aula de espectrometria Uv visivel_PARTE1

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ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO 
MOLECULAR NO UV/VISÍVEL 
Profa. Valéria Bellotto 
Princípios de Química Analítica 
Espectrometria de Absorção no UV/visível 
Parte 1 
Introdução 
 Princípios básicos 
 Espectro de absorção 
Espécies absorventes 
 Absorção por compostos orgânicos 
 Absorção por íons lantanídeos e actinídeos 
 Absorção por íons de metais de transição 
 Absorção por transferência de carga 
Medidas de absorção molecular 
Medidas de absorbância e transmitância 
Lei de Beer 
 Limitações da Lei de Beer 
 Desvios da Lei de Beer 
 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Introdução 
A espectroscopia absorção ultravioleta/visível é utilizada 
principalmente para análises quantitativas. 
É provavelmente o método mais empregado em laboratórios químicos 
e clínicos em todo mundo. 
Princípios básicos 
Cada espécie molecular ou 
iônica 
Absorve frequências características 
de radiação eletromagnética. 
Resulta em decréscimo da intensidade 
da radiação eletromagnética incidente 
Processo de absorção 
De acordo com a Lei da absorção 
Espectro de absorção 
Permanganato de potássio – diferentes concentrações 
Números sobre as curvas – concentração de manganês 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Espécies absorventes e efeito do solvente 
Bandas de absorção – constituídas de linhas próximas entre si. 
Vários níveis rotacionais e vibracionais 
Espectro de absorção da 1,2,4,5-tetrazina 
Estado gasoso – muitas linhas em razão das 
transições eletrônicas, vibracionais e 
rotacionais são distingíveis. 
Em solução: 
 
 - solvente não polar – somente 
transições eletrônicas são registradas; 
 
 - solvente polar – forças de interação 
intermoleculares - fusão dos picos 
eletrônicos – fornecimento de uma única 
absorção contínua 
 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Espécies absorventes 
 Absorção por compostos orgânicos 
 Absorção por íons lantanídeos e actinídeos 
 Absorção por íons de metais de transição 
 Absorção por transferência de carga 
Fonte: SKOOG, D. A., WEST, D. M., HOLLER, F.J., CROUCH, S.R., Fundamentos de Química Analítica . 8ª Ed. Thomson Learning, 2006. 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Transições observadas para moléculas orgânicas 
Substituições em uma estrutura básica de cromóforo alteram a 
posição e intensidade de uma banda de absorção do cromóforo; 
Auxocromo: grupo funcional que não absorve radiação, mas pode 
deslocar bandas do cromóforo para maiores  e aumentar suas 
intensidades (ex. grupos metila, hidroxila, alcoxi, halogênio e 
amina) 
Transições observadas para moléculas orgânicas 
• Tipos de efeito na absorção por outros substituintes: 
 
▫ Deslocamento batocrômico: deslocamento para 
energia mais baixa (> ); 
▫ Deslocamento hipsocrômico: deslocamento para 
energia mais alta (< ); 
▫ Efeito hipercrômico: aumento de intensidade; 
▫ Efeito hipocrômico: diminuição de intensidade. 
Transições observadas para moléculas orgânicas 
 Efeito da Conjugação em um sistema de ligações duplas: a extensão da 
conjugação provoca deslocamentos das bandas de absorção 
(batocrômico) 
 Absorções de multicromóforos em moléculas orgânicas é aditiva, desde 
que os cromóforos estejam separados por mais que uma ligação simples. 
Fonte: SKOOG, D. A., HOLLER, F. J., NIEMAN, T. A., Princípios de Análise Instrumental . 5ª Ed. Porto Alegre, Bookman, 2002. 
Transições observadas para moléculas orgânicas 
• Efeito da extensão da conjugação 
• Os níveis de energia eletrônicos de um cromóforo ficam mais 
próximos, consequentemente a energia necessária para 
produzir uma transição eletrônica diminui. 
• Como consequência  , o que facilita a instrumentação. 
Espectros de UV de CH3 –(CH=CH)n – CH3 - dimetilpolienos. (A) n=3, (B)n=4, (C) = 5 
Nayler,P, Whiting, M.C. J. Chem Soc. 3042:1955. 
Moléculas absorventes no Visível 
• Moléculas que apresentam soluções coloridas 
Verde de malaquita ( máx=617 nm) 
Composto verde 
Corante laranja 
Espectro visível 
Espectros visíveis: cores em soluções 
• Por que a solução de Fe(SCN)2+ é vermelha?? 
• O complexo NÃO adiciona radiação vermelha à solução 
• O complexo absorve a radiação verde da radiação branca 
(todos ) que penetra no frasco e transmite o vermelho de 
forma inalterada. 
 / nm cor cor complementar 
 
