QA - Aula 1 - Espectrofotometria

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Espectrofotometria
Prof. Ms. Gustavo Vasco
Espectrofotometria
Análise baseada na interação entre luz e matéria
1. Propriedades da luz
2. Tipos de interação da luz com a matéria
3.Análise quantitativa de amostras por
espectrofotometria
Propriedades da luz
*Dualidade onda/partícula
*Onda: campos elétrico/magnético oscilatórios e
perpendiculares entre si
(lâmbda) = comprimento de onda = 
distância entre 2 máximos (m)
n (ni) = freqüência = no. de oscilações 
completas da onda/seg (s-1) (Hz)
Propriedades da luz
Difração da Radiação: Processo de interferência ocorrido quando um feixe de
radiação passa por uma barreira ou abertura estreita.
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
Propriedades da luz
Espectro eletromagnéticoPropriedades da luz
Luz e matéria
O que faz com que alguns fótons interajam e outros passem através da matéria
(átomos ou moléculas) ?
Dois requerimentos devem ser observados para que uma determinada radiação
possa ser absorvida por uma molécula ou átomo:
1 - A radiação incidente deve ser de freqüência equivalente aquela rotacional ou
vibracional, eletrônica ou nuclear da molécula;
2 - A molécula deve ter um dipolo permanente ou um dipolo induzido, ou seja, deve
haver algum trabalho que a energia absorvida possa fazer.
 Ondas de rádio – de 1013 nm a 108 nm de  - têm baixa energia e não costumam ser estudadas 
em química
 Microondas – de 108 nm a 106 nm de  - já têm energia suficiente para provocar mudanças no 
estado rotacional das moléculas. Aplicações analíticas e tecnológicas.
 Infravermelho – de 106 nm a 103 nm de  - pode alterar o estado vibracional das ligações 
químicas. Cada tipo de ligação tem seu próprio espectro de freqüência de absorção. O 
infravermelho é usado para decifrar estruturas moleculares 
 Luz visível – de 400 nm a 750 nm de  - provoca alterações no nível de energia dos elétrons da 
camada de valência. É capaz de romper ligações químicas mais instáveis. Usada na análise 
quantitativa de varias substancias, que para o olho humano, são coloridas.
 Ultravioleta – de 400 nm a 10 nm de  - são radiações ionizantes e rompem ligações. Podem 
provocar profundas alterações na estrutura molecular e iniciarem várias reações químicas.
 Raios-X – de 10 nm a 1 nm de  - podem alterar energia de elétrons de camadas internas, é mais 
penetrante que o ultravioleta. A matéria tem que ser mais compacta (densa) para que haja razoável 
absorção ou reflexão. Por isso ele é usado para fotografar ossos.
 Raios- - de 1 nm e menor – também excitam camadas mais internas. Podem afetar o núcleo 
atômico e provocar reações nucleares.
Luz e matéria
Absorção: Cada espécie molecular ou atômica é capaz de absorver
freqüências características da radiação eletromagnética.
Estado fundamental (E0) Estado excitado (E1)
Luz e matéria
Luz UV e matéria
Luz UV e matéria
ESPECTROFOTOMETRIA UV
Indicada para compostos 
ORGÂNICOS!!!!!!
Luz UV e matéria
Espectro de absorção  gráfico que representa os valores
de Absorbância (A) em função do comprimento de onda ().
CADA COMPOSTO POSSUI UM ESPECTRO
CARACTERÍSTICO  IDENTIDADE DA MOLÉCULA!!!
ABSORÇÃO DE RADIAÇÃO
Atenuação da radiação
PP0
b
Solução da 
substância 
absorvedora
0P
P
T 
T= Transmitância = fração de radiação
incidente que é transmitida pela amostra
P = Potência da radiação transmitida 
(W/m2)
P0 = Potência de radiação incidente
P
P
TA 0loglog 
A = Absorbância
T = P/Po
0  T  1
T (%) = T .100
0  %T  100%
Absorbância (A)
A = log 1/T = - log T
Ex: Ausência de absorção (A = 0)  P = Po  T = 1 (100%)
Absorção alta A= 1,000 T= 0,100 ou 10%
A = - log T
Luz UV e matéria
Para uma radiação monocromática, a absorbância (A) é diretamente proporcional ao percurso
percorrido pela radiação e a concentração da espécie absorvedora.
