Artigo de Química

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ – CÂMPUS 
LONDRINA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
BEATRIZ FOGARE 
 
 
 
 
ESPECTRÔMETRO DE ABSORÇÃO ATÔMICA 
QUÍMICA GERAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
ORIENTADOR: FÁBIO CESAR FERREIRA 
 
 
 
LONDRINA-PR 
2021 
Resumo 
 
A proposta deste trabalho consiste em apresentar o histórico de criação do 
Espectrômetro de Absorção Atômica (AAS), seguido pela demonstração de seus 
principais componentes que são fonte de radiação, monocromador, atomizador, 
detector e a função dos mesmos. Além de apresentar dois tipos de Espectrômetros, 
que são: Espectrômetro de Absorção Atômica por Chama e Espectrômetro de 
Absorção Atômica por Forno de Gravite. 
Será possível visualizar também como esse instrumento pode auxiliar nos 
trabalhos envolvendo petróleo. 
Palavras-chaves: Espectrômetro de Absorção Atômica; Radiação; Átomos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
 
O Espectrômetro de Absorção Atômica é um instrumento utilizado para 
quantificar elementos metálicos, semi-metais e não metais em soluções sólidas, 
líquidas e gasosas. Também é responsável por intermediar a intensidade da radiação 
com que os átomos gasosos absorvem em estado fundamental. 
A Espectrometria de Absorção Atômica pode utilizar dois equipamentos: O 
Espectrômetro de Absorção Atômica em Chama, o qual é um atomizador mais antigo, 
porém é mais utilizado para analisar as concentrações do Mg/l e o Espectrômetro de 
Absorção Atômica com Atomização Eletrotérmica em Forno de Grafite, usado para 
indicar as concentrações mais baixas. 
 A utilização do Espectrômetro de Absorção Atômica data desde 1800, onde os 
cientistas trabalhavam para entender a absorção da luz e como ela auxiliaria os 
elétrons a assimilarem essa energia. 
O intuito deste trabalho é mostrar o histórico de criação do Espectrômetro de 
Absorção Atômica, seus componentes e funções, além de exibir suas aplicações 
voltadas para a área de Engenharia Química. 
 
 
Objetivos 
 
Entender o motivo do Espectrômetro de Absorção Atômica ter sido criado; 
Conhecer o Espectrômetro e seus segmentos; 
Compreender para que serve cada tipo de Espectrômetro de Absorção Atômica e suas 
diferenças; 
Visualizar como o Espectrômetro de Absorção Atômica pode ser empregado. 
 
1. História do Espectrômetro de Absorção Atômica 
 
A criação da Espectrometria de Absorção Atômica surgiu em meados de 1802, 
quando o químico inglês Willian Hyde Wollaston descobriu que haviam linhas escuras 
no espectro solar. Seguidamente, o físico alemão Joseph von Fraunhofer identificou 
que o espectro solar possuía linhas fracas e fortes, as quais indicavam que havia parte 
da luz solar que era absorvida. 
Por volta de 1960, o físico alemão Gustav Robert Kirchhoff estabeleceu três leis 
que retratam a emissão e absorção: 
1. Em estado excitado, um gás sólido, líquido ou denso emitirá luz em todos 
os comprimentos de onda, e a partir disso, criará um espectro contínuo. 
2. Um gás em baixa densidade e estado excitado irradiará luz em 
comprimentos de onda específicos e produzirá um espectro de emissão. 
3. A luz que compõe um espectro desenvolverá um espectro de absorção 
ao atingir um gás frio de baixa densidade. 
Em 1900, o cientista alemão Max Karl Ernst Ludwig Planck buscou uma 
explicação para a luz ser produzida por corpos quentes, uma vez que as pessoas 
afirmavam que a energia era contínua. 
Planck conseguiu provar o contrário a partir da Teoria Quântica, a qual dizia 
que “a radiação é absorvida ou emitida por um corpo aquecido não sob a forma de 
ondas, mas por meio de “pacotinhos” de energia” (PLANCK,1900). Esses pacotes de 
energia ficaram conhecidos como “quantum”, os quais definiriam a energia 
proporcional a frequência da radiação. 
Em 1955, o físico australiano Alan Walsh verificou a partir de uma chama, que 
os átomos livres ficavam em estado fundamental (estado de mínima energia possível), 
pois os elétrons não possuíam energia suficiente para alcançar níveis elevados. A 
partir dessa ocorrência, Walsh estudou a possibilidade de se utilizar uma fonte 
contínua de radiação, no entanto, para realizar a ligação entre a absorção e a 
concentração, seriam necessários equipamentos de alta resolução, o que para a 
época eram impossíveis. Para realizar esse trabalho, Walsh utilizou lâmpadas de 
catodo oco, as quais emitiam linhas espectrais atômicas. Dessa forma, criou a 
definição de Espectrometria de Absorção Atômica (AAS) e criou o primeiro 
Espectrômetro de Absorção Atômica, tornando-se o pai da técnica. 
O Espectrômetro de Absorção Atômica passou por diversas modificações ao 
longo dos anos. Sua alta demanda ocorreu por volta da década de 60, quando Amos 
e Willis decidiram utilizar óxido nitroso-acetileno como chama, o qual fez com que 
diversos elementos fossem atomizados. 
Em 1959, Boris V.L’Vov empregou o forno de grafite como atomizador, que 
mais daria início a criação do Espectrômetro de Absorção Atômica com Atomização 
Eletrotérmica em Forno de Grafite. 
 
