RELATÓRIO ESPECTROFOTOMETRIApdf

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Ribeirão Preto 
Maio de 2021 
Universidade de São Paulo 
 
Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto 
 
Departamento de Química 
 
 
Disciplina: 5931064 - Métodos Instrumentais 
 
Alunos: Giovana Lavezo Floriano nºUSP: 11297378 
 
Matheus Dutra nºUSP: 11370901 
 
Vitor Granero nºUSP:11216018 
 
 
 
 
 
 
Experimento 4: 
DETERMINAÇÃO ESPECTROFOTOMÉTRICA DO FERRO EM 
FORMULAÇÃO FARMACÊUTICA 
 
 
 
 
 
 
1. Introdução 
A espectrofotometria é um método que estuda a interação da luz com a 
matéria e a partir desse princípio permite a realização de diversas análises. 
Por conseguinte, temos a Lei de Beer-Lambert descoberta em 1729, que 
relaciona a absorção da radiação eletromagnética com as propriedades do 
material atravessado, mostrando de toda maneira a particularidade de cada 
material. 
Assim, cada composto químico absorve, transmite ou reflete luz ao longo de 
um determinado intervalo de comprimento de onda. No entanto, a 
espectrofotometria pode ser utilizada para identificar e quantificar 
substâncias químicas a partir da medição da absorção e transmissão de luz 
que passa através da amostra. 
Com isso, dentre as diversas aplicações, o espectrofotômetro é usado para 
medir determinados ingredientes em uma droga, medir o crescimento 
bacteriano, ou diagnosticar um paciente com base na quantidade de ácido 
úrico presente em sua urina. Sendo que as análises podem ser quantitativas 
(identificação da concentração da substância) e qualitativas (identificação de 
uma substância desconhecida), já que cada substância irá refletir e absorver 
a luz de forma diferente. 
2. Parte experimental 
2.1. Preparo das amostras 
 
 
Transferir quantitativa -
mente a solução para um 
balão volumétrico de 100 
ml e completar o volume 
com água 
 
 
 
 
 Transferir, com a 
micropipeta, 500 µL da 
solução preparada 
anteriormente para um novo 
balão volumétrico de 250 ml. 
mL. 
 
 
 
 
 
Adicionar 25 mL de tampão, 
5,0 mL de solução aquosa de 
hidroquinona 1% (m/v) e 7,0 
mL de solução hidroalcoólica 
de o‐fenantrolina 0,25% 
(m/v) 
 
 
 
 
 
 
 
Completar o volume com 
água deionizada. Verificar o 
pH, que deverá ser próximo 
de 3,5. Realizar este 
procedimento em triplicata 
 
 
 
 
 
 
Em um balão volumétrico de 100 mL, 
pipetar 10 mL de solução tampão, 2,0 
mL de solução aquosa de hidroquinona 
1% (m/v) e 3,0 mL de solução 
hidroalcoólica de o‐fenantrolina 0,25% 
(m/v) 
 
Colocar a massa pesada em 
um béquer de 100 ml. 
Adicionar 10 ml da solução 
tampão e agitar. 
 
 
 Pesar 10 comprimidos 
produto Sulferbel e 
calcular a massa média de 
uma unidade 
 
 
 
2.2. Branco dos reagentes 
 
 
 
 
 
 
 
Em seguida, adicionar em todos os 
balões, 10 mL de solução tampão, 
2,0 mL de solução aquosa de 
hidroquinona 1% (p/v), 3,0 mL de 
solução hidroalcoólica de o‐
fenantrolina 0,25% (p/v) 
 
 
 Completar o volume com água 
deionizada. Verificar o pH de 
cada solução, que deverá ser de 
~3,5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pipetar 1,00, 2,00, 3,00, 5,00 e 10,00 
mL da solução padrão de ferro (40 
mg/L) em balões volumétricos de 
100 mL identificando‐os como A, B, 
C, D e E respectivamente. 
 
 
Completar o volume com água 
deionizada. Verificar o pH, que 
deverá ser de ~3,5 
 
 
2.3. Determinar o λmáximo do complexo de ferro com o‐
fenantrolina 
 
 Fazer a leitura do 
espectrofotômico, se atentar 
para o branco dos reagentes e 
ponto E da curva analítica 
 
Leitura de Absorbância: Medir 
sempre no comprimento de 
onda variável, de cada 
amostra. 
 