abCA 
A = absorbância (adimensional)
a = absortividade (unidade de L mg-1 cm-1)
b = percurso da radiação na solução da espécie absorvedora
C = concentração (mg L-1)
Quando a concentração é dada em mol L-1 e b em cm tem-se:
bCA 
Onde  = absortividade molar (unidade de L mol-1 cm-1)
LEI DE BEER
+ diluído + concentrado
Quanto maior a concentração (c) maior o valor de 
absorbância (A)
A = .b.c Fe3+ + 6SCN- Fe(SCN)6
3-
Meio ácido (HCl 1M)
Representação gráfica da Lei de Beer, 
para soluções de KMnO4 em  = 545 
nm e um caminho óptico de 1 cm.
a) Em %Transmitância %T versus c
b) Em Absorbância A versus C
(relação linear)
Importância do λ máximo 
Porque o comprimento de onda de máxima 
absorção???
• Maior sensibilidade na análise;
• Maior Δ Absorbância por unidade de 
concentração;
• Melhor concordância com a lei de Beer, devido 
curvas mais lineares.
LEI DE BEER
Espectrofotômetros
T = P/Po
amostra monocromador detector
amplificador
sinal
referênciaamostra 
P
fonte de
radiação
P0
A = - log T
Espectrofotômetros
fonte de
radiação
monocromador detectoramostra
amplificador
referência
fonte de
radiação
monocromador detectoramostra
referência
amplificador
motor
 feixe duplo
 feixe simples
sinal
sinal
Espectrofotômetro de feixe simples
Fonte
MonocromadorDetector
Fontes de Radiação
A fonte de radiação (comumente chamada de lâmpada) ideal para um
espectrofotômetro é aquela que apresenta uma intensidade
aproximadamente constante em toda faixa de comprimento de onda de
operação, com pouco ruído e longo período de estabilidade.
As fontes que são comumente usadas nos espectrofotômetros que operam 
na região espectral do UV-Vis são: 
• lâmpadas de deutério (tempo de vida: 1.000 h), para excitação na 
região do ultravioleta ( < 380 nm) 
• tungstênio ou tungstênio-halogênio ( >380 nm; tempo de vida 10.000 h) 
para excitação na região do visível e infravermelho próximo.
Fontes de Radiação
Espectro de emissão de uma 
lâmpada de tungstênio-halogênio.
Visível
Espectro emissão de uma 
lâmpada de deutério.
Ultravioleta
D2 + Ee D2*
D’+D’’+hn
Monocromador
Espectro visível da luz de uma lâmpada difratada por um prisma
Celas de medida (cubetas)
material transparência aplicabilidade
quartzo 150-3000 nm UV, visível
vidro 375-2000 nm visível
plástico 380-800 nm visível
0,1 cm < b < 10 cm 
0,1 cm < b < 5 cm 
10 L < V < 200 L 
Detectores
 P
sinal elétrico
(V, I, Q)
Transdutor ideal:
 sensibilidade  sinal / ruído
resposta rápida  D
G = kP + k ’
Transdutor - tipo de detector que converte a radiação eletromagnética 
(energia radiante) em sinal elétrico.
G= Resposta do detector em termos de sinal 
elétrico (V, I, Q)
K = constante de proporcionalidade
K’ = “dark current”
DETECTORES
Fototubo
anodo
catodo
e-
radiação
amplificador
90 V
+-
Sinal de corrente proporcional à 
potência de radiação transmitida 
pela solução da amostra
Material foto-emissivo (metal alcalino ou óxido metálico) –
tende a emitir elétrons quando submetido a radiação. 
Quando um potencial é aplicado (~90V) os foto-elétrons
fluem para o anodo, produzindo uma corrente que é 
rapidamente amplificada e registrada
Foto-elétrons – elétrons 
que são emitidos de uma 
superfície foto-sensível 
como resultado da 
absorção de radiação 
eletromagnética
DETECTORES
Fotomultiplicadora
Grande aumento de sensibilidade em relação ao fototubo
Ex: Análise de Fe2+ (incolor) em amostra desconhecida 
Fe2+ + 3 ferrozina2-  (ferrozina)3Fe
4-
 max. = 562 nm
ANÁLISE QUANTITATIVA
1. Preparo de um “branco”
 contém todos os reagentes presentes na
solução da espécie a ser analisada, menos a
espécie a ser analisada
 subtrai-se Absorbância do branco da
Absorbância da amostra antes de realizar-se
os cálculos
2. Construção da curva de calibração
 medida da absorbância de várias soluções
de concentração conhecida da espécie a ser
determinada
 curva de regressão linear e equação da
reta (y = ax + b), para cálculo da concentração.