MIA aula 3

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	S.J. dos Campos - Dutra
Prof. Dr. Fernando Cruz Barbieri
MÉTODOS INSTRUMENTAIS ANÁLISES
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Espectrofotometria UV/Visível
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Conceitos Básicos: 
A espectrofotometria faz parte da classe dos métodos analíticos que baseiam-se na interação da matéria com a energia radiante
A espectrofotometria é uma técnica que emprega luz, isto é, radiação eletromagnética, para se determinar a concentração de solutos em soluções diluídas.
Método aplicado na determinação de compostos inorgânicos e orgânicos, como por exemplo: identificação de princípios de fármacos e também na determinação da concentração dos mesmos.
Espectrofotometria UV/Visível
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Conceitos Básicos: 
Medidas de absorção da radiação UV-Vis  ampla aplicação na quantificação de espécies inorgânicas e orgânicas.
Espectrofotometria UV/Visível
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Conceitos Básicos: 
A região do espectro do ultravioleta é na faixa de 200 a 400 nm e a da luz visível é entre 400 e 800 nm.
 
Espectrofotometria UV/Visível
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Interação da radiação com a matéria
A espectroscopia de absorção UV-VIS envolve a absorção de luz UV/VIS por uma molécula promovendo o passo de um elétron desde um orbital molecular fundamental a um orbital excitado.
A absorção da radiação UV/ VIS tem por consequências:
Excitação dos elétrons
Transições eletrônicas
“ migração dos elétrons de valência de um estado menos energético (estado fundamental) para um estado mais energético (estado excitado).”
Espectrofotometria UV/Visível
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Interação da radiação com a matéria
A excitação eletrônica acontece quando um elétron recebe a energia da onda e muda de orbital.
Ao voltar ao estado normal a energia é liberada em forma de fóton (luz). 
Espectrofotometria UV/Visível
O elétron estando no
estado excitado (n=2)
retorna ao seu estado
fundamental (n=1),
e emite “algo” com
energia E.
O que é esse “algo”?
Fóton 
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Interação da radiação com a matéria
Espectrofotometria UV/Visível
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Interação da radiação com a matéria
A amostra é estimulada aplicando-se energia na forma de calor, energia elétrica, luz, ou por uma reação química (estimulo).
Antes da aplicação, o analito se encontra predominantemente em seu estado de energia mais baixo ou estado fundamental.
Resulta que algumas das espécies do analito sofrem uma transição para um estado de maior energia ou estado excitado.
Mede-se a radiação eletromagnética emitida quando este retorna ao estado fundamental e a quantidade de radiação eletromagnética absorvida decorrente da excitação.
Resultados expressos através de um espectro (gráfico);
Espectrofotometria UV/Visível
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Espectro UV/ VIS típico:
Os máximos de absorção devem-se á presencia de cromóforos na molécula. (Neste exemplo temos duas absorções em 190 e 270 nm)
Espectrofotometria UV/Visível
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Cromóforos
Um cromóforo ou grupo cromóforo é a parte ou conjunto de átomos de uma molécula responsável por sua cor.
Espectrofotometria UV/Visível
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Cromóforos
Parte de uma molécula que absorve a Luz Visível/UV.
Quanto maior for o número de ligações múltiplas conjugadas num composto, menor será a energia de excitação. 
Então maior o  na qual ele absorve a luz. (lembrar da relação do  com energia)
Onde estão os cromóforos
Substâncias diferentes;
Diferentes grupos funcionais;
Grupos covalentes insaturados;
Substâncias que tem o anel benzeno.
Espectrofotometria UV/Visível
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Cromóforos
Absorve em vários comprimentos (vários grupos funcionais).
Aldeído (-CHO): 210; 280 – 300
Amino (-NH2): 195
Haletos (-Br: 208)
Ester (-COOR): 205
Éter (-O-): 185
Nitro (-NO2): 210
Nitroso (-NO): 302 
Tiocarbonila (=C=S-): 205
Tioeter (-S-): 194; 215
Tiol (-SH): 195
Espectrofotometria UV/Visível
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Cromóforos: Efeito da conjugação sobre o .
Quanto maior for o número de ligações múltiplas conjugadas num composto, menor será a energia de excitação. Então maior o λ na qual ele absorve a luz. (lembrar da relação do λ com energia)
Qual das duas substancias tem o maior  na qual absorve luz?
Espectrofotometria UV/Visível
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Cromóforos: 
Cada transição eletrônica vem “acompanhada” de uma transição vibracional  Espectros na forma de banda 
Perfil depende do “meio”.
Espectrofotometria UV/Visível
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Lei de Lambert-Beer
 
Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA
 (Lei de (Lei de Lambert-Beer)
Espectrofotometria UV/Visível
Johann Heinrich Lambert (1728 – 1777) observou que a intensidade da luz transmitida por um meio absorvedor era proporcional à espessura do meio pelo qual a luz passava
August Beer (1825 – 1863) observou que a intensidade da luz transmitida por um meio absorvedor era proporcional à concentração da espécie absorvedora
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Lambert (1870) observou a relação entre a transmissão de luz e a espessura da camada do meio absorvente. Quando um feixe de luz monocromática, atravessava um meio transparente homogêneo, cada camada deste meio absorvia igual a fração de luz que atravessava, independentemente da intensidade da luz que incidia. 