380-420 violeta 
420-440 
440-470 
470-500 
500-520 
520-550 
550-580 
580-620 
620-680 
680-780 
absorvida transmitida 
verde-amarelo 
verde-amarelo 
amarelo 
amarelo 
violeta 
violeta 
violeta-azul 
violeta-azul 
azul 
azul 
azul-verde 
azul-verde 
verde 
verde 
laranja 
laranja 
vermelho 
vermelho 
púrpura 
púrpura 
Em uma determinação colorimétrica a radiação empregada 
deve ser a cor complementar da solução do analito. 
Espectros visíveis: cores em soluções 
• Gráfico da absorbância versus comprimento de onda 
• A cor de uma solução está associada a seu espectro de 
absorção 
 
Solução de 
permanganato 
(MnO4
-) 
MnO4
- absorve a 
radiação de cor 
complementar 
(verde) 
max=525 nm 
Absorção por íons lantanídeos e actinídeos 
• Transições eletrônicas em orbitais 
4f (lantanídeos) e 5f (actinídeos) 
 
• Os íons da maioria dos elementos 
lantanídeos e actinídeos absorvem 
nas regiões UV-VIS. 
 
• Espectros com picos de absorção 
característicos, estreitos e bem-
definidos, que são pouco afetados 
pelo solvente e tipo ligante 
associado ao íon 
Exemplos de espectros de absorção 
de soluções aquosas de íons de 
metais de transição 
Absorvem as bandas largas da 
radiação visível em pelo menos um de 
seus estados de oxidação –são, como 
resultado, coloridos 
Absorção por íons de 
metais de transição 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Absorção por transferência 
de carga 
Complexo de transferência 
de carga - espécie fortemente 
absorvente que é constituída por 
uma espécie doadora de elétron 
ligada à uma espécie receptora de 
elétron. 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Absorção de radiação por espécies moleculares 
• Interação da radiação com a 
amostra/analito 
Fonte: SKOOG, D. A., WEST, D. M., HOLLER, F.J., CROUCH, S.R., Fundamentos de Química Analítica . 8ª Ed. Thomson Learning, 2006. 
Radiação 
Incidente 
(P0) 
Radiação 
Transmitida 
(P) 
Moléculas absorventes 
(analito na amostra) 
Medidas de absorção molecular 
• Instrumento: espectrofotômetro 
▫ mede a radiação após interação com amostra 
▫ absorção da radiação atenua o feixe 
 
 
 
 
 
 
▫ Lei de absorção – Lei de Beer-Lambert diz 
quantitativamente como a grandeza da atenuação do 
feixe incidente de radiação depende da concentração 
da molécula absorvente e da extensão do caminho 
onde ocorre a absorção ( caminho óptico). 
 
Medidas de absorção molecular 
 
 
 
 
 
 
▫ Se a radiação é absorvida pela molécula  P < P0 
▫ Transmitância (T): fração da radiação incidente 
transmitida pela amostra 
 
 
 
𝑇 =
𝑃
𝑃0
 𝑇(%) =
𝑃
𝑃0
 x 100% ou 
Medidas de Absorção Molecular 
• Absorbância: 
 
 
▫ Nenhuma luz absorvida, P = P0 e A = 0  T = 1  100% 
transmissão 
▫ Se 90% da luz é absorvida, 10% é transmitida  A = 1. 
• Diretamente proporcional à concentração c da espécie 
que absorve luz na amostra. 
𝐴 = − log 𝑇 = log
𝑃0
𝑃
 
Medida de transmitância e absorbância 
cubeta 
Para corrigir ou compensar 
as perdas por reflexão e 
espalhamento 
Comparação da medida de 
absorbância: 
 - célula contendo a solução 
com o analito e 
 - célula idêntica contendo 
somente o solventeou branco 
de reagentes 
A = log Po/P ≈ log Psolvente/ P solução 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
Lei de Beer 
A = log (P0/P) = εbc 
Onde: 
ε – constante de proporcionalidade 
- absortividade molar 
b – caminho óptico do meio 
absorvente 
c – concentração da espécie 
absorvente 
Espectroscopia de absorção UV-vis 
• Absorbância não tem unidade 
• Se a concentração é expressa em mol/L e o caminho 
óptico em cm: 
Constante é chamada de absortividade molar () 
   L cm-1 mol-1 
 
• Indica qual a quantidade de luz que é absorvida em um 
determinado comprimento de onda 
 
A=bc 
Lei de Beer 
Medindo a absorbância 
• Sensibilidade do método é maior na região 
correspondente à absorbância máxima (máx) 
• Em máx a curva apresenta uma leve forma achatada 
que permite uma pequena variação em A caso o 
monocromador esteja levemente deslocado; 
• Leituras entre A  0,4-0,9* possuem maior exatidão 
▫ A > 1,0: pouca luz atravessa a amostra, intensidade 
difícil de ser medida 
▫ A < 0,3: muita luz atravessa a amostra, difícil distinguir 
entre amostra e referência. 
 
