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

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Capítulo 3 – Espectroscopia de absorção molecular no UV-VIS 
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Capítulo 3 
 
 
 
 
 
 
 
Espectroscopia de Absorção 
Molecular no UV-VIS 
Capítulo 3 – Espectroscopia de absorção molecular no UV-VIS 
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3.1- INTRODUÇÃO 
 
 A espectroscopia de absorção molecular no UV-VIS trata do estudo da absorção da 
radiação UV/VIS por moléculas ou íons complexos em fase líquida, sólida ou gasosa. 
 
 
ª UV/VIS ⇒ 180 - 780 nm 
 
ª Parâmetros medidos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Transmitância (T) 
 100 x
P
P(%)T
0
= (1) 
• Absorbância ou Absorvância (A) 
 
0P
PlogTlogA −=−= (2) 
 
 sendo: P = potência do feixe transmitido pela amostra 
 P0 = potência do feixe incidente 
 
 
ª Medidas experimentais de T e A 
 Amostras ⎯⎯→ recipientes transparentes de vidro ou quartzo 
 ↓ 
 cubetas ou células 
 
P0 P 
λ 
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• Perdas de energia por: 
- reflexões nas interfaces 
- espalhamento 
- absorção nas paredes do recipiente 
 
 
• Compensar os efeitos 
- potência do feixe transmitido pela amostra (Pamostra) é comparada com a potência do 
feixe transmitido pelo solvente ou branco (Pbranco) colocado em recipiente idêntico 
 
100 x
P
P100 x
P
P(%)T
0branco
amostra ≅= (3) 
 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛≡⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=−=
P
Plog
P
PlogTlogA 0
amostra
branco (4) 
 
 
 
3.2- LEI DE LAMBERT-BEER 
 Lei fundamental que governa os processos de absorção de radiação 
 
λ 
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dP ⎯→ energia absorvida no volume de espessura db 
 
absorção ⎯→ interação entre fótons e centros absorventes 
 dP ∝ N e P (5) 
 
sendo: N = c . 6,02 x 1023 . S . db e S = constante, pode-se escrever: 
 
 N = k’. c . db (6) 
 
Além disso: dP ∝ N . P (7) 
 
Então: 
 dP = k’. P . c . db (8) 
 
 dP = - k . P . c . db (9) 
 
Integrando-se a expressão (9) sobre toda a espessura da célula: 
 ∫∫ −= b
0
P
P
db . ck
P
dP
0
 (10) 
 b . c . k Pln −= (11) 
 
 c . b . k 
P
Pln
0
−= (12) 
λ
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Transformando em log decimal 
 c . b . k
P
Plog 303,2
0
−= (13) 
 c . b . -c . b
303,2
k
P
Plog
0
ε=−= (14) 
onde: ε = absortividade molar (L/mol.cm), característico da espécie absorvente 
 - depende do solvente e de λ 
 - independe de c e de b 
 
Mas, ATlog
P
Plog
0
=−=− (2) 
 
Então: A = ε.b.c (15) 
 
OBS: 
1) Quando [c] = g/L ⎯⎯→ ε = a (absortividade) (ε = a . MOL) 
] 
2) b = constante ⎯⎯→ A ↑ c ↑ 
c = constante ⎯⎯→ A ↑ b ↑ 
 
3) Na derivação da lei de Beer – Lambert foram admitidas as seguintes condições ideais: 
- radiação incidente monocromática 
- centros absorventes atuando independentemente uns dos outros 
- seção transversal da célula uniforme 
 
4) Sistemas com n componentes 
 Atotal = A1 + A2 + ........ + An 
 Atotal = ε1.b.c1 + ε2.b.c2 + ..........+ εn.b.cn 
 
 
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3.3- DESVIOS DA LEI DE BEER 
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
A
bs
or
vâ
nc
ia
Concentração
 
Lei é obedecida 
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
A
bs
or
vâ
nc
ia
Concentração
 
Desvio Positivo 
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
A
bs
or
vâ
nc
ia
Concentração
 
Desvio Negativo 
 
 
Os desvios podem ser: 
 - Reais 
 - Aparentes Instrumentais 
 Químicos 
 
 
3.3.1 - DESVIOS REAIS ⇒ LIMITAÇÕES DA LEI DE BEER 
ª Ausência de interações entre os centros absorventes ⇒ soluções diluídas (c < 10-2 M) 
- Interações entre os centros ⇒ alterações nas distribuições das cargas variando a 
quantidade de energia necessária para excitação 
 
ª Variações do índice de refração da solução com a concentração 
- Segundo alguns autores ⇒ ε = f (η) e η = f (c) 
 ε ⇒ 2)2(
.
+η
εη
 na expressão da lei de Beer 
 ∗ C baixas ⇒ η = constante 
 ∗ C elevadas ⇒ η varia ⇒ significativo apenas para c > 10-2 M 
 
