Aula 1

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AITE12017DIURNO
Aula 1. Princípios de Química 
Analítica Instrumental
Análise Instrumental Teórica e Experimental 
(Código 107514)
Profa. Rosangela da Silva
1
2018
Universidade de Brasília 
Instituto de Química Química Analítica
• Conhecer a identidade e/ou composição de uma amostra desconhecida
• Qualitativa
• informações sobre a identidade das espécies da amostra
• Quantitativa
• informações numéricas sobre as espécies da amostra
• Papel do químico analítico ou do analista
• Desenvolvimento e/ou aplicação de métodos/técnicas analíticas
• Desenvolvimento de instrumentos de análise
• Operar os instrumentos de análise
Química Analítica na Prática
• Química Analítica na sociedade:
 O produto está sendo produzido como especificado?
 Qual a concentração de Na?
 Qual a composição química?
 Quais as espécies presentes?
 Há resíduos de pesticidas?
 Qual a concentração do contaminante?
 Esta água é potável?
3
Análise Química Quantitativa
• Trata da determinação da quantidade (ou concentração) de um analito
numa amostra.
amostra = analito + matriz 
• Numa amostra, o analito pode estar presente em diferentes quantidades (alta,
baixa, traço ou ultratraço). A quantidade depende do tamanho e da pureza da
amostra
• Uma dada espécie pode ser o componente majoritário, minoritário, traço ou
ultratraço de uma amostra, dependendo de sua concentração.
• A concentração do analito numa amostra depende da pureza dessa amostra, mas
independe do tamanho (quantidade) da amostra.
Classificação das análises químicas de acordo com o tamanho da amostra
Tipo de análise Quantidade de amostra
Macro > 0,1 g
Meso (semimicro) de 10-2 a 10-1 g
Micro de 10-3 a 10-2 g
Submicro de 10-4 a 10-3 g
Ultramicro < 10-4 g
UltraUltra--micromicro
análiseanálise
MicroMicro
análiseanálise
SemiSemi--micromicro
análiseanálise
MacroMacro
análiseanálise
0,001 g0,001 g 0,01 g0,01 g 0,1 g0,1 g
Etapas de uma Análise Química
AMOSTRA
ANALITOS
Adaptado de M.Korn, 2011
AMOSTRA
RESULTADOS
DEFINIÇÃO DO 
PROBLEMA
Preparo da amostra 
(tratamento)
MEDIDA
Preservação 
do(s) Analito(s)
Escolha do método
• Como determinar e quantificar os analitos em uma amostra complexa?
 Representativa
AITE12017DIURNO
7
Resumo - Etapas de uma Análise Química
8
Métodos Clássicos (técnicas simples )
• A) Métodos Gravimétricos: determinam a massa do analito ou de algum composto 
quimicamente a ele relacionado.
• B) Métodos Volumétricos: mede-se o volume da solução contendo reagente em 
quantidade suficiente para reagir com todo analito presente.
Métodos Instrumentais
• A) Métodos Eletroanalíticos: envolvem a medida de alguma propriedade elétrica, 
como potencial, corrente, resistência, e quantidade de carga elétrica.
• B) Métodos Espectroanalítica: baseiam-se na medida da interação entre a radiação 
eletromagnética e os átomos ou as moléculas do analito, ou ainda a produção de 
radiação pelo analito.
• C) Métodos de Separação: técnicas de Cromatografia.
Classificação dos Métodos Analíticos
CLÁSSICOS E INSTRUMENTAIS
Chamados de métodos de via 
úmida
Baseados em propriedades físicas 
(químicas em alguns casos)
Algumas técnicas instrumentais são mais sensíveis que as técnicas clássicas, mas outras não!
Gravimetria Volumetria Eletroanalítico
Espectrométrico
Cromatográfico
Propriedades 
elétricas
Propriedades 
ópticas
Propriedades 
diversas
Simplicidade e Confiabilidade! Análises cada vez mais sofisticadas!
Propriedades 
Características
Método Instrumental
Emissão de radiação Espectroscopia de Emissão (UV, Visível, Raios-X), 
Fluorescência, Fosforescência, Luminescência
Absorção de radiação Fotometria, Espectrofotometria (raios-X, UV, VIS, NIR, IR), 
RMN
Espalhamento de radiação Turbidimetria, Nefelometria, Espectroscopia Raman
Refração da radiação Refratometria, Interferometria
Difração da radiação Difração de Raios-X, Difração de elétrons
Rotação da radiação Polarimetria, Dicroísmo Circular
Potencial de eletrodo Potenciometria, Cronopotenciometria
Carga elétrica Coulometria
Corrente elétrica Polarografia, Voltametria, Amperometria
Resistência elétrica Condutometria
Massa Gravimetria (microbalança de quartzo)
Razão massa-carga Espectrometria de Massas
Propriedades térmicas Métodos Entalpimétricos, termogravimetria, DSC, DTA
Tipos de Métodos Instrumentais
10
Interações analito c/ 
radiação 
eletromagnética
Propriedade
elétrica
Propriedades 
mistas 
11
PRINCÍPIOS DE INSTRUMENTOS PARA ANÁLISE
O instrumento converte a informação armazenada nas propriedades físicas ou 
químicas do analito (sinal analítico) em um tipo de informação que pode ser 
manipulada e interpretada pelo analista.
É necessário um estímulo (radiação eletromagnética, energia elétrica, mecânica ou 
nuclear) para provocar uma resposta.
Fonte de
Energia
Sistema em
Estudo
Informação
Analítica
Estímulo RespostaAnalito
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INSTRUMENTOS PARA ANÁLISE E SEUS COMPONENTES
Instrumento Gerador de 
sinal
Sinal Analítico Transdutor de 
entrada
Processador 
de sinal
Dispositivo de 
leitura
Fotômetro Lâmpada + 
filtro
Feixe de luz 
atenuado
Fotocélula Escala Medidor de 
corrente
Espectrômetro
de emissão 
atômica
Chama Radiação UV ou 
VIS
Tubo 
Fotomultiplicador
Amplificador 
de (corrente)
Registrador 
gráfico
pHmetro Amostra + 
eletrodo de 
vidro
Atividade do íon 
H+
Eletrodo de vidro 
+ referência
Amplificador 
(voltagem)
Display digital
Difratômetro de 
raios-X
Tubo R-X
amostra
Radiação 
difratada
Filme fotográfico Revelador
químico
Imagem no filme
(manchas negras
Comparador de 
cores
Luz do sol Cor Olho Cérebro Resposta visual
Método Instrumental
• Ex. Determinação de traços de quinino em água tônica por fluorescência -
conversão da propriedade para um valor numérico que o analista consiga trabalhar
e identificar
• Propriedade física: emissão de fluorescência (fluorescência molecular)
• Estímulo: radiação eletromagnética de  definido (LED)
• Detector: LDR (resistor dependente da luz, fotorresistor)
• Transdutor de entrada (LDR) e de saída (multímetro)
P.H.S. Sartori, E.L.S. Loreto. Medidor de Fluorescência Caseiro, Quim. Nova Escola 31(2009)150. 14
*LDR : light dependent resistor
Calibração de Métodos Instrumentais
• não requerem calibração: concentração do analito obtida a partir de
constantes físicas (clássicos)
- volumetria
- gravimetria
- coulometria
• métodos instrumentais: construção de curva analítica
- curva analítica externa (com padrão externo)
- curva analítica com adição de padrão
- curva analítica com padrão interno
15
Calibração dos Métodos Instrumentais 
• Curva de Calibração, de trabalho ou com padrão externo
Ex. Espectrofotometria: determinação de ferro em comprimidos
Soluções padrão onde a
concentração do analito é
conhecida.
Detector
S1
S2
S3
S4
S5
P1 P2 P4P3 P5
Medidas Instrumentais 16
