Espectroscopia de Ultravioleta

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO OESTE – UNICENTRO 
Departamento de Química – DEQ 
 
 
JEAN GUILHERME BRZOSKI 
 
 
 
 
ESPECTROSCOPIA NO ULTRAVIOLETA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GUARAPUAVA 
2019 
JEAN GUILHERME BROZOSKI 
 
 
 
 
 
ESPECTROSCOPIA NO ULTRAVIOLETA. 
 
 
 
 
Trabalho apresentado a disciplina de 
Química Orgânica Instrumental como 
requisito de obtenção de nota parcial. 
Professor: Chalder Nunes 
 
 
 
 
 
 
 
 
GUARAPUAVA 
2019 
Sumário 
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 4 
2 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................................. 4 
2.1 HISTÓRIA ....................................................................................................................................... 4 
2.2 ESPECTROSCOPIA .......................................................................................................................... 6 
2.2.1 Radiação eletromagnética ...................................................................................................... 6 
2.2.4 Instrumentação ...................................................................................................................... 9 
2.2.5 Solventes .............................................................................................................................. 10 
2.2.6 Características espectrais para diferentes funções químicas e estruturas .......................... 11 
2.3 ARTIGO DE REFERÊNCIA .............................................................................................................. 12 
3 REFERENCIA ........................................................................................................................................ 13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 A espectroscopia de ultravioleta é uma das principais técnicas instrumentais utilizadas 
nos dias atuais na ciência. Essa técnica vem sendo desenvolvida a bastante tempo, o pioneiro 
dos estudos sobre eletromagnetismo foi o físico Isaac Newton por volta do século XVII que 
descobriu a decomposição da luz branca, porém ainda não se tinha o conhecimento da 
existência de radiação além daquela que era visível. 
 Muitos cientistas mais tarde desenvolveram técnicas e estudos referente a radiação 
eletromagnética, observando a existência de radiação que está fora do alcance do olho humano 
verificando as suas características e suas inúmeras aplicações. 
A importância do intenso estudo da técnica se dá pela existência de diversas funções 
orgânicas, e pelas inúmeras combinações que cada função pode ter. E a cada parâmetro mudado, 
consequentemente há uma alteração de como essa molécula se comporta na absorção de 
radiação. 
As principais aplicações da técnica são na identificação e quantificação de determinado 
tipo de molécula em diversos meios. Essas aplicações vão desde a área farmacêutica em 
remédios, em controles de qualidade na indústria, controle de qualidade de agua á também no 
auxílio em diversos ramos da pesquisa. 
2 DESENVOLVIMENTO 
2.1 HISTÓRIA 
 O estudo da espectroscopia deu-se inicialmente no século XVII pelo físico Isaac 
Newton, que através de um prisma descobriu que a luz branca era composta por outras sete 
cores, que se recombinadas novamente por um segundo prisma formava-se a luz branca 
novamente. Em 1777 o químico sueco Carl Scheele resolveu pôr amostras de cloreto de prata 
em cada região de luz que foi decomposta a partir do prisma, e para a sua surpresa as amostras 
que estavam mais próximos da região da luz violeta apresentavam um escurecimento mais 
intenso. Isso devia significar que a luz violeta seria a mais energética do espectro, pois a reação 
ocorria de forma mais rápida e intensa. 
 Em 1801, o alemão Johann Wilhelm e o inglês William Hyde Wollaston fizeram a 
experiência independente e obtiveram o mesmo resultado. A experiência consistia em colocar 
amostras de sal de prata na região além do violeta, e para surpresa nessa região a reação de 
redução da prata ocorria mais rapidamente ainda, concluindo que no espectro de radiação solar 
existe uma radiação de energia mais alta que do violeta e que era invisível ao olho humano, 
chamou-se de radiação ultravioleta. 
 O astrônomo inglês William Herschel em 1800, realizou o experimento de colocar o 
bulbo de termômetros em cada uma das regiões coloridas do espectro solar, o resultado foi que 
a temperatura do mercúrio aumentava pela incidência de luz, porém quanto mais próximo da 
cor vermelha mais rápido era esse aumento, e esse aumento era mais pronunciado quando 
realizado após a cor vermelha, que foi chamado de radiação infravermelha. 
 A partir da experimentação com os extremos do espectro eletromagnético, podemos 
dizer que a radiação do ultravioleta é mais energética capaz de promover reações químicas que 
envolvem transições eletrônicas. Já a radiação do infravermelho é de baixa energia, que 
coincide com a energia de vibração das moléculas, que ao serem atingidas por essa radiação 
passam a vibrar mais intensamente, fazendo com que ocorra um aumento da temperatura. 
 Mais tarde com o avanço nas observações da luz solar, através de prismas mais precisos 
e fazendo com que a radiação passasse por uma estreita fenda, foi possível observar que haviam 
linhas negras sobrepostas ás cores e até mesmo nas regiões que não eram visíveis ao olho no 
espectro. Essas linhas também eram vistas em espectros feitos da lua e de algumas estrelas, o 
que começou a se pensar que provavelmente esses astros eram feitos do mesmo elemento. 
 Sabia-se na época que a excitação de certos tipos de materiais resultava em luz, e a 
excitação de materiais diferentes muitas vezes resultava em luz de cores diferente. Foi ai que o 
químico Robert Wilhelm Bunsen, inventor do queimador de Bunsen, e o físico Gustav Robert 
Kirchhoff se juntaram em 1859 para criar um instrumento chamado de espectroscópio. O 
funcionamento do instrumento era baseado em um queimador que era inserido a amostra, a luz 
proveniente dessa queima passava por um prisma que fazia a divisão da luz que então era 
imitida na parede interna do dispositivo que poderia ser observada. 
 
