Unidade 1 Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos

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Instrumentação Científica 
e Tratamento de 
Dados Experimentais
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Paulo Cezar Frangiosa
Revisão Textual:
Mateus Gonçalves
Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Fundamentos e Aplicações 
de Métodos Espectroscópicos
 
 
• Introduzir conceitos fundamentais sobre os métodos espectroscópicos;
• Aplicar corretamente as técnicas para a determinação da estrutura de substâncias desconhecidas;
• Interpretar detalhadamente espectros de modo a extrair o maior número de informa-
ções  possíveis;
• Mostrar a relevância do tema na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos, bem como 
na vida acadêmica do profissional em química;
• Exemplificar as aplicações de acordo com situações que impactam no nosso dia a dia.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO 
• Introdução à Espectroscopia;
• Espectroscopia de Infravermelho (IV);
• Espectrometria de Massas (MS);
• Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN);
• Espectroscopia de Ultravioleta-Visível (UV-Vis);
• Espectrometria de Absorção Atômica (AAS).
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Introdução à Espectroscopia
A espectrometria compreende um grupo de métodos analíticos baseados nas pro-
priedades dos átomos e moléculas de absorver ou emitir energia eletromagnética em 
uma determinada região do espectro eletromagnético. A fim de entender como a espec-
troscopia é empregada para a determinação de estruturas, primeiramente precisamos 
rever algumas das características básicas da radiação eletromagnética e da matéria.
 A Natureza da Radiação Eletromagnética
A radiação eletromagnética (luz) exibe tanto propriedades ondulatórias como proprie-
dades de partícula. Quando vista como uma onda, ela consiste em campos elétrico e 
magnético oscilantes e perpendiculares, como ilustra a Figura 1.
Figura 1 – Campos elétrico e magnético oscilantes e 
perpendiculares associados à radiação eletromagnética 
Fonte: Pixabay
E: campo elétrico; B: campo magnético; C: direção de propagação: λ: com-
primento de onda .
O comprimento de onda (λ) descreve a distância entre duas cristas de onda, medido 
em direção à progressão de onda, enquanto a frequência (ν) representa o número de 
oscilações completas que uma onda faz a cada segundo. A unidade de frequência é s–1
(uma oscilação por segundo equivale a 1 Hertz: 1Hz = 1 s –1). Assim, um comprimento 
de onda longo equivale a uma frequência pequena, e vice-versa. Tal relação inversa pode 
ser expressa na equação mostrada a seguir, onde a constante de proporcionalidade equi-
vale à velocidade da luz no vácuo (c): 
 ν = 
c
λ
 (1)
Onde:
• c = 2,99793 x 108 m . s–1
8
9
Quando há emissão ou absorção da radiação eletromagnética, ocorre uma transfe-
rência permanente de energia no objeto emissor ou no meio absorvente. Para descrever 
esse fenômeno, devemos entender a radiação eletromagnética não como uma coleção 
de ondas, mas sim como uma corrente de partículas discretas chamadas fótons. A ener-
gia de cada fóton é diretamente proporcional à sua frequência:
 E = h ν (2)
Onde:
• h = constante de Planck (6,626 x 10 –34 J . s)
A faixa de todas as frequências possíveis é chamada espectro eletromagnético, que 
se apresenta dividido em várias regiões em função do comprimento de onda (Figura 2). 
Figura 2 – Espectro eletromagnético e a classifi cação das regiões espectrais
Fonte: ATKINS, 2012, p.212
A Interação entre Radiação Eletromagnética e Matéria
De acordo com Klein (2016), cada forma de espectroscopia utiliza uma região distin-
ta do espectro eletromagnético, envolvendo tipos diferentes de excitação. As radiações 
visível e ultravioleta, por exemplo, têm energia suficiente para provocar as transições 
somente de elétρons da camada mais externa, ou dos elétrons de ligação. As frequências 
dos raios X, por outro lado, são muitas ordens de grandeza mais energéticas, sendo ca-
pazes de interagir com os elétrons mais próximos do núcleo dos átomos.
A Tabela 1 ilustra os diferentes tipos de transição que ocorrem nos átomos, íons e 
moléculas de acordo com as regiões do espectro eletromagnético.
Tabela 1 – Absorção de Radiação Eletromagnética
Região do Espectro Tipo de Transição
Raios γ Transições nucleares
Raios X Quebra de ligações
Ultravioleta / Visível Transições eletrônicas
Infravermelho Vibração e rotação
Micro-ondas Rotação
Radiofrequências
Spin nuclear (ressonância magnética nuclear)
Spin eletrônico (ressonância de spin eletrônico)
9
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Os diferentes aspectos da estrutura molecular são investigados por meio das diferen-
tes regiões do espectro eletromagnético, como mostra a Tabela 2.
Tabela 2 – Algumas Formas Comuns de Espectroscopia e suas Utilizações
Tipos de Espectroscopia Região do Espectro Eletromagnético Informação Obtida
Espectroscopia de Ressonância 
Magnética Nuclear (RMN)
Ondas de rádio O arranjo específico de todos os 
átomos de carbono e hidrogê-
nio na substância.
Espectroscopia de 
Infravermelho (IR)
Infravermelho Os grupos funcionais presentes 
na substância.
Espectroscopia de UV-VIS Visível e ultravioleta Qualquer sistema π conjugado 
presente na substância.
Espectroscopia de Infravermelho (IV)
Introdução ao Método
Sejam orgânicos ou inorgânicos, praticamente todos os compostos que apresentem 
ligações covalentes absorvem várias frequências de radiação na região do infravermelho 
do espectro eletromagnético. De acordo com McMurry (2011), a região infravermelha 
do espectro eletromagnético abrange a extensão que vai do visível (7,8 x 10–5 cm) até 
aproximadamente 10–2 cm, mas somente a porção intermediária (entre 2,5 x 10–4 cm e 
2,5 x 10–3 cm) é usada pelos químicos orgânicos.
Os comprimentos de onda da região de IV são dados em micrômetros (1μm = 10–4 cm) 
e as frequências são expressas em termos de número de ondas (ν ), que é simplesmente o 
inverso do comprimento de onda (cm–1). 