Absorbância, área ou 
altura do pico 
cromatográfico, 
corrente, etc.
Medidas Instrumentais
• A maioria dos métodos analíticos está baseado em uma curva de calibração na
qual uma quantidade medida y é representada em um gráfico como uma função de
uma concentração x conhecida.
• Calibração: Estabelecer uma relação matemática para descrever a relação entre
uma propriedade de interesse e uma medida instrumental – curva analítica
C1
C2
C3
C4
C5
S1
S2
S3
S4
S5
C = f(S)
Concentração 
Si
na
l
17
Y= mx+b
Calibração pela Curva 
18
bmxy 
Equação da Reta:
Coeficiente angular = Sensibilidade
Intercepto = coeficiente linear
AITE12017DIURNO
• Método dos mínimos quadrados:
encontra a “melhor” reta que passa
através de um conjunto de pontos que
apresentam algumadispersão e não estão
localizados perfeitamente sobre uma
linha reta.
• Modelo de regressão:
y = m.x + b
ou
S = m.c + b
m = coeficiente angular 
b = valor de y na interseção da reta com o 
eixo y (coeficiente linear) 19
Desvio vertical = resíduo Calibração: Estimativa de mínimos quadrados
Melhor reta 
pelos mínimos 
Quadrados
Coeficiente angular (m)
Coeficiente linear (b)
Determinante de matriz (D):
Número de pontos
Determinante, D: 
Determinação do desvio vertical 
D
yxyxn
m iiii   )(
D
xyxyx
b iiiii    )()(
2
20
xi yi
1 2
3 3
4 4
6 5
Σ(xi)=14 Σ(yi)=14
1; 2
3; 3
4; 4
6; 5
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7
Y = mx + b
x
y
Exemplo: Cálculos para determinação da equação da reta utilizando o 
método dos mínimos quadrados (m e b) 
2
21
*Planilha excel
Coeficiente angular?
Coeficiente linear (intercepto)?
Proteína (µg) Absorbância de amostras independentes Intervalo absorbância corrigida
0 (branco) 0,099 0,099 0,100 0,001 -0,0003 -0,0003 0,0007
5 0,185 0,187 0,188 0,003 0,0857 0,0877 0,0887
10 0,282 0,272 0,272 0,010 0,1827 0,1727 0,1727
15 0,392 0,345 0,347 0,047 - 0,2457 0,2477
20 0,425 0,425 0,430 0,005 0,3257 0,3257 0,3307
25 0,483 0,488 0,496 0,013 0,3837 0,3887 0,3967
Curva analítica com padrão externo, curva de calibração ou curva de trabalho
Dados usados 
para a curva de 
calibração
Dados espectrofotométricos
0993,0
_
brx
22
y = 0,0157x + 0,0089
R² = 0,9968
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 5 10 15 20 25 30
Curva de Calibração
Ab
so
rb
ân
ci
a 
Co
rr
ig
id
a
Método 3 - Excel 
Método das Adições de Padrão
• Aplicado quando a matriz da amostra é
desconhecida ou complexa (ex.
sangue) e afeta o sinal analítico.
• Construção da curva analítica:
adiciona-se concentração conhecida do
analito (spiking) sobre a amostra e
completa-se o volume
• O padrão adicionado deve aumentar o
sinal analítico de um fator entre 1,5 e
3.
• Necessita de grande volume de
amostra
• Uma curva para cada amostra
Adicione 5 mL da amostra em cada frasco
Adicione 0, 5,10, 15 ou 20 mL do padrão
Complete o balão até a marca e misture
23
Método das Adições de Padrão
• Para amostras de volume limitado (amostras complexas como ex.
sangue), as adições dos padrões são feitas por sucessivas introduções
de incrementos do padrão a um único volume de amostra
• Os cálculos da concentração final do padrão devem ser calculados de
acordo com a diluição
• Matriz da amostra permanece quase inalterada após cada adição
Fator de diluição
[X]i – conc. desconhecida do analito
[X]f – conc. após adição padrão 
[S] –conc. conhecida padrão
IX – intensidade de sinal do analito X
24
XS
X
ff
i
I
I
SX
X