Figura 1 - Primeiro modelo de espectroscópio. 
Fonte: https://portalcognoscere.wordpress.com/2011/08/04/introducao-a-espectroscopia 
https://portalcognoscere.wordpress.com/2011/08/04/introducao-a-espectroscopia
Através desse instrumento e vários anos de estudo os cientistas descobriram que 
materiais diferentes produziam linhas escuras no espectro em lugares diferentes, e isso 
possibilitou a identificação de vários elementos diferentes, que até então não se sabia ao certo 
se eram diferentes dos elementos já identificados. 
2.2 ESPECTROSCOPIA 
 As medidas que são realizadas através de luz ou alguma outra forma de radiação 
eletromagnética são bastante usadas em diversos ramos da ciência, e a interação que essa 
radiação tem com a matéria são objeto de estudo da espectroscopia. Os métodos baseados na 
espectroscopia são fundamentado na relação de radiação absorvida ou produzida pela sua 
amostra. Na espectroscopia o método empregado é baseado na região do espectro 
eletromagnético que está sendo utilizado, que podem ser radiofrequência, micro-ondas, 
infravermelho, visível, ultravioleta, raios X e os raios γ. Essas técnicas vem sendo cada vez 
mais utilizadas na determinação da estrutura de moléculas como também na determinação da 
concentração de certas substâncias. 
2.2.1 Radiação eletromagnética 
 A radiação eletromagnética é um tipo de radiação que se propaga no espaço a uma 
velocidade máxima conhecida pelo homem. A região no espectro eletromagnético que vai do 
ultravioleta até o infravermelhopróximo é denominada de luz, embora nem toda essa região 
seja visível ao olho humano. A radiação eletromagnética é composta por duas ondas, onda 
elétrica e a onda magnética perpendiculares entre si (imagem 2), juntas elas formam uma onda 
com propriedades de comprimento de onda, frequência, velocidade e amplitude que não requer 
meio material para se propagar, ou seja, ela se propaga no vácuo. 
 