 Número de onda, ν (cm–1) = 
1
� � cm� � (3)
Dessa forma, a região útil do infravermelho vai de 4000 cm–1 a 400 cm–1. 
Por que uma molécula orgânica absorve energia em alguns comprimentos de onda de ra-
diação IV e não em outros? A resposta é simples: as ligações químicas possuem frequências 
(energias) de vibração específicas!
Processo de Absorção no Infravermelho 
e Modos de Estiramento e Dobramento 
De acordo com McMurry (2011), todas as moléculas apresentam certa quantidade 
de energia distribuída por sua estrutura, causando deformações lineares e angulares das 
ligações, além de outras vibrações moleculares. 
10
11
A absorção da radiação no infravermelho corresponde a alterações de energia da 
ordem de 4,8 a 48 kJ/mol. A radiação nessa faixa de energia equivale à faixa que en-
globa frequências vibracionais de estiramento e dobramento das ligações na maioria das 
moléculas mais covalentes. Nesse processo de absorção, são absorvidas as frequências 
de radiação no infravermelho que equivalem às frequências vibracionais naturais da mo-
lécula, aumentando a amplitude dos movimentos vibracionais das ligações.
Os tipos mais simples de movimento vibracional em uma molécula, ativos no infra-
vermelho – e que, portanto, dão origem a absorções – são o estiramento e o dobra-
mento (deformação angular), como sintetizado na Figura 3:
Figura 3 – Movimentos Vibracionais
Fonte: McMURRY, 2011, p. 398
A energia que uma molécula possui é quantizada, significando que ela pode vibrar 
apenas em determinadas frequências que correspondem a níveis específicos de energia. 
Finalmente, como cada frequência absorvida pela molécula equivale a um movimento 
molecular específico, eles podem ser monitorados por seus espectros de IV. Da interpre-
tação desses movimentos, descobrem-se os tipos de ligações (grupos funcionais) presen-
tes na molécula.
Espectro IV
Quais movimentos
moleculares?
Quais grupos 
funcionais?
Figura 4
Usos do Espectro de Infravermelho
Uma vez que cada tipo de ligação apresenta sua própria frequência natural de vibra-
ção, aliadoao fato de que dois tipos idênticos de ligações presentes em dois diferentes 
compostos encontram-se em ambientes químicos levemente diferentes, os padrões de 
absorção no IV em duas moléculas com estruturas distintas nunca serão exatamente 
iguais. Assim, apesar das frequências absorvidas nos dois casos poderem ser iguais, 
jamais os espectros de IV serão idênticos! Em outras palavras, da mesma forma que 
as impressões digitais servem para seres humanos, os espectros de IV são ferramentas 
para distinguir diferentes moléculas.
Uma segunda utilização em relação ao espectro de IV é o de fornecer informações 
estruturais das moléculas. Desse modo, as absorções de cada tipo de ligação (C-H, N-H, 
O-H, C-Cl, C-O, C=O, C=C, C ≡ C, C ≡ N, entre outros) são encontradas em estreitas 
regiões do infravermelho vibracional. Por exemplo: absorções na faixa 3000 ± 150 cm –1 
normalmente referem-se à presença da ligação C-H, enquanto que uma absorção na 
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
faixa 1715 ± 100 cm–1 se deve à presença da carbonila C=O na molécula. O esquema 
geral mostrado na Figura 5 ilustra o que acabamos de discutir.
X – H
C C
4000 2700 2300 2100 1850 1600 400
Ligações simplesLigações com o H
Região da impressão
digital
Número de onda (cm -1) 
Ligações 
triplas
Ligações 
duplas
–––
C C––
C N––
C O––
C–C
C–N
C–OC N
–––
O–H
C–H
N–H 
 
Figura 5 – As quatro regiões do espectro de IV: ligações simples com o 
hidrogênio, l igações triplas, ligações duplas e região da impressão digital
Fonte: Adaptado de KLEIN, 2016, p.7
Espectrômetro de Infravermelho
Em um espectrômetro de IV, uma determinada amostra é irradiada com frequências 
de radiação infravermelha, sendo que as frequências que atravessam a amostra – e 
que, portanto, não são absorvidas – são detectadas. Uma representação gráfica é então 
construída de modo a mostrar essas frequências. Dois tipos de espectrômetros de IV são 
particularmente utilizados em laboratórios químicos:
Espectrômetros de infravermelho dispersivos
Esse equipamento (Figura 6) gera um feixe de radiação no IV a partir de um resis-
tor aquecido que, atravessando espelhos, fraciona-se em dois feixes paralelos de igual 
intensidade de radiação: um dos feixes atravessa a amostra, enquanto o outro atinge a 
referência. Ambos os feixes chegam a um dispositivo óptico – o monocromador – que 
funciona como um ”cortador de feixes” dispersando cada um em espectros contínuos de 
frequência de luz infravermelha. A rede de difração giratória (ou primas em equipamen-
tos mais antigos!) dispersa a radiação em diferentes comprimentos de onda (frequências), 
chegando ao detector que, sensível à razão entre as intensidades dos feixes de referência 
e da amostra, amplifica o sinal, que é finalmente registrado na forma de um espectro.
Figura 6 – Esquema geral de um espectrômetro de IV dispersivo de duplo feixe
Fonte: Adaptado de lume.ufrgs.br
12
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Espectrômetros de transformada de Fourier (IV-TF)
Mais modernos e rápidos, esses equipamentos operam de forma diferente, uma vez que 
irradiam a amostra com todas as frequências ao mesmo tempo. O traçado do caminho óp-
tico produz um padrão denominado interferograma – sinal complexo traduzido como um 
gráfico de intensidade versus tempo – que contém todas as frequências que compõem o 
espectro infravermelho. Em seguida, uma operação matemática conhecida como transfor-
mada de Fourier determina quais frequências passaram pela amostra, individualizando-as 
e convertendo-as em gráficos típicos de intensidade versus frequência – os espectros de IV.