 ][][
][(Equação de adição
padrão 1) (2)
AITE12017DIURNO
Método das Adições de Padrão
• Exemplo: O ácido ascórbico (vit. C) presente em uma amostra de 50 ml de suco
de laranja foi analisado por um método eletroquímico que produziu uma corrente
de 1,78 µA no detector. A adição de 0,400 ml de um padrão de ácido ascórbico
0,279 M elevou a corrente para 3,35 µA. Encontre a concentração do ácido
ascórbico no suco de laranja.





V
VXX if 0][][





V
V
SS sif ][][
sVVV  0





4,50
50][][ if XX
mMMS f 214,24,50
400,0279,0][ 




Concentração final do analito:
Concentração final do padrão adicionado após a adição ao suco:
mMX
A
A
mMX
X
I
I
SX
X
i
i
i
XS
X
ff
i 49,2][
35,3
78,1
214,2][
4,50
50
][
][][
][ 






  

25
Método das Adições de Padrão
• Método gráfico para volume fixo de amostra e adições sucessivas de
volume do padrão. A concentração da amostra é determinada como a
interseção da reta com o eixo da concentração (y=0).
y x
y = mx + b 
26
Método das Adições de Padrão
• Exemplo: A concentração de prata em uma amostra de descarte de fotografia foi
determinada por absorção atômica pelo método de adição de padrão, sendo
obtidos os resultados abaixo:
• Qual a concentração (inicial) de Ag na amostra ?
Ag adicionada (mg/L) 0 5 10 15 20 25
Absorbância 0,32 0,41 0,52 0,6 0,7 0,77
27
Excel 2010
28
0,0186
0,3218yxˆ = 17,26
0,0186
0,32180xˆ  ==
Concentração de Ag na amostra = 17,26 mg/L
Para y = 0, temos que:
Excel 2010
29
Excel 2010
Calculado pela equação y = 0 30
y = 0,0183x + 0,3248
R² = 0,9969
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
Curva de Calibração de Ag por Adição-Padrão
[Ag]= 17,75 mg/L
AITE12017DIURNO
Método do padrão interno
• Padrão interno é uma quantidade conhecida
de um composto diferente do analito, que
atua como referência, e é adicionada a todas
as amostras, padrões e brancos.
• O sinal de resposta é a razão entre o sinal do
analito e o da espécie de referência
• Curva analítica: SA/SR versus concent.
analito
• Compensa certos tipos de erros
instrumentais que influenciam tanto o
analito como a espécie de referência na
mesma proporção
31
Método do padrão interno
• Características
• Propriedades físico-químicas similares
ao analito
• Fornecer sinal similar ao do analito,
mas distinguível
• Deve estar ausente da matriz da
amostra
• Aplicado para minimizar oscilações
instrumentais, perdas de amostra
durante o preparo, quantidade de
amostra não reprodutível.
32
Método do padrão interno
• Exemplo: Determinação de Na em amostras de soro sanguíneo por
emissão atômica em chama.
• Padrão interno: lítio
• As intensidades das linhas de emissão em chama são influenciadas por uma
variedade de fatores instrumentais (temperatura da chama, eficiência do
nebulizador, vazão da solução, etc)
33 34
Seleção de um Método Analítico
35
Seleção dos Métodos Instrumentais
• Objetivo da análise (rotineira, episódica)
• Natureza da amostra (orgânico, inorgânico, bioquímico)
• Intereferência de outros componentes no material (seletividade)
• Exatidão requerida (tempo necessário para completar a análise)
• Teor do analito presente na amostra (concentração)
• Recursos disponíveis (custo e disponibilidade de equipamento)
• Número de amostras a analisar (econômico)
• Quantidade de amostra disponível
36
O USO DE UM EQUIPAMENTO SOFISTICADO PARA A DETECÇÃO DE UM SINAL 
ANALÍTICO NÃO É GARANTIA DE UM RESULTADO EXATO!
AITE12017DIURNO
Critérios de eficiência para seleção 
do método analítico:
Figura de Mérito
1) Precisão Desvio-Padrão absoluto, relativo, coeficiente de 
variação e variança
2) Exatidão Erro sistemático absoluto e relativo
3) Sensibilidade Sensibilidade de calibração e analítica
4) Limite de Detecção Branco mais 3x o desvio-padrão do branco
5) Faixa ótima de trabalho (de 
concentração)
Limite de Quantificação (LOQ) até concentração 
limite de linearidade (LOL)
6) Seletividade Coeficiente de seletividade
37
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
38
- 1. Precisão
• Grau de concordância entre dados obtidos através de 
um mesmo procedimento
– REPETIBILIDADE: Concordância entre 
resultados obtidos no mesmo laboratório
– REPRODUTIBILIDADE: Concordância 
obtida entre os resultados obtidos entre laboratórios diferentes
Quanto maior a dispersão dos valores menor a precisão.
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
39
- 1. Precisão:




