Instrumentação Química - Espectrofotometria visível

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Espectrofotômetro UV/Vis
I - Propriedades da luz 
Caráter dual da luz
A luz pode ser descrita tanto como partículas quanto como ondas
Comprimento de onda (): 
Distância entre dois picos consecutivos de uma dada onda.
Frequência (): 
 Número de oscilações completas que a onda realiza em um segundo.
 A unidade de 1 oscilação/segundo é definida como 1 Hz 
Onde:
E = energia da radiação; 
h = constante de Planck (6,626x10-34 J.s); 
c = velocidade da luz no vácuo; 
 = comprimento de onda. 
s diferentes → quantidades de energia diferentes → produzem efeitos distintos em moléculas que as absorvem 
RC – raios cósmicos UV – radiação ultravioleta IV – radiação infravermelha
R - raios gama Vis – radiação visível MO – micro-ondas 
R X – raios X OR – ondas de rádio 
Efeitos provocados na molécula pela absorção da radiação 
A – ionização ou rompimento de ligações; B – excitação eletrônica; C – vibração; D - rotação 
Espectro visível – cores x 
1 nm = 10– 9 m
II - Absorção da luz 
1 – absorção de um fóton: a energia da molécula aumenta e ela passa para um estado excitado. 
2 – emissão de um fóton: a energia da molécula diminui e ela retorna ao estado fundamental 
fóton
Molécula
Decomposição da luz 
Quando um feixe de luz policromática incide num prisma transparente, a mudança de um meio com índice de refração-1 para outro com índice de refração-2 faz com que radiações de comprimentos de onda diferentes sejam desviados de ângulos diferentes. 
Selecionado o comprimento de onda desejado (através de uma fenda), faz-se que ele incida sobre o material absorvente 
Quando um fóton de um feixe luminoso monocromático é absorvido por uma molécula, a quantidade de energia radiante do feixe que cedeu o fóton, diminui.
Transmitância (T):
É a fração da luz incidente que consegue atravessar a amostra. 
Suponhamos: 
P = intensidade do feixe monocromático incidente na amostra 
P = intensidade do feixe monocromático emergente da amostra 
A transmitância pode ser definida em termos percentuais ( % T) 
Absorbância ou absorvância (A) 
Seu valor é função da quantidade de luz monocromática incidente que é absorvida pelo material absorvente
É definida como: 
Relação entre transmitância e absorbância 
P/Po % T A O que ocorre 
 1 100 0 Toda luz incidente atravessa a amostra, nada sendo absorvido 
 0,1 10 1 90 % da luz incidente é absorvida e apenas 10 % é transmitida 
0,01 1 2 99 % da luz incidente é absorvida e apenas 1 % é transmitida 
 III - Espectrofotometria e a análise quantitativa 
A lei fundamental da espectrofotometria foi enunciada por 3 pesquisadores independentes Bouguer, Lambert e Beer. 
 
Ela estabelece que, em certas condições, existe uma relação linear entre a quantidade de radiação monocromática absorvida e a concentração da espécie absorvente
Onde: 
A = absorbância 
 = absortividade molar (característico do material absorvente) 
b = caminho ótico (espessura do material absorvente que foi atravessado pela radiação monocromática 
c = concentração da espécie absorvente 
Efeito do caminho ótico 
Efeito da concentração 
A lei de Beer somente é válida para radiações monocromáticas atravessando soluções diluídas nas quais a espécie absorvente não esteja participando de um equilíbrio químico dependente de sua concentração 
Basicamente existem três tipos de espectrofotômetros: 
 