 
2. O Espectrômetro de Absorção Atômica e suas Características 
 
O Espetrômetro de Absorção Atômica é um equipamento utilizado para 
determinar elementos de baixa concentrações presentes em diversas amostras nos 
estados sólido, líquido e gasoso. Esse instrumento de trabalho possui em seu sistema: 
fonte de radiação, atomizador, detector, monocromador e processador. 
As fontes de radiações mais utilizadas são: lâmpadas de catodo oco (o estado 
excitado é obtido por colisão do átomo com os elétrons, fazendo com que esse átomo 
retorne para o estado fundamental), fonte de emissão contínua (emite luz em ampla 
faixa espectral e sua intensidade varia com o comprimento de onda) e lâmpadas de 
descarga sem eletrodos (fontes úteis de espectros atômicos de linhas, possuem 
radiação maior que as lâmpadas de catodo oco). 
A lâmpada de catodo oco é uma fonte de descarga utilizada como linha 
espectral para os Espectrômetros. As lâmpadas de catodo oco criam linhas de 
emissão, as quais precisam ter intensidade e pureza espectral para obter calibração 
do elemento desejado. 
Esse tipo de lâmpada é construído em um tubo de vidro revestido com gás 
inativo, onde em uma extremidade há eletrodos. O catodo é construído de acordo com 
o elemento desejado e é selado por uma janela coberta com o comprimento de onda 
requerido. Seu funcionamento baseia-se em uma descarga produzida pelos eletrodos 
cátodo (eletrodo positivo) e ânodo (eletrodo negativo), a qual direciona os íons 
(cátions) a baterem violentamente contra o catodo negativo, retirando átomos no 
estado de vapor que ficam presos no interior do catodo. 
Os átomos passam a receber energia advinda dos íons de gás de enchimento, 
fazendo com que fiquem no estado excitado. Ao retornar ao estado fundamental, 
esses átomos emitem energia em forma de radiação eletromagnética. 
 
Uma fonte contínua, relacionada com o monocromador cria uma radiação com 
um comprimento de onda flexível. É utilizado uma lâmpada de arco curto de xenônio 
de alta pressão. 
Os arcos são controlados por um computador que garante que os feixes de 
radiação estejam incidindo no atomizador, posteriormente a energia é voltado para o 
monocromador onde incidirá em um prisma, fazendo com o mesmo selecione o 
comprimento de onda através de motores de passos fixados. 
 
As lâmpadas de descarga sem eletrodos são construídas a partir de um tubo 
de quartzo lacrado, contendo torr de gás inativo e uma pequena porcentagem de 
metal, de acordo com o espectro desejado. 
Essas lâmpadas não possuem eletrodos, mas são energizadas por um campo 
intenso. A ionização fornece íons que são acelerados pelo campo de alta frequência, 
até ganhar energia para fazer com que o átomo chegue ao estado excitado e crie o 
espectro almejado. 
 