Preparação de Amostras para Espectroscopia no Infravermelho
Várias técnicas estão disponíveis na preparação de amostras para a espectroscopia 
no infravermelho. Em todas elas, as amostras devem ser colocadas em recipientes ou 
celas confeccionadas com materiais que não absorvam na região de 4000 a 400 cm –1. 
O método mais comum envolve o emprego de placas de sal (cloreto de sódio), pelo seu 
baixo custo e por serem transparentes na região de 4000 a 650 cm –1 – região abaixo da 
qual poucas bandas importantes aparecem. Assim, teremos:
• Líquidos: uma gota do composto a ser analisado é colocada entre duas placas 
polidas de sal formando um “sanduíche”. O espectro assim obtido é denominado 
espectro do líquido puro, pois não contém qualquer solvente ;
• Sólidos: a amostra pode ser dissolvida em um solvente apropriado e colocada entre 
duas placas de sal. Alternativamente, substâncias insolúveis podem ser misturadas 
com KBr em pó de alta pureza que, após compressão sob alta pressão, originam 
um filme fino e transparente – a pastilha de KBr.
Forma Geral de um Espectro de Absorção de IV
Um espectrômetro de IV mede a porcentagem de transmitância em função da frequência, 
resultando na representação gráfica denominada espectro de absorção. Os sinais são as 
bandas de absorção, e todas apontam para baixo em um espectro de IV. Cada um dos sinais 
no espectro é individualizado em termos de uma unidade relacionada com a frequência da 
radiação absorvida, o número de ondas (ν ) (em cm –1). Todo sinal apresenta três características 
relevantes: número de onda, intensidade e forma. A Figura 7 traz o espectro de IV do etanol.
Número de onda (cm-1)
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
 
0.8
1
H H
H H
3000 2000
H – C – C – OH
1000
0.6
0.4
0.2
Figura 7 – Espectro de IV do Etanol
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Tabelas de Correlação
A maioria dos grupos funcionais apresentam bandas de absorção de IV típicas que va-
riam muito pouco de um composto para outro. A Tabela 3 resume as principais absorções 
no IV de grupos funcionais.
 Tabela 3 – Absorções Características do IV de Alguns Grupos Funcionais
Grupo Funcional Absorção (cm–1) Intensidade
Alcanos
 C - H
2850-2960 Média
Alcenos
 = CH - H
 C = C
3020-3100
1640-1680
Média
Média
Alcinos
 ≡ C – H
 C ≡ C
3300
2100-2260
Forte
Média
Haletos de alquila
 C – Cl
 C - Br
600-800
500-600
Forte
Forte
Álcoois
 O – H
 C - O
3400-3650
1050-1150
Forte, larga
Forte
Éster
 C - O
1100-1300 Forte
Éter
 C - O
 CH3 – O - C
1100-1300
2810-2820
Forte
Forte
Arenos
 C – H
 Aromáticos
3030
1660-2000
1450-1600
Fraca
Fraca
Média
Aminas
 N – H
 C - H
3300-3500
1030-1230
Média
Média
Composto carbonílico
 C = O
1670-1780 Forte
Ácidos carboxílicos
 O – H
 C - O
2500-3100
1100-1300
Forte, muito larga
Forte
Nitrilas
 C ≡ N
2210-2260 Média
Nitrocompostos
 NO2
1540 Forte
Interpretando Espectros de Infravermelho
A interpretação integral de um espectro de IV torna-se difícil devido ao fato de que 
a maioria das moléculas orgânicas é grande, apresentando muitos movimentos diferen-
tes de estiramento e deformação angular das ligações – resultando em espectros com 
dezenas de bandas de absorção. Felizmente, muitas informações estruturais relevantes 
podem ser desvendadas sem que seja necessária a interpretação integral do espectro.
14
15
Na sequência, estrutras de compostos orgânicos conhecidos foram estudadas por IV. 
Buscou-se mostrar as principais bandas de absorção dos grupos funcionais, identifican-
do-as no espectro de IV e tabelando-as. Bom estudo!
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
Número de onda (cm-1)
0.8
1
2
3 4
3000 2000 1000
0.6
0.4
0.2 C – H
O – H 12500 - 3100
2850 - 2960 2 H O
 OH H
H – C – C 
Ácido Acético
Grupo 
Funcional
Absorção
(cm-1)
Banda
Figura 8 
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
Número de onda (cm-1)
1
2
3
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
3000 2000 1000
C – H 3030 1
Bezeno
Grupo 
Funcional
Absorção
(cm-1)
Banda
Figura 9 
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
0.8
C
O
3000 2000 1000
12850 - 2960
0.6
0.4
0.2
 Po
rce
nt
ag
em
 de
 Tr
an
sm
iss
ão
 (T
ra
ns
m
itâ
nc
ia
)
Número de onda (cm-1)
1
2
C – H
H3C CH3
Propanona (Acetona)
Grupo 
Funcional
Absorção
(cm-1)
Banda
Figura 10Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
Número de onda (cm-1)
1 2 3
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
3000 2000
Etoxietano (Éter Etílico) 
1000
C – H
H– C – C – O – C – C – H 
2850 - 2960 1
Grupo 
Funcional
Absorção
(cm-1)
Banda
H
H
H
H
H
H
H
H
Figura 11 
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Tetracloreto de Carbono
Grupo 
Funcional
Absorção
(cm-1)
Banda
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
0.8
0.6
0.4
0.2
Número de onda (cm-1)
3000 2000 1000
1
CI – C – CI 
CI
CI
Figura 12 
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
Número de onda (cm-1)
1
2Tr
an
sm
itâ
nc
ia
0.8
NO2
H3C CH3
0.6
0.4
0.2
3000 2000 1000
C – H 2850 - 2960 1
2 - Nitropropano
Grupo 
Funcional
Absorção
(cm-1)
Banda
Figura 13 
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
Apesar do volume de dados parecer de difícil assimilação, na verdade não é! Aos 
poucos vamos nos familiarizando com as informações e, consequentemente, nossa ha-
bilidade em interpretar os detalhes mais finos de um espectro no infravermelho vai se 
ampliando naturalmente.
