Capítulo 3b - Espectroscopia de absorção molecular no UV-VIS

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Capítulo 3 – Espectroscopia de absorção molecular no UV-VIS 
 
3.4 - INSTRUMENTOS PARA ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR NO 
UV/VIS 
ª Componentes dos instrumentos para espectroscopia ótica 
• fonte estável de energia radiante 
• recipiente transparente para colocação da amostra 
• dispositivo para seleção de faixas espectrais estreitas 
• detetor de radiação que converte a energia radiante em sinal adequado 
•processador de sinal e instrumento de leitura 
 
 
(a) Absorção 
 
 
 
 
 
(b) Fluorescência, Fosforescência, Espalhamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(c) Emissão, Quimiluminescência 
 
 
 
 
 
Fonte Amostra Disp. Sel. 
de λ Detector 
Proc. e 
Leitura 
Amostra Disp. Sel 
de λ Detector
Proc. e 
Leitura 
Fonte 
Fonte e 
Porta- 
amostra 
Disp. Sel. de 
λ Detector 
Proc. e 
Leitura 
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Capítulo 3 – Espectroscopia de absorção molecular no UV-VIS 
 
Figura 3.3 - Componentes e materiais para os instrumentos de espectroscopia ótica 
 
 
3.4.1- FONTES DE RADIAÇÃO 
ª Fontes ⎯⎯→ incandescentes 
 ⎯→ luminescentes 
 
ª Requisitos básicos: 
 fornecer feixe de radiação com potência suficiente para ser detectada 
 feixe de radiação contínua ⎯→ conter todos os comprimentos de onda na região 
de trabalho 
 ser estável ⎯→ P0 não deve variar durante as medidas 
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3.4.1.1 – Lâmpada de filamento de tungstênio (incandescente) 
ª Região visível ⇒ lâmpada de filamento de tungstênio com invólucro de vidro 
 
 
 
• radiação contínua ⎯→ 350 a 2000 
nm (2600-3000K) 
• distribuição de energia semelhante a 
do corpo negro 
• potência varia com a voltagem 
-requer rigoroso controle deste 
parâmetro para obtenção de 
medidas reprodutíveis 
 
 P = k Vx x= 4 
 
OBS: 
¾ Lâmpada de W/halogênio (I2) ⇒ mais duráveis 
 - filamento aquecido ⎯→ sublimação do W ⎯→ reage com I2 ⎯→ WI2 (volátil) 
- moléculas de WI2 se chocam com o filamento aquecido ⎯→ decomposição do 
WI2 ⎯→ I2 e W depositado no filamento ⎯→ maior vida útil 
 
3.4.1.2 – Lâmpada de H2 ou de D2 (luminescente) 
ª Região UV ⎯→ Lâmpadas de H2 ou D2 com janelas de quartzo (≈ 10 torr) 
• H2 ou D2 submetido a descarga elétrica 
produz espectro contínuo na região UV 
(180-380 nm) 
 
D2 + E = D2* = D’ + D’’ + hν 
 
E = ED2* = E’+ E’’ + hν 
 
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3.4.1.3 - Lâmpada de arco de xenônio 
ª Passagem de corrente através de atmosfera de Xe produz radiação intensa 
•espectro contínuo entre 200 e 1000 nm ⇒ UV/VIS 
•elevada intensidade 
 
 
3.4.2- DISPOSITIVOS PARA SELEÇÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA 
ª Têm como função selecionar a faixa espectral desejada para a medida de absorção 
 
ª São dois os tipos básicos: 
 filtros 
 monocromadores 
 
3.4.2.1 - Filtros óticos 
ª Isolam faixas espectrais relativamente largas 
ª Podem ser de absorção ou de interferência 
 
3.4.2.1.1 - Filtros de absorção 
 São feitos à base de vidros corados ou corantes suspensos em lâminas de gelatina 
colocadas entre placas de vidro. Caracterizam-se por transmitir uma dada faixa de 
comprimentos de onda, absorvendo as demais. 
 
 
 
Filtros comuns: 
- largura da faixa isolada: 30-50 nm 
- T max = 5 - 20% 
 
 
 
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OBS. 
Comercialmente existem filtros abrangendo toda a faixa do espectro visível 
 
3.4.2.1.2 - Filtros de interferência 
 Consistem em uma fina camada de um dielétrico transparente com baixo índice de 
refração (p.ex: MgF2, ηD = 1,38) inserida entre duas películas metálicas semi-
transparentes (p.ex: Ag) cobrindo as superfícies internas de duas placas de vidro. 
 
 
 Isolam as faixas espectrais desejadas a partir de fenômenos de múltipla reflexão e 
interferência construtiva 
 
 Condição de interferência construtiva ⎯⎯→ diferença entre os percursos dos 
feixes = mλ’ ( λ’ = comp. de onda da radiação no dielétrico) 
espessura “d” 
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 Para os feixes 1 e 2 
 θ=λ cos
d2'm (30) 
 Como θ ≈ 0 ⎯→ cos θ ≅ 1 
 mλ’= 2 d (31) 
 Relacionando λ’ com λ (comp. onda no ar) 
 λ = λ’ ηD 
 Então: 
 2 d.ηD = m.λ (32) 
Ex: Para um filtro em que : ηD = 1,35 e d = 195 nm 
 m=1 ⎯→ λ= 500nm 
 m=2 ⎯→ λ= 250nm 
 m=3 ⎯→ λ= 167nm 
 
ª Características dos filtros de interferência 
• largura da faixa espectral: 10-20 nm 
• T max = 35 a 60% 
• disponível nas regiões UV/VIS e IV (até 14 µm) 
 
 
Associação com filtros de absorção para 
bloquear ordens indesejadas 
Figura 3.4 - Largura efetiva de banda 
para os dois tipos de filtro 
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3.4.2.2 - Monocromadores 
ª Permitem uma variação contínua dos comprimentos de onda que incidem na amostra 
⎯→ são projetados de modo a permitir uma “varredura espectral” 
ª Atuam dispersando a radiação policromática incidente nos seus comprimentos de onda 
constituintes e a partir dai isolam o comprimento de onda desejado. 
ª Componentes: 
• fenda de entrada ⎯→ fornece uma imagem ótica retangular 
• lente ou espelho colimador ⎯→ tornar o feixe de radiação incidente paralelo 
• elemento de dispersão ⎯→ prisma ou rede ⎯→ dispersar a radiação incidente nos 
seus comprimentos de onda constituintes 
• lente ou espelho de foco ⎯→ focar o feixe disperso sobre o plano focal 
• fenda de saída ⎯→ situada no plano focal; é através dela que o feixe com 
comprimento de onda selecionado sai do monocromador 
 
 
Figura 3.5 – Diferentes tipos de monocromadores. (a) Monocromador reticular do 
tipo Czerny-Turner. (b) Monocromador prismático do tipo Bunsen.