aula-10-11-2020

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FUNDAMENTOS DOS MÉTODOS 
ESPECTROANALÍTICOS
Profa. Renata Luz
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
Instituto de Ciência Exatas
Departamento de Química
Química Análise Instrumental
Métodos Espectrométricos
Espectrofotometria
A espectrofotometria é um método para medir quanto uma substância química 
absorve luz, medindo a intensidade da luz à medida que um feixe de luz passa pela 
solução da amostra. 
O princípio básico é que cada composto absorve ou transmite luz em um certo 
intervalo de comprimento de onda. 
Essa medida também pode ser usada para medir a quantidade de uma substância 
química conhecida. 
É um dos métodos mais úteis de análise quantitativa em vários campos, como 
química, física, bioquímica, engenharia de materiais e química e aplicações clínicas.
Métodos Espectrométricos
Espectrofotometria
Qualquer aplicação que lida com substâncias ou materiais químicos pode usar esta 
técnica. 
Na bioquímica, por exemplo, é usado para determinar reações catalisadas por 
enzimas. 
Em aplicações clínicas, é usado para examinar sangue ou tecidos para diagnóstico 
clínico. 
Existem também várias variações da espectrofotometria, como espectrofotometria 
de absorção atômica e espectrofotometria de emissão atômica.
Métodos Espectrométricos
Espectrofotometria
Um espectrofotômetro é um instrumento que mede a quantidade de fótons (a 
intensidade da luz) absorvida depois de passar pela solução da amostra.
Com o espectrofotômetro, a quantidade de uma substância química conhecida 
(concentrações) também pode ser determinada medindo a intensidade da luz 
detectada. 
Dependendo da faixa de comprimento de onda da fonte de luz, ela pode ser 
classificada em dois tipos diferentes:
-Espectrofotômetro UV-visível : usa luz no intervalo ultravioleta (185 - 400 nm) e 
no intervalo visível (400 - 700 nm) do espectro de radiação eletromagnética.
-Espectrofotômetro infravermelho : usa luz na faixa de infravermelho (700 -
15000 nm) do espectro de radiação eletromagnética.
Métodos Espectrométricos
Dispositivos e mecanismo
A Figura ilustra a estrutura básica dos espectrofotômetros. 
Consiste em uma fonte de luz, um colimador, um monocromador, um seletor de comprimento 
de onda, uma cubeta para solução de amostra, um detector fotoelétrico e um display digital 
ou um medidor. 
Fonte de luz
Monocromador
Prisma ou rede de difração Cubeta -amostra Display digital ou medidor
Colimador
lentes
Seletor de comprimento de onda
fenda
Detector
Photocélula
Métodos Espectrométricos
Dispositivos e mecanismo
Métodos Espectrométricos
Dispositivos e mecanismo
Um espectrofotômetro, em geral, consiste em dois dispositivos:
-Um espectrômetro - produz uma faixa desejada de comprimento de onda da luz. 
Primeiro, um colimador (lente) transmite um feixe de luz direto (fótons) que passa 
através de um monocromador (prisma) para dividi-lo em vários comprimentos de 
onda componentes (espectro). Em seguida, um seletor de comprimento de onda 
(fenda) transmite apenas os comprimentos de onda desejados, conforme mostrado 
na Figura 1.
- Um fotômetro - depois que a faixa desejada de comprimento de onda da luz
passa pela solução de uma amostra em cubeta, o fotômetro detecta a quantidade de 
fótons que são absorvidos e envia um sinal para um galvanômetro ou um display 
digital, conforme ilustrado na Figura 1.
Métodos Espectrométricos
Dispositivos e mecanismo
Para a análise, precisamos de um espectrômetro para produzir uma variedade de 
comprimentos de onda, porque diferentes compostos absorvem melhor em diferentes 
comprimentos de onda. 
Por exemplo, o p-nitrofenol (forma ácida) tem a absorbância máxima em aproximadamente 
320 nm e o p-nitrofenolato (forma básica) absorve melhor a 400 nm, como mostra a Figura 3.
