Relatório Analitíca Instrumental 3 e 4

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Resumo
No presente relatório realizou-se a determinação do teor de sulfato na água, por meio do uso das técnicas de espectrofotometria e turbidimetria. Sendo a primeira uma técnica empregada no estudo da interação da matéria com a radiação eletromagnética na faixa do espectro ultravioleta e a segunda é baseada no método espectrofotométrico, sendo o turbidimetro capaz de realizar uma comparação entre o espalhamento de um feixe de luz que atravessa a suspensão, com um raio luminoso de mesma intensidade ao passar por uma amostra padrão.
Foi preparada uma solução condicionante e uma solução estoque de sulfato de sódio (Na2SO4) 100 mg/L. A partir dela preparou-se 6 soluções que continham o BaCl2, a solução e a solução-mãe. A partir dos dados obtidos construiu-se uma curva analítica para cada um dos dois métodos, na qual foi possível constatar-se que eles foram bastante satisfatórios e estão em conformidade com os parâmetros esperados, pois conforme a literatura consultada essa concentração varia na faixa de 2 a 80 mg/L e os resultados das seis amostras analisadas foram entre 4,195 mg/L e 29,012 mg/L. Além disso, observou-se uma diferença de aproximadamente 2 mg/L entre cada um eles, um valor aceitável. Essa diferença pode ser proveniente de pequenos erros cometidos durante o procedimento, como, por exemplo, problemas com a calibração.
1. Introdução
	Para a determinação do teor de determinada substância em uma amostra podem ser utilizados diversos métodos, sendo dois deles empregados neste relatório: a espectrofotometria e a turbidimetria. 
A primeira é a técnica empregada no estudo da interação da matéria com a radiação eletromagnética na faixa do espectro ultravioleta, na qual é geralmente considerada entre 200 e 400 nm, que possuirá menor comprimento de onda (λ) e, portanto, maior frequência (ν), até o infravermelho, que possui uma faixa de 700 nm a 1 mm, um maior comprimento de onda (λ) e, portanto, menor frequência (ν) (MARQUES, C.; 2009). Esses dados podem ser vistos abaixo, conforme Figura 1. 
Figura 1. Espectro eletromagnético e suas faixas de comprimento de onda.
Disponível em: <https://www.infoescola.com/fisica/espectro-eletromagnetico/>. Acessado em: 16 de Junho de 2019.
	Esse estudo é de grande importância, devido ao fato de que cada composto químico transmite, absorve ou reflete a luz em um determinado comprimento de onda, portanto, a partir dele é possível determinar de maneira qualitativa e quantitativa substâncias químicas e suas composições estruturais (MARQUES, C.; 2009).
	Um dos princípios dessa técnica é relacionado à observação de uma amostra de cor mais intensa do que outra, o que faz pensar que a mais escura é mais concentrada. Isso quer dizer que a intensidade da cor é a medida de certa quantidade de uma substância em determinada solução. Outro princípio tem relação à absorção e reflexão de comprimentos de onda em uma amostra, sendo cada uma delas característica de certo material. Por exemplo, a clorofila absorve a luz vermelha e violeta, mas transmite as cores amarela, verde e azul. A partir disso, percebe-se a cor verde das folhas. Utilizando esses dois princípios facilita-se o entendimento de como o equipamento empregado nesse tipo de análise trabalha. O chamado espectrofotômetro mede e compara a quantidade de luz que uma amostra absorve. É válido ressaltar que existem equipamentos capazes de realizar varreduras nas faixas do ultravioleta ao infravermelho (200 nm a 2500 nm), mas geralmente eles cobrem ou um ou outro, devido ao alto custo daquele mais sofisticado (LEMOS, A. et al; 2009).
	O espectrofotômetro é constituído por uma fonte de radiação, na qual é formada por filamentos de materiais que são excitados por descargas elétricas. Alguns exemplos são o laser e a lâmpada de filamento de tungstênio ou de catodo oco. O segundo componente do equipamento é o monocromador, na qual é formado por um prisma ou uma rede de difração. Esses dois constituintes são responsáveis por dividir a luz em comprimentos de ondas individuais. Há também uma fenda ajustável, que permite a passagem de apenas um comprimento de onda em específico pela solução em questão. Depois temos o compartimento da amostra. Chama-se esse recipiente de cubeta ou cuba, que deve ser feita de vidro para a região do infravermelho e para a radiação ultravioleta devem ser feitas de quartzo, pois o vidro absorve a mesma. Além disso, suas proporções devem ser de 1cm, para a simplificação dos cálculos da Lei de Beer, que serão tratados mais adiante. É válido ressaltar a grande importânciade não se tocar na superfície óptica da mesma, pois impressões digitais, óleos da pele, poeira e outros contaminantes podem afetar os resultados a serem obtidos. Por fim, há o detector, o responsável por realizar a leitura da amostra, por meio da detecção da fração de luz que passou por ela (LEMOS, A. et al; 2009).
