ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO UV_VIS

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UMA ANÁLISE DAS APLICAÇÕES E ESTUDOS DA UTILIZAÇÃO DA
ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO UV/VIS
IVYNA BARBOSA AURÉLIO COSTA 1
BRUNO POTI E SILVA2
INTRODUÇÃO
A espectroscopia na região do ultravioleta/
visível (UV/Vis) é um método de análise
(método óptico) quantitativa, sendo um
dos métodos mais utilizados na
caracterização e identificação de
compostos (SKOOG et al., 2006). Essa
técnica se torna útil devido a capacidade
de complexos e outros compostos de
absorverem radiação na faixa do
ultravioleta/visível (PERKAMPUS et al.,
1992). Historicamente, a espectroscopia
teve origem através do estudo de luz
visível dispersa por um prisma (Newton,
1666) Os átomos e compostos podem se
encontra em um estado normal ou estado
fundamental cuja a energia mais baixa, um
estado excitado, que corresponde a um
estado de energia maior, ou seja,
corresponde a um estado de energia em
que os elétrons ocuparão orbitais mais
afastados do núcleo atômico e um estado
fundamental ou estado excitado que requer
aplicação de energia suficiente, por meio
de eletricidade ou calor, por exemplo.
(SKOOG et al., 2006). Átomos ou íons
excitados tendem a voltar ao estado
fundamental e em virtude disso emitem
energia na forma de luz de comprimento
de onda característico, por exemplo, na
região característica do UV/Vis.
(MENDHAM et al., 2002). Mesmo os
espectrofotômetros de alta qualidade
apresentam resultados em certo número de
linhas de absorção muito estreitas para
átomos no estado de gás (HARRIS, 2008)
Quando um feixe de radiação
policromática UV/Vis passa por um meio
contendo átomos no estado gasoso,
somente poucas frequências são atenuadas
por absorção. (SKOOG et al., 2006).
Figura 1- Imagem mostrando a região do
ultravioleta e espectro visível
Nesses equipamentos e nas técnicas
conhecidas utilizadas as lâmpadas de
deutério e de hidrogênio são
frequentemente empregadas para fornecer
radiação contínua na região do UV e os
diodos de silício como detectores de
radiação. (SKOOG et al., 2006). Os fótons
UV/Vis possuem características
suficientemente energéticas para criação
elétrons e vacâncias adicionais quando
atingem a camada de depleção da junção
pn. As técnicas na região do UV/Vis não
são autossuficientes para uma detecção
precisa e detalhada de todos os compostos,
é necessário, dependendo da intenção dos
estudos realizados em cima de uma
substancia, átomo ou íon, a utilização de
técnicas complementares, como por
exemplo, o infravermelho (HARRIS,
2008). As técnicas de espectroscopia na
região do UV/Vis mesmo com limitações,
abrangem uma vasta detecção de
compostos inorgânicos e orgânicos.
(BARROS, 2015)
METODOLOGIA
Inúmeras técnicas são empregadas na
detecção de compostos. Recentemente,
técnicas espectroscópicas foram
introduzidas com uma abordagem de
impressão digital, útil na avaliação de
alguns tipos de extratos vegetais (Luthriaet
al., 2008). A espectroscopia no
ultravioleta-visível (UV-Vis) e um
exemplos de técnica retratada como
alternativas e complementares a
confirmação da autenticidade de espécies
vegetais (Li et al., 2004; Lonni et al.,
2005; Yap et al., 2007. Basílio et al.,
2012). Devido à complexidade inerente
dos espectros de UV-Vis, a interpretação
real pode ser difícil, porém com o auxílio
de outros estudos se torna possível.
(BARROS, 2015)
A aplicação no estudo e interpretação dos
espectros de absorção na região do
ultravioleta e visível em metais de
transição utiliza-se em maior escala da
Teoria do Campo Cristalino. O
entendimento das relações entre a “cor de
um complexo de metal de transição” e a
“energia de estabilização em campos
cristalinos” é um ponto de grande
importância na química dos compostos de
coordenação. A Teoria do Campo
Cristalino (TCC), permite-se entender de
uma maneira simplificada a formação dos
compostos de coordenação, possibilitando
a visualização dos efeitos das ligações
metal-ligante sobre os orbitais,
correlacionando-as com a energia de
estabilização do Campo Cristalino. Tais
compostos de coordenação possuem uma
ampla variedade e variação de cores, que
para determinações de átomos de centro é
essencial. Em estudos recentes dos
espectros eletrônicos dos complexos,
[Cu(OH2 ) 6 ]
+2, [Cu(Edta)]-2, [Cu(en)3 ]
+2, [Co(SCN)6 ]
+2,[CoCl6 ]
+2 e [Co(OH2
) 6 ]
+2 foi possível identificar as cores
apresentadas por esta classe de compostos
e correlaciona-las com a energia de
estabilização do campo cristalino,
utilizando a espectroscopia na região do
ultravioleta. (SILVA; HARA, 2013). Com
o auxilio da espectrometria no UV/VIS é
possível caracterizar fisico-quimicamente
ácidos húmicos e é possível identificar a
presença de sistemas aromáticos por meio
dessa técnica, indicando sistemas mais
substituído (CANELLAS; SANTOS;
MORAES; RUMJANEK; OLIVARES,
2000).