Observando o gráfico que mede a absorbância e o comprimento de onda, também é possível 
observar um ponto isosbéstico
ab
so
rb
ân
ci
a
Comprimento de onda (nm)
Figura 3: Absorbância de dois compostos diferentes
P-nitrofenol
(ácida)
P-nitrofenolato
(básica)
Métodos Espectrométricos
Dispositivos e mecanismo
Um ponto isosbéstico é o comprimento de onda em que a absorbância de duas ou mais 
espécies é a mesma. A aparência de um ponto isosbéstico em uma reação demonstra que 
NÃO é necessário um intermediário para formar um produto a partir de um reagente. 
ab
so
rb
ân
ci
a
Comprimento de onda (nm)
Ponto isosbéstico
Métodos Espectrométricos
O Processo de Absorção
Quando a luz é absorvida por uma amostra, a energia radiante do feixe de luz diminui.
→ Quando o feixe de luz, com energia radiante P0 atinge uma amostra confinada em um 
recipiente transparente de comprimento b, a energia radiante do feixe que sai do outro lado 
da amostra é P.
Alguma quantidade de luz pode ser absorvida pela amostra, de forma que P ≤ P0
Transmitância: é a fração de radiação 
incidente transmitida pelo meio
Métodos Espectrométricos
O Processo de Absorção
Conceito da lei de Lambert-Beer
Lambert observou a relação existente entre a transmissão e a concentração do meio onde 
passa o feixe de luz. Uma certa solução absorve a luz proporcionalmente à concentração 
molecular do soluto que nela encontra, isto é, 
" A intensidade de um feixe de luz monocromático decresce exponencialmente à medida que a 
concentração da substância absorvente aumenta aritmeticamente ".
Métodos Espectrométricos
O Processo de Absorção
Conceito da lei de Lambert-Beer
Beer observou a relação entre a transmissão de luz e a espessura da camada do meio 
absorvente. Quando um feixe de luz monocromática, atravessava um meio transparente 
homogêneo, cada camada deste meio absorvia igual a fração de luz que atravessava, 
independentemente da intensidade da luz que incidia. A partir desta conclusão foi enunciada a 
seguinte lei:
" A intensidade da luz emitida decresce exponencialmente à medida que a espessura do meio 
absorvente aumenta aritmeticamente ".
Métodos Espectrométricos
O Processo de Absorção
Conceito da lei de Lambert-Beer
Variação do caminho óptico e da concentração da solução
Métodos Espectrométricos
O Processo de Absorção
A lei de absorção, conhecida como lei de Beer-Lambert ou somente como lei de Beer, 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 
absorventes estarão no caminho, e maior será a atenuação.
Também, para um dado caminho óptico, quanto maior for a concentração de absorventes,
mais forte será a atenuação.
Métodos Espectrométricos
Em virtude das interações entre os fótons e as partículas absorventes, a potência radiante do feixe 
decresce de P0 a P. 
A transmitância T da solução é a fração da radiação incidente e transmitida pela solução.
A transmitância é frequentemente expressa como uma porcentagem denominada porcentagem 
de transmitância.
T = P/P0
%T = (P/ P0)x100%
Métodos Espectrométricos
Métodos Espectrométricos
Transmitância x Absorbância
Métodos Espectrométricos
Uma amostra tem uma transmitância percentual de 50%. Qual é a sua absorbância?
Uma porcentagem de transmissão de 50,0% é o mesmo que uma transmitância de 
0,500 . 
Substituindo na equação: 
A = -logT
A = -log0,50 = 0,301
Métodos Espectrométricos
Medida da Transmitância e da Absorbância
A transmitância e a absorbância não podem ser medidas como mostrado anteriormente.
Considerando-se que a solução a ser estudada deva estar contida em algum tipo de recipiente 
(células ou cubeta). Perdas por reflexão ou espalhamento podem ocorrer nas paredes das células, 
como pode ser observado na figura do próximo slide. 
Essasperdas podem ser substanciais. 
Por exemplo, cerca de 8,5% de um feixe de luz amarela é perdido por reflexão quando este passa 
por uma célula de vidro. A luz pode também ser espalhada em todas as direções a partir da 
superfície de moléculas grandes ou de partículas (como poeira) presentes no solvente, e esse 
espalhamento pode causar uma atenuação adicional do feixe quando este passa através da 
solução.
Métodos Espectrométricos
Medida da Transmitância e da Absorbância
A transmitância e a absorbância não podem ser medidas como mostrado anteriormente.