n
i
in
n
x
n
xxxx
icaarimetimétMédia
1
21 ....
:_
c
c
c
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
40
– 2. Exatidão (Tendência)
• Parâmetro que indica o quanto o valor determinadodifere do valor exato, ou 
daquele tomado como tal valor. Corresponde à expressão dos erros sistemáticos ou 
determinados dos métodos analiticos.
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
Quanto menor o ERRO RELATIVO (ER), maior a exatidão
Erro relativo
–Xlab = Valor medido ou média dos valores
–Xv = Valor de referência
100.
v
vlab
X
XX
ER

 Erro absoluto
41
- 3. Sensibilidade
- 3.1 Sensibilidade da calibração 
• É dada pela inclinação da curva de calibração na concentração de interesse, ou pelo 
coeficiente angular quando se ajusta uma reta aos dados de sinal analítico e concentração
Ex.: Equação da curva de calibração de 
método espectrofotométrico de determinação 
de Ag.
3218,0][0186,0  AgA
A sensibilidade do método é 0,0186 
unidades de absorbância por unidade de 
concentração de Ag.
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
bmxy 
42
- 3. 2 Sensibilidade analítica
• É a razão entre a inclinação da curva analítica e o desvio padrão do sinal analítico a uma 
dada concentração analítica. A sensibilidade analítica é, geralmente, fortemente dependente da 
concentração.
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
g = m / sS
AITE12017DIURNO
43
–4. Limite de Detecção (LD) 
• É a concentração ou massa mínima de analito que pode ser detectada (não 
necessariamente quantificada) em um nível conhecido confiável (k= 3) (leitura do branco)
m
ks
LD br
Sm= sinal analítico medido distinguível
Sbr= sinal médio branco
k=3 fator numérico 
sbr= desvio-padrão
m= inclinação da curva de calibração
cm-= concentração mínima 
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
brbrm ksSS 
_
brmm SmcS 
m
SS
c brmm
_