Espectrometria de Massas (MS)
Introdução ao Método
A espectrometria de massas (MS – Mass Spectrometry), ou simplesmente EM, cons-
titui-se numa importante ferramenta de análise orgânica, cujo propósito central é o de 
converter uma substância em subprodutos – ou fragmentos moleculares – mensuráveis, 
que são indicativos da estrutura original da molécula. Dessa forma, é uma técnica utili-
zada para medir a massa e, portanto, a massa molecular (MM) de uma molécula.
Espectrômetro de Massa
De acordo com McMurry (2011), existem vários tipos diferentes de espectrômetros 
de massas comerciais disponíveis (como o ilustrado na Figura 14), dependendo da apli-
cação, mas todos possuem os seguintes componentes básicos:
• Fonte de Ionização: o processo de ionização converte as moléculas ou átomos 
da amostra em espécies iônicas em fase gasosa. A energia acumulada durante a 
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ionização é dissipada por toda a molécula, quebrando-as em fragmentos menores 
característicos e previsíveis para cada estrutura molecular ;
• Analisador de Massas: a separação e análise das massas do íon molecular e seus 
fragmentos iônicos ocorre com base em suas razões m/z (massa/carga) ;
• Detector: a corrente iônica formada devido às massas iônicas separadas é medida, 
amplificada e registrada na forma de um espectro de massas (EM).
Figura 14 – Representação de espectrômetro de massas de ionização por elétron
Fonte: McMURRY, 2011, p.386
Uma pequena quantidade da amostra é vaporizada na fonte de ionização, sendo bom-
bardeada por um fluxo de elétrons de energia em torno de 70 elétrons-volt (eV) (equivalentes 
a 1600 kcal/mol). No primeiro momento, ocorre a remoção de um elétron da camada de 
valência, produzindo um íon molecular carregado positivamente – o cátion radicalar.
RH+.
Molécula 
Orgânica
Cátion
Radicalar
RH + e– (elétron)
70 eV
Figura 15 
Os íons moleculares (cátions radicalares) formados inicialmente contém um excesso 
de energia, suficiente para produzir novas quebras de ligações (as energias das ligações 
covalentes estão na faixa de 50 a 100 kcal/mol).
Fragmentação
Os 70 eV são suficientes não somente para deslocar um elétron da camada de valência 
da molécula, mas também para ocasionar uma extensiva quebra de ligações químicas, 
originando uma série de fragmentos. Tais fragmentos podem ser instáveis e, por sua vez, 
quebram-se em fragmentos ainda menores. Os íons positivos são separados da mistura 
resultante com base nas suas razões massa/carga (m/z), e as suas abundâncias relativas 
são registradas em um gráfico de Abundância Relativa (ou Intensidade, %) VERSUS m/z 
– o que chamamos de espectro de massas.
17
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
O cátion radicalar não fragmentado é denominado pico principal ou íon molecular 
(M+) e, dependendo de sua estabilidade, pode ter um tempo de vida suficientemente 
grande dentro do tubo analisador para que seja observado como pico base, ou seja, o 
pico mais intenso (arbitrariamente atribui-se uma intensidade de 100%) do EM. Se, por 
outro lado, o íon molecular for uma espécie instável, sua vida média pode ser tão curta 
que é observado somente em baixa abundância ou mesmo não ser observado. 
Uma vez que todos os fragmentos observados no EM são espécies carregadas positi-
vamente, suas abundâncias relativas estão relacionadas com a estabilidade dos respectivos 
carbocátions. Assim, muitos fragmentos – os menos estáveis – sofrem futuras fragmenta-
ções. Como resultado, o espectro de massas de um composto consiste de um pico para o 
íon molecular e uma série de picos de íons fragmentos. A Figura 16 traz o EM do metano.
M = 16
Re
l. I
nt
en
sid
ad
e
100
80
60
40
20
0.0
11 12 13 14 15 16 17 18
H– C – H
H
H
m/z
+
Figura 16 – Espectro de massa do metano
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
Tabela 4 – Dados do Espectro de Massa do Metano
Fragmentação m/z Intensidade (%)
CH4 → CH4
+ + e– 16 100
CH4
+ → CH3
+ + H• 15 85,0
CH3
+ → CH2
+ + H• 14 9,2
CH2
+ → CH+ + H• 13 3,9
CH+ → C+ + H• 12 1,0
O padrão de fragmentação e a abundância relativa dos picos é única para cada tipo 
de substância e característica da mesma, o que se constitui numa excelente ferramenta 
na determinação estrutural.
Os fundamentos químicos do mecanismo de fragmentação podem ser entendidos em 
termos de formação e estabilidade de carbocátions: quando a fragmentação ocorre for-
mando novos carbocátions, o mecanismo de fragmentação que origina a espécie mais 
estável é favorecido.
Interpretando Espectros de Massa
Quais tipos de informação podemos obter por meio de um espectro de massas? 
Certamente a principal informação é a massa molecular, que, por si só, é de extrema 
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importância quando se quer identificar um composto desconhecido em um laboratório 
de pesquisa, por exemplo.
Analisemos a molécula do pentano (MM = 72 g/mol), que apresenta cinco átomos 
de carbono ligados através de uma série de quatro ligações C – C, suscetíveis à frag-
mentação, originando quatro cátions (Figura 17). Lembrando que o espectrômetro de 
massas não detecta os fragmentos radicais, mas somente os íons, teremos:
H– C – C – C– C – C – H 
[CH3– CH2 – CH2 – CH2– CH3] 
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
+.