Métodos Espectrométricos
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer – Derivação (bloco de matéria absorvente)
→ Imagine a luz de energia radiante P passando por uma camada de espessura infinitesimal 
de uma solução cuja espessura é dx, a diminuição da energia é dP.
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer – Derivação (bloco de matéria absorvente)
Métodos Espectrométricos
Integrando a equação:
Lei de Lambert- Beer – Derivação 
Métodos Espectrométricos
Métodos Espectrométricos
𝐴 = 𝑎𝑏𝑐→
𝐿
𝑔𝑥𝑐𝑚
𝑥 𝑐𝑚 𝑥
𝑔
𝐿
Quando a concentração é expressa em mol por litro e o caminho ótico em centímetros, a 
absortividade é chamada de absortividade molar e é representada por  (épsilon). Logo, como b é
expresso em centímetros e C em mol por litro,  tem unidade de L.mol-1.cm-1.
𝐴 = 𝜀𝑏𝑐
Métodos Espectrométricos
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer
⇒A grandeza ε é simplesmente um coeficiente de proporcionalidade entre a absorbância e o 
produto bc. Quanto maior a absortividade molar, maior a absorbância. A absortividade molar 
é característica de uma substância que nos indica a quantidade de luz absorvida num 
determinado comprimento de onda. Portanto, a equação anterior pode ser reescrita como:
Aλ=ελbc
uma vez que A e ε dependem do comprimento de onda da luz. 
Métodos Espectrométricos
Em espectrofotometria UV-visível, b é geralmente igual a 1,00 cm. Um gráfico de A versus 
C fornece uma reta. A inclinação desta reta corresponde a absortividade do analito, num 
dado . Esse gráfico é denominado curva analítica ou curva de calibração.
Canalito
Quanto maior a absortividade molar, maior a absorvância. 
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer
Uma solução de 5,00 × 10-4 M de um analito é colocada em uma célula de amostra com um 
comprimento de percurso de 1,00 cm. Quando medida em um comprimento de onda de 490 
nm, a absorbância da solução é de 0,338. Qual é a absortividade molar do analito neste 
comprimento de onda?
Solução: A=εbc
 = A/b.c
= 0,338/[(1,00cm)x(5,00x10-4)]
= 676 cm-1M-1
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer e amostra Multicomponentes
Podemos estender a lei de Lambert -Beer a uma amostra contendo vários componentes 
absorventes.Se não houver interações entre os componentes, a absorbâncias individuais, 
neste meio, são aditivas
Para uma mistura de dois componentes de analito X e Y, a absorbância total, Atot, é:
Generalizando, a absorbância para uma mistura de n componentes, Amistura, é
Se prepararmos uma série de padrões na qual apenas a concentração do analito (espécie 1) 
varia, a absorção do outro componente será constante.
Métodos Espectrométricos
Exemplo: Determinação simultânea de cromo e cobalto
O princípio da aditividade das absorbâncias (equação 1) estabelece que para uma mistura de 
espécies em solução onde as bandas de absorção das mesmas são interpenetrantes em 
determinado comprimento de onda a absorbância medida é igual a soma das absorbâncias 
individuais de cada espécie. 
𝐴𝑚𝑖𝑠𝑡 = 𝐴𝐶𝑜2+ + 𝐴𝐶𝑟3+
Como a absorbância lida é a soma das absorbâncias individuais de cada espécie, pode-se 
determinar a concentração de cada uma delas resolvendo o sistema matemático abaixo: 
𝐴𝑚𝑖𝑠𝑡
1 = 𝐴𝐶𝑜2+
1 + 𝐴𝐶𝑟3+
1 = 𝜀𝐶𝑜2+
1 𝑏𝐶𝐶𝑜2+ + 𝜀𝐶𝑟3+
1 𝑏𝐶𝐶𝑟3+
𝐴𝑚𝑖𝑠𝑡
2 = 𝐴𝐶𝑜2+
2 + 𝐴𝐶𝑟3+
2 = 𝜀𝐶𝑜2+
2 𝑏𝐶𝐶𝑜2+ + 𝜀𝐶𝑟3+
2 𝑏𝐶𝐶𝑟3+
Métodos Espectrométricos
Exemplo: Determinação simultânea de cromo e cobalto
Curva analítica para o Co2+ em 510 nm Curva analítica para o Co2+ em 575 nm
Y =-0,0032 + 2,7533x
R=0,99 
Y =-0,003 + 0,376x
R=0,99 
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer – Curva de Calibração
Como vimos, podemos utilizar o valor medido de absorbância para obter a concentração se a
absortividade e o caminho óptico forem conhecidos. 