Figura 2 – Onda eletromagnética. Fonte: http://www.guia.heu.nom.br/images/ondaEletroMagnetica.jpg (25/09) 
 
2.2.2 Espectro eletromagnético 
 O espectro eletromagnético dispõe de todos os comprimento de onda possíveis, que 
existem tanto na forma natural como na produzida artificialmente. As frequências úteis variam 
de 1019 Hz (raios g) a 103 Hz (ondas de rádio). 
 Através do espectro eletromagnético presente na imagem 3, podemos perceber que parte 
visível ao olho humano é a parte diminuta do espectro total. Os tipos de radiação como os raios 
γ ou ondas de rádio diferem da luz visível somente com relação à energia (frequência) dos seus 
fótons. 
. 
Figura 3 – Espectro eletromagnético. Fonte: http://magnetiismo.blogspot.com/2012/04/espectro-
eletromagnetico.html 
2.2.3 Medidas espectroscópicas. 
 A espectroscopia é largamente empregada na realização de medidas experimentais, pois 
ela emprega a interação dela com a matéria, e com isso, é possível de obter várias informações. 
Como citado anteriormente a descoberta de muitos elementos químicos deu-se graças ao uso 
da incidência de radiação eletromagnética sobre eles. 
 Medidas espectroscópicas ou medidas ópticas está relacionado a absorção de radiação 
pela amostra. A radiação residual, ao atravessar um prisma produzirá um espectro diferente do 
aplicado. Essa absorção de radiação é resultado da absorção de energia, átomos ou moléculas 
passam de um estado de energia mais baixa (estado fundamental) para um estado de maior 
energia (estado excitado) e esses estados de transição são quantizados, e essa diferença de 
energia é exatamente a energia que foi absorvida durante a incidência de radiação que é 
diferente e característico para cada elemento. 
 Para medidas realizadas no espectro do ultravioleta e visível essas transição que 
resultam na absorção ocorrem entre níveis de energia eletrônicos. Quando um átomo absorve 
energia, um elétron é promovido de um orbital ocupado para um orbital desocupado de menor 
energia, em geral essa transição ocorre do orbital homo (menor energia) para o orbital lumo 
(maior energia). 
 Na maioria das moléculas, os orbitais ocupados de menor energia são os orbitais σ, que 
correspondem às ligações σ. Os orbitais π ficam em níveis de energia um pouco mais altos, e 
http://magnetiismo.blogspot.com/2012/04/espectro-eletromagnetico.html
http://magnetiismo.blogspot.com/2012/04/espectro-eletromagnetico.html
os dos pares isolados, ou orbitais não ligantes (n), ficam em energia ainda mais altas. Os 
orbitais desocupados, ou antiligantes (π* e σ*), são aqueles de maior energia. 
 Moléculas diferentes podem sofrer transições eletrônicas diferentes, na figura 4 
podemos ver alguns exemplos de compostos e suas transições características. 
 
Figura 4 – Transições eletrônicas características para compostos diferentes. Fonte: Pavia, Introdução a 
espectroscopia. 
 A técnica de espectroscopia é largamente utilizada em medidas quantitativas, pois segue 
a lei de Beer-Lambert ou somente como lei de Beer, que nos diz quantitativamente como a 
grandeza da atenuação depende da concentração das moléculas absorventes e da extensão do 
caminho sobre o qual ocorre a absorção. À medida que a luz atravessa um meio contendo um 
analito que absorve, um decréscimo de intensidade ocorre na proporção que o analito é excitado. 
Para uma solução do analito de determinada concentração, quanto mais longo for o 
comprimento do caminho do meio através do qual a luz passa (caminho óptico), mais centros 
absorventes estarão no caminho, e maior será a sua atenuação. Também, para um dado caminho 
óptico, quanto maior for a concentração de absorventes, mais forte será a atenuação. A partir 
disso podemos usar uma equação matemática que relaciona a radiação transmitida (P) sobre a 
radiação incidente (P0), essa relação é chamada de transmitância. 
𝑇 =
𝑃
𝑃0
 
Equação 1 – Transmitância. 
Mas essa relação não é linear com a concentração, por isso é aplicado o logaritmo sobre ela, 
que é linear com a concentração, que é chamado de absorbância. 
𝐴 = − log 𝑇 = 𝑙𝑜𝑔
𝑃0
𝑃
 
Equação 2 – Absorbância. 
As análises são realizadas estão geralmente em cubetas ou células, e essas podem 
ocasionar perdas de sinal por reflexão nas suas paredes, solvente usado na sua amostra ou até 
mesmo algum tipo de contaminante no seu aparelho como poeira, por isso é muito importante 
fazer uma medida com um “branco”, que seria uma medida com todos os componentes usados 
para a análise (solvente, cubeta) porém sem a sua amostra, para que posteriormente o resultado 
seja comparado com a sua amostra para poder identificar e eliminar possíveis interferentes da 
sua análise. E a comparação da medida do solvente com a da amostra e descrito pela seguinte 
equação. 
𝐴 = 𝑙𝑜𝑔
𝑃0
𝑃
≈
𝑃𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑃𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
 
Equação 3 – Relação entre absorbância da amostra e do solvente. 
 Porém, como descrito anteriormente, a absorbância depende da concentração da espécie 
absorvente (c), caminho óptico desse meio (b) e a absortividade. Essas relações são diretamente 
proporcional, assim podemos escrever a equação como: 
𝐴 = 𝑙𝑜𝑔
𝑃0
𝑃
= 𝑎𝑏𝑐 
Equação 4 – Relação da absorbância, concentração e caminho óptico. 
 Em geral valores de absortividade são tabelados para determinados solventes, cubetas e 
temperatura, porém não é aconselhável utilizar de valores tabelados. O ideal é utilizar os valores 
obtidos através da medida do branco e da curva de calibração A curva de calibração é obtida 
através de medidas de absorbância sobre a concentração, a partir de padrões com concentrações 
conhecidas da espécie em que está trabalhando, com a curva é possível obter a equação linear 
por regressão. 
 
2.2.4 Instrumentação 
 O sistema do espectrofotômetro ultravioleta visível típico é composto basicamente de 
uma fonte de luz, um monocromador e um detector. A fonte de luz, em geral, é uma lâmpada 
de deutério que emite radiação eletromagnética na região ultravioleta do espectro O 
monocromador é uma rede de difração e sua função é separar o feixe de luz nos comprimentos 
de onda componentes. Um sistema de fendas focaliza o comprimento de onda desejado na cela 
da amostra. A luz que atravessa a cela de amostra chega ao detector, que registra a intensidade 
da luz transmitida. Em geral, o detector é um tubo fotomultiplicador, apesar de serem usados 
também fotodiodos, instrumentos mais modernos. Em um instrumento típico de feixe duplo, a 
luz que emana da fonte é dividida em dois feixes: de amostra e de referência conforme 
representado na figura 5. Quando não há cela de amostra no feixe de referência, conclui-se que 
a luz detectada é igual à intensidade da luz entrando na amostra. 
 A cela de amostra deve ser construída de material transparente à radiação 
eletromagnética usada no experimento. Para espectros na faixa visível do espectro, em geral 
são adequadas células feitas de vidro ou plástico. Para medições na região ultravioleta do 
espectro, porém, vidro e plástico não podem ser usados, porque absorvem radiação ultravioleta, 
por isso a cela a ser usada dever ser feita de quartzo, pois não absorvem radiação nessa região. 
 
Figura 5 – Sistema de funcionamento de um espectrofotômetro de ultravioleta. Fonte: 
https://stucintanis.ml/software-di-animazione-spettrofotometro-a-doppio-raggio 
 Esse tipo de instrumento é mais utilizados para medições em somente um comprimento 
de onda, para fazer uma varredura de vários comprimentos de onda é necessário um 
componente mecânico emque desloque o monocromador fazendo com que seja possível os 
vários comprimentos de onda. O equipamento mais indicado para fazer varreduras de amostra 
é o espectrofotômetro de matriz de diodos que é uma versão moderna e mais eficiente do 
espectrofotômetro tradicional. Uma matriz de diodos consiste em uma série de detectores de 
fotodiodos posicionados lado a lado em um cristal de silício. Cada diodo é projetado para 
registrar uma faixa estreita do espectro com os diodos conectados de forma que todo o espectro 
seja registrado de uma vez. Esse tipo de detector não necessita de partes móveis e pode registrar 
espectros muito rapidamente. 
 
