Métodos Espectrométricos na Química Orgânica

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MÉTODOS ESPECTROMÉTRICOS INFRAVERMELHO, 
RMN DE H E ESPECTROMETRIA DE MASSAS 
 
Guilherme Santos Lima 
Orientador Técnico 
Marina Rocha 
 
Química orgânica 
 
 
1. Introdução 
Os métodos espectrométricos são definidos como a ciência que estuda as interações da 
radiação com a matéria. Estes métodos constituem um grupo de mecanismos analíticos 
baseado nas características dos átomos e moléculas, afim de absorver ou expelir energia 
eletromagnética em um determinado local. Na química orgânica, tais características 
podem ser fundamentais na determinação de moléculas desconhecidas de alta 
complexidade, através da espectrometria (HARWOOD E CLARIDGE, 1997). 
Diante disso, pode-se inferir que os métodos espectrométricos são baseados na medida da 
intensidade de radiação produzida ou absorvida pelas moléculas ou espécies atômicas de 
interesse, com uso de aparelhagem especifica. 
As diversas técnicas espectroscópicas podem ser utilizadas para diversos fins, dentre eles, 
a identificação de substâncias presentes em uma cena de crime, por exemplo, na 
determinação de substâncias em alimentos e medicamentos, auxiliando no controle de 
qualidade dos mesmos, ou até mesmo na elaboração de novos produtos (CHALMERS; 
GRIFFITHS, 2002). 
Essas técnicas se baseiam no fato da radiação eletromagnética ser caracterizada como 
uma disseminação de energia transmitida através do espaço. A luz pode ser considerada 
uma forma de energia eletromagnética e as suas radiações reproduzidas por átomos de 
hidrogênio neutro esses átomos nas faixas de radiofrequência (CORDEIRO, 2010). 
Desta forma, quando radiação atravessa uma camada de um sólido, líquido ou gás 
algumas frequências são seletivamente resolvidas pela absorção, um processo no qual a 
energia eletromagnética é transferida para átomos, íons, moléculas que compõe a amostra. 
A medida da quantidade de luz absorvida também se dá em função do comprimento de 
onda da radiação incidente. Essa medida pode fornecer informações qualitativas e 
quantitativas sobre a amostra. 
 
 
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Diversas formas de espectrometria para ajudar nas análises com ênfase nesta revisão 
temos espectrometria infravermelho, RMN de H e de massas. Diante disso o presente 
trabalho visa realizar a revisão bibliográfica dos métodos de espectrometrias citados 
acima. 
2. Desenvolvimento 
2.1 Espectrometria no infravermelho 
 
Esta técnica deu-se início em 1800 quando o astrônomo Herschel ao executar um 
experimento, que se baseava na utilização do prisma para separação de faixas expectorais 
relacionadas a regiões visíveis, observou que as cores apresentavam energias diferentes 
e, ainda, que cada quantidade de energia era equiparada a uma cor. 
A partir da descoberta de Herschel a espectrometria no infravermelho começou a se 
desenvolver e a se atualizar com as técnicas necessárias para sua realização, devido ao 
seu forte potencial para a caracterização e a quantificação de diferentes espécies químicas. 
A importância dos trabalhos do astrônomo, não se fez somente pela descoberta da 
radiação infravermelha, mas também, ao constatar que existem formas de luz que não 
podem ser notadas pelo olho humano. Frente aos estudos, outros trabalhos também foram 
elaborados, utilizando as faixas espectrais: infravermelho próximo, médio e distante, 
além da região do ultravioleta (BURNS; CIURCZAK, 2001). 
Diversas aplicações vieram surgindo com o tempo, porém a primeira foi para fiscalizar a 
qualidade e controlar a produção na indústria na petroquímica. Atualmente, a 
espectrometria por infravermelho tem importante devido as funcionalidade e benefícios 
oferecidos principalmente a espetroscopia no infravermelho. 
Essa técnica vibracional é fundamentada pela absorção molecular da forma que a energia 
quando é agregada a uma molécula, proporciona transições vibracionais e rotacionais 
(SILVA, 2017). 
De acordo com a (Figura 1), pode ser observada a linha de frequência e de comprimento 
de onda, onde a mesma é subdividida em três partes, sendo elas: infravermelho próximo 
(NIR, nerar infrared), médio (MIR, Midlle infrared) e distante (FAR, far infrared). Essas 
regiões que fornecem informações imprescindíveis sobre as vibrações fundamentais. 
 