+
e- (eletrón)
70 eV
CH3– CH2 – CH2 – CH2 .CH3
CH3– CH2 – CH2 .CH2 – CH3
CH3– CH2 .CH2 – CH2 – CH3
CH3 .CH2 – CH2 – CH2 – CH3
(M –15)
(M –29)
(M – 43)
(M – 57)
+
+
+
+
Figura 17 – Mecanismo de fragmentação do pentano
Fonte: Adaptado de KLEIN, 2016, p. 33
Re
l. I
nt
en
sid
ad
e
100
80
60
40
20
0.0
2010 30 40 50 60 70 80
m/z
M = 72M -15 = 57
M - 29 = 43
(Pico Base)
M - 57 = 15 M - 43 = 29 +
Figura 18 – Espectro de massa do pentano 
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
Outro exemplo interessante é o 2-metil-3-pentanol, um álcool de cadeia aberta que pos-
sui M+ = 102, cuja fragmentação resulta em cátions radicalares como os mostrados a seguir:
Perda de C3H7 (M – 43)
Por quebra alfa produz 
um pico de massa 59 
Perda de C2H5 (M – 29)
Por quebra alfa produz 
um pico de massa 73 
++
+ OH
OH
H3C
C3H
C3H
M = 102
Re
l. I
nt
en
sid
ad
e
100
80
60
40
20
0.0
0.0 20 40 60 80 100 120
m/z
M - 43 = 59
(Pico Base)
M - 29 = 73
Figura 19 – Espectro de massa do 2-metil-3-pentanol
Fonte: Adaptado de webbook.nist.gov
19
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Você Sabia?
Podem ser analisadas as massas com até, aproximadamente, 2500 unidades de massa 
atômica (μ) por espectrofotometria de massas!
Espectroscopia de Ressonância 
Magnética Nuclear (RMN)
Introdução ao Método
Silverstein (2019) destaca que a espectrometria de ressonância magnética nuclear 
(RMN) é provavelmente a técnica mais poderosa disponível para os químicos orgânicos 
empregada para a determinação de estruturas moleculares, haja vista fornecer a maior 
parte das informações necessárias paratal objetivo. A rotina de um laboratório de aná-
lise instrumental normalmente utiliza a combinação de técnicas espectroscópicas como 
IV, MS e RMN para a elucidação de estruturas moleculares mais complexas. Entretanto, 
em algumas situações específicas, a RMN sozinha basta!
A espectroscopia de RMN baseia-se no estudo da interação entre a radiação eletro-
magnética e os núcleos atômicos com número ímpar de prótons e/ou número ímpar de 
nêutrons, por apresentarem a propriedade quântica chamada spin nuclear (estados de 
spin de +1/2 e –1/2), incluindo-se 1H, 13C, 15N, 19F e 31P. Na prática, uma vez que os 
átomos de hidrogênio e carbono são os principais constituintes das moléculas orgânicas, 
os químicos utilizam mais frequentemente a espectroscopia de RMN de 1H, 13C.
A análise de um espectro de RMN fornece informações sobre o modo como os áto-
mos de H e C ligam-se individualmente um ao outro em uma molécula, sendo possível, 
então, a determinação do quebra-cabeças da estrutura C-H de uma substância.
Espectrômetro de Ressonância Magnética Nuclear
O funcionamento simplificado de um espectrômetro de RMN está ilustrado na Fi-
gura 20. Uma amostra, dissolvida em um solvente adequado (tal como o clorofórmio 
deuterado, CDCl3, que não contém hidrogênios), é carregada em um tubo fino de vidro 
submetido a um forte campo magnético. Dessa forma, os núcleos de 1H e 13C presentes 
na amostra se alinham em uma das duas possíveis orientações de spin, sendo irradiada 
com energia de radiofrequência constante. À medida que a força do campo é variada, 
cada núcleo entrará em ressonância em uma força do campo diferente – que é lida em 
um detector sensível – emitindo-se um sinal eletrônico que, uma vez amplificado, resulta 
em um pico registrado graficamente.
20
21
Figura 20 – Operação esquemática de um espectrômetro de RMN 
Fonte: McMURRY, 2011, p. 419
Os espectros de de 1H e 13C não podem ser vistos simultaneamente no mesmo 
equipamento, uma vez que são requeridas quantidades energéticas distintas para as 
transições de spin dos diferentes tipos de núcleos. Nosso estudo será focado na espec-
troscopia de RMN de 1H.
Blindagem: Hidrôgenios Protegidos
Se todos os hidrogênios abservessem a mesma quantidade de energia em um certo 
campo magnético, a RMN de nada nos ajudaria. Entretanto, os núcleos de H são circun-
dados por elétrons que os protegem do campo externo aplicado (B0), criando um campo 
magnético induzido local (Binduzido) que se opõe a B0 (Figura 21), resultando num campo 
efetivo (Befetivo), tal que:
Befetivo = B0 - Binduzido
 Figura 21 – Campo magnético induzido pelo movimento dos elétrons ao redor do próton
Fonte: Adaptado de KLEIN, 2016, p. 53
21
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
De fato, dependendo de seu ambiente químico, os hidrogênios podem estar blindados 
em maior ou menor extensão.
Você já se perguntou se é cientificamente possível para um ser humano levitar? Quando 
um objeto qualquer é colocado em um campo magnético forte, seus elétrons movem-se de 
modo a produzir um pequeno campo magnético que se opõe ao campo magnético externo 
e, como consequência, o objeto repele e é repelido por pelo campo externo: trata-se do 
fenômeno conhecido como diamagnetismo. Em teoria, qualquer objeto vai levitar se for 
colocado em um campo magnético suficientemente forte. Infelizmente os eletroímãs mais 
fortes disponíveis não permitem, ainda, que o ser humano levite!
Deslocamento Químico
A posição no espectro na qual um núcleo absorve denomina-se deslocamento quími-
co, definido em relação à frequência de absorção de uma substância de referência, o tetra-
metilsilano [TMS: (CH3)4Si] que, adicionado à amostra, atua como padrão interno. Uma 
vez que o silício é menos eletronegativo que o carbono, os núcleos de H do TMS são alta-
mente blindados, de modo que seu sinal é definido como “ponto zero”, por convenção. Os 
gráficos de RMN são calibrados empregando-se uma escala arbitrária denominada escala 
delta (δ), na qual “1” equivale a uma parte por milhão (ppm) da frequência de operação do 
espectrofotômetro. Para a maioria das substâncias orgânicas, os sinais produzidos irão se 
situar numa faixa compreendida entre 0 a 12 ppm. A Tabela 5 resume os deslocamentos 
químicos importantes, sendo interessante familiarizar-se com esses números.