*para equipamentos tradicionais, os mais novos possuem instrumentação mais seletiva 
Limitações da Lei de Beer - desvios reais 
• Lei de Beer é obedecida para soluções diluídas (C < 0,01 mol 
L-1) conc. maiores ocorre interação entre as espécies 
absorventes: 
 - espécies muito próximas 
 - alteração na distribuição de cargas 
 - alteração na capacidade de absorção 
 
• soluções diluídas, com alta concentração de eletrólito inerte: 
 - interações eletrostáticas 
 - alteração no coeficiente de absortividade molar 
 
• coeficiente de absortividade molar varia com o índice de 
refração da solução 
Desvios químicos aparentes da Lei de Beer 
• Quando a espécie absorvente sofre associação, 
dissociação ou reação com o solvente para formar outra 
espécie com espectro diferente do analito. 
• Exemplo: Indicadores ácido-base. 
 
HIn + H2O  In
- + H3O
+ Ka = 1,42 x 10
-5 
Espécie 430 570 
HIn 6,30 x 102 7,12 x 103 
In- 2,06 x 104 9,61 x 102 
0 4 8 12 16
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 4 8 12 16
0.4
0.8
1.2
1.6
 = 430 nm  = 570 nm 
C / (10-5 mol L-1) C / (10-5 mol L-1) 
A A 
HIn = In- = 0,5 
HIn = In- = 0,5 
Desvios químicos aparentes da Lei de Beer 
• Indicadores ácido-base 
• a fração ionizada varia de forma não-
linear com a concentração total  
Erro positivo em 430 nm 
• a fração não-ionizada é inicialmente 
pequena e aumenta de forma não-
linear com a concentração total  
Erro negativo em 570 nm 
0 4 8 12 16
0.2
0.4
0.6
0.8
C (mol/L) 
 
Desvios Instrumentais aparentes da Lei de Beer 
1. Radiação Policromática 
• A Lei de Beer somente é verdadeira para radiação 
monocromática; 
• Dispositivos (seletores de comprimento de onda) 
que isolam apenas um comprimento de onda muitas 
vezes não são práticos; 
• Utiliza-se dispositivos que isolam faixas de poucos 
nanômetros. 
 
Desvios Instrumentais aparentes da Lei de Beer 
1. Radiação Policromática 
 
Considerando dois comprimentos 
de ondas, nos quais a espécie tem 
os coeficientes de absortividade 
molar indicados. 
Quando a medida de Absorbância 
é feita com radiação composta (2 
), a potência do feixe emergente 
da solução é a soma das potências 
emergentes nos dois  -  
diferença maior o desvio. 
Desvios Instrumentais aparentes da Lei de Beer 
1. Radiação Policromática 
• Os desvios não são significativos se a região selecionada 
não possui grandes variações de . 
 
ConcentraçãoComprimento de onda
A
b
so
rb
ân
ci
a
A
b
so
rb
ân
ci
a
Banda A
Banda B
Banda A
Banda B
ConcentraçãoComprimento de onda
A
b
so
rb
ân
ci
a
A
b
so
rb
ân
ci
a
Banda A
Banda B
Banda A
Banda B
ConcentraçãoComprimento de onda
A
b
so
rb
ân
ci
a
A
b
so
rb
ân
ci
a
Banda A
Banda B
Banda A
Banda B
ConcentraçãoComprimento de onda
A
b
so
rb
ân
ci
a
A
b
so
rb
ân
ci
a
Banda A
Banda B
Banda A
Banda B
•desvio não é significativo se a largura da banda efetiva do filtro ou 
monocromador é menor que 1/10 da metade da largura à meia altura do pico 
de absorção 
Desvios Instrumentais aparentes da Lei de Beer 
2. Radiação Espúria 
• Essa radiação possui  muito diferente daquele selecionado como 
radiação principal e pode não ter passado pela amostra. 
• A absorbância medida na presença de radiação espúria é dada por: s
s
PP
PP
A


 0log
Onde Ps = potência da 
radiação espúria não 
absorvida 
Desvios da lei de Beer para diferentes quantidades de radiação espúria 
Bibliografia 
SKOOG, D.A; LEARY, J.J. Principles of Instrumental Analysis. 4 th 
edition. Fort Worth:Saunders College Publishing,1992. 
SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.. Fundamentals of 
Analytical Chemistry. 7 th Edition. Fort Worth:Saunders College 
Publishing., 1996. 
SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R.. 
Fundamentos de Química Analítica. Tradução da 8ª edição norte-
americana. São Paulo:Thomson Learning., 2006. 
Espectroscopia de absorção UV-vis