A Lei de Lambert-Beer relaciona a absorção da luz com as propriedades do material, na qual a luz passou. O cientista suíço observou que quando um feixe de luz monocromática atravessava um meio incolor e homogêneo, essa solução absorvia a fração de luz igualmente, independente da intensidade da luz a qual fora incidida e que a absorção da luz era proporcional à concentração molecular do soluto. Surgiu assim a sua frase "A intensidade da luz emitida decresce exponencialmente à medida que a espessura do meio absorvente aumenta aritmeticamente" (CUSTODIO, R. et al.; 2000). Abaixo é possível verificar sua equação matemática de forma usual e simplificada. 
Lei de Lambert-Beer: A= ε.c.b
Sendo: A= Intensidade da radiação absorvida
 ε= coeficiente de absortividade molar
 c= concentração da espécie em solução
 b= caminho óptico que a luz percorre dentro da solução
	Percebe-se, então, que existe uma relação linear entre a absorbância (A) e a concentração da espécie (c). Desta forma, ao se manter o caminho óptico constante torna-se possível determinar a concentração de uma substância, ao se obter a absorbância medida. Experimentalmente isso é feito por meio da construção de uma curva de calibração de absorbância vs concentração. É válido ressaltar que para isso deve-se conhecer o espectro de absorção da amostra a ser determinada. (CUSTODIO, R. et al.; 2000)
	A espectrofotometria possui diversas aplicações nas áreas de química, biologia, bioquímica, engenharia química e aplicações em clínicas e indústrias. Por exemplo, determinação de substâncias em exames antidoping e medição de crescimento bacteriano. É válido ressaltar que as medições podem ser quantitativas e qualitativas (MARQUES, C.; 2009).
	Outro método bastante aplicado, inclusive neste trabalho, é a turbidimetria, na qual é baseado nos mesmos princípios da espectroscopia anteriormente apresentados. Ele é empregado em ensaios de determinação da concentração de partículas de maior granulometria, que não podem ser mensuradas pelo método de espectroscopia de absorção (CARNEIRO, M. et.al; 2017) Além disso, ele é baseado na dispersão de partículas em suspensão (mede a luz que passou), sendo que quanto maior for o número de partículas em solução, maior o espalhamento da radiação e, assim, menor a quantidade da mesma ao ser incidida no detector. Logo, possui uma equação matemática análoga a de Lambert-Beer, que pode ser vista abaixo (FERNANDES, A.; 21-).
Equação análoga a lei de Lambert-Beer:
	Sendo: = Turbidez
	 I0= Intensidade de luz incidente
	 It= Intensidade de radiação transmitida
	As principais vantagens da técnica de turbidimetria estão na sua rapidez, medida objetiva e facilidade operacional. Suas desvantagens tem relação com a necessidade de haver um equipamento para a leitura da resposta e na ausência da identificação de contaminação grosseira. Além disso, o método é bastante empregado em análises ambientais (estudo da água, solo, dentre outros) e químicas (para amostras gasosas, líquidas e sólidas), reações de aglutinação e dosagem de proteínas em fluidos (FERNANDES, A.; 21-).
	O sulfato é um íon abundantemente encontradonas águas marinhas e estuarinas, podendo ser encontrado nas proporções de 39% de SO4-2, 37% em sua forma de Na2SO4, presente inclusive no estudo realizado neste relatório; MgSO4 em 19% e 4% em CaSO4. Além disso, um dos principais métodos comumente utilizados para a determinação de sulfato em amostras de água é a turbidimetria, devido ser considerada uma técnica simples e acessível (CABRERA, L. et al.; 2006)
O objetivo deste trabalho foi utilizar materiais de laboratório de química do IFSP-SJC para realizar a determinação do teor de sulfato na água, por meio do uso das técnicas de espectrofotometria e turbidimetria. Sendo possível construir os gráficos para as técnicas em questão a partir dos pontos obtidos, seguindo os procedimentos experimentais mais adequados e de nosso alcance.
2. Métodos e Procedimentos
Experimento: Turbidimetria
Primeiramente, preparou-se uma solução condicionante, formada por 10 mL de glicerol P.A. (C3H8O3), 6 mL de ácido clorídrico concentrado (HCl), 60 mL de água destilada e 20 mL de etanol (C2H5OH) P.A. Em seguida, preparou-se uma solução estoque de sulfato de sódio (Na2SO4) 100 mg/L em um balão volumétrico de 500 mL. A partir dela preparou-se 6 soluções utilizando-se balões volumétricos de 100 mL, sendo adicionados 0,3 g de cloreto de bário (BaCl2), 5 mL da solução condicionante e, respectivamente, 5 mL, 10 mL, 15 mL, 20 mL, 25 mL, 30 mL da solução-mãe, conforme Cálculos abaixo.
Cálculos. Diluição da solução estoque para o preparo de 6 outras soluções.
Fórmula utilizada: Cin.Vin = Cf.Vf
Solução 1. 
 