 
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Figura 01 - Figura 1 Espectro eletromagnético (ESKILDSEN, 2016). 
 
De acordo com o Hecht (2002) as moléculas de todo material, acima do valor de 
temperatura do zero absoluto (-273°C ou 0 Kelvin), irá irradiar e também absorver 
radiação infravermelha. O infravermelho é um espectro característico de corpos quentes, 
tais como os animais de sangue quente. Os seres humanos, por exemplo, irradiam 
infravermelho em comprimentos de onda iniciados em 3000 nm e com picos que na 
vizinhança de 10000 nm. 
Além de ser uma técnica maleável que permite analisar os três estados físicos da matéria 
- sólido, líquido e gasoso - é de grande procura esse processo na indústria devido ao seu 
baixo custo e facilidade de instalação e manutenção. 
O espectroscópio tem como base passar um feixe de luz através da solução e da amostra, 
além, de dimensionar a quantidade de energia absorvida e refletida. A figura 2 ilustra a 
luz infravermelha sendo reproduzida e dívida em duas pelo espelho sendo que um passa 
pela amostra e outro pela referência após este processo se repelem por outro espelho e 
são passadas pela fotomultiplicadora, detector e processador e por fim e realizada a coleta 
de dados. 
 
 
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Figura 02 – Esquematização da espectroscopia (SILVIA, 2017). 
 
A frequência da radiação é um fator de suma importância a ser observado, tendo em vista 
que qualquer molécula acima da temperatura de zero absoluto possui movimentos tanto 
vibracionais quanto rotacionais, e quando, as frequências desses movimentos se igualam, 
essa molécula poderá absorver energia. Porém essa absorção só ocorrerá quando esses 
movimentos acarretarem na variação do momento de dipolo, variando a amplitude dos 
movimentos de estiramentos e deformações moleculares, conforme demonstrado pela 
figura 3. (SKOOG; HOLLER; CROUCH, 2009). 
 
 
Figura 03 Movimentos deformações moleculares. Adaptado de (SKOOG, 2009). 
 
 
 
 
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É considerado o modelo oscilador harmônico quando consideramos a ligação entre 
átomos em uma molécula heteronuclear á análoga a uma mola unindo-se a duas massas, 
cuja as forças estão meramente relacionadas a força de ligação entre os átomos. Já o 
oscilador anarmônico neste modelo consideramos forças repulsivas entre os átomos. A 
energia potencial neste modelo não varia periodicamente com a variação da distância 
entre dois núcleos (SILVA, 2017). 
Analisando criteriosamente o processo de espectrometria de infravermelho é possível 
identificar pontos de destaque como fácil instalação e manutenção mais em conta. Sendo 
desta forma mais acessível para empresas realizarem seus testes. 
 
 
2.2 Método espectrométrico RMN de H 
 
Em 1945 surgiu a técnica de espectrometria de RMN (Ressonância magnética nuclear) 
houve diversas atualizações na técnica até o dia de hoje, tornando assim com campo cada 
vez mais alto com diversas técnicas e multi-dimensionamentos aplicáveis e cada vez mais 
usuais. Esta técnica consiste na associação de técnicas de separação como a cromatografia 
líquida ou de alta eficiência. Esta ampliação é usual também para análise de misturas 
complexas com necessidades de separação química (CABRINI, 2007). 
A espectrometria de RMN analisa a estrutura em cada núcleo especialmente de 
hidrogênio e hidrocarbonetos detalhando a conectividade de átomo e molécula. Além de, 
tal método ter como peculiaridade o embasamento nas propriedades magnéticas dos 
núcleos atômicos. Com isso, a técnica permite análises quantitativa e qualitativa para todo 
sistema que for verificado através da metodologia (UNGARO, 1992). 
Métodos unidimensionais são advindos de RMN de H, sendo da ressonância do próton 
ou do carbono. Sendo assim,a radiação eletromagnética pode ser retratada em ondas. 
Onda no qual é definida pelo seu comprimento λ, ou pela sua frequência e estão 
representadas pela fórmula: 
 
Onde C e a velocidade da radiação. A frequência do cálculo é dada em CPS (ciclos por 
segundo ou HERTZ). A metodologia é eficaz devido a absorção da radiação nas 
moléculas eletromagnéticas e essa absorção ocorre quando a radiação incidente é pelo 
pacote correto para tal composto investigado, além de, gerar movimento eletrônico e 
 
 
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mecânico através do processo chamado excitação (VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
Os raios da radiação podem transcender de camadas quando estiverem com a energia 
elevada e promovem elétrons da camada interna do átomo os exteriores essa mudança de 
camadas o que é chamada de transição eletrônica é realizada quando energia superior 300 
Kcal mol-1 . 
Pode ser observado na figura 4 diversas formas de variação de energia e a relação entre, 
onda, comprimento e frequência. 
 