Feixe simples 
Feixe duplo 
Arranjo de diodos 
IV - Espectrofotômetros
A – Feixe simples 
https://www.youtube.com/watch?v=pxC6F7bK8CU
B – Feixe duplo 
C – Arranjo de diodos 
https://www.youtube.com/watch?v=XAp-5r3LxQo
V - Componentes principais dos espectrofotômetros 
1 – Fontes de radiação 
Lâmpada de tungstênio/halogênio (região do visível);
Lâmpada de deutério (região do ultravioleta); 
Lâmpada de mercúrio (calibração espectral). 
Tungstênio deutério mercúrio 
https://www.youtube.com/watch?v=SxQr3oi81pE
2 – Monocromatizadores
Monocromador de Filtro;
Monocromador de Prisma;
Monocromador de grade ou rede de difração. 
 - Componentes principais dos espectrofotômetros 
3 - Compartimento de amostra e cubetas 
Cubeta de Vidro – medidas na faixa de 340 a 2500nm 
Cubeta de Quartzo - medidas na faixa de onda de 180 a 2500nm. 
 
- Componentes principais dos espectrofotômetros 
Existem ainda cubetas de alguns tipos de plástico com utilização mais limitada. 
- Componentes principais dos espectrofotômetros 
4 - Detetores de radiação 
São sistemas capazes de medir as intensidades de radiação. Os detectores convertem os sinais luminosos (óticos) em elétricos, tornando possível a sua medição ou comparação. 
Fotomultiplicador
Funcionamento:
1 - A colisão da luz com o cátodo faz com que ele emita elétrons em quantidade proporcional ao sinal luminoso (efeito fotoelétrico). 
2 - Os elétrons emitidos pelo cátodo são direcionados a colidir com uma série de superfícies sensíveis (dínodos) com potenciais cada vez mais positivos. 
3 - Cada colisão de um elétron nos dínodos provoca a emissão de uma série de outros elétrons que irão colidir com a próxima série de dínodos e assim numa sucessão de 10 a 15 vezes. 
4 - Assim, o sinal inicial (muito pequeno) é amplificado proporcionalmente. 
HAMAMATSU - R928
VI - Procedimento Operacional Padrão
Acionando o equipamento: 
Pressione o botão de energia do instrumento (localizada na parte traseira do mesmo). Verificar voltagem adequada; 
A CPU realizará uma série de auto ajustes (pesquisa de localização de fonte luminosa, posição do limite do comprimento de onda, mecanismos internos mecânicos, espectro da lâmpadas de W/D2) para conseguir posicionar automaticamente o comprimento de onda (546nm). 
Em seguida a luz composta entra pelo monocromador, passa através da fenda da grade de difração, que ejeta várias luzes monocromáticas (testando resposta da fotomultiplicadora).
O cursor ótico será automaticamente iniciado após a operação e o display exibirá 0.000A se o ajuste for 100%T
O equipamento emitirá ruídos durante o processo de auto ajuste!
Deve-se aguardar pelo menos 30 minutos antes de realizar qualquer leitura!
- Procedimento Operacional Padrão
Espectrofotômetro UV-Vis Quimis Q798U
UV-visible spectrophotometer / tungsten / single-beam
EMC-16PC-V
- Procedimento Operacional Padrão
Teclas (mode/test): muda no display para modo transmitância, absorbância e concentração. 
Teclas ( ): Para aumentar/diminuir os nanômetros (escala). 
Teclas (100%T/Blank): Para regular 100% transmitância ou zero de absorção. 
Teclas (0%T/Zero): Para regular o zero de transmitância ou infinito de absorbância*
Teclas P/C ou Print: Imprimir dados.
Teclas (Ent/Enter): Para confirmar alguma mudança. 
Teclas (Func/mode): Seleciona outros parâmetros*.
Tecla (Esc): Saída da função atual. 

1.
1.
2.
2.
3.
3.
4.
4.
5.
5.
6.
6.
7.
7.
8.
Tecla Clear: Apaga a função atual. 
Teclas numéricas: Usado para ajustar parâmetros.
9.
10.
Espectrofotômetro UV-Vis Quimis Q798U
UV-visible spectrophotometer / tungsten / single-beamEMC-16PC-V
Parte 
Experimental