4-Metodos-Espectroscópicos

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Métodos Espectroscópicos de Análise
Análise Instrumental 
Engenharia Química - 4 Ano
Análise Instrumental
P1  09/04
Valor: 6,0
Conteúdo: 
Potenciometria (Lista 1)
Condutometria (Lista 2)
Métodos Espectroscópicos
Espectroscopia: Parte da ciência que estuda o fenômeno relacionado à interação da matéria com a radiação eletromagnética. 
Espectrometria: É a técnica (método) pelo qual os fenômenos espectroscópicos são estudados.
Os métodos espectroscópicos podem ser classificados de acordo com a região do espectro eletromagnético envolvida na medida
Métodos Espectroscópicos
Compreendem métodos analíticos que tem como base a propriedade de átomos e moléculas de absorver ou emitir energia eletromagnética em uma determinada região do espectro eletromagnético. 
Interação da radiação com a matéria é objeto de estudo da Espectroscopia
Métodos espectroscópicos de análise são baseados na medida da quantidade de radiação produzida ou absorvida pelas moléculas ou pelas espécies atômicas presentes, quando estas interagem com a luz;
Métodos Espectroscópicos
Utiliza a radiação eletromagnética (luz, visível ou não) para determinar espécies presentes em solução e sua concentração;
As medidas são feitas nas regiões do espectro: visível, ultravioleta e infravermelho
A solução da amostra absorve radiação de uma fonte e a quantidade absorvida é relacionada com a concentração da espécie em solução
Métodos Espectroscópicos
A Radiação Eletromagnética é uma forma de energia que se propaga no espaço como onda, a enorme velocidade, e revela características Ondulatórias e Corpusculares
A Radiação Eletromagnética não requer nenhum meio transmissor, podendo ser propagada no vácuo
Os fenômenos óticos como interferência, refração, reflexão são descritos satisfatoriamente quando se considera a Radiação Eletromagnética como um movimento ondulatório.
Métodos Espectroscópicos
Pode ser descrita como uma onda, com propriedades como comprimento de onda, frequência, velocidade e amplitude; 
Modelo ondulatório porém não explica fenômenos associados com a absorção e a emissão de energia radiante
Absorção e Emissão são descritos admitindo–se que a Radiação Eletromagnética consiste de pacotes discretos de energia ou partículas, chamadas de Fótons (ou Quanta)
Métodos Espectroscópicos
Feixes de Elétrons, Prótons ou outras partículas elementares, que podem produzir efeitos de interferência, são normalmente associados a um modelo ondulatório 
A forma de visualizar a radiação eletromagnética como partícula e como onda são, portanto, complementares 
A Energia de um Fóton é diretamente proporcional à frequência
Métodos Espectroscópicos
Radiação Eletromagnética pode ser modelada como ondas constituídas de um campo elétrico e um campo magnético oscilantes e perpendiculares entre si
(b)
(a)
Métodos Espectroscópicos
O campo elétrico para uma dada frequência oscila de forma senoidal no espaço e no tempo;
O campo elétrico é representado por um vetor cujo comprimento é proporcional à intensidade do campo;
O eixo x representa o tempo quando a radiação passa por um ponto fixo, e representa a distância, para um tempo fixo;
A direção na qual o campo oscila é perpendicular àquela na qual a radiação se propaga
Métodos Espectroscópicos
Para uma onda eletromagnética, podem ser definidos:
Amplitude (A): comprimento do vetor campo elétrico no ponto máximo da onda; fornece a intensidade do campo elétrico ou magnético no ponto máximo da onda;
Período (P): tempo, em segundos, necessário para a passagem de dois máximos (ou dois mínimos) sucessivos em um ponto fixo do espaço;
Frequência (): número de oscilações do vetor campo elétrico por unidade de tempo; é o inverso do período (unidade: Hz, ou s–1); é determinada pela fonte emissora, e é constante independente do meio que atravessa
Métodos Espectroscópicos
Para uma onda eletromagnética, podem ser definidos:
Comprimento de onda (): distância, em m, entre dois pontos máximo ou mínimo sucessivos;
Velocidade (v): produto da frequência pelo comprimento de onda
			v =  . 