 
.
Solução 2. 
 
 
Solução 3. 
 
 
Solução 4. 
 
20 
Solução 5. 
 
25 
Solução 6. 
 
 
	Depois, calibrou-se o turbidimetro. Para isso, deve-se apertar o botão “C” e “C” novamente, seguido da inserção do padrão de 0,10 NTU. Aperta-se “C” novamente e espera-se que o mesmo diga que está pronto para receber o próximo padrão, na qual seria o 0,8 NTU. O procedimento deve-se repetir para os padrões 0,8 NTU, 8 NTU, 80 NTU e 1000 NTU. Terminada a calibração o equipamento informa o fim da padronização. Desta forma, pode-se inserir as amostras a serem analisadas, na qual são as 6 soluções preparadas previamente a partir da diluição da solução estoque. É válido ressaltar que o branco deve ser subtraído. Por fim, deve-se construir uma tabela a partir dos dados obtidos, por meio das leituras do turbidmetro, de cada um dos 6 pontos. 
Experimento: Espectrofotometria
Neste item utilizou-se a solução estoque previamente preparada, bem como suas diluições. Sendo possível observar abaixo o método de preparação das mesmas.
Primeiramente, preparou-se uma solução estoque de sulfato de sódio (Na2SO4) 100 mg/L em um balão volumétrico de 500 mL. A partir dela preparou-se 6 soluções utilizando-se balões volumétricos de 100 mL, sendo adicionados 0,3 g de cloreto de bário (BaCl2), 5 mL da solução condicionante e, respectivamente, 5 mL, 10 mL, 15 mL, 20 mL, 25 mL, 30 mL da solução-mãe, conforme Cálculos abaixo.
Cálculos. Diluição da solução estoque para o preparo de 6 outras soluções.
Fórmula utilizada: Cin.Vin = Cf.Vf
Solução 1. 
 
 
.
Solução 2. 
 
 
Solução 3. 
 
 
Solução 4. 
 
20 
Solução 5. 
 
25 
Solução 6. 
 
 	 D
Depois, calibrou-se o espectrofotômetro. Para isso, escolheu-se a absorbância a ser medida, no caso 420 nm, seguido da inserção do branco (amostra contendo todas as substâncias da análise, exceto o analito, ou seja, o sulfato de sódio) no equipamento, utilizando-se uma cubeta de 1cm3. Em seguida, apertou-se o botão “C”. Com isso, mediu-se o branco, na qual obteve-se um valor de 0,081, que automaticamente passou a ser subtraído das amostras 6 diluídas a serem analisadas. Por fim, deve-se construir uma tabela a partir dos dados obtidos, por meio das leituras do espectrofotômetro, de cada um dos 6 pontos.
3. Resultados e Discussão
Nesta seção são discutidos os resultados obtidos durante a determinação do teor de sulfato na água, por meio das técnicas de turbidimetria e espectrofotometria, na qual se podem construir gráficos para a obtenção de uma curva analítica, sendo para o primeiro concentração x turbidez e para o segundo concentração x absorbância. Posteriormente a obtenção da curva, é possível determinar a concentração de sulfato na amostra apresentada.
Experimento: Turbidimetria
Para uma melhor relação e compreensão dos dados obtidos, além da introdução anteriormente apresentada, discute-se, no item em questão, as variáveis e os fatores envolvidos na técnica turbidimétrica. 
 A turbidez é uma medida decorrente da presença de partículas em um meio aquoso, sendo que elas podem estar em uma forma finamente dividida ou em um estado coloidal. Ela é baseada no método espectrofotométrico, logo a luz é um fator de extrema importância na medição, pois o turbidimetro é capaz de realizar uma comparação entre o espalhamento de um feixe de luz que atravessa a suspensão, com um raio luminoso de mesma intensidade ao passar por uma amostra padrão, como àquelas mencionadas anteriormente durante a calibração do equipamento em questão. Para um melhor entendimento pode-se dizer que, basicamente, é medida a redução da transmissão da luz em um meio aquoso que contenha partículas em suspensão. Além disso, quanto maior for o número dessas partículas citadas, maior será o espalhamento da radiação e, portanto, menor será a radiação incidida no detector. É válido ressaltar que a turbidez é expressa em Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) e que essa medição é dependente da concentração e do tamanho das partículas encontradas na amostra. 
Para a construção da curva analítica realizou-se medições em duplicata com diversos pontos em concentrações diferentes, em função de um padrão, que poderá ser visto abaixo, conforme Tabela 1 e Gráfico 1.
Tabela 1. Valores obtidos a partir da média entre as duas medidas realizadas no turbidimetro. 
	Média das Concentrações (mg/L)
	Turbidez (NTU)
	21,3
	5
	46,3
	10
	61,3
	15
	89,3
	20
	103,3
	25
	118,3
	30
Fonte: O Autor (2019)
Gráfico 1. Curva analítica referente à medida turbidimétrica.
 