 
Figura 04 Tipos de radiação relacionado aos tipos de espectrometria (VOLLHARDT; 
SCHORE 2013). 
Através da figura 4 é possível determinar a variação da energia de acordo com os métodos 
espectrométricos tendo ΔE com a variação de energia sendo medida em Kcal mol-1; Kj 
mol-1 sendo avaliado da esquerda para a direita. Logo abaixo a linha da frequência dada 
por cm-1 e por fim avaliando de acordo com seu comprimento em nanômetro e 
micrometros sua escala. É possível identificar através dos dados os tipos comuns da 
espectroscopia. 
A ressonância magnética por hidrogênio é uma técnica nuclear requer uma radiação de 
baixa intensidade na faixa de baixa frequência. Esta metodologia ocorre com um fator 
importante o Spin nuclear, ou seja, quando muitos núcleos atômicos giram em torno do 
 
 
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seu eixo entende-se por Spin nuclear. 
Isso ocorre quando por exemplo o hidrogênio que tem sua carga positiva e seu movimento 
de rotação cria uma espécie de campo magnético em torno de si. Diante disso, o 
hidrogênio pode ser como um pequeno ímã cilíndrico pois está em um campo magnético 
podendo assim assumir duas possibilidades sendo ela alfa e beta como observado na 
figura 5. 
 
Figura 05 Campo magnético externo (VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
 
Alfa e beta sendo os dois estados de energia distintos é a condição apropriada para 
espectroscopia e a irradiação mostra a diferença da frequência que é possível observar é 
igualar ambos produzindo assim a ressonância, com alta absorção de energia 
(VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
Além do hidrogênio outros componentes são capazes de produzir a ressonância como por 
exemplo: 14N, 19F e 31P. Quando são amostrados ao campo magnético diferentes núcleos 
entram em ressonância atribuindo valores de frequência distintos, como pode ser 
observado tabela da figura 6. 
 
 
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Figura 06 Atividade do RMN (VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
 
É imprescindível analisar também de forma acentuada a espectroscopia de RMN de alta 
resolução pois ela distingue átomo de hidrogênio e de carbono com a molécula 
estruturalmente diferente além de ser uma técnica eficaz para elucidação das estruturas 
(VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
Observando todas diferentes técnicas é possível obter diversas aplicações em estudos na 
química orgânica. Como a associação dos métodos de RMN separação de cromatografia 
líquida e de eficiência elevada e sendo cada vez mais aplicadas a diversos fatores 
(CABRINI, 2007). 
 
 
2.3 Método espectrometria de massa 
 
A espectrometria de massa é mais aplicada para determinar massas moleculares 
utilizando técnicas físicas para a caracterização de compostos orgânicos. O processo se 
dá a partir das moléculas em condições exigidas para avaliação da massa molecular, que 
então origina-se o espectro de massa, no qual ajuda a distinguir isômeros constitucionais 
e utilizar a presença de funções com grupo hidroxi e alquenilas (CARVALHO, 2006). 
O método de massa é considerado técnicas isotópicas pois realiza o fracionamento de um 
isótopo natural especifico em ressonância magnética nuclear. É realizada a preparação de 
amostras de isótopos estáveis para ser analisado através da metodologia. Esta técnica se 
destaca nos setores de autenticidade de bebidas e geologia (FERREIRA,2008). 
Devido a técnica não absorver radiação se torna menos eficaz que as demais já citadas na 
referência. Com isso, após o impacto dos elementos de elétrons e alguma molécula pode 
 
 
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ser chamar de cátion-radical. Após estes impactos chamados de íons pro ficcional e 
particular. É possível identificar melhor na figura 7. 
 
 
 
Figura 07 Processo da espectrometria de massa (VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
 
E introduzido pelo injetor da amostra dentro do sistema a moléculas neutras (M) são 
atingidas por um feixe de elétrons muito forte afim de determinar no campo magnético 
somente uns fios que irão passar fazer esse feite de luz passa pelo anodo para absorver 
elétrons. Logo em seguida. Passa-se ela pelo coletor, amplificador e por fim para o 
computador para registrar as massas detectadas. Já os espectrômetros de alta resolução 
que é capaz de distinguir entres os fios que passa as massas para todas as formas 
(VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
No decorrer dos anos a técnica de espectrometria de massas foi se desenvolvendo cada 
vez mais não sendo apenas restrita a compostos orgânicos e também a inorgânicos e 
também é possível realizar o métodos de um material solido quando realizado a 
vaporização em seu substrato, como por exemplo espectrometria de massa com fonte de 
descarga luminescente e espectrometria com fonte de plasma induzido (SEEBER, 1997). 
 
 
 
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Segundo Seeber (1997) o método de espectrometria com fonte de plasma induzido é 
fundamentada na análise de espécie iônica presentes em mais de um meio gasoso além 
de ser capaz de analisar amostras liquefeitas, ou seja, amostras que contém resquícios de 
alimentos, aspecto de saliva, sanguinolentos, pois irá interferir na sensibilidade e 
consequentemente na nos testes. 
Na espectrometria de massa os íons moleculares sofrem fragmentação, no qual é advinda 
de outros picos nos espectros de massa e todas do interior do íon que se deriva. Portanto, 
esse aspecto é chamado de padrão de fragmentação do espectro de massa É também 
avaliado seu pico molecular nesta fragmentação no qual, quando se encontra no ápice é o 
momento do pico mais intenso como podemos observar na figura 7 onde pode-se ver o 
maior pico base e o teste exemplo realizado. 
 
 
Figura 08 Espectro de massa (VOLLHARDT; SCHORE 2013). 
 
 A maior aplicação da espectrometria de massa é por obter medidas muito precisas pela 
sua concentração isotópica sendo assim, diversamente aplicada na indústria de alimentos 
e da área da saúde, no qual faz-se necessário a análise mais minuciosa pois pode interferir 
diretamente na saúde. 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Conclusão 
Diante as referências supracitados nos artigos podemos concluir que as três 
metodologias sendo elas: espectrometria de infravermelho, espectrometria de RMN 
de H e espectrometria de massas. São ainda recomendadas e muito utilizada como 
ferramentas industriais, de pesquisa ou controle de qualidade. 
Como visto a espectroscopia de infravermelho consiste na subdivisão de três partes 
que será avaliada, sendo elas: verificar seu comprimento, onda e frequência. Além de 
ser uma técnica vibracional no qual é fundamentada pela absorção molecular da forma 
que a energia quando é agregada a uma molécula, proporciona transições vibracionais 
e rotacionais. E mais um fator que agrega é sua maleabilidade para os três estados 
sólidos. 
Já a espectrometria por RMN de H é uma técnica vista que, consiste na associação de 
técnicas de separação como a cromatografia líquida ou de alta eficiência. E também 
se faz necessário a avaliação de onda, comprimento e frequência vista na 
espectroscopia de infravermelho. Analisandoo hidrogênio que tem sua carga positiva 
e seu movimento de rotação que cria uma espécie de campo magnético. Podemos 
perceber que que o hidrogênio forma um pequeno ímã cilíndrico pois está em um 
campo magnético podendo assim assumir duas possibilidades sendo ela alfa e beta. E 
Além do mais a ressonância magnética por hidrogênio é uma técnica nuclear requer 
uma radiação de baixa intensidade na faixa de baixa frequência. 
E por fim, a espetroscopia de massa é mais aplicada para determinar massas 
moleculares é utilizado técnicas físicas para a caracterização de compostos orgânicos. 
O processo e a partir das moléculas em condições exigidas para avaliação da massa 
molecular que se origina o espectro de massa. O processo acontece quando o injetor 
da amostra dentro do sistema a moléculas é atingido por um feixe de elétrons muito 
forte para determinar o campo magnético. Por fim, o coletor e o amplificador que 
transmite para o computador para registrar as massas detectadas. 
Tendo em vista que, todos os processos de espectroscopia são amplamente utilizados 
nos tempos atuais sendo cada vez mais desenvolvidos e aproveitados da melhor forma 
em diversas situações. 
 
 
 
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