3. Resultados e discussão 
 
 
3.1. Traçar a curva adedewnalítica (absorbância vs miligramas/L de 
ferro nos padrões). Determinar o coeficiente angular a intersecção 
pelo método dos mínimos quadrados. 
 Para obter a curva analítica, foram utilizados 1,00, 2,00, 3,00, 5,00 e 
10,00 mL de uma solução padrão de ferro (40 mg/L) colocados em cinco balões 
volumétricos de 100 mL para o preparo dos padrões. A partir disso, foram 
calculadas as concentrações de ferro dos cinco pontos da curva. Para obter os 
resultados, foi utilizada a equação: 
𝐶1 × 𝑉1 = 𝐶2 × 𝑉2 
 
Onde: 
𝐶1 é a concentração da solução padrão (40mg/L) 
𝑉1 é o volume utilizado da solução padrão 
𝐶2 é a concentração de ferro nas amostras 
𝑉2 é o volume total da amostra (100mL) 
Substituindo os valores de 𝑉1 pelos cinco diferentes volumes utilizados 
(1,00, 2,00, 3,00, 5,00 e 10,00 mL), foi possível determinar as concentrações de 
ferro em cada ponto da curva. Os resultados podem ser observados na tabela 
abaixo: 
Tabela 1 - Dados para a construção da curva analítica 
Balão Volume (L) Concentração em mg/L Concentração em g/L Absorbância 
A 0,001 0,4 4,00E-04 0,091 
B 0,002 0,8 8,00E-04 0,179 
C 0,003 1,2 1,20E-03 0,287 
D 0,005 2,0 2,00E-03 0,449 
E 0,010 4,0 4,00E-03 0,891 
 
Com os valores de concentração em 𝑚𝑔 𝐿−1 e de absorbância, foi 
traçada a curva analítica. 
 
Equação 1 
 
Figura 1- Curva analítica absorbância vs miligramas/L de ferro nos padrões 
Podemos observar que a equação da reta obtida foi 𝑦 = 0,2213𝑥 + 0,0076 
no qual, 0,2213 é o coeficiente angular e 0,0076 é a intersecção. 
 
3.2. Calcule a concentração de Fe (o‐fenantrolina)3 2+ na amostra 
(mol L‐1 ou g L‐1) e determine a absortividade média (Ɛ, mol‐1 cm‐1 
L) das cinco leituras de absorbâncias. (Lembre‐se que todo ferro foi 
convertido no complexo de fenantrolina). 
Para realizar os cálculos, consideramos as massas de dez comprimidos 
para utilizar a média como parâmetro. 
Tabela 2 - Cálculo da massa média de cada comprimido 
Comprimido Massa (g) 
1 0,3374 
2 0,3364 
3 0,3364 
4 0,3370 
5 0,3369 
6 0,3359 
7 0,3417 
8 0,3409 
9 0,3311 
10 0,3371 
Média 0,33708 
Desvio Padrão 0,0029 
 
Com o valor obtido, foi pesada a massa da amostra correspondente a 
massa média de cada comprimido. Também foi fornecido o valor da absorbância 
da amostra, sendo que o procedimento foi realizado em triplicata 
y = 0,2213x + 0,0076
R² = 0,9994
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Tí
tu
lo
 d
o
 E
ix
o
[Ferro] mg/L
 
Foi necessário traçar a curva analítica novamente, porém, com a 
concentração de ferro em g/L para que os resultados obtidos estejam nas 
unidades corretas. 
Figura 2 - Curva analítica absorbância vs gramas/L de ferro nos padrões 
 
Logo, foi utilizada a equação da reta 𝑦 = 221,34𝑥 + 0,0076 para 
determinar a concentração de ferro, substituindo o valor de y pela absorbância. 
 
Tabela 4 – determinação da concentração de ferro (g/L) nas amostras na solução de 
250mL 
Amostras Massas (g) Abs [Fe] g/L- Balão de250mL 
A1 0,337 0,209 9,10E-04 
A2 0,3374 0,212 9,23E-04 
A3 0,3375 0,209 9,10E-04 
Média 0,3373 9,14E-04 
Desvio Padrão 0,0003 
 
Contudo, os valores encontrados representam a concentração na solução 
de 250mL, ou seja, foi necessário utilizar a equação 1 para encontrar a 
concentração de ferro na aliquota de 500µL, que corresponde ao valor correto 
da quantidade de 𝐹𝑒2+ na amostra. 
Tabela 3 - Dados para o cálculo da concentração de Ferro na amostra 
Amostras Massas (g) Abs 
A1 0,337 0,209 
A2 0,3374 0,212 
A3 0,3375 0,209 
Média 0,3373 
Desvio Padrão 0,0003 
y = 221,34x + 0,0076
R² = 0,9994
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,00E+00 5,00E-04 1,00E-03 1,50E-03 2,00E-03 2,50E-03 3,00E-03 3,50E-03 4,00E-03 4,50E-03
A
b
s
[Ferro] g/L
[𝐹𝑒] 𝑛𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑑𝑒 250𝑚𝐿 × 0,25𝐿 = 𝐶2 × 5. 10−4𝐿 
 
