Espectroscopia UV-Vis: Absorção Molecular

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Espectroscopia de Absorção Espectroscopia de Absorção 
Molecular UV-Vis
Profa. Rosângela da Silva
Espectroscopia
Estuda a interação entre a radiação eletromagnética e a
matéria.
Espectrometria
Baseada na medida da quantidade de radiação
absorvida ou emitida por espécies moleculares ou
atômicas de interesse.
Radiação Eletromagnética
Onda
Comportamento dual
Onda
Fótons
c = 3,0 x 108 m s-1 (no ar a velocidade é ~
0,03% menor do que no vácuo)
 = frequência
l = comprimento de onda
A = amplitude
c = .l
 A natureza ondulatória da radiação
Onda eletromagnética propagando-se no vácuo:
A natureza partícula da radiação: fótons
E = h. = h.c
l
E é diretamente proporcional a 
E é inversamente proporcional ao l
E= energia de um fóton; h = cte. de Planck (6,63 x 10-34 Js);  = frequência 
O Espectro Eletromagnético
E
 
 l
Absorção na Região do
ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
http://missionscience.nasa.gov/ems/01_intro.html
Absorção da Radiação
Quando a radiação atravessa uma camada de um sólido, líquido
ou gás, algumas frequências são seletivamente removidas pela
absorção, um processo no qual a energia eletromagnética é
transferida para átomos, íons ou moléculas que compõe a
amostra.
Absorção Molecular 
E = Eeletrônica + Evibracional + Erotacional
A energia total, E, associada a uma molécula é constituída por:
Sendo:
Eeletrônica Evibracional Erotacional
Para cada estado de energia eletrônica de uma molécula, existem
muitos estados vibracionais possíveis e, para cada um dos estados
vibracionais, são possíveis numerosos estados rotacionais.
 
Diagrama parcial de níveis de energia apresentando algumas das variações dos
níveis de energia que ocorrem durante a absorção de radiação visível (VIS) e
ultravioleta (UV) por uma espécie molecular.
 AB 1
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
A
bs
or
vâ
nc
ia
E0, E1 , E2 representam Eeletrônicas e 0,1,2,3,4 indicam Evibracionais
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
200 300 400 500 600 700 800
l (nm)
A
bs
or
vâ
nc
ia
O Espectro de Absorção Molecular
Espectros da Tetrazina (C2H2N4)
Os espectros de absorvância de espécies iônicas ou moleculares em
solução, geralmente apresentam bandas largas devido, em parte, à
sobreposição de energias vibracional e rotacional as das transições
eletrônicas. Também ocorre alargamento em virtude de forças
intermoleculares que atuam entre as espécies.
Lei de Lambert - Beer 
A transmitância (T) é a fração da
radiação incidente que é transmitida
pela solução.
Considere a incidência de um feixe de radiação monocromática com
potência P0, através de uma solução absorvente com concentração C
contida em uma célula com espessura b (caminho ótico).
100.
P
PT%
o

oP
PT 
Adaptado de www.answers.com/topic/beer-lambert-law
pela solução.
Relação entre Transmitância e Absorvância
T %T A
0,001 0,1 3,000
0,010 1,0 2,000
0,050 5,0 1,301
0,075 7,5 1,125
0,100 10,0 1,000
A absorvância (A) está
relacionada com a transmitância
de forma logarítmica:
TlogA 
0,200 20,0 0,699
0,300 30,0 0,523
0,400 40,0 0,398
0,500 50,0 0,301
0,600 60,0 0,222
0,700 70,0 0,155
0,800 80,0 0,097
0,900 90,0 0,046
1,000 100,0 0,000
Lei de Beer 
A α bc
http://www.jyi.org/volumes/volume10/issue5/articles/holmes.html
A = bc
b=cm e c=mol L-1   =Lmol-1cm-1= absortividade 
Lei de Beer 
molar (coeficiente de extinção) 
 é característica da espécie absorvente em um solvente
particular em um comprimento de onda particular.
A = bc
Medida da Transmitância e Absorvância 
A medida feita em uma célula com a amostra é
comparada com a medida em uma célula contendo o
solvente ou a solução branco.
Erro Espectrofotométrico 
Erro relativo mínimo
C = 0,4343 T
C T
Absorvâncias entre ~ 0,2 e 0,7 
(Transmitância entre 65% e 20%) 
Limitações da Lei de Beer 
1- “Limitação Real” 
A Lei de Beer aplica-se a soluções diluídas.