Fonte: O Autor (2019)
Por meio do Gráfico 1 é possível se observar que o valor de R2 (Coeficiente de Determinação) é 0,989, indicando uma correlação relativamente perfeita ao esperado por estar bastante próximo ao valor 1. 
	Outra observação importante é que os valores da Tabela 1 indicam que, conforme o esperado e discutido anteriormente, o aumento da concentração da solução preparada causa o aumento da turbidez, já que uma solução de cor mais intensa terá maior concentração e, portanto, causará um maior espalhamento da radiação e, portanto, menor será a radiação incidida no detector. Para que ocorresse esse espalhamento da radiação utilizou-se a reação do sulfato (SO4 2-) com o cátion bário (Ba 2+) formando sulfato de bário, conforme Reação 1, justamente pelo fato de ser um sal de baixa solubilidade em água. Ao ser adicionada a solução condicionante esses cristais formados são mantidos em uma forma uniforme em suspensão. Isso é necessário, pois os sulfatos são formadores de poucos compostos coloridos capazes de absorver a radiação ultravioleta.
Reação 1: Ba 2+ + SO4 2- → BaSO4
	A partir da equação da reta obtida com a curva analítica da medida turbidimétrica (y)= 0,253x – 1,0474 e sabendo a equação de Lambert-Beer (A= ε.c.b), pode-se obter a concentração de sulfato na amostra desconhecida.
Experimento: Espectrofotometria
	Utilizou-se o método espectrofotômetro no presente trabalho, devido à relativa facilidade em realizá-lo, a sua precisão e sensibilidade de dados a serem obtidos. Para a construção da curva analítica realizou-se medições em duplicata com diversos pontos em concentrações diferentes, em função de um padrão, que poderá ser visto abaixo, conforme Tabela 2 e Gráfico 2.
Tabela 2. Valores obtidos a partir da médiaentre as duas medidas realizadas no espectrofotômetro. 
	Concentração (mg/L)
	Absorbância
	5
	0,059
	10
	0,11
	15
	0,137
	20
	0,184
	25
	0,24
	30
	0,268
Fonte: O Autor, 2019.
Gráfico 2. Curva analítica referente à medida espectrofotométrica.
Fonte: O Autor, 2019.
Por meio do Gráfico 2 é possível se observar que o valor de R2 (Coeficiente de Determinação) é 0,9614, indicando uma correlação relativamente bastante próxima ao esperado por estar bastante próximo ao valor 1. 
Outra observação importante é que os valores da Tabela 2 indicam que, conforme o esperado e discutido anteriormente, a absorbância é diretamente proporcional à concentração da solução na amostra. Para essa comprovação utilizou-se a reação do sulfato (SO4 2-) com o cátion bário (Ba 2+) formando sulfato de bário, conforme Reação 2, justamente pelo fato de ser um sal de baixa solubilidade em água. Ao ser adicionada a solução condicionante esses cristais formados são mantidos em uma forma uniforme em suspensão, o que impede o crescimento dos mesmos. Isso é necessário, pois os sulfatos são formadores de poucos compostos coloridos capazes de absorver a radiação ultravioleta. Com isso, a variação na absorbância é refletida pela concentração de sulfato na amostra.
Reação 2: Ba 2+ + SO4 2- → BaSO4
A partir da equação da reta obtida com a curva analítica da medida turbidimétrica (y)= 0,01x – 0,0173 e sabendo a equação de Lambert-Beer (A= ε.c.b), pode-se obter a concentração de sulfato na amostra desconhecida, conforme Cálculo abaixo. É válido ressaltar que a absorbância é diretamente proporcional a absortividade molar, caminho óptico e concentração do analito.