As absortividades, no entanto, são funções de variáveis como o tipo de solvente, a 
composição da solução e da temperatura.
Por causa da variação da absortividade com esses parâmetros, nunca é muito prudente 
tornar-se dependente de valores tabelados na literatura para realizar uma análise quantitativa.
Portanto, uma solução padrão do analito no mesmo solvente e à temperatura similar é 
empregada para se obter a absortividade no momento da análise.
Com mais frequência, empregamos uma série de soluções padrões do analito para construir 
uma curva de calibração, ou curva de trabalho, de A versus C ou para obter uma equação 
linear por regressão .
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer – Curva de Calibração
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer – Encontrar concentração plotando uma Curva 
de Calibração
O que você faz é criar várias soluções do composto que você está investigando - cada uma 
com uma concentração conhecida com precisão. 
Essas concentrações devem conter a concentração que você está tentando encontrar -
algumas menos concentradas e outras um pouco mais concentrada. 
Com soluções coloridas, isso não é um problema. Você apenas inventaria algumas soluções 
que são um pouco mais claras e com cores um pouco mais escuras.
Para cada solução, você mede a absorbância no comprimento de onda de absorção mais 
forte, usando o mesmo recipiente para cada uma. 
Então você plota um gráfico dessa absorbância contra a concentração. Esta é uma curva de 
calibração.
Agora tudo o que você precisa fazer é medir a absorbância da solução com a concentração 
desconhecida no mesmo comprimento de onda. Se, por exemplo, tivesse uma absorbância de 
0,600, basta ler a concentração correspondente no gráfico.
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer – Suposições importantes 
Todas as espécies absorventes agem de forma independente entre si.
A luz que utilizada na medição da absorbância é monocromática.
Todos os raios de luz detectados que passam através da amostra têm a mesma 
distância de percurso.
A concentração de espécies absorventes é constante ao longo do caminho ótico da 
amostra.
A luz usada para medir a absorbância não se espalha pela amostra.
A quantidade de luz que entra na amostra não é grande o suficiente para causar a 
saturação das espécies absorventes na amostra.
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer– Desvios
⇒ Quanto a natureza, os desvios podem ser considerados como desvios reais e desvios 
aparentes.
→ Desvios reais: são desvios verdadeiros que limitam a aplicação da lei de Lambert-Beer a 
sistemas possíveis de sofrerem tais distorções- fundamentais e químico.
→ Desvios aparentes: são relacionados às limitações do instrumento usado para a medida da 
absorbância e também a fenômenos químicos que podem ocorrer nas soluções a serem medidas.
Métodos Espectrométricos
Desvios da linearidade são dividido em três categorias: fundamental, químico e instrumental.
Lei de Lambert - Beer- limitações fundamentais
A lei de Lambert-Beer é uma lei restritiva válida apenas para baixas concentrações de analito. 
Há duas contribuições para esta limitação fundamental à lei de Lambert - Beer:
-Em concentrações mais altas, as partículas individuais do analito não se comportam mais 
independentemente umas das outras . A interação resultante entre partículas (mudança da 
distribuição de carga) do analito pode alterar a capacidade de absorção.
-Uma segunda contribuição é que a capacidade de absorção do analito depende do índice de 
refração da amostraComo o índice de refração varia com a concentração do analito, os valores de A e ε podem 
mudar. Para concentrações suficientemente baixas de analito, o índice de refração é 
essencialmente constante e a curva de calibração é linear.