*Soluções contendo todos os 
reagentes e solventes usados na 
análise, mas sem a adição da 
substância de interesse, são 
chamadas soluções branco
Curva de Calibração
44
–5. Limite de Determinação ou Quantificação (LQ)
• É a menor concentração determinável com exatidão e precisão, tomada como um 
valor igual a cinco, ou dez vezes, o limite de detecção. Considera-se ser a concentração para a 
qual o sinal analítico excede em 10 desvios padrões o sinal do branco.
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
–4. Limite de Detecção (LD) - continução 
Exemplo: Em um método de determinação de Ag, 24 repetições da leitura do branco
forneceram o sinal analítico médio, S, igual a 0,0296, com desvio padrão,s, de 0,0082. A
equação da curva de calibração, onde a concentração de Ag é expressa em mg/L, é:
3218,0][0186,0  AgS 0246,00082,0.3 S
LmgAg /32,1][ 
k= 3
sb= desvio padrão
m= inclinação da curva de calibração 
m
ks
LD b
LQ
LRL
cm
FOT
Si
na
l A
na
lít
ic
o
Concentração 45
–6. Faixa ótima de trabalho (dinâmica)
•É o intervalo de concentração da curva de calibração, compreendido entre o limite de 
quantificação (10.sbr) e o ponto onde começa o desvio de linearidade, limite de resposta linear 
(LRL)
Faixa ótima de trabalho
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
Limite de resposta linear (LRL)
Limite de quantificação (LQ) 46
–7. Seletividade
• A seletividade de um método analítico refere-se ao grau em que o método
esta livre de interferência de outras espécies contidas na matriz da amostra
Critérios (numéricos) de eficiência de instrumentos: Figuras de mérito
Um método que produz 
resposta para apenas um
analito é chamado específico
Um método que produz 
resposta para vários
analitos, mas que pode 
distinguir a resposta de um 
analito da de outros é 
chamado seletivo
A seletividade de um método analítico refere-se ao grau em que o método está livre
de interferência de outras espécies contidas na matriz da amostra. Infelizmente
nenhum método analítico está totalmente livre de interferência de outras espécies e,
assim, procura-se minimizá-las.
Um método que produz resposta 
para apenas um analito é 
chamado específico
Um método que produz 
resposta para vários analitos, 
mas que pode distinguir a 
resposta de um analito da de 
outros é chamado seletivo
0 2 4 6 8 10
0
10
20
30
40
50
60
Si
na
l A
na
lít
ic
o
Concentração (mg/L)
 B
 A
Calibração de Métodos Instrumentais
48
AITE12017DIURNO
Bibliografia Sugerida
1. Holler, F. J.; SKOOG, D. A.; Crouch, S. R. Princípios de Análise Instrumental. 6ª ed. 
Bookman, Porto Alegre, 2009.
2. Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. Fundamentos de Química 
Analítica. 8ª ed. Pioneira Thomson Learning, São Paulo, 2006.
3. Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Nieman, T. A. Princípios de Análise Instrumental. 5ª ed. 
Bookman, Porto Alegre, 2002.
4. Harris, D. A. Análise Química Quantitativa. 6ª ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos 
Editora, Rio de Janeiro, 2005.
5. Ohlweiler, O. A. Fundamentos da Análise Instrumental. Livros Técnicos e Científicos 
Ed. RJ. 1981. 
6. Ewing, G. W. Métodos Instrumentais de Análise Química. Vol. I, Ed da USP, SP, 1977. 
7. Willard, H. H. et al. Instrumental Methods of Analysis. 7th ed. Wadswoth Publishing 
Company, California, 1988. 
8. Christian, G. D.: Reilly, J. E. Instrumental Analysis. 2 th ed. Allyn and Bacon, Inc. 
Boston, 1986. 
Dados de calibração obtidos para determinação do analito X em solução aquosa. 
Exemplo 1:
[X], ppm Nº replicatas Sinal analítico 
médio
Desvio padrão
0,00 25 0,031 0,0079
2,00 5 0,173 0,0094
6,00 5 0,422 0,0084
10,00 5 0,702 0,0084
14,00 5 0,956 0,0085
18,00 5 1,248 0,0110
a) Determinar a sensibilidade de calibração.
b) Determinar a sensibilidade analítica.
c) Determinar o coeficiente de variação para a média de cada grupo de replicatas.
d) Determinar o limite de detecção do método.
a) Inclinação: m= 0,067 ppm-1
y = 0,067x - 0,001
R2 = 0,9996
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Cx, ppm g CV, %
2,00 7,1 5,4
6,00 8,0 2,0
10,00 8,0 1,2
14,00 7,9 0,89
18,00 6,1 0,88
d) Limite de detecção:
= 3 x 0,0079 / 0,067 = 0,35 ppm
m
ksc brm 
Exemplo 1: Resposta
b) g = m / sS c) CV = (sx / Sam)x100  Sam = sinal analítico médio
O gráfico deve ser traçado com o sinal 
analítico, descontando-se o sinal do branco.