A velocidade e o comprimento de onda dependem do meio no qual a onda se propaga
Número de onda ( ): definido como o inverso do comprimento de onda (1/)
Métodos Espectroscópicos
			Oscilações do Campo Elétrico
Métodos Espectroscópicos
Velocidade da Luz:
No vácuo a velocidade da luz é máxima, é chamada de C, e corresponde a 3,00 x 10 8 m/s (ou 3,00 x 10 10 cm/s)
No ar a velocidade da luz é somente 0,03% menor que sua velocidade no vácuo; para fins práticos, pode – se adotar v = 3,00 x 10 8 m/s, no ar 
Em um meio contendo matéria, a velocidade da luz é menor porque há interação entre o campo eletromagnético e os elétrons dos átomos ou moléculas do meio;
Como a frequência é constante (depende somente da fonte luminosa), o comprimento de onda deve diminuir, quando a luz passa do vácuo para um meio contendo matéria (pois v =  . )
Métodos Espectroscópicos
Comprimento de onda da luz em diferentes meios: a velocidade da luz diminui quando esta passa do ar para o vidro, e então  também diminui
(v =  . , e  não depende do meio de propagação)
Métodos Espectroscópicos
A natureza de Partícula da Luz: Fótons
A radiação eletromagnética é constituída por partículas, denominadas fótons;
Um fóton é uma partícula da radiação eletromagnética que possui energia;
A energia (E) de um fóton é proporcional à sua frequência, e é dada em Joule (J);
A energia (E) é inversamente proporcional ao comprimento de onda 
Métodos Espectroscópicos
h = constante de Planck, h = 6,626 x 10 – 34 J .s (relação entre a Energia e a frequência da radiação eletromagnética)
Métodos Espectroscópicos
Exemplo 1:
Qual o comprimento de onda emitido por um forno de microondas, cuja frequência é de 2,45 GHz?
 = ?			 = 2,45 GHz
Métodos Espectroscópicos
Exemplo 1:
 = ?
= 2,45 x 10 9 Hz (Hz = s –1)
c = 3,0 x 108 m/s
c =  . 
3,0 x 10 8 m s – 1 = 2,45 x 10 9 s – 1 . 
 = (3,0 x 10 8 m s – 1 ) / (2,45 x 10 9 s – 1 )   = 0,122 m
Métodos Espectroscópicos
Exemplo 2:
Em quantos Joules aumenta a energia de uma molécula, quando ela absorve luz visível, com comprimento de onda igual a 500 nm?
Métodos Espectroscópicos
Exemplo 2:
E = ?
= 500 nm = 500 x 10 – 9 m
c = 3,0 x 10 8 m s – 1
Métodos Espectroscópicos
Exemplo 3:
Qual a frequência da luz verde, que possui comprimento de onda igual a 500 nm?
Exemplo 4:
Em quanto aumenta a energia de uma molécula de CO2, quando absorve radiação infravermelha, de número de onda igual a 2300 cm–1? Qual a variação da energia, em kJ/mol?
Métodos Espectroscópicos
Espectro Eletromagnético: 
Intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética, desde as ondas de baixa frequência, ondas de rádio, até as de maior frequência como as da radiação gama.
Intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética
A Energia da radiação eletromagnética é inversamente proporcional ao seu comprimento de onda
Métodos Espectroscópicos
Espectro Eletromagnético, compreendendo frequências desde as de maior energia (Raios Gama) até as de menor energia (ondas de Rádio) 
Métodos Espectroscópicos
Raios Gama (): 
Produzidos por meio de processos nucleares, com grande poder de penetração e grande energia; pode ser utilizada na esterilização de equipamentos.
Raios X: 
Possuem frequência mais alta que o ultravioleta, mas inferior à frequência característica dos raios gama. 
Têm grande capacidade de penetração e são absorvidos pelos ossos humanos (usados em radiografias e tomografias);
São uma forma de radiação ionizante, e podem causar danos ao código genético das células. 
Podem levar à quebra de ligações ou ionização de moléculas
Métodos Espectroscópicos
Ultravioleta (UV): 
Compreende as frequências de ondas eletromagnéticas que são maiores que as frequências da luz visível e menores que as frequências dos raios-X;
Visível (VIS): 
Intervalo do espectro eletromagnético que pode ser vistopelo olho humano, e cujo comprimento de onda estende-se entre 400 nm e 700 nm;
Tanto a radiação ultravioleta quanto a visível promovem excitação eletrônica, com a promoção de elétrons para níveis de energia mais elevados, causando portanto transições eletrônicas 
Métodos Espectroscópicos
Infravermelho (IV ou IR): 
Onda eletromagnética de frequência menor que a luz visível e, portanto, invisível ao olho humano. 
Estimulam o movimento vibracional das moléculas
Microondas: 
São ondas eletromagnéticas cujos comprimentos de onda estendem-se entre 1 m e 1 mm ou frequências de 300 GHz e 300 MHz, respectivamente. 
Estimula o movimento rotacional das moléculas. 
Rádio: 
Largamente utilizadas nas tecnologias de telecomunicações. 
As ondas de rádio têm os maiores comprimentos de onda do espectro eletromagnético, e é usado para transmitir sinais de televisão, rádio, celular, internet e GPS.
Métodos Espectroscópicos
Espectroscopia: 
Estuda as interações da radiação com a matéria, para obter informações sobre uma amostra;
Técnica pela qual os fenômenos espectroscópicos são estudado
Métodos Espectroscópicos
Medidas Espectroscópicas:
Amostra é estimulada, aplicando – se energia na forma de calor, energia elétrica ou luz;
Antes do estímulo, o analito encontra – se no seu estado de mais baixa energia (Estado Fundamental);
Com o estímulo, algumas espécies sofrem uma transição para um estado de maior energia (Estado Excitado)
Informações são obtidas mediante a radiação absorvida no decorrer da excitação, ou na radiação eletromagnética emitida quando este retorna ao estado fundamental
Métodos Espectroscópicos
Processo de Absorção e Emissão:
Amostra é excitada pela aplicação de energia térmica, elétrica ou química;
Processo de excitação (linha pontilhada) e de emissão (linha cheia) 
Espectro resultante (potência radiante x comprimento de onda)
Métodos Espectroscópicos
(a) A radiação, de potência incidente PO é absorvida pelo analito, e um feixe de potência P (<PO) é transmitido;
(b) Pata que a absorção ocorra, a energia do feixe incidente deve corresponder a uma das diferenças de energia; a absorção pode resultar na excitação do analito para os estados 1 ou 2
(c) O processo de absorção leva ao registro do espectro de absorção
Espectroscopia de Absorção na Região UV/VIS
Espectroscopia de Absorção na região do UV/VIS:
Espectroscopia Molecular;
Cada espécie molecular é capaz de absorver frequências características de radiação eletromagnética;
O processo de absorção transfere energia para a molécula, resultando em diminuição da radiação eletromagnética incidente 
A absorção de radiação, pelas moléculas presentes em uma amostra, atenua a energia do feixe emitido, ao final do processo
Espectroscopia de Absorção na Região UV/VIS
Espectroscopia de Absorção na região do UV/VIS:
A absorção de energia ocorre de forma quantizada: a energia incidente deve ser a mesma necessária para promover a passagem de um estado eletrônico para outro, excitado;
Os diferentes estados eletrônicos dependem da estrutura molecular; elétrons de moléculas diferentes possuem estados eletrônicos diferentes e absorvem quantidades diferentes e bem definidas de energia da radiação eletromagnética;
Quando radiação eletromagnética na região do UV/VIS incide sobre uma molécula, esta absorve a radiação em um comprimento de onda específico, cuja energia corresponde à transições eletrônicas permitidas
Espectroscopia de Absorção na Região UV/VIS
Espectroscopia de Absorção na região do UV/VIS:
Como cada substância apresenta seu próprio conjunto de transições, os espectros eletromagnéticos de diferentes substâncias são diferentes.
Cada substância possui portanto um espectro de absorção característico, que permite a sua identificação
Substâncias coloridas absorvem luz visível; a luz que emerge da substância (cor observada) terá o comprimento de onda que ela não absorveu (luz refletida)
A cor observada, de uma substância colorida, corresponde ao comprimento de onda () não absorvido
Espectroscopia de Absorção na Região UV/VIS
Espectroscopia de Absorção na região do UV/VIS:
As substâncias absorvem luz devido a presença, na molécula, de grupos Cromóforos;
Cromóforos são grupos funcionais que apresentam absorção característica na região do UV/VIS
Espectroscopia de Absorção na Região UV/VIS
Processo de Absorção de Luz
Quando um feixe de Luz de intensidade PO incide sobre uma amostra, parte será absorvida e uma outra parte (P) será transmitida;
Quanto maior a concentração da espécie absorvente na solução, menor será a luz transmitida;
Quanto maior o caminho percorrido pela luz (b), menor será a intensidade da luz transmitida
Há uma relação entre a concentração da espécie que absorve luz, o caminho percorrido pela luz na amostra, e a intensidade de luz transmitida 
Processo de Absorção de Luz
Transmitância (T): 
Relação entre a intensidade da luz transmitida (P) e a intensidade da luz incidida
Pode ser expressa em porcentagem, denominada Porcentagem de Transmitância
 
Processo de Absorção de Luz
Absorbância (A): 
Está relacionada com a transmitância, porém esta relação não é linear
Ao atravessar uma amostra, parte da luz é absorvida; assim, em cada trecho percorrido, P’O < PO
A Intensidade do feixe luminoso diminui, conforme a luz percorre a amostra, e esta diminuição é exponencial
Processo de Absorção de Luz
			
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 5: Qual a absorbância corresponde à transmitância de 99%? E a uma transmitância de 0,10%?
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 5:
T = 99% ou T = 0,99  A = ?
A = - log T  A = - log (0,99)  A = 4,36 x 10 – 3
T = 0,1% ou T = 0,001  A = ?
A = - log T  A = - log (0,001)  A = 3,0
A = - log T  T = 10 – A 
Processo de Absorção de Luz
Absorbância (A) depende:
Concentração da espécie absorvente (A  C)  August Beer
Caminho percorrido pela Luz (A  b)  Johan Henrich Lambert
A  b . C  A =  . b. C  Lei de Lambert – Beer (Lei de Beer)
A = absorbância  adimensional
b = caminho ótico  cm
C = concentração  mol/L (ou g/L)
= absortividade  L mol – 1 cm – 1 (ou L g – 1 cm – 1)
Se C = mol/L, então  = absortividade molar
Processo de Absorção de Luz
Absortividade molar ()
Constante de proporcionalidade da Lei de Beer;
Característica de uma sustância, que indica qual a quantidade de luz é absorvida, em um determinado comprimento de onda;
Característica de uma espécie, em um determinado comprimento de onda ()
Processo de Absorção de Luz
Absortividade depende:
Tipo de solvente;
Composição da solução;
Temperatura
Lei de Beer pode ser utilizada para:
Calcular a Absortividades Molares de espécies, se a concentração for conhecida;
Utilizar o valor de Absorbância medido para obter a Concentração, se a absortividade molar e o caminho ótico forem conhecidos
Aplica – se também a soluções contendo mais de um tipo de substância absorvente
Processo de Absorção de Luz
Absortividade molar ()
Depende portanto do comprimento de onda no qual a medida é realizada;
Depende da solução (solvente, composição, temperatura)
Como  depende do comprimento de onda, então A também depende e , e somente é possível comparar a Absorbância de duas espécies se forem medidas no mesmo comprimento de onda
Processo de Absorção de Luz
Desvios da Lei de Beer:
Lei limite: descreve o comportamento somente para soluções diluídas;
Para concentrações elevadas, a distância média entre os íons ou moléculas da espécie absorvente diminui, afetando a distribuição de carga e a extensão da absorção da partícula vizinha;
Desvios Químicos são observados quando a espécie absorvente sofre associação, dissociação ou reação com solventes, podendo gerar espécies absorventes, diferentes da espécie de interesse (analito);
Aplica – se a uma radiação monocromática (que possui um único comprimento de onda), centros absorventes independentes e absorção uniforme
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 6: 
Solução de KMnO4 0,0032 mol/L possui absorção máxima em 555 nm, e estaé igual a 6,54. 
Qual a absortividade molar desta solução, admitindo caminho ótico igual a 1,0 cm ?
Qual a transmitância desta solução?
Qual a absorbância, se o caminho ótico fosse igual a 0,1 cm?
Qual seria a absorbância se o caminho ótico se mantivesse igual a 1,0, mas a concentração fosse 4 vezes maior?
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 6: 
a) Qual a absortividade molar desta solução, admitindo caminho ótico igual a 1,0 cm ?
 = ?
A = 6,54		b = 1,0 cm 		C = 0,032 mol/L
A =  . b. C  6,54 =  . 1,0 cm . 0,0032 mol/L 
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 6: 
b) Qual a transmitância desta solução?
T = ?			A = 6,54		
A = - log T  6,54 = – log T
T = 10 – 6,54  T = 2,88 x 10 – 7 
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 6: 
c) Qual a absorbância, se o caminho ótico fosse igual a 0,1 cm?
A = ?
= 2044 L cm – 1 mol – 1		C = 0,0032 mol/L		b = 0,1 cm
A =  . b. C	  A = 2044 L mol – 1 cm – 1. 0,0032 mol/L. 0,1 cm
 A = 0,654
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 6:
d) Qual seria a absorbância se o caminho ótico se mantivesse igual a 1,0, mas a concentração fosse 4 vezes maior?
A = ?	
= 2044 L cm – 1 mol – 1	C = 0,0032 x 4 mol/L		b = 1,0 cm
A =  . b . C  A = 2044 L cm – 1 mol – 1 . 0,0032 x 4 mol/L . 1,0 cm
				A = 26,16 
Processo de Absorção de Luz
Exemplo 7:
Em 580 nm, o comprimento de onda de máxima absorção do complexo [Fe(SCN)]2+ apresenta absortividade molar igual a 7,0 x 103 L cm– 1 mol– 1. Calcule:
A absorbância de uma solução 3,4 x 10–5 mol/L, em uma célula de caminho ótico igual a 1,0 cm;
A absorbância de uma solução na qual a concentração do complexo é duas vezes maior do que a descrita em (a)
A transmitância das soluções descritas em (a) e (b)
A absorbância de uma solução que apresenta a metade da transmitância da solução (a)
Processo de Absorção de Luz
Atividade
Uma solução contendo o complexo formado o complexo formado entre Bi(III) e tioureia apresenta absortividade molar de 9,32 x 103 L cm– 1 mol– 1, a 470 nm.
Qual a absorbância de uma solução 5,67 x 10– 5 mol L– 1 do complexo, a 470 nm, em uma célula de 1,0 cm?
Qual a porcentagem de transmitância da solução descrita em (a)?
Qual a concentração molar do complexo em uma solução que apresenta absorbância descrita em (a), quando a medida é realizada a 470 nm, utilizando uma célula de 2,50 cm? 