 Em soluções diluídas de analitos, porém com grande
concentração de outras espécies, as interações eletrostáticasconcentração de outras espécies, as interações eletrostáticas
podem alterar a absortividade molar da espécie.
 Em soluções relativamente concentradas (>0,01M) a distância
entre moléculas absorventes diminui e interações entre as
mesmas começam a afetar a distribuição de cargas.
2- Desvios Químicos
HInd H+ + Ind-
(570 nm) Ka = 1,41x10-5
3 - Desvios Instrumentais 
3.1- Desvios Associados à Radiação Policromática
A Lei de Beer aplica-se à radiação monocromática.
3.2 - Desvios Associados à Radiação Espúria
Radiação espúria é a radiação fora da banda de l nominal
selecionado para a determinação. Geralmente resulta do
espalhamento e das reflexões de superfícies internas do instrumento
(lentes, redes, espelhos, etc).
Ps= radiação dispersa
P0 = radiação incidente
Três tipos de transições eletrônicas, de acordo com a
espécie absorvente:
 elétrons p, s e n (moléculas orgânicas)
Absorção de Radiação UV-Vis
 elétrons p, s e n (moléculas orgânicas)
 elétrons d e f (íons de metais de transição)
 transferência de carga (complexos)
 Moléculas orgânicas  ligações covalentes (elétrons de
valência que podem ser excitados a níveis energéticos mais
elevados).
 Quanto maior a força de ligação, maior a energia
necessária para excitação (ligações simples necessitam de
Absorção por Compostos Orgânicos
necessária para excitação (ligações simples necessitam de
radiações do ultravioleta do vácuo, l < 185 nm).
Absorção no UV-Vis depende da presença de grupos
funcionais insaturados (com elétrons de valência com energias
de excitação menores)  grupos cromóforos
Características de Absorção de Alguns Cromóforos
Absorção por Compostos Orgânicos
Espectro de absorção típico de 
lantanídeos
Absorção por Compostos Inorgânicos
Espectro de absorção típico de 
metais de transição
Formação de Espécies Absorventes
Fe3+ + SCN-  [Fe(SCN)]2+Ex.: 
Analito não absorvente ou que não absorve
significantemente  uso de reagentes que formem
quantitativamente compostos absorventes com o analito.
Espectrofotometria em Química Analítica
 Devido à “pobreza” de informações, espectros de
absorção UV-Vis tem aplicação limitada na identificação
não ambígua de substâncias (uso de informações
Análises Qualitativas
não ambígua de substâncias (uso de informações
complementares).
 Indicativo de grupos funcionais.
 Atenção com solvente.
Recursos para Evidenciar Características 
Espectrais
Espectroscopia derivativa  utilizada na identificação de espécies 
evidencia melhor detalhes do espectro.
Seleção do Solvente
 Não deve interagir com o soluto;
 Não deve ter absorção significativa no l utilizado na
determinação.
lAlguns solventes e seus l de onda aproximados abaixo do qual eles
não podem ser usados devido à absorção.
Solvente l (nm)
água 190
hexano 199
etanol 207
tetracloreto de carbono 257
acetona 331
Análises Quantitativas
Características Importantes
 Ampla aplicação em sistemas orgânicos e inorgânicos.
 Grande disponibilidade instrumental.
 Sensibilidade típica em torno de 10-5 mol L-1, podendo Sensibilidade típica em torno de 10 mol L , podendo
atingir até 10-7 mol L-1.
 Seletividade relativamente elevada.
 Facilidade na obtenção, tratamento e armazenamento
dos dados.
 Seleção do comprimento de onda  Máximo do pico
 Atenção às variáveis que influenciam a absorvância
– Solvente
– pH da solução
– Temperatura
Aspectos a serem observados
– Temperatura
– Força iônica
– Presença de interferentes
 Cuidado no manuseio das cubetas
– Limpeza, cuidado com arranhões, ....
– Observação da Lei de Beer
Determinaçãoda Concentração
A = bc
ppm
MnO4-ppm MnO4-
Curva Analítica
Padrões de Fe(fenantrolina)32+ para 
análise espectrofotométrica. 
(faixa de concentração: 1 - 10 mg L-1).