A região ultravioleta está contida na faixa
de 200 a 400 nm com energia ao redor de
150 a 72 k.cal.mol-1 . A região do visível
fica entre 400 a 800 nm com energia ao
redor de 72 a 36 k.cal.mol-1. Energias
dessa magnitude correspondem, à
diferença entre estados eletrônicos de
muitas moléculas (MENDHAM et al.,
2002). De um ponto de vista prático, o
aspecto mais importante do cálculo
quântico é a determinação de quanta luz é
absorvida pela amostra. Isto é descrito pela
lei de BeerLambert. (TERRA, 2020).
Esses parâmetros estudados serem de guia
para utilização da técnica. (MENDHAM et
al., 2002). Nos compostos orgânicos, os
que possuem dupla ligação absorvem
fortemente no ultravioleta. Os compostos
que possuem ligações simples e duplas
alternadamente (ligações conjugadas),
produzem absorção em comprimentos de
ondas maiores. (MENDHAM et al., 2002).
A extensão do sistema conjugado está
relacionada com a absorção, quanto mais
longo for o sistema conjugado, mais
longos serão os comprimentos de onda
absorvidos (são diretamente
proporcionais), podendo chegar à região
do visível (SILVA; HARA, 2013). Nos
inorgânicos, o comprimento de onda de
absorção das transições “d-d” depende do
metal envolvido, do número de grupos
coordenados, da basicidade, dos átomos
doadores e da geometria dos grupos
coordenados. (TERRA, 2020).
O funcionamento de um espectrofotômetro
é, através da luz proveniente de uma fonte
contínua, que passa por um
monocromador, que depois que seleciona
uma estreita faixa de comprimentos de
onda do feixe incidente, essa luz
“monocromática” passa pela amostra de
comprimento b, e a energia radiante da luz
emergente é medida.
Figura 2- Diagrama esquemático de um
experimento espectrofotométrico.
O estudo de materiais semicondutores,
com propriedades ópticas ativas como, por
exemplo, propriedades fotoluminescentes,
propriedades fotocatalíticas,
eletroluminescência, propriedades ópticas
não lineares vem sendo estudado
diariamente pela comunidade científica. O
tungstato de cálcio (CaWO4), é um
exemplo desse material. Para a
identificação desses compostos, uma
síntese é necessária previamente.
Figura 3 - Tungstato de cálcio sintetizado
Para o tungstato de cálcio (CaWO4) é
possivel identificar três modos de vibração
nos espectros: um modo do tipo Eu, um
modo do tipo Au e um do tipo [Eu +Au].
Os cristais de CaWO4 ao serem
identificados por espectroscopia no
UV/Vis, exibem uma sobreposição de duas
bandas de absorção muito intensas, do
tipoυ3(Au) e υ3(Eu), nas regiões de 796
cm-1a 806 cm-1 ( vibrações antissimétricas
do tipo (→O–W–O→) ou vibração de
estiramento antissimétrico).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Como é conhecido, a absorção de radiação
UV-Visível se deve ao fato das moléculas
apresentarem elétrons que podem ser
promovidos a níveis de energia mais
elevados mediante a absorção de energia.
Em alguns casos a energia necessária é
proporcionada pela radiação com
comprimentos de onda no visível e o
espectro de absorção estará na região
visível ou é necessária energia maior,
associada à radiação ultravioleta.
Analisando o espectro eletromagnetico, em
cada região ocorre processos moleculares
distintos, a radiação ultravioleta causam
transições eletrônicas dentro das
moléculas. Na região do ultravioleta, a
excitação eletrônica esta em destaque,
comoé possível ver na Figura 4.
Figura 4- Espectro eletromagnético, mostrando os
processos moleculares que ocorrem quando a luz é
absorvida em cada região.
Um espectro no ultravioleta/visível é um
gráfico que relaciona o comprimento de
onda (l) de absorção versus a intensidade
da absorção (em transmitância ou
absorbância). Comprimentos de onda na
região do ultravioleta-visível são
geralmente expressos em nanometros (1
nm = 10-9 m). A região do ultravioleta
próximo é especialmente interessante e
estende-se de 190 a 350 nm. A atmosfera é
transparente nesta região, o que a torna
facilmente acessível com o uso de ótica de
quartzo. A absorção atmosférica começa a
ser importante abaixo de 200 nm e a região
passa a ser acessível apenas sob condições
especiais (vácuo).