 
O monocromador é responsável por separar as linhas criadas pela radiação por 
meiode um prisma associado a duas fendas que servem para a entrada e saída da 
energia. O prisma decompõe o feixe de radiação em comprimentos de ondas, a partir 
disso é possível selecionar a linha desejada. 
 
O detector funciona como uma válvula, a qual possui um sistema que contém 
um cátodo, coberto por uma camada sensível a luz e um ânodo, o qual contorna o 
cátodo, ambos são conservados fechados dentro de um tubo de vidro e mantidos a 
vácuo. 
Com a incidência da radiação eletromagnética, o cátodo realiza a emissão de 
fotoelétrons, os quais são atraídos e acelerados pelo dínodo (elétrodo construído para 
a emissão de elétrons secundários, quando bombardeados por uma corrente de 
elétrons primários), onde se chocam e causam a saída de alguns elétrons. 
O detector é composto por um amperímetro analítico, onde é possível registrar 
a concentração, curvas de calibração, cálculo de médias e desvio-padrão, os quais 
são importantes para garantir o controle de qualidade. 
 
 
3. Espectrômetro de Absorção Atômica por Chama 
 
O atomizador é responsável por produzir os átomos gasosos no estado 
fundamental, que absorvem a radiação do comprimento de onda advindo de uma fonte 
de energia e determinam a concentração do elemento requerido. 
O Espectrômetro utiliza uma ferramenta chamada nebulizador pneumático, a 
qual possui um fluxo de gás reprimido, onde uma amostra é absorvida e nebulizada 
na forma de aerossol (gotículas dispersas de gás). A partir da alta temperatura da 
chama, essas partículas são volatilizadas (consiste na passagem do estado sólido ou 
líquido para o gasoso). 
A chama é encarregada de transformar íons em átomos no estado fundamental. 
A mais utilizada é a mistura do ar/acetileno, a qual é medida em uma proporção 
elevada de oxidante em comparação com o combustível (chama azul). 
É possível obter a chama amarela por meio do aumento do acetileno em 
relação ao ar, promovendo o crescimento da pressão parcial de diversos elementos 
da combustão. Também pode-se gerar a chama oxidante (chama azul claro) por meio 
da diminuição do acetileno em relação ao ar, ajudando os elementos que se atomizam 
por meio da formação de óxidos. 
O calor da chama é suficiente para: 
1. Secar cada gotícula da amostra; 
2. Decompor os componentes químicos da partícula seca dos átomos. 
O Espectrômetro de Absorção Atômica por chama possui bons resultados, uma 
vez que possuem uma análise rápida da amostra, além de ser simples e barato. Sua 
maior limitação é que o nebulizador possui um mecanismo de amostragem 
relativamente ineficiente, pois somente uma parte da amostra chega à chama. 
 
 
 
4. Espectrômetro de Absorção Atômica de Forno de Grafite 
 
O Espectrômetro de Absorção Atômica de Forno de Grafite determina traços 
muito baixos dos metais, mas em grande variedade de amostras. Nesse equipamento, 
a chama é substituída pelo grafite aquecido eletrotermicamente. 
A amostra é injetada dentro do tubo em um pequeno volume líquido e aquecida 
para remover o solvente. Posteriormente são produzidos átomos de analitos livres 
(elemento) no estado gasoso. 
O analito é atomizado e os átomos são mantidos fechados dentro do tubo por 
um período de tempo. Seguidamente, o vapor do analito é depurado do forno por um 
gás e a absorbância é registrada de acordo com o tempo através de um sistema de 
leitura. 
A atomização pelo forno de gravite depende de alguns fatores para acontecer: 
• Natureza química do analito; 
• Temperatura da atomização; 
• Gás dentro do forno; 
Os átomos livres podem ser gerados por meio da: vaporização de sua forma 
reduzida, dissociação da forma oxidada em átomos gasosos livres do analito e por 
vaporização em óxidos e dissolução em átomos sem analito em fase gasosa. 
O Espectrômetro de Absorção Atômica por Forno de Gravite demora mais para 
analisar que os de chama, poucos elementos são determinados por esse 
equipamento. No entanto, a capacidade de analisar amostras de concentrações 
pequenas permite a expansão de sua aplicabilidade. 
 