Processo de Absorção de Luz
Quando excitadas pela radiação no Ultravioleta, no visível ou no infravermelho, as moléculas podem sofrer três tipos de diferentes transições, quantizadas:
Para radiação no ultravioleta e no visível, a excitação ocorre quando um elétron localizado em um orbital molecular ou atômico de baixa energia é promovido para um orbital de energia mais alta; a energia do fóton 
(E = h ) deve ser igual à energia entre os dois orbitais;
Além das transições eletrônicas, as moléculas exibem dois tipos adicionais de transição induzidas por radiação: as transições vibracionais e rotacionais
Processo de Absorção de Luz
Quando excitadas pela radiação no Ultravioleta, no visível ou no infravermelho, as moléculas podem sofrer três tipos de diferentes transições, quantizadas:
As transições vibracionais ocorrem porque uma molécula apresenta um número muito grande de níveis energéticos quantizados (estados vibracionais) associados com as ligações que mantem a molécula unida;
A radiação no infravermelho geralmente não é suficientemente energética para causar transições eletrônicas, porém pode induzir a transições nos estados vibracionais e rotacionais associados ao estado fundamental da molécula
Processos de Absorção de luz
Os estados energéticos E1 e E2 representam os estados excitados de uma molécula, enquanto E0 o estado fundamental;
A cada estado eletrônico estão associados diferentes estados vibracionais (1, 2, 3, 4,...);
As diferenças de energia entre os níveis vibracionais é significativamente menor do que entre os níveis eletrônicos;
Uma molécula possui ainda muitos estados rotacionais quantizados, associados com o movimento rotacional desta em torno do seu centro de gravidade
E = E(eletrônica) + E(vibracional) + E(rotacional)
Absorção na Região UV/VIS
A absorção da radiação ultravioleta e visível por moléculas ocorre em uma ou mais bandas de absorção eletrônica;
Cada uma das bandas é constituída por muitas linhas discretas, próximas umas das outras;
Cada linha se origina da transição de um elétron de um estado fundamental para cada um dos muitos estados vibracionais e rotacionais associados
Como existem vários estados vibracionais e rotacionais, e as energias entre eles difere muito pouco, o número de linhas contidas em uma banda é muito grande 
Absorção na Região UV/VIS
 Absorção de radiação por moléculas orgânicas:
Resulta das interações entre fótons e elétrons eu estão participando de uma ligação química, ou estão localizados sobre átomos como oxigênio, enxofre, nitrogênio ou halogênios;
O comprimento de onda de absorção de uma molécula orgânica depende de quão fortemente os elétrons estão ligados;
Elétrons compartilhados em ligações simples C–C ou C–H estão fortemente presos e suas excitações requerem energias correspondentes a comprimento de onda inferior a 180 nm
Absorção na Região UV/VIS
 Absorção de radiação por moléculas orgânicas:
Elétrons envolvidos em ligações duplas ou triplas não estão tão fortemente presos, e são portanto mais facilmente excitados por radiação eletromagnética;
Espécies com ligações insaturadas geralmente exibem picos de absorção úteis para a realização de medidas nesta região;
Grupos orgânicos insaturados que absorvem radiação na região do ultravioleta e do visível são chamados de Cromóforos
Absorção na Região UV/VIS
 Absorção de radiação por compostos inorgânicos:
Em geral os íons complexos dos elementos de transição absorvem bandas largas de radiação visível em pelo menos um de seus estados de oxidação, e estes íons complexos são então coloridos;
A absorção ocorre quando os elétrons fazem transições entre os orbitais d preenchidos e não preenchidos, com energias que depende, dos ligantes ligados ao íon metálico
A diferença de energia entre estes orbitais d dependem da posição do elemento na tabela periódica, seu estado de oxidação e a natureza do ligante
Medidas na Região UV/VIS
Quando um feixe de radiação eletromagnética atravessa uma amostra, radiações de certas frequências podem ser seletivamente absorvidas;
Neste processo a energia é transferida aos átomos, moléculas ou íons presentes na amostra;
 As espécies passam de um estado de baixa energia (estado fundamental) para estados mais energéticos (estado excitado). 
Medidas na Região UV/VIS
Radiações eletromagnéticas das regiões UV-VIS apresentam comprimentos de entre 40 – 800 nm;
Estes comprimentos de onda correspondem a energias suficientes para promover rotação, vibração e transições eletrônicas em espécies absorventes;
Moléculas e íons são caracterizados por um número muito grande de níveis energéticos;
Medidas na Região UV/VIS
Estes níveis decorrem das variações em suas energias eletrônicas, vibracionais e rotacionais 
A diferença de energia entre os níveis eletrônicos é maior do que aquela entre os estados vibracionais de um mesmo nível eletrônico;
A diferença entre os estados vibracionais é maior do que aquela entre os estados rotacionais;
Medidas na Região UV/VIS
Para cada nível eletrônico de uma molécula há a superposições entre os estados vibracional e rotacional
Uma transição eletrônica pode envolver mudanças vibracionais e rotacionais;
Ocorre então a absorção de fótons de uma faixa de energias, caracterizando uma banda;
Medidas na Região UV/VIS
A região onde ocorre absorção de radiação é determinada a partir de um espectro de absorção;
Espectro de Absorção: gráfico que relaciona a absorbância, transmitância ou absortividade molar com o comprimento de onda da radiação incidente;
Devido ao grande número de transições e às pequenas diferenças de energia entre as transições observa-se um espectro contínuoMedidas na Região UV/VIS
A absorção molecular nas regiões do UV e VIS produz bandas de absorção constituídas de linhas muito próximas;
Uma banda de absorção típica consiste de um grande número de linhas
O número de linhas depende do número de arranjo de elétrons nas moléculas absorventes, e o pico de absorção se relaciona com o tipo de ligação existente na molécula;
Medidas na Região UV/VIS
Medidas na Região UV/VIS
O Espectros de Absorção pode ser utilizado para:
Caracterizar uma substância;
Identificar grupamentos químicos
Identificar o comprimento de onda onde ocorre a máxima absorção
Determinar a concentração (sempre realizado no comprimento de onda onde a substância apresenta a maior absorbância).