Tabela 5 – Deslocamentos químicos em diferentes ambientes eletrônicos
Tipo de Próton Deslocamento Químico (δ) Tipo de Próton Deslocamento Químico (δ)
Metila ~0,9
Haleto de
Alquila
2–4
Metileno ~1,2 Álcool R O H 2–5
Metino ~1,7 Vinílico 4,5–6,5
Alílico ~2 Arila 6,5–8
Alquinila ~2,5 Aldeído ~10
Metila Aromática
~2,5
Ácido Carboxílico
~12
Fonte: Adaptado de KLEIN, 2016, p. 70
R CH3 C
H
R
R X
CH2
CH H
H
H
R H
R H
O
CH3
R
H
O
O
22
23
Multiplicidade: Acoplamento Spin-Spin
Definida pelo número de picos do sinal, a multiplicidade é o resultado dos efeitos mag-
néticos de prótons vizinhos “não equivalentes”. De acordo com Silvertein (2019), os pró-
tons que ocupam ambientes eletronicamente idênticos são chamados de quimicamente 
equivalentes (produzindo apenas um sinal!). O esquema a seguir mostra que um simpleto
tem um pico, um dupleto tem dois picos, um tripleto tem três picos, e assim por diante.
Figura 22
Fonte: Acervo do conteudista
Se Ha e Hb não são equivalentes entre si, ou seja, apresentam ambientes químicos 
diferentes, eles produzirão sinais distintos. Consideremos um cenário em que Ha apre-
senta dois vizinhos:
C C
Ha Hb
Hb
Figura 23
O deslocamento químico de Ha sofre influência de ambos os prótons tipo Hb, cada 
um dos quais podendo ser alinhado “com” ou “contra” o campo magnético externo 
(B0): em cada molécula, Ha pode encontrar-se em um dos três possíveis ambientes ele-
trônicos, resultando em um tripleto (Figura 24). Há, na verdade, um padrão: se “n” é o 
número de prótons vizinhos, então a multiplicidade será n + 1!
Figura 24 – Origem de um Triplete
Fonte: KLEIN, 2016, p.74
Interpretando Espectros de 1H-RMN
Nos espectros de 1H-RMN, o número de picos (absorções) representa quantos ti-
pos distintos de hidrogênios quimicamente equivalentes estão presentes; a localização
dos sinais mostra a extensão da proteção (ou blindagem) dos núcleos; a intensidade 
(integração ou área) do sinal retrata o número de átomos de H do mesmo tipo e o 
23
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
desdobramento do sinal traduz o número de hidrogênios presentes em átomos de car-
bono adjacentes (multiplicidade).
A Figura 25, a seguir, mostra o espectro de 1H-RMN do Etanol. 
4 3 2 1 0
H C C OH
H H
H
H H
H H
Quadrupleto
Simpleto
Tripleto
 
Figura 25 – Espectro de 1H-RMN do Etanol
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Tabela 6 – Dados de Espectro dE 1H-RMN do Etanol
Tipo de próton Integração Multiplicidade: n+1 δ
HA 3 2+1 = 3 ~ 1,2
HB 2 3+1 = 4 ~ 3,7
HC 1 0+1 = 1 ~ 2,7
O acetato de etila apresenta o espectro de 1H-RMN ilustrado na Figura 26. Observe 
atentamente a multiplicidade dos sinais.
7 6 5 4
C = 4.11
A = 1.26
B = 2.04
B 
B 
J = 7.2 Hz
B 
O 
O – CH2 – CH3 
C B A
TMS
90 Hz
3 2 1 0 δ ppm
H3C — C 
AC
Quadrupleto
Simpleto
Tripleto
 
 
Figura 26 – Espectro de 1H-RMN do Acetato de Etila
Fonte: Adaptado de chemistry.msu.edu
24
25
 Tabela 7 – Dados de Espectro de 1H-RMN do Acetato de Etila
Tipo de próton Integração Multiplicidade: n+1 δ
HA 3 2+1 = 3 1,26
HB 3 0+1 = 1 2,04
HC 2 3+1 = 4 4,11
 Espectroscopia de Ultravioleta 
Visível (UV-Vis)
Introdução ao Método
A espectroscopia no ultravioleta-Visível (UV-Vis) é aplicada em química orgânica ape-
nas a sistemas conjugados, sendo por isso menos utilizada que técnicas espectroscópicas 
como IV, EM e RMN.
Um espectrofotômetro UV-Vis irradia a amostra com comprimentos de onda que 
variam de 200 a 800 nm, sendo a luz inicialmente dividida em dois feixes: um passa 
através de uma cubeta (de vidro ou quartzo), que contém a substância orgânicadissolvida 
em solvente adequado; o outro feixe (de referência) passa através de uma segunda cubeta 
contendo somente o solvente. A partir da comparação das intensidades dos feixes em 
cada comprimento de onda (λ), graficam-se os resultados como absorbância em função 
de λ: é o espectro de absorção no UV-Vis. 
A absorbância é definida como:
 A = log
I
I
0 (4)
Onde:
• I0 = intensidade do feixe de referência ;
• I = intensidade do feixe da amostra .
A característica mais importante de um espectro de absorção é o comprimento de 
onda da absorção máxima (λmax, leia-se como “lâmbda máximo”). Para o β-caroteno, 
por exemplo, λmax = 455 nm (Figura 27). 
25
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
300
 β- caroteno
 β- caroteno
 β- caroteno λmax = 455 nm
 Licopeno λmax = 474 nm
 Licopeno
 Licopeno
550nm
Figura 27 – Comparação de espectros de absorção 
do UV-Vis do β-Caroteno e Licopeno
A quantidade de luz UV absorvida no λmax para qualquer substância é descrita pela absor-
tividade molar (ε), sendo expressa pela equação a seguir, denominada Lei de Beer:
ε= 
A
C xl�� �
 
Onde:
• ε = absortividade molar (cm–1mol–1L);
• A = absorbância;
• C = concentração da solução (mol/L);
• l = caminho ótico (comprimento da cubeta, cm).