Os resultados obtidos para a concentração de Ferro em g/L na amostra 
estão na Tabela 5 
 Tabela 5 – determinação da concentração de ferro (g/L) nas amostras na aliquota de 
500µL 
 
Para calcular a absortividade média das cinco leituras de absorbâncias,foi necessário utilizar a lei de Beer-Lambert 
𝐴 = 𝜀𝑏𝑐 
Onde: 
A é a absorbância 
𝜀 é a absortividade molar média 
𝑏 é o caminho optico 
𝑐 é a concentração da amostra 
Considerando o valor de 𝑏 = 1cm e as concentrações e as absorbâncias 
exibidas na tabela 1 para a construção da curva analítica, foram obtidos os 
seguintes valores de absortividade molar média para cada uma das cinco 
leituras. 
Tabela 6 - Determinação da absortividade molar média das cinco leituras de absorbâncias 
Balão Concentração de Ferro (g/L) Abs Absortividade molar média (𝑔−1𝑐𝑚−1𝐿−1) 
A 4,00E-04 0,091 227,5 
B 8,00E-04 0,179 223,75 
C 1,20E-03 0,287 239,17 
D 2,00E-03 0,449 224,5 
E 4,00E-03 0,891 222,75 
 
Os cálculos foram realizados rearranjando a equação 2 da seguinte forma: 
𝜀 = 
𝐴
𝑐
 
 
Amostras Massas (g) Abs 
[Fe] g/L- Balão 
de250mL 
[Fe] g/L - alíquota 
500µL 
A1 0,337 0,209 9,10E-04 0,455 
A2 0,3374 0,212 9,23E-04 0,462 
A3 0,3375 0,209 9,10E-04 0,455 
Média 0,3373 9,14E-04 0,457 
Desvio Padrão 0,0003 
Equação 2 
3.3. Usando a curva analítica, calcule a massa (mg/g) de ferro no 
comprimido. 
 
Para realizar esse cálculo, foi necessário determinar a massa de 
ferro na amostra (balão de 100mL) utilizando a concentração obtida no 
exercício anterior. 
Foi aplicado o seguinte raciocínio: 
 
A1 
[Fe] = 0,455 g/L 
0,455𝑔 − 1𝐿 
𝑥𝑔 − 0,1𝐿 
 
𝑥 = 
0,455 × 0,1
1
 
𝑥 = 0,045𝑔 𝑑𝑒 𝐹𝑒𝑟𝑟𝑜 
 
O mesmo cálculo foi aplicado para A2 e A3. 
Para calcular a massa (mg/g) de ferro no comprimido, foi necessário dividir 
a massa do ferro encontrada pela massa da amostra pesada inicialmente. 
A1 
Massa(g) da amostra = 0,337g 
Massa de ferro = 0,045g = 4,5. 10−5mg 
 
𝑦 = 
4,5. 10−5𝑚𝑔
0,337𝑔
 
𝑦 = 135,002 (mg/g) 
O mesmo procedimento foi adotado para A2 e A3, confira na tabela 6 
 
Tabela 6 - Determinação da massa (mg/g) de Ferro no comprimido 
 
 
 
Amostras Massas (g) 
[Fe] g/L - alíquota 
500µL 
Massa de Ferro (g) - Balão 
100mL 
[Fe] (mg/g) no 
comprimido 
A1 0,337 0,455 0,045 135,002 
A2 0,3374 0,462 0,046 136,850 
A3 0,3375 0,455 0,045 134,802 
Média 0,3373 0,457 0,046 135,551 
Desvio Padrão 0,0003 1,129 
 
3.4. Faça um esquema e explique os diferentes sistemas de detecção 
dos espectrofotômetros de comprimento de onda fixo e arranjo de 
diodos (DAD). 
O arranjo de fotodiodos é o método mais utilizado e os arranjos de 
fotodiodos possuem lâminas de silício com vários fotodiodos que atuam como 
transdutores de radiação, transformando a radiação eletromagnética em 
elétrons. 
A largura de cada dínodo no chip é próxima a 0,02mm e todos são 
colocados na extensão de um plano focal de um monocromador, assim ocorre a 
análise simultânea de todos os comprimentos de onda, tornando possível a 
espectroscopia de alta velocidade. 
A rede de difração é colocada entre a amostra e o detector, a radiação 
policromática incide sobre a amostra, dispersa em um monocromador fixo em 
diferentes comprimentos de onda, esses que são monitorados simultaneamente 
em um arranjo de fotodiodos. 
 