2.2.5 Solventes 
 Uma das principais preocupações em medidas espectroscópicas é a escolha do solvente. 
Para que fazer a escolha do solvente deve ser levado em conta: não absorva radiação ultravioleta 
na mesma região que a amostra; solventes que não contenham sistemas conjugados; solventes 
polares ou apolares, solventes apolares em geral não vão interagir com a amostra (dependendo 
da amostra) e o espectro de absorção se aproxima do que se obteria no estado gasoso, já em 
solventes polares podem ocorrer ligações de hidrogênio da amostra com o solvente, 
ocasionando um alargamento nos picos de absorção. Outro parâmetro a ser levado em conta em 
um solvente é a sua capacidade de influenciar o comprimento de onda na luz ultravioleta, que 
será absorvida por meio da estabilização, seja do estado fundamental seja do excitado. 
Solventes polares não formam ligações de hidrogênio tão facilmente com os estados excitados 
de moléculas polares quanto com seus estados fundamentais, e esses solventes polares 
aumentam as energias de transições eletrônicas nas moléculas. Solventes polares deslocam 
transições do tipo n -» π* para comprimentos de onda mais curtos. Em alguns casos, os estados 
https://stucintanis.ml/software-di-animazione-spettrofotometro-a-doppio-raggio
excitados podem formar ligações de hidrogênio mais fortes do que os estados fundamentais 
correspondentes. Nesse caso, um solvente polar desloca uma absorção para o comprimento de 
onda maior, já que a energia da transição eletrônica é diminuída. Solventes polares deslocam 
transições do tipo n -» π* para comprimentos de onda maiores. 
 
2.2.6 Características espectrais para diferentes funções químicas e estruturas 
 
 Não somente a excitação do elétrons do estado fundamental, mas também os núcleos 
dos átomos que fazem essa ligação por elétrons tem influência no comportamento de uma 
molécula diante de uma radiação. Os núcleos determinam a força com que os elétrons estão 
ligados assim influenciando na quantidade de energia necessária para realizar a transição deum 
elétron do estado fundamental para o seu excitado esse grupo de átomos são chamados de 
cromóforos, fazendo com que a energia de absorbância dependa de um grupo de átomos, não 
dos elétrons isolados. Por isso quando ocorre uma alteração estrutural em um grupo de átomos, 
consequentemente alterará a energia de absorção desse átomo. Essa alteração é extremamente 
difícil de se prever, em geral é definido de forma bastante empírica. 
2.2.6.1 Alcanos. 
 Para alcanos onde as ligações não tem elétrons livres, o único tipo de transição são do 
tipo σ→σ*, e essas transições demandam de uma energia bem alta fazendo com que o 
comprimento de onda seja muito pequena, em uma região quase no limite de incidência de 
radiação para espectrofotômetros convencionais. 
2.2.6.2 Álcoois, éteres, aminas e compostos de enxofre. 
 Em moléculas que possuem saurações que possuem átomos com pares isolados de 
elétrons, as transições do tipo n→σ* são mais significativas. As energias envolvidas nessa 
transição também são um tanto quanto alta, porém a um grau mais acessível através de 
equipamentos comuns. Álcoois e aminas absorvem radiação na região de 175 a 200 nm, quando 
tiois orgânicos e sulfetos absorvem entre 200 e 220 nm. 
 
2.2.6.3 Alcenos e alcinos. 
 Em moléculas com insaturações as transições do tipo π→π tornam-se possíveis. Esse 
tipo de transição também demanda de bastante energia, porém sua posição no espectro é 
bastante sensível com a presença de substituintes. Alcenos absorvem por volta de 175 nm, já 
alcinos, em 170 nm. 
 