Importante!
O licopeno é o responsável pela cor vermelha dos tomates e o β-caroteno pela cor 
laranja em cenouras. Ambos são coloridos por apresentarem um sistema π conjugado. O 
β-caroteno absorve luz em 455 nm (luz azul), mas reflete a luz laranja – motivo pelo 
qual a cenoura é laranja!
Colorimetria
A cor aparente da solução será sempre o complemento da cor absorvida. Assim, 
uma solução que absorve na região do azul (465 a 480 nm) parecerá laranja; a que 
absorve na região do verde parecerá vermelha, e assim por diante (Figura 28). A base 
(5)
26
27
de uma análise colorimétrica é a variação da cor da solução em função da concentração 
do analito, seja essa cor originada pela adição de um reagente apropriado ou inerente 
à própria amostra a ser analisada. Desse modo, a intensidade da cor da solução que 
contém a amostra é comparada com uma série e soluções-padrão, cujas concentrações 
são conhecidas.
Neutro
Amarelo
Amarelo - Laranja
Laranja
Vermelho - Laranja
Vermelho
Roxo - Vermelho
Roxo
Roxo - Azul
Azul
Azul - Verde
Verde
Verde - Amarelo
Preto
Branco
Marrom
Cinza
Figura 28 – Cores complementares
Os espectros de absorção no UV-Vis constituem um instrumento valioso na identifi-
cação de compostos orgânicos insaturados, uma vez que as curvas de absorção retraram 
um tipo de “impressão digital” capaz de caracterizar a presença do composto. Compa-
ração direta entre o espectro do composto desconhecido com os de compostos-modelo 
(de estruturas conhecidas) é frequentemente utilizada pelos químicos. 
Absorção da Luz
De acordo com Ewing (1972), a absorção da energia radiante nas regiões do espec-
tro visível e ultravioleta depende primeiramente do número e arranjo dos elétrons nas 
moléculas ou íons absorventes. 
Entre as substâncias inorgânicas, espera-se uma absorção seletiva sempre que um 
nível de energia eletrônico não preenchido é protegido por um nível de energia completo 
– normalmente formado por meio de covalências coordenativas com outros átomos. 
Para os compostos orgânicos, a absorção seletiva também se relaciona à deficiência de 
elétrons na molécula: a energia absorvida corresponde à quantidade necessária para 
promover um elétron de um orbiral para outro em uma molécula conjugada. Ao sistema 
conjugado completo de um composto denomina-se cromóforo, enquanto os grupos a 
eles ligados são chamados de auxocromos. 
Os comprimentos de onda da absorção máxima (λmax) de um composto fornecem a 
ferramenta para identificação do cromóforo presente, sendo que os auxocromos podem 
deslocar as bandas de absorção, afetando o valor de λmax (Tabela 8).
27
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Tabela 8 – Cromóforos Representativos
Composto Cromóforo Solvente λmax (nm)
Octeno-3 C = C Hexano
185
230
Acetileno C ≡ C (Vapor) 173
Acetona C = O Hexano
188
279
Acetato de 
diazoetila N = N Etanol
252
371
Butadieno C = C – C = C Hexano 217
Vitamina A [- C = C -]5 Etanol 328
Benzeno Hexano
198
255
 
Fonte: Adaptado de EWING, 1972, p. 43
Compostos totalmente saturados não apresentam absorção na região do UV-Vis. Em com-
postos aromáticos o anel benzênico é o cromóforo mais simples. O valor de λmax de sua ban-
da etilênica desloca-se de 198 nm para 210 nm no clorobenzeno, chegando a 230 nm na 
anilina – confirmando o efeito dos auxocromos! 
Espectrometria de Absorção Atômica (AAS)
Introdução ao Método
Espectrometria de absorção atômica (AAS – do inglês Atomic Absorption 
Spectrometry) é uma técnica espectroanalítica empregada para determinar 
qualitativamente e quantitativamente elementos (metais, semi-metais e alguns não 
metais) em uma solução qualquer (embora possam ser usadas amostras sólidas). 
Emprega como princípio a absorção de  radiação ultravioleta  por parte dos  elétrons 
que, ao sofrerem um salto quântico depois de devidamente excitados por uma fonte 
de energia primária – que pode ser a chama de um gás e um comburente (como uma 
mistura ar/acetileno a 2250°C), no caso da espectrometria de absorção atômica de 
chama (FAAS) - devolvem a  energia  recebida para o meio, voltando assim para a 
sua camada orbital de origem. Entre os principais elementos analisados, encontram-
se: Ca, Na, K, Mn, Fe, Zn, Se, Cd, Pb e Cu.
Além da FAAS, existem outras variações do método:
• Espectroscopia de absorção atômica em forno de grafite (GFAAS);
• Espectroscopia de absorção atômica por geração de hidretos (HGAAS);
• Espectroscopia de absorção atômica de vapor a frio (CVAAS).
28
29
Principios da Técnica AAS
De acordo com Welz (1999), uma vez que absorve a radiação, o átomo sofre relaxa-
ção e o elétron retorna ao nível de energia mais estável, liberando a energia absorvida 
nas formas de luz ou calor (∆E). Considerando-se “M” um átomo gasoso neutro no esta-
do fundamental e “M*” um átomo no estado excitado, podemos representar o processo 
de absorção de energia como:
M + energia → M*
e a emissão de radiação pelo átomo excitado por:
M* → M + hν
Para o metal sódio, Na, por exemplo, teremos:
• Absorção de energia: Na + energia → Na* 
• Emissão de radiação: Na* → Na + hν
Importante enfatizar que, na AAS, a energia absorvida pelo átomo gasoso no estado 
fundamental é proveniente de uma fonte de radiação eletromagnética apropriada, ou 
M + hν → M*. A maioria dos sistemas de atomização utiliza energia térmica para os 
processos de atomização, de modo que os átomos excitados no atomizador retornam 
ao estado fundamental, emitindo o mesmo comprimento de onda da fonte de radiação. 