Geralmente, em analises, são excluídos os
valores de comprimento de onda acima de
550 nm, por se tratar de uma região típica
de interferentes, como clorofilas e
carotenoides (SHIPMAN et al., 1976). É
simples explicar a coloração de algumas
substâncias através de estudos da radiação
ultravioleta. Uma solução, por exemplo,
contendo Fe(SCN)2+ é vermelha não
porque o complexo adiciona radiação
vermelha ao solvente, mas porque absorve
o verde da radiação branca que penetra no
frasco e transmite o componente vermelho
de forma inalterada. A cor de uma solução.
A luz branca de uma lâmpada ou do sol
atinge a solução de Fe(SCN)2+. O espectro
de absorção largo mostra um máximo de
absorbância na faixa de 460-500 nm. A cor
complementar vermelha é transmitida
(MENDHAM et al., 2002). Na imagem
abaixo, é possível observar um gráfico de
absorbância por comprimento de onda do
dicromato de potássio, azul de bromofenol
e fenolftaleína.
Figura 5 - Espectro de absorção visível
CONCLUSÃO
É possível concluir que a utilização do
ultravioleta/visível vem sendo útil como
técnica de apoio e proporcionando avanços
em áreas pouco exploradas. A radiação
Ultravioleta como sendo a radiação de
frequência mais alta do que a da luz
violeta, proporciona que compostos que
absorvem nessa faixa de comprimento de
onda inferior a 400 nm. Os estudos
relacionados a essa técnica foram
crescendo durante as décadas, desde
estudos relacionados a a ultilização para
detecção e caracterização de compostos
propriamente orgânicos a estudos voltados
a fotoquímica e a polimerização de resinas
ou a presença de quercetina em azaleia por
meio da formação do complexo
quercetina-alumínio, embebedam-se da
utilização da radiação ultravioleta visível
(UV/Vis).
REFERÊNCIAS
BARROS, Yuri Lima de. Aplicação da
espectroscopia de absorção no UV-Visível
e infravermelho na caracterização de
Cissampelos sympodialis Eichl. e
Cissampelos glaberrima A. St. Hil.,
espécies de importância medicinal. 2015.
Disponível em:
https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123
456789/950. Acesso em: 26 mar. 2021.
CANELLAS, L. P.; SANTOS, G. A.;
MORAES, A. A.; RUMJANEK, V. M.;
OLIVARES, F. L.. Avaliação de
características de ácidos húmicos de
resíduos de origem urbana: i. métodos
espectroscópicos (uv-vis, iv, rmn
13c-cp/mas) e microscopia eletrônica de
varredura. Revista Brasileira de Ciência do
Solo, [S.L.], v. 24, n. 4, p. 741-750, dez.
2000. FapUNIFESP (SciELO).
http://dx.doi.org/10.1590/s0100-06832000
000400006.
HARRIS, D. C. Análise química
quantitativa. Rio de Janeiro : LTC, 2008.
Li, Y. M.; Sun, S. Q.; Zhou, Q.; Qin, Z.;
Tao, J. X.; Wang, J.; Fang, X.
Identification of American ginseng from
different regions using FT-IR and
two-dimensional correlation IR
spectroscopy. Vibrational Spectroscopy 36
(2004) 227–232, 2004.
Luthria, D. L.; Mukhopadhyay, S.;
Robbins, R. J.; Finley, J. W.; Banuelos, G.
S.; Harnly, J. M. UV Spectral
Fingerprinting and Analysis of Variance –
Principal Component Analysis: a Useful
Tool for Characterizing Sources of
Variance in Plant Materials. Journal of
Agricultural and Food Chemistry 56 (14):
5457-5462, 2008.
MENDHAM, J.; DENNEY, R. C.;
BARNES, J. D.; THOMAS, M. Vogel
Análise química quantitativa. Rio de
Janeiro : LTC, 2002
PERKAMPUS, Heinz-Helmut et al.
UV-VIS Spectroscopy and Its
Applications. In: PERKAMPUS,
Heinz-Helmut. UV-VIS Spectroscopy and
Its Applications. Heidelberg:
Springer-Velarg, 1992. Cap. 1. p. 1-162.
Transleted by H. Charlotte Grinter and
Dr.T.L. Threlfall.
SILVA, Maria Aparecida da; HARA,
Melina Kayoko Itokazu. Utilização da
técnica de espectroscopia de absorção na
região do visível na investigação das
energias de estabilização do campo
cristalino de alguns compostos de
coordenação. Revista Educação,
Guarulhos, v. 2, n. 8, p. 1-1, jun. 2013.
SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER,
F. J.; CROUCH, S. R. Fundamentos de
química analítica. São Paulo : Pioneira
Thomson Learning, 2006.