2.2.6.4 Compostos carbonilados 
 Moléculas insaturadas que contenham átomos de oxigênio e hidrogênio podem sofrer 
transições do tipo n→π*. Esse tipo de transição é talvez a mais importante e mais estudada entre 
compostos carbonilicos, e essa transição ocorre por volta de 280 a 290 nm. Outra transição 
possível é a de π→π* por volta de 188 nm. Substituintes que aumentam a intensidade da 
absorção, e possivelmente o comprimento de onda, são chamados de auxocromos que podem 
ser grupos metila, hidroxila, alcoxi, halogênio e amina. 
 Outros substituintes podem ter qualquer um dos quatro tipos de efeitos na absorção: 
deslocamento batocrômico (deslocamento para o vermelho) é um deslocamento para energia 
mais baixa ou para comprimento de onda maior; deslocamento hipsocrômico (deslocamento 
para o azul): um deslocamento para energia mais alta ou para comprimento de onda menor; o 
efeito hipercrômico: um aumento de intensidade e o efeito hipocrômico: uma diminuição de 
intensidade. 
2.2.6.5 Efeito de conjugação 
 Na presença de ligações duplas conjugadas, os níveis de energia de um cromóforo 
ficam mais próximos. Com isso a energia necessária para a transição de um elétron do nível 
de mais baixa energia para o de nível de energia mais alta é menor, consequentemente o 
comprimento de onda absorvido será maior 
 
2.3 ARTIGO DE REFERÊNCIA 
 O artigo “Efficacy of an ultraviolet-A lighting system for continuous 
decontamination of health care-associated pathogens on surfaces” apresenta uma das principais 
preocupações hoje na área médica é na desinfecção de materiais a fim de evitar contaminações, 
o presente artigo artigo efetuou trabalhos de pesquisa na eficácia da incidência de radiação 
eletromagnética na região do ultravioleta como forma de esterilização em diversos 
equipamentos da área médica. Os testes consistiram em uma luz de led produzindo luz UV-A 
no comprimento de onda de 365 nm com portadores colocados 14 cm da óptica difusa. A 
intensidade da luz emitida pelo LED foi ajustável até uma irradiação máxima de 30 W / m2 no 
local. A uma distância de 4 metros do chão. 
 Com a incidência de algumas horas de radiação foi possível identificar uma expressiva 
descontaminação dos locais e materiais que ficaram expostos a radiação, sendo assim, a 
radiação eletromagnética na região do ultravioleta se mostrou eficaz como equipamento de 
descontaminação continua de baixo nível. Porém a incidência de radiação não pode ser feita na 
presença de humanos, pois há um certo risco no desenvolvimento de câncer de pele. 
 
3 CONCLUSÃO 
 A partir do presente trabalho pode-se ter uma base da importância da espectroscopia 
durante a história e de como ela ajudou ao desenvolvimento da ciência em diversos 
segmentos. 
 Trabalhos como de Newton foram precursores na ciência, porém a real otimização do 
sistema ocorreu em decorrência de muito tempo e passando por vários cientistas onde cada um 
deu sua contribuição importante. 
 A espectroscopia de ultravioleta ainda continua se desenvolvendo com pesquisas na 
incidência de vários comprimentos de onda diferente em materiais diferentes e observando o 
comportamento, obtendo sinais que serão processados a fim de posteriormente serem utilizados 
na identificação quantificação de moléculas ou átomos. Também utilizado como forma de 
avaliação de estruturas de alguns materiais. 
 Pode-se observar que observar que cada tipo de função orgânica produz espectros 
bastante característicos, por isso a importância do desenvolvimento da técnica. 
4 REFERENCIA 
 
[1] FILGUEIRAS, Carlos A.L. Espectroscopia e a química: da descoberta de novos elementos 
ao limiar da teoria quântica. QUÍMICA NOVA NA ESCOLA:maio de 1996. N°3. Disponível 
em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc03/historia.pdf. Acesso em 17/11/2019. 
[2] SKOOG, KOOG, WEST, HOLLER, CROUCH, Fundamentos de Química Analítica. 
Tradução da 8ª Edição norte-americana, Editora Thomson, São Paulo-SP, 2006 
[3] PAVIA, Donald L.; LAMPMAN Gary M.; KRIZ, George S.; VYVYAN James, R. 
Introdução à Espectroscopia. Tradução da 4° edição norte-americana, editora CENGAGE 
Learning. 
[4] LIVINGSTON, S. H.; CADNUM, J. L.; BENNER K. J.; DONSKEY C. J. Efficacy of an 
ultraviolet-A lighting system for continuous decontamination of health care-associated 
pathogens on surfaces. American Journal of Infection Control. Disponível em: 
www.ajicjournal.org 
 
 
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc03/historia.pdf