Por meio de um artifício eletrônico – a modulação – o detector faz a leitura, idealmente, 
somente a radiação proveniente da fonte de radiação. 
Tabela 9 – Fração de Átomos em Estados Excitados a Várias Temperaturas
Elemento
λ
(nm)
Temperatura
2000 K 3000 K 4000 K
Cs 852,1 4 x 10 
–4
7 x 10 
–3
3 x 10 
–2
Na 589,0 1 x 10 
–5
6 x 10 
–4
4 x 10 
–3
Ca 422,7 1 x 10 
–10
4 x 10 
–5
6 x 10 
–4
Zn 213,8 7 x 10 
–19
6 x 10 
–10
1 x 10 
–7 
Espectrômetro de Absorção Atômica
Como componentes básicos de um espectrômetro (Figura 29) tem-se: 
• Fontes de radiação: as principais fontes de radiação que promovem a excitação de 
elementos capazes de emitir radiação nas regiões do UV-Vis são as lâmpadas de catodo 
oco (HCL – do inglês Hollow Cathode Lamp), fontes de emissão contínuas e lâmpadas 
de descarga sem eletrodos (EDL – do inglês Electrodeless Discharge Lamp) ;
• Atomizador: é onde serão gerados os átomos gasosos no estado fundamental, que 
absorverão a radiação de comprimento de onda característico proveniente da fonte 
de radiação, determinando-se a concentração do elemento de interesse. O tipo mais 
comum é o atomizador de chama, utilizando uma mistura ar/acetileno (C2H2) a2250°C. A chama redutora (amarela) é obtida aumentando-se a quantidade de ace-
29
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
tileno em relação ao ar, sendo empregada na determinação de elementos como Be, 
Mg, Ca, Sr, Ba, Mo, Cr, Sn (que tendem a formar óxidos refratários). Por outro lado, 
a chama oxidante (azul), obtida pela redução da quantidade de acetileno em relação 
ao ar, favorece aqueles elementos com características mais voláteis e metais nobres, 
como Au, Ir, Pd, Pt, Rh, para citar apenas alguns. A atomização também pode ser 
eletrotérmica (forno de grafite a 1400-2600°C) ou com geração de hidretos (1000 a 
1400°C com chama e 800 a 1000°C, com forno);
• Monocromador: separa a linha espectral de interesse das outras linhas emitidas pela 
fonte de radiação, através da utilização de um prisma ou rede de difração associado a 
duas fendas estreitas que servem para entrada e saída da radiação; 
• Detectores: são as válvulas fotomultiplicadoras ou detectores de estado sólido. 
Figura 29 – Representação esquemática de FAAS
Fonte: Adaptado de usp.br 
Aplicações
 A AAS é rotineiramente utilizada na determinação qualitativa e quantitativa de ele-
mentos inorgânicos em diversos tipos de amostras: materiais biológicos (sangue, urina, 
cabelo); análises em perícias forenses (Pb em projéteis de arma de fogo, elementos tóxi-
cos em casos de envenenamentos), amostras coletadas do meio ambiente (águas, solos, 
rochas, sedimentos, plantas, fumaça das chaminés); materiais oriundos da indústria me-
talúrgica (pureza ou presença de contaminantes em ligas); alimentos naturais e/ou pro-
cessados; aditivos (em alimentos, medicamentos e cosméticos); materiais tecnológicos.
Você Sabia?
Quando sal de cozinha cai sobre a chama do fogão, os íons sódio são convertidos a áto-
mos no estado fundamental, que também absorvem energia térmica da chama. Os elé-
trons excitados adquirem um estado de instabilidade e, ao retornarem ao estado funda-
mental, liberam a energia absorvida na forma de energia luminosa – é a chama amarela 
que vemos, relacionada às emissões na região visível do espectro eletromagnético!
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31
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
Fourier Transform, Fourier Series, and frequency spectrum
https://youtu.be/r18Gi8lSkfM
CH404 19.5 Fourier Transform IR Spectroscopy
https://youtu.be/-ZoYuEuaPPc
Infrared spectroscopy (IR)
https://youtu.be/DDTIJgIh86E
FTIR Basics – Principles of Infrared Spectroscopy
https://youtu.be/KRoWMB3AR3s
How a Simple UV-visible Spectrophotometer Works
https://youtu.be/wxrAELeXlek
Ultraviolet/Visible Spectroscopy (UV-Vis)
https://youtu.be/O39avevqndU
Proton Nuclear Magnetic Resonance (NMR)
https://youtu.be/uNM801B9Y84
Mass Spectrometry MS
https://youtu.be/J-wao0O0_qM
 Leitura
Espectroscopia no infravermelho: uma apresentação para o Ensino Médio
https://bit.ly/3qSSrwK
Aplicação da espectroscopia fotoacústica na identificação das cores do algodão naturalmente colorido
https://bit.ly/385bzPs
Espectrômetro de infravermelho que cabe em um chip
https://bit.ly/3nl2TuV
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos Espectroscópicos
Referências
ATKINS, P. W.; DE PAULA, J. Físico-Química. 9.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v.1. 
(e-book)
EWING, G. W. Métodos instrumentais de análise química. São Paulo: Edgard Blücher, 
1972. v.1.
HAGE, D. S.; CARR, J. D. Química analítica e análise quantitativa. São Paulo: Pearson, 
2012. (e-book)
HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. (e-book)
KLEIN, D. Química orgânica. 2.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. v.2.
McMURRY, J. Química orgânica. 7.ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. v.1.
SILVERSTEIN, R. M. et al. Identificação espectrométrica de compostos orgânicos. 
8.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. 
SKOOG, D. A. et al. Fundamentos de química analítica. 9. ed. São Paulo: Cengage 
Learning, 2014. (e-book)
VOGEL, A. I. et al. Análise química quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 
WELZ, B.; S. M. Atomic absorption spectrometry. 3.ed. Weinheim: VCH, 1999.
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