Lei de Lambert- Beer– Desvios
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer– Desvios
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer- limitações química
As absortividades molares a 430 e 570 nm do ácido fraco Hin (Ka=1,42x10
-5) e sua base 
conjugada In- foram determinadas por medidas em soluções fortemente ácidas e fortemente 
alcalinas do indicador. Nessas condições, todo o indicador está nas formas Hin e In-, 
respectivamente. Os resultados foram
Lei de Lambert- Beer– Desvios
430 570
HIn 6,30x102 7,12x103
In- 2,06x104 9,61x102
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer- limitações química
Dados adicionais, obtidos do mesmo modo, são mostrados na tabela
Lei de Lambert- Beer– Desvios
CHIn
(mol/L)
[HIn] [In-] A430 A570
2,00x10-5 0,88x10-5 1,12x10-5 0,236 0,073
4,00x10-5 2,22x10-5 1,78x10-5 0,381 0,175
8,00x10-5 5,27x10-5 2,73x10-5 0,596 0,401
12,00x10-5 8,52x10-5 3,48x10-5 0,771 0,640
16,00x10-5 11,9x10-5 4,11x10-5 0,922 0,887
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer- limitações química
A figura mostra os dados apresentados da tabela, que ilustra as espécies de desvios da lei de 
Beer que surgem quando o sistema absorvedor sofre dissociação ou associação. Observe que a 
direção da curvatura é oposta nos dois comprimentos de onda
Lei de Lambert- Beer– Desvios
Métodos Espectrométricos
Lei de Lambert- Beer- limitações química
Fenômenos da associação molecular pode ser por causa da interação das moléculas 
absorventes entre si ou com o solvente. A polimerização é um exemplo quando as 
moléculas monômeras absorvem em comprimentos de onda diferente do comprimento de 
onda que absorvem as moléculas poliméricas.
Lei de Lambert- Beer– Desvios
Métodos Espectrométricos
Lei de Beer – Desvios
Lei de Lambert- Beer- - limitações instrumental
Existem três principais limitações instrumentais para a lei de Lambert-Beer.
A primeira limitação é que a lei de Lambert-Beer supõe que a radiação que chega à amostra 
é de um único comprimento de onda , isto é, que a radiação é puramente monocromática.
Porém, a radiação policromática sempre dá um desvio negativo da lei de Lambert- Beer, 
mas o efeito é menor se o valor de ε for essencialmente constante na faixa de comprimento 
de onda passado pelo seletor .
Métodos Espectrométricos
Lei de Beer – Desvios
Lei de Lambert- Beer- - limitações instrumental
As medições de absorbância são, muita vezes, realizadas no topo, ou próximo, de um pico 
em um espectro de absorção, onde  é aproximadamente constante.
Se uma faixa de comprimento de onda for usada no lado de um pico ou ∆/ mudar por 
causa da presença de luz policromática, o resultado será um gráfico da lei de Lambert-Beer 
curvo, onde uma absorbância menos que a esperada é medida enquanto a concentração do 
analito é aumentada.
Métodos Espectrométricos
Lei de Beer – Desvios
Lei de Lambert- Beer- - limitações instrumental
Métodos Espectrométricos
Lei de Beer – Desvios
Lei de Lambert- Beer- - limitações instrumental – Resposta não linear da fotocélula
A fotocélula deve ser sensível a pequenas intensidades de energia radiante que atravessam as
soluções. A fotocélula deve produzir uma resposta elétrica diretamente proporcional à intensidade
luminosa que incide na fotocélula. Quando isto não acontece por uma séria de fatores relacionados
com a potencialidade, fadiga e a qualidade das fotocélulas, ocorrerá um desvio negativo da lei de
Lambert-Beer.
Flutuações da fonte
As flutuações da intensidade luminosa procedente da fonte de radiação causam alterações nas
medidas porque a transmitância é uma relação entre a radiação incidente P0 e a radiação que
atravessa a solução P. Quando uma dessas se altera, a transmitância também se altera e, como
conseqüência, a absorvância é alterada, o que ocasionará medidas incorretas. Esta alteração é fácil
de ser eliminada, tendo-se o cuidado de usar um estabilizador de corrente.
Métodos Espectrométricos
b) = 7645 cm-1 mol-1 L
c) Aamostra = 0,463
Eq. da reta: Y = - 0,0005 + 7645X
0,463 = - 0,0005 + 7645X 
X = 6,05x10-5 mol L-1
Em 100 mL da solução da amostra 6,05x10-6 mol de Fe3+ = 0,339 mg