A partir desta conclusão foi enunciada a seguinte lei: " A intensidade da luz emitida decresce exponencialmente à medida que a espessura do meio absorvente aumenta aritmeticamente ".
Esta lei pode ser expressa pela seguinte equação:
I = Io . 10-x1
Onde: 
I = Intensidade da luz transmitida 
Io = Intensidade da luz incidente
x = constante denominada coeficiente de absorção e que depende do meio absorvente empregado
l = Espessura do meio absorvente
Espectrofotometria UV/Visível
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Beer em 1852 observou a relação existente entre a transmissão e a concentração do meio onde passa o feixe de luz. Uma certa solução absorve a luz proporcionalmente à concentração molecular do soluto que nela encontra, isto é, 
"A intensidade de um feixe de luz monocromático decresce exponencialmente à medida que a concentração da substância absorvente aumenta aritmeticamente".
Expressa pela equação:
I = Io . 10-kc
Onde: 
I = Intensidade da luz transmitida
Io = Intensidade da luz incidente
k = Constante denominada coeficiente de absorção
c = Concentração do meio absorvente
Espectrofotometria UV/Visível
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Lei de Lambert-Beer
A lei de Lambert–Beer estabelece uma relação entre a absorbância de uma solução e a sua concentração, quando atravessada por uma radiação luminosa monocromática colimada (raios luminosos paralelos).
Chama-se de luz monocromática às radiações eletromagnéticas na faixa de luz visível compostas por um único comprimento de onda.
Monocromados: seleciona um  que incide para aquela amostra 
Espectrofotometria UV/Visível
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Lei de Lambert-Beer
A Espectrofotometria UV/Visível é um método quantitativo baseado em absorção atômica requer duas medidas de potência:
Uma antes do feixe passar pelo meio que contem o analito (P0);
E outra depois de passa pelo meio que contem o analito (P);
Dois termos, que são amplamente empregados na espectroscopia de absorção e relacionados à razão de P0 e P são:
Transmitância e absorbância 
Espectrofotometria UV/Visível
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Transmitância: A transmitância T de um meio é a fração da radiação incidente que é transmitida como mostra a figura a baixo:
Espectrofotometria UV/Visível
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Quando o feixe de luz, com energia radiante P0 atinge uma amostra confinada em um recipiente transparente de comprimento b, a energia radiante do feixe que sai do outro lado da amostra é P.
Alguma quantidade de luz pode ser absorvida pela amostra, de forma que P ≤ P0.
Quando a luz é absorvida por uma amostra, a energia radiantedo feixe de luz diminui.
Quando um feixe de radiação monocromática atravessa uma solução contendo uma espécie absorvente, uma parte dessa energia é absorvida, enquanto a outra é transmitida.
Transmitância é atenuação sofrida pelo feixe de radiação incidente
Espectrofotometria UV/Visível
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"A intensidade de um feixe de luz monocromático (transmitância) decresce exponencialmente à medida que a concentração da substância absorvente aumenta aritmeticamente ".
Espectrofotometria UV/Visível
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Absorbância: Também chamada de absorvância, é a capacidade intrínseca dos materiais em absorver radiações em frequência específica. 
A espectrofotometria está fundamentada na lei de Lambert-Beer, que estabelece:
“A absorbância é diretamente proporcional a concentração da solução de amostra.”
Espectrofotometria UV/Visível
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A absorbância é obtidas a partir de medidas de transmitância (T) e fundamentalmente diz que: quanto maior a transmitância, menor a absorbância.
A absorbância aumenta com a concentração da espécie absorvedora:
depende da substância (absortividade molar).
depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico).
Espectrofotometria UV/Visível
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Espectrofotometria UV/Visível
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O coeficiente de absortividade molar ou absorvidade molar, pode ser definido como a capacidade que um mol de uma determinada substância possui em absorver luz a um determinado comprimento de onda. 
A absortividade molar vai variar de acordo com diversos fatores, tais como a substância em questão e o comprimento de onda utilizado, bem como a temperatura e o solvente nos quais a substância se encontra. 
A = lc ou A= abc lei de Beer
A = lc ou A= abc lei de Beer
a – Absortividade (cm-1.g-1.L) =  então a = ε - Absortividade molar (cm-1.mol-1.L)
Espectrofotometria UV/Visível
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Se a concentração estiver em g/L e o caminho óptico estiver em cm, simbolizaremos essa constante por “a” e sua designação será “constante de absortividade específica”.
Se a concentração estiver em mol/L e o caminho óptico estiver em cm, simbolizaremos essas constante por “” e sua designação será “constante de absortividade molar”.
Espectrofotometria UV/Visível
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Uma forma de linearizar uma exponencial invertida é fazendo o logaritmo decimal negativo da grandeza (–logT). 