 
 
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3.3.2 – DESVIOS APARENTES 
3.3.2.1 - Desvios químicos 
ªEspécie absorvente pode associar-se, dissociar-se ou reagir com o solvente ⎯→ 
produto ⇒ espectro de absorção diferente do da espécie em estudo 
 
 
Ex 1) 
Cr2O7-2 + H2O 2 HCrO4-1 2 H+1 + 2 CrO4-2 
λmax λmax λmax 
350, 450nm 375nm 
 
Cr2O7-2 (1), HCrO4-1 (2) e CrO4-2 (3) ⎯→ absorvem radiação e apresentam diferentes ε 
 Atotal = ε1bc1 + ε2bc2 + ε3bc3 
• Como c1, c2 e c3 variam com a diluição ⎯→ A vs cCr(VI) ⎯→ desvia-se da linearidade 
caso cCr(VI) esteja associada a apenas uma das espécies 
 
• Soluções para o problema 
- Ajuste do pH do meio Meio ácido ⇒ Cr2O7-2 predomina 
 Meio básico ⇒ CrO4-2 predomina 
- λ = ponto isosbéstico ⇒ ε1 = ε2 = ε3 
 
 
Ex2) 
 Indicadores visuais 
 HIn H+ + In- Ka = 1,42 x 10-5 
 cor 1 cor 2 
 
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• As espécies HIn e In- apresentam características de absorção de radiação diferentes. 
Por exemplo: 
 ε 430 ε 570 
HIn 6,30 x 102 7,12 x 103 
In- 2,06 x 104 9,61 x 102 
 
• A absorbância da solução do indicador corresponderá à contribuição das duas espécies 
absorventes. 
 A = εHin.b.[Hin] + εIn.b.[In-] 
 
Sendo assim: 
 
M nominal [HIn] [In-] A 430 A 570 
2,00 x 10-5 M 0,88 x 10-5 M 1,12 x 10-5 M 0,236 0,073 
4,00 x 10-5 M 2,22 x 10-5 M 1,78 x 10-5 M 0,381 0,175 
8,00 x 10-5 M 5,27 x 10-5 M 2,73 x 10-5 M 0,596 0,401 
12,0 x 10-5 M 8,52 x 10-5 M 3,49 x 10-5 M 0,771 0,640 
16,0 x 10-5 M 11,9 x 10-5 M 4,11 x 10-5 M 0,922 0,887 
 
 
Representando-se graficamente A vs. C nominal, tem-se: 
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
 λ=430 nm
 λ=570 nm
Ab
so
rb
ân
ci
a
M nominal x 105 
 
 
 
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3.3.2.2 - Desvios instrumentais ⇒ desvios negativos 
ª Limitações do equipamento utilizado 
• Largura finita da faixa espectral isolada 
 - Lei de Beer ⎯→ radiação monocromática 
 Faixa A ⎯→ ε = constante ⎯→ Lei é obedecida 
 Faixa B ⎯→ ε varia ⎯→ desvio da Lei 
 
 A = - logT = ε.b.c e 
0P
PT = ⇒ bc
0
10
P
P ε−= 
 
 Se a faixa espectral tem dimensão finita, admitindo-se que radiações com 
diferentes λ cheguem à amostra, tem-se: 
 λ’ ⇒ bc0 10'.P'P ε−= 
 λ’’ ⇒ bc0 10".P"P ε−= 
 
"P'P
"P'PT
00 +
+= 
 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
+
+−=
ε−ε−
)"P'P(
)10".P10'.P(logA
00
bc"
0
bc'
0 
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 A = log(P0’+P0”) – log(P0’.10-ε’bc + P0”.10-ε”bc) 
∗ Se ε’ ≠ ε” 
 A vs C não é linear ⇒ faixa B ⇒ Lei de Beer não é obedecida 
 
∗Se ε’ = ε” 
 A = log(P0’+P0”) + εbc - log(P0’ + P0”) 
 
 A = ε’bc 
 A vs C ⇒ linear ⇒ faixa A ⇒ Lei de Beer é obedecida 
 
 
Figura 3.1 – Desvios da lei de Beer pela passagem de radiação policromática. 
 
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• Radiações estranhas que alcançam o detetor ⇒ radiações espalhadasou 
refletidas pelas várias superfícies internas (geralmente λestranha ≠ λtrabalho) 
 
 
 
Figura 3.2 – Desvio da Lei de Beer pela passagem de radiação estranha. 
 
• Outras fontes de desvios: 
-passagem da radiação incidente mais de uma vez pela amostra (reflexões nas 
paredes da célula) origina valores mais altos para A 
-incidência de parte da radiação obliquamente através da amostra aumento do 
percurso ótico em relação aos raios que incidem paralelamente ao eixo ótico