Espectro de Absorção para o íon 
Permanganato
Medidas na Região UV/VIS
Para a determinação da Absorbância (A) ou da Transmitância (T) em uma amostra utiliza – se um espectrofotômetro;
Mede – se a luz transmitida, que é fração da luz incidente que atravessou a amostra , e que atinge o detector
O espectrofotômetro é constituído basicamente por 5 componentes
Medidas na Região UV/VIS
Diagrama para um Espectrofotômetro de Feixe Único
Medidas na Região UV/VIS
Medidas na Região UV/VIS
Fonte de Radiação: 
Deve gerar um feixe de radiação estável e emitir um feixe de radiação com intensidade suficiente para ser detectável 
Lâmpadas de Deutério (D2) e Hidrogênio (H2) são empregadas para fornecer radiação contínua na região do UV; emite radiação quando D2 ou H2 são estimulados por energia elétrica, produzindo a espécie excitada que se dissociam, fornecendo átomos de deutério ou hidrogênio, emitindo radiação desde 200 nm até o início da região do visível
Lâmpadas de filamento de tungstênio são utilizadas para fornecer radiação na região do visível; são operadas a uma temperatura de cerca de 2900 K, produzindo radiação útil de aproximadamente 350 a 2500 nm;
Medidas de Absorbância
Lâmpada de tungstênio:
Emissão apreciável na faixa de 350 a 2500 nm (utilizadas como fonte de emissão para espectroscopia na região do VIS) 
Consistem de um filamento de tungstênio, que se torna incandescente pela passagem de corrente elétrica;
O filamento é mantido em atmosfera inerte (argônio) dentro de um bulbo de vidro transparente à radiação emitida 
Medidas de Absorbância
Lâmpada de deutério: 
Constituída por um invólucro de vidro com uma janela de quartzo (sílica fundida), preenchido com gás deutério (ou hidrogênio) a baixa pressão;
Produz espectro contínuo, usado para medidas na região entre 200 e 400 nm. 
A emissão é produzida por excitação elétrica do gás: este é estimulado pela energia elétrica, produzindo moléculas excitadas;
Moléculas excitadas se dissociam para fornecer dois átomos mais um fóton UV
Medidas na Região UV/VIS
Seletor de Comprimento de Onda:
Os equipamentos empregam fontes contínuas de emissão;
São então utilizados seletores de comprimentos de onda para restringir a radiação medida dentro de uma banda estreita que é absorvida ou emitida pelo analito;
Melhoram a sensibilidade e a seletividade das medidas espectrofotométricas e diminuem os desvios da Lei de Beer devido à radiação policromática;
Instrumentos empregam um monocromador ou um filtro para isolar a banda de comprimento de onda desejada
Medidas na Região UV/VIS
Seletor de Comprimento de Onda:
Ponto de máximo do espectro de absorção corresponde à máxima absortividade pela espécie;
As medidas devem ser realizadas em comprimentos de onda próximos àquele de máxima absorção;
Seleção de comprimentos de onda é geralmente feita com monocromadores, que permitem uma variação contínua de comprimentos de onda
Medidas na Região UV/VIS
Esquemas para um Monocromador
Medidas na Região UV/VIS
Compartimento para a Amostra:
Usualmente denominados de células ou cubetas, devem ser construídas de material transparente à radiação na região espectral de interesse;
Possuem janelas que são perpendiculares à direção do feixe incidente, de forma a minimizar as perdas por reflexão; 
Cubetas de vidro borossilicato são transparentes entre 380 e 2000 nm e as de quartzo ou sílica fundida são transparente entre 160 e 3500 nm
Medidas na Região UV/VIS
Compartimento para a Amostra:
Cubetas de quartzo são apropriadas para as medidas na região UV (abaixo 380 nm), enquanto que as de vidro não podem ser utilizadas nesta região;
Impressões digitais, gorduras ou outros depósitos nas 
 paredes podem alterar as características de transmitância 
 de uma célula;
Medidas na Região UV/VIS
Detector:
O detector é um dispositivo que identifica, grava ou indica uma mudança em uma das variáveis no seu ambiente, como pressão, temperatura ou radiação eletromagnética e converte a energia radiante em uma quantidade mesurável;
A informação de interesse é codificada e processada como um sinal elétrico por um transdutor e este sinal elétrico pode ser amplificado e convertido em número proporcional à magnitude da quantidade original
Nos espectrofotômetros são utilizados transdutores que convertem a energia radiante em sinal elétrico. 