O sinal negativo é devido ao fato de que, com o aumento da concentração, a transmitância diminui e ao se fazer o logaritmo desses valores, todos seriam negativos. 
Espectrofotometria UV/Visível
O resultado de –logT equivale à absorbância da amostra. 
Portanto, A = –logT. 
A transmitância versus a concentração dá uma exponencial invertida.
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Para medir a concentração mantém–se alguns desses fatores constantes, como:
O mesmo comprimento de onda para o mesmo tipo de amostra (máx).
A mesma espessura da cubeta, isto é, o mesmo caminho óptico.
A mesma intensidade de P0.
A intensidade de P depende:
Da intensidade de P0.
Da concentração do analito.
Do caminho óptico.
Do comprimento de onda.
Da amostra.
Espectrofotometria UV/Visível
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... A absorção da luz é tanto maior quanto mais concentrada for a solução por ela atravessada:
Espectrofotometria UV/Visível
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... A absorção da luz é tanto maior quanto maior for a distância percorrida pelo feixe luminoso através das amostras:
Espectrofotometria UV/Visível
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Espectrofotômetros
Espectrofotometria UV/Visível
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Espectrofotômetros
Espectrofotometria UV/Visível
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Espectrofotômetros de feixe simples.
Foi o primeiro tipo de espectrofotômetro inventado, em 1940. Essa classe do instrumento consiste em que toda a radiação fornecida pela fonte de emissão atravesse a amostra, a intensidade de luz é medida antes e depois da amostra de teste ser inserida. Esse tipo de equipamento tem um custo acessível, já que é formado por um sistema não muito complexo. 
Espectrofotometria UV/Visível
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Espectrofotômetros de feixe duplo.
Foi inventado por volta de 1985. Nesse tipo de instrumento, a luz é dividida em dois feixes antes de atingir a amostra. Neste caso, a fonte de luz emite somente um feixe, que chega ao prisma ou rede de difração, como no espectrofotômetro de feixe simples, e somente depois de passar pelo monocromador é que o feixe é dividido em dois. Isto é bem vantajoso, pois a leitura de referência e a leitura da amostra podem ser feitas ao mesmo tempo, comparando a intensidade de luz entre os dois trajetos. 
Espectrofotometria UV/Visível
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Fonte de Energia radiante
Deve gerar radiação contínua, estável na região do espectro e alta intensidade:
Lâmpada com filamento de tungstênio   350 a 750 nm (visível)
Lâmpada de tungstênio-iodo (visível)
Lâmpada de descarga de hidrogênio (U.V.)   185 a 375 nm
Emissor de Nernst e oglobar (I.V.) 
Espectrofotometria UV/Visível
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Monocromadores
São dispositivos essenciais dos espectrofotômetros e tem como função a seleção do comprimento de onda e que se tem interesse para a análise. 
Um monocromador consiste de:
Lentes e espelhos  focalizar a radiação.
Fendas de entrada e saída  restringir radiações desnecessários.
Elementos de resolução  separar o comprimento de onda de interesse (filtros, prismas, redes de difração).
Espectrofotometria UV/Visível
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Monocromadores
Espectrofotometria UV/Visível
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Cubetas ou celas cilíndricas: devem apresentar características de transparência, forma e tamanho apropriado:
Plástico: região visível;
Vidro borossilicato: 380 –2000 nm;
Quartzo ou sílica fundida: região UV.
Uma cubeta ideal deve ser de 1 cm, para simplificar os cálculos da expressão da Lei de Beer. 
Espectrofotometria UV/Visível
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Detectores ou Transdutores de radiação
Dispositivo que transforma:
Detector ideal:
Alta sensibilidade
Alta razão sinal/ruído
Resposta constante para ampla faixa de 
Resposta rápida
Células fotovoltáicas
Células fotoelétricas
Espectrofotometria UV/Visível
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Desvios à Lei de Beer
A lei de Beer refere o comportamento ideal de uma solução quandon atravessada por um feixe de energia radiante, o que na prática é impossível fixar.
 Desvios Reais, Químicos ou Físicos
Espectrofotometria UV/Visível
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Desvios à Lei de Beer
Desvios Reais – desvios à linearidade resultantes do uso de:
soluções concentradas do analito;
soluções diluídas do analito e concentradas em eletrólitos. 
Desvios Físicos ou Instrumentais – a causa é inerente aos instrumentos com os quais se opera:
Uso de radiação não monocromática;
Reflexão da radiação incidente;
Deficiente estado de conservação das faces de incidência das células que suportam a amostra;
Não paralelismo da radiação incidente.
Espectrofotometria UV/Visível
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Desvios à Lei de Beer
Desvios Químicos – a causa encontra-se no próprio sistema a analisar (a espécie absorvente sofre associação, dissociação ou reação com outras espécies presentes em solução gerando produtos que absorvem de uma forma diferente do analito).
A ocorrência dos desvios químicos é controlada fixando o pH, a força iónica, a concentração de outras espécies presentes.
Espectrofotometria UV/Visível
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