Método da Adição de Padrão
Quando a reprodução da amostra é inviável
Análise de Misturas
Atotal = A1+ A2 + ...+ An = 1bc1+ 2bc2+ ...+ nbcn
lmax 525 nm
Corante vermelho Corante azul
lmax 625 nm
A525= Ax,525 + Ay,525 = x,l1 bcx +  y,l1bcy
A625= Ax,625+ Ay,625= x,l2bcx +  y,l2bcy
Mistura corante azul + vermelho
lmax 525 nm lmax 625 nm
Titulações Espectrofotométricas
20,00 mL de Cu2+ 5,00 x10-3 M 
com EDTA 5,0 x 10-4M
20,00 mL de Fe2+ 1,00 x10-3 M 
com KMnO4 2,00 x 10-3M
50,00 mL de sol. 4,00 x10-3 M 
em Bi3+ e Cu2+ com EDTA 
5,0x10-4M5,0x10-4M
Análises em Fluxo
Instrumentação para Espectrofotometria 
UV-visível
Espectrofotômetro 
Fontes de Radiação
Requisitos para uma fonte:
deve ter potência suficiente para permitir a
detecção por meios adequados;
deve gerar radiações contínuas compreendendo
os comprimentos de onda na região de trabalho;
deve ser estável.
Fontes de Radiação
Lâmpada de Filamento de Tungstênio
emissão contínua de ~
350 a 2500 nm - região
do visível (e IR próximo)
emissão contínua de ~
de 160 a 375 nm- região
do ultravioleta
Lâmpada de Deutério
5 a 20 nm
 região do
30 a 250 nm
 uso limitado
Seletores de Comprimento de Onda
Filtros de Absorção Filtros de Interferência
 região do
visível e
ultravioleta.
 uso limitado
na região do
visível
filtros  largura efetiva da faixa
comprimento de onda nominal
transmitância máxima
l da região 
absorvida (nm)
cor da luz absorvida cor complementar 
transmitida
400-435 violeta amarelo-verde
435-480 azul amarelo
480-490 azul-verde laranja
490-500 verde-azul vermelho
500-560 verde púrpura
560-580 amarelo-verde violeta
580-595 amarelo azul
595-650 laranja azul-verde
650-750 vermelho verde-azul
Monocromadores
Monocromadores Prismáticos
Usam prismas como elemento dispersor.
Espectro Visível da Luz Refratada por um Prisma
A separação que se consegue em diferentes comprimentos
de onda depende do poder dispersor do material e do ângulo
do prisma.
Usam redes de difração como elemento dispersor.
Monocromadores Reticulares
Espectro Visível da Luz Difratada por uma Rede
Rede de difração  contém uma série de ranhuras 
responsáveis pela difração.
Melhor resolução espectral  grades de difração com maior
número de ranhuras por mm.
Atualmente, redes holográficas.
Compartimento para a Amostra
 Cubetas de quartzo  ultravioleta, visível
 Vidro  visível
 Plástico visível (polimetacrilato de metila UV)
 b = 1,00 cm  padrão
http://www.spectrophotometers-laboratory.com
Fototubos
Ao incidir sobre o cátodo
fotossensível, a radiação
provoca a emissão e elétrons
que são atraídos pelo ânodo.
Detectores
que são atraídos pelo ânodo.
A corrente induzida pela
radiação é amplificada e
medida
http://es.wikipedia.org/wiki/Fototubo
Tubo Fotomultiplicador
 Radiação incide sobre uma placa metálica
(fotossensível)  induz corrente elétrica
 A amplificação do sinal ocorre em cada dínodo, que está
~ 90 V mais positivo que o anterior
 Intensidade de radiação extremamente baixa é traduzida
como sinal elétrico mensurável
Arranjo de Diodos (Diode Array)
Série de detectores fotodiodo
posicionados lado a lado em um
cristal de silício, de modo que
cada l difratado pela grade
atinge um ponto deste arranjo, eDeterminação 
simultânea de todos 
os l ( rapidez)
 Melhoria da relação 
sinal/ruído 
(sensibilidade)
atinge um ponto deste arranjo, e
consequentemente um detector.
A radiação é instantaneamente
analisada determinando-se a
absorbância em todos os l
simultaneamente.
Feixe Simples
Tipos de Instrumentos
Fundamentals of Modern UV-visible Spectroscopy- Hewlett Packard
Feixe Duplo
Bibliografia:
 Skoog, D. A., West, D. M, Hooller, F.J. Fundamentos
de Química Analítica, 8ª ed. Thomson Learning, SP,
2007.
 Harris, D.C., Análise Química Quantitativa, 7ª ed.,
LTC , RJ, 2008.LTC , RJ, 2008.
 Higson, S. P. J. Química Analítica, McGraw-Hill, SP,
2009.
 Vogel, A. I. Análise Química Quantitativa, LTC, RJ,
1992.
http://missionscience.nasa.gov/ems/01_intro.html