Medidas na Região UV/VIS
Detector:
Sinal elétrico pode ser amplificado e manipulado para ser convertido em um número proporcional à magnitude original;
O detector deve possuir alta sensibilidade, alta razão sinal/ruído e resposta para uma faixa considerável de comprimentos de onda;
Em espectrofotometria são utilizados transdutores que respondem à radiação incidente, os quais são denominados detectores fotoelétricos, que possuem uma superfície ativa capaz de absorver a energia da radiação, promovendo a emissão de elétrons, produzindo uma fotocorrente;
Medidas na Região UV/VIS
Detector:
Alguns detectores fotoelétricos comuns são as células fotovoltaicas, válvulas fotoelétricas, válvulas fotomultiplicadoras e fotodiodos de silício;
Os detectores podem também ser
 constituídos por um arranjo de diodos
 fotossensíveis, que permitem a 
 detecção simultânea de radiações de 
 comprimento de onda na faixa de 200 
 a 800 nm; todos os elementos do 
 espectro são observados simultaneamente
Medidas na Região UV/VIS
Processadores de Sinal:
Dispositivo eletrônico que amplifica o sinal elétrico que sai do detector;
Recebe o sinal do detector, realiza operações matemáticas e o converte em dados;
Medidores digitais e monitores de computador são exemplos de processadores de sinal
Medidas na Região UV/VIS
Medidas na Região UV/VIS
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Aplicação da Absorção Molecular para Análise Quantitativa
Considerando – se a relação linear entre Absorbância e Concentração, dada pela Lei de Beer, pode – se determinar a concentração de espécies que absorvem na região do UV-VIS em amostras;
A = . b. c representa uma reta; assim, medindo – se a Absorbância de diferentes soluções, com concentração conhecida, pode – se traçar um gráfico A x C, e então, a partir do gráfico, ou da equação da reta, determinar C de uma amostra desconhecida; 
A curva A x C é chamada de Curva de Calibração ou Curva Analítica
Medidas na Região UV/VIS
a
Absorbância em função da Concentração (a) e Transmitância em função da Concentração (b) 
(a) (b)
Medidas na Região UV/VIS
Uma espécie absorve em diferentes comprimentos de onda;
A absorbância da espécie varia com a concentração;
Para uma mesma espécie, em diferentes concentrações pode – se ter o espectro de absorção conforme apresentado ao lado
Para um mesmo comprimento de onda, A aumenta com a concentração
Medidas na Região UV/VIS
Independente da concentração, o comprimento de onda onde a absorção é máxima é sempre o mesmo;
A curva de calibração deve ser construída sempre no comprimento de onda () onde a absorção é máxima;
Neste , a sensibilidade é maior, mesmo para duas concentrações próximas, já que A é máxima;
Medidas na Região UV/VIS
Na construção da curva de calibração deve – se utilizar a mesma cubeta (b é constante) e o mesmo comprimento de onda ( constante);Neste caso, A x C corresponde a uma reta;
Pode – se determinar a concentração de uma amostra desconhecida a partir da medida de A para diferentes concentrações;
A Absorbância medida é uma contribuição da absorbância, naquele comprimento de onda, de todas as espécies presentes na solução
Medidas na Região UV/VIS
Como a Absorbância medida se deve à absorbância de todas as espécies presentes, normalmente utiliza – se uma solução “branco” para que seja descontada a absorbância das demais espécies que absorvem no mesmo comprimento de onda, além do analito de interesse;
“Branco”: preparado da mesma forma que a amostra que contém o analito, exceto pela ausência desta espécie (analito);
Nas medidas, deve – se então descontar, das amostras, a absorbâncias do Branco
Medidas na Região UV/VIS
Exemplo da determinação da concentração de uma solução a partir de uma Curva Analítica:
Inicialmente constrói – se a curva analítica, a partir da medida de A de uma amostra, em diferentes concentrações;
A partir da Absorbância de uma amostra desconhecida (A = 0,65) pode – se utilizar a curva analítica para determinar a concentração desta amostra(18 g/mL);
A concentração da amostra desconhecida pode também ser determinada a partir da equação da reta que representa a curva de calibração
Medidas na Região UV/VIS
Medidas na Região UV/VIS
Exemplo 8:
Considere os dados de Absorbância em função da concentração:
	C (mol/L)	A
	0,000016	0,0030
	0,000039	0,0310
	0,000078	0,0790
	0,000157	0,1860
	0,000313	0,3920
	0,000470	0,6100
	0,000626	0,7840
	0,000783	1,0580
a) Construa o gráfico de Absorbância em função da concentração;
b) A lei de Lambert-Beer pode ser aplicada em toda a faixa de concentração?
c) Determine a absortividade molar do composto
d) Qual a concentração de uma amostra desconhecida do composto, que apresenta absorbância igual a 0,250, medida na mesma condição? 