 
 
5. Aplicações 
 
5.1 Espectrometria de Absorção Atômica com Tubo Aquecido na Chama 
e Amostragem direta de Sólidos para Determinação de Manganês e Níquel em 
Coque de Petróleo. 
O sistema proposto é construído em quartzo, com dois tubos paralelos 
sobrepostos, em forma de T, adaptado a um Espectrômetro de Absorção de Atômica, 
com chama ar/acetileno, utilizando um queimador do tipo monofenda e corretor de 
fundo com tampas de deutério. 
A amostra, na forma de comprimidos de até 62 mg, é inserida na cela de 
quartzo com auxílio de um êmbalo de quartzo. Ao atingir a região da cela, na presença 
de O2, a amostra entra em combustão e os vapores gerados são levados até o tubo 
superior, onde ocorre a absorção atômica. 
A calibração é feita utilizando solução aquosa transportada sobre comprimidos 
de grafites de alta pureza e, também, com diferentes massas de material de coque de 
petróleo. 
Os resultados obtidos para Mn e Ni apresentam concordância superior a 96% 
aos demais tipos de Espectrômetros. A concordância para Mn e Ni em carvão e 
petróleo foi de 96,3±8,7% e 98,2±3,0%. 
A frequência de determinações foi de 9 amostras por hora, incluindo as etapas 
de secagem, pesagem e prensagem. Dessa forma, o sistema foi uma boa alternativa 
para determinar Mn e Ni em coque de petróleo, somando rapidez, precisão e exatidão. 
5.2 Explorando a Espectrometria de Absorção Atômica com Atomização 
Eletrotérmica para a Determinação Simultânea de As, Co e Se em Produtos 
Petrolíferos 
As estratégias de preparo das amostras se baseiam em emulsão de gasolina e 
petróleo, e digestão ácida acompanhada por micro-ondas para o óleo lubrificante. 
Os programas de aquecimento são otimizados pela aquisição de curvas de 
pirólise e atomização de soluções analíticas de referência, emulsões e digeridos das 
amostras, na presença e ausência do modificador químico Pd + Mg. 
As emulsões de gasolina são preparadas em tubos de vidro com adição de 
Triton X-100, ácido nítrico e água Milli-Q. No preparo das emulsões de petróleo é 
necessário diluir a amostra de hexano, seguido pela adição de Triton X-100, ácido 
nítrico e água Milli-Q. 
As melhores condições para o preparo das emulsões foram intensificar os 
sinais de absorbância de cada elemento em função da variação da quantidade de 
amostras, surfactante, teor ácido e solvente. 
As amostras de óleo lubrificante são digeridas com ácido nítrico e peróxido de 
hidrogênio e analisadas após a diluição com água Milli-Q. 
Os limites de detecção foram (n=10) são 7,2 µg L-1 para As, 1,0 µg para Co e 
5,0 µg L-1 para Se na gasolina; 7,0 µg L-1 para As, 1,3 µg L-1 para Co e 5,7 µg L-1, 
para Se no petróleo; 3,9 µg L-1 para As, 1,0 µg L-1 para Co e 4,0 µg L-1 para Se no 
óleo lubrificante. 
As recuperações obtidas foram de 94 a 112% para a adição de 20 µg L-1 de 
As, 92 a 117% para 10 µg L-1 de Co e 94 a 129% para 20 µg para Se adicionados 
nas amostras de gasolina (n=5), petróleo (n=4) e óleo lubrificante (n=4). 
 
6. Conclusões 
 
O Espectrômetro de Absorção Atômica foi criado para produzir análises 
rápidas, eficazes e de baixo custo para as pessoas. Apesar de ser um instrumento de 
trabalho antigo, é frequentemente utilizado por industrias e profissionais da área de 
Química. 
A intenção deste trabalho foi demostrar a origem de um importante 
equipamento utilizado em laboratórios, que apesar de ter sido criado a partir de uma 
ideia considerada impossível, auxilia bastante na análise de partículas pequenas. 
É importante ressaltar que apesar de ser uma ferramenta eficiente, o 
Espectrômetro possui limitações, como faixa linear pequena e menor frequência 
analítica ao utilizar atomização eletrotérmica. 
Todavia, é necessário comentar também que independentemente das 
desvantagens o Espectrômetro de Absorção Atômica continuará sendo um excelente 
equipamento de quantificação de elementos químