AnalysisAnalysis””
DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5th ed., 1998
�� “Análise Instrumental”“Análise Instrumental”
F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000
�� ““VogelVogel -- Análise Química Quantitativa” Análise Química Quantitativa” 
GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002GH Jeffrey e col., 6a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002
�� “Análise Química Quantitativa”“Análise Química Quantitativa”
D. Harris; 7a ed., 2008
�� Tutoriais de fabricantes de espectrofotômetrosTutoriais de fabricantes de espectrofotômetros
�� Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF)Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF)
�� Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ -- UnicampUnicamp