Medidas na Região UV/VIS
Para resolver este exemplo, inicialmente deve – se construir o gráfico de 
A x C, utilizando uma planilha eletrônica;
De acordo com a Lei de Lambert – Beer há uma relação linear entre A e C; portanto, esta Lei será obedecida se o gráfico A x C for uma reta;
Para se determinar a Absortividade Molar, deve – se levar em conta que a equação “A =  . b . C” representa uma equação de reta (y = mx + b, onde m é o coeficiente angular da reta);
A partir da equação da reta para o gráfico, pode – se determinar  e a concentração do analito na amostra desconhecida
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1.5999999999999999E-5	3.8999999999999999E-5	7.7999999999999999E-5	1.5699999999999999E-4	3.1300000000000002E-4	4.6999999999999999E-4	6.2600000000000004E-4	7.8299999999999995E-4	3.0000000000000001E-3	3.1E-2	7.9000000000000001E-2	0.186	0.39200000000000002	0.61	0.78400000000000003	1.0580000000000001	Concentração (mol/L)
A
Medidas na Região UV/VIS
Como:
 y = 1347,6 x + 0,0252 (A = 1347,6 C + 0,0252);
R2 = 0,9981, então:
b) A Lei de Lambert – Beer pode ser aplicada em toda faixa de concentração estudada, pois R2 = 0,9981, indicando que existe uma relação linear entre a absorbância e a concentração em toda extensão da curva
c)  = 1347,6 L mol – 1 cm – 1 
d) A = 0,250; C = ?
A = 1347,6 C + 0,0252  0,250 = 1347,6 C + 0,0252  C = 1,66 x 10 – 4 mol/L
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A concentração pode também ser determinada graficamente, a partir da Absorbância da amostra
Medidas na Região UV/VIS
Exemplo 9:
2,0 mL de uma solução 0,0079 mol/L de um composto foram diluídos até 10 mL. O espectro de absorção desta solução exibe absorbância máxima de 0,773, a 438 nm, em uma célula de caminho ótico igual a 2,0 cm. Uma solução em branco, contendo somente o solvente, possui absorbância igual a 0,035, no mesmo comprimento de onda.
Determinar a absortividade molar do composto;
A absorbância de uma solução desconhecida do mesmo composto, medida na mesma condição (mesma cubeta, mesmo comprimento de onda e mesmo solvente) é igual a 0,821. Qual a concentração da solução desconhecida?
Medidas na Região UV/VIS
A =  . b . C , onde 
A = absorbância da amostra
= absortividade molar da amostra = ?
C = concentração da amostra
At = 0,773
Abranco = 0,035
At = Abco + Aam  0,773 = 0,035 + Aam  Aam = 0,738
Medidas na Região UV/VIS
A =  . b . C
0,738 =  . 2,0 cm . C
A = 0,738 é a absorbância da amostra diluída
C1 . V1 = C2 . V2
0,0079 . 2 = C2 . 10  C2 = 0,00158 mol/L
Portanto:
0,738 =  . 2,0 cm . 0,00158 mol / L   = 233,5 cm – 1 L mol – 1 
Medidas na Região UV/VIS
b) At = 0,821		Abco = 0,035		 = 233,5 cm – 1 L mol – 1 
 b = 2,0 cm		C = ?
At = Abco + Aam  0,821 = 0,035 + Aam  Aam = 0,786
A =  . b . C
0,786 = 233,5 cm – 1 L mol – 1 . 2,0 cm . C  C = 0,00168 mol/L
Medidas na Região UV/VIS
Exemplo 10:
Uma solução 4,0 x 10– 4 mol/L contendo um composto A exibe absorbância de 0,624 em 238 nm, em uma cubeta de 1,0 cm. Uma solução em branco, contendo somente o solvente, possui absorbância de 0,029, medidos na mesma condição. Determinar a absortividade molar deste composto A
1,0 mL deste mesmo composto foi diluído até 5,0 mL, e a absorbância da solução diluída, medida na mesma condição anterior (item a), foi igual a 0,375. Qual a concentração do composto, na solução inicial?
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Atividade:
O nitrito é determinado comumente por meio de um procedimento colorimétrico empregando – se uma reação denominada reação de Griess. Nessa reação a amostra contendo nitrito reage com sulfanilamida e com N-(1-naftil) etilenodiamina par formar uma espécie colorida, que absorve a 550 nm. Usando um instrumento automático de análise, os seguintes resultados foram obtidos para uma amostra contendo quantidade desconhecida desta espécie:
Construa a curva analítica e determine a absortividade molar da espécie responsável pela absorção em 550 nm. Qual a concentração de nitrito na amostra? Considere o caminho ótico igual a 1,0 cm.
	Solução (mol/L)	2,00	6,00	10,00	14,00	18,00	Amostra
	A	0,065	0,205	0,338	0,474	0,598	0,402
Referências
Tópicos em Métodos Espectroquímicos. Disponível em: https://www.ufjf.br/baccan/files/2010/10/Aula-2-UV-Vis-1o-Sem-2016-Parte-1.pdf
ALMEIDA, J.M, SILVA, J.C.J. Espectrofotometria UV-VIS. Disponível em: https://www.ufjf.br/baccan/files/2010/10/Aula-2-UV-Vis-1o-Sem-2018-parte-1.pdf
Fundamentos da Espectrofotometria. Disponível em: https://www.ufjf.br/quimica/files/2016/08/Espectrometria-UV-vis.pdf
Referências
BERGAMIN FILHO, H., KRUG, F.J., ZAGATTO, E.A.G., ROCHA, F.R.P. Espectrofotometria no Ultravioleta e Visível. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4275863/mod_resource/content/1/Apostila-espectrofotometria.pdf