	A partir da análise e substituição dos valores obtidos a partir das duas curvas analíticas determinou-se a concentração do analito em cada uma das seis amostras, conforme Tabela 3
	Amostra
	Método Turbidimétrico Concentração de Sulfato (mg/L)
	Método Espectrofotométrico: Concentração de Sulfato (mg/L)
	1
	4,195
	7,63
	2
	10,582
	12,73
	3
	14,429
	15,43
	4
	21,593
	20,13
	5
	25,175
	25,73
	6
	29,012
	28,53
Fonte: O Autor, 2019.
.
	Com os valores obtidos a partir dos dois métodos empregados, constata-se uma diferença de aproximadamente 2 mg/L entre cada um eles, um valor aceitável. Além disso, os resultados foram coerentes, de acordo com os postulados de Beer, e próximos ao esperado conforme a literatura consultada essa concentração varia na faixa de 2 a 80 mg/L, embora possa exceder a 1000 mg/L, caso a amostra tenha sido obtida em uma área próxima a descargas industriais ou em regiões áridas. Essa diferença pode ser proveniente de pequenos erros cometidos durante o procedimento, como, por exemplo, problemas com a calibração. É importante ressaltar que esse controle é necessário, pois o sulfato pode provocar efeitos laxativos. (SILVA, M.; 2016) Assim, confirma-se um valor dentro dos padrões normais e a eficácia dos procedimentos.
4. Conclusão
	De acordo com os resultados obtidos, percebeu-se que os métodos de turbidimetria e espectrometria são bastante eficazes. Além disso, os resultados foram bastante satisfatórios e estão em conformidade com os parâmetros esperados, pois conforme a literatura consultada essa concentração varia na faixa de 2 a 80 mg/L e os resultados das seis amostras analisadas foram entre 4,195 mg/L e 29,012 mg/L. .
Desta maneira, constata-se que os métodos aplicados para a determinação do teor de sulfato em água são eficazes e desempenham sua função experimental e teórica. 
Referências Bibliográficas
	Carneiro, M. et al. Método Turbidimétrico. Disponível em: <http://www.goldanalisa.com.br/arquivos/%7B9906D327-3730-4EAE-B55C-4C86281BE956%7D_Analisando%2022%20-%20M%C3%A9todo%20Turbidim%C3%A9trico.pdf>. Acessado em: 16 de Junho de 2019.
	Cabrera, L. et al. Adaptação do Método Turbidimétrico para a Análise de Sulfato em Amostras de Águas Estuarinas e Marinhas. Disponível em: <file:///C:/Users/Usuario/Downloads/291-387-1-PB.pdf. Acessado em: 16 de Junho de 2019>. Acessado em: 17 de Junho de 2019.
Custódio, R. et al. Lei dos Processos de Absorção da Radiação. Disponível em: <file:///C:/Users/Usuario/Downloads/9615-Texto%20do%20artigo-13866-1-10-20180731.pdf. Acessado em: 16 de Junho de 2019>.
Fernandes, A. Turbidimetria e Neflometria. Disponível em: <http://www.profbio.com.br/aulas/praticas_aulas_09.pdf>. Acessado em: 16 de Junho de 2019.
	Lemos, A. et al. Espectroscopia Visível e Ultravioleta. Disponível em: <http://www.ufjf.br/quimica/files/2016/08/Espectrometria-UV-vis.pdf>. Acessado em: 16 de Junho de 2019.
	Marques, C. Química Analítica. Disponível em: <http://www3.uma.pt/jcmarques/docs/QA/QA2uvvis09.pdf>. Acessado em: 16 de Junho de 2019.
SILVA, M. Comparação metodológica para a determinação de íons sulfato em águas com classificação mineral. Disponível em: <https://biblioteca.unilasalle.edu.br/docs_online/tcc/graduacao/quimica_bacharelado/2016/mssilva.pdf>. Acessado em: 16 de Junho de 2019.