Figura 3 - Esquema da instrumentação do arranjo de fotodiodos 
 
Os tubos fotomultiplicadores de elétrons são transdutores. O tubo 
fotomultiplicador é um sistema de detecção constituído por um tubo de vidro ou 
quartzo, sob vácuo, ele é formado por um cátodo fotossensível, vários dínodos 
e o ânodo, que receberá os elétrons gerados. 
A radiação atinge o cátodo fotossensível, que gera fotoelétrons pelo efeito 
fotoelétrico de Einstein. Cada eletrodo é mantido em uma voltagem positiva em 
relação ao fotocátodo, os elétrons emitidos pelo cátodo são atraídos pelo 
primeiro dínodo e acelerados pelo campo, cada elétron que atinge o primeiro 
dínodo produz elétrons secundários, que são atraídos pelo dínodo 2 que está 
em potencial positivo em relação ao dínodo 1. 
A amplificação resultante no ânodo pode ser 106 ou maior (números de 
elétrons gerados). O fator de amplificação depende do número de dínodos e da 
diferença de potencial. Toda a cascata de elétrons gerada é coletada no ânodo, 
fornecendo uma corrente média que pode ser amplificada e medida. 
 
Figura 4 – Esquema 1 de funcionamento do tubo fotomultiplicador 
 
 
Figura 5 - Esquema 2 de funcionamento do tubo fotomultiplicador 
 
3.5 O que ocorreria se as leituras de absorbância das soluções 
fossem realizadas em comprimento de onda diferente do λmáx? 
As leis de Lambert-beer são fundamentais para o entendimento de 
espectrofotometrias e intensidades da radiação incidente e transmitida com as 
concentrações do material presente na solução. Parte da radiação incidente 
pode ser perdida por reflexão ou espalhamento da radiação na solução, para 
compensar esses efeitos, a radiação emitida de uma solução contendo analito é 
comparada a uma radiação contendo o solvente ou o branco dos reagentes. No 
início da análise utilizou-se a leitura do branco dos reagentes, que segue o 
mesmo preparo das amostras, com os mesmos reagentes, porém sem a 
amostra. O experimento é realizado em uma cubeta muito similar, para zerar a 
leitura de absorbância, compensando os efeitos de perda de reflexão nas 
interfaces ou por espalhamento. É importante que cubetas sejam totalmente 
transparentes no comprimento de onda selecionado. 
As bandas de absorção no UV/visível são muito estreitas e os desvios da 
lei de Lambert-beer são muito comuns, para evitar esses desvios é recomendado 
que selecione o comprimento de onda próximo ao máximo de absorção, 
chamado de λ máximo, em que a absortividade do analito vai variar pouco com 
a variação do comprimento de onda, possuindo boa precisão. O comprimento de 
onda selecionado não é único, sendo melhor classificado como uma banda de 
radiação, observa-se um pequeno desvio ao redor do comprimento de onda 
selecionado. O λ máximo corresponde a maior sensibilidade analítica e maior 
leitura de absorbância. 
Quando há utilização do λ máximo tem-se uma faixa de linearidade maior, 
que se comparado a uma banda de radiação inferior. A banda de radiação 
inferior possui uma faixa de linearidade menor, porque existem desvios na lei de 
Lambert- beer, ou seja, o aumento da concentração não é proporcional ao 
aumento da leitura de absorbância (lei de Lambert beer vale somente para 
intervalos lineares/relação linear entre absorbância e concentração). No λ 
máximo a variação de leitura não é significativa, esse resultado não se observa 
em uma banda que não esteja na máxima leitura de absorbância. 
A curva analítica traçada no λ máximo tem uma maior faixa de linearidade, 
a leitura de absorbância é linearmente correspondente a concentração, já na 
banda inferior, possui desvios na lei de Beer, não há correlação linear entre 
leitura de absorbância e concentração. 
 
Figura 6 - Banda A realizada no comprimento de onda máximo, banda B analisada em 
um comprimento de onda inferior com desvios de lambert-beer 
3.6. Explique a reação química que ocorre durante o preparo de 
amostra. 
O procedimento analítico foi realizado a partir da reação de 
redução do ferro(III) com hidroquinona e a posterior reação do ferro (II) 
com 1,10-fenantrolina. O ferro (III) reage com a hidroquinona reduzindo o 
ferro(III) a ferro (II), em seguida há a reação do ferro(II) com a 1,10-
fenantrolina para a formação de um complexo estável de cor 
avermelhada. Esse complexo será utilizado para a realização das leituras 
de absorbância em torno de 510nm e determinações quantitativas 
 
Figura 7 - Reação de redução do ferro(III) com hidroquinona e posteriormente 
do ferro (II) com 1,10-fenantrolina 
A variação do volume de ferro pode afetar a coloração do produto 
final, a intensidade da coloração é crescente com o aumento da 
concentração de ferro. Caso haja variação no pH, a reação de HQ com 
ferro(III) pode ser afetada, o experimento foi realizado e mantido em pH 
3,5,caso fosse feito em pH 4,0 ou 5,0 haveria uma não repetibilidade dos 
sinais ao longo do tempo, devido a deterioração de HQ 
 
 
Figura 8 - De A a E há aumento na concentração de Ferro 
 
 
3.7. Uma amostra aquosa contendo Fe2+ é tratada com 1,10‐
fenantrolina para formar um complexo colorido para detecção. A 
solução tratada dá uma absorbância de 0,367 quando medida com 
uma cubeta de 1,00 cm em 510 nm. Em seguida, 5,0 mL de uma 
solução de Fe2+0,02 M são adicionados a 10,0 mL de amostra 
desconhecida e tratada com 1,10‐fenantrolina da mesma forma que 
no exemplo anterior, constando‐se uma absorbância de 0,538 em 510 
nm. Com base nesta informação, qual a concentração de Fe2+na 
amostra desconhecida original? 
Para responder essa questão, foi considerado que o volume total da 
solução é de 15mL (10mL da amostra + 5mL da solução de Fe). Depois, 
utilizando a equação 1, foi calculada a concentração da solução de 𝐹𝑒2+ [0,02M] 
na solução final. 
 
𝐶1 × 𝑉1 = 𝐶2 × 𝑉2 
0,02𝑀 × 5𝑚𝐿 = 𝐶2 × 15𝑚𝐿 
𝐶2 = 0,0667
𝑚𝑜𝑙
𝐿
 
Logo, utilizando a lei de Beer (equação 2) foram substituídos os seguintes 
valores para cada análise 
𝐴 = 𝜀𝑏𝑐 
 
0, 367 = 𝜀 ∙ 1𝑐𝑚 ∙ 𝑥 
 0, 538 = 𝜀 ∙ 1𝑐𝑚 ∙ (𝑥 +
0,0667𝑚𝑜𝑙
𝐿
) 
 
A equação A foi rearranjada da seguinte forma 
 𝜀 = 
0,367
𝑥
 
 
E substituída na equação B 
 
0, 538 = 
0,367
𝑥
∙ (𝑥 +
0,0667𝑚𝑜𝑙
𝐿
) 
 
0, 538 = 0,367 ∙ (𝑥 +
0,00245
𝑥
) 
𝑥 ≈ 0,0143 𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Equação A 
Equação B 
 
4. Conclusão 
Podemos concluir que o espectrofotômetro obteve os espectros de 
absorção dos complexos formados a partir do 𝐹𝑒2+ e 1,10-fenantrolina com boa 
linearidade, reprodutibilidade e sensibilidade. O método desenvolvido 
apresentou bons limites de detecção para a determinação da concentração de 
ferro contido nos comprimidos da amostra farmacêutica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Referencias 
ATKINS, P.; JONES, L.Princípios de química: questionando a vida moderna e o 
meio ambiente. Porto Alegre:Bookman, 2001 
 
SKOOG, D. A.; HOLLER, F.; WEST; CROUCH. Fundamentos de Química 
Análitica. São Paulo: Thomson, 2005. 
 
TEIXEIRA, L.S. G. et al.Determinação espectrofotométrica simultânea de 
cobre e ferro em álcool etílico combustível com reagentes derivados da 
ferroína.Quím. Nova[online].2006, vol.29, n.4, pp.741-745. ISSN 0100-
4042.http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422006000400020 
 
BITTENCOURT, V.C., 1989. O método colorimétrico de 1,10-fenantrolina na 
determinação do ferro. Tese de doutoramento. E.S.A. "Luiz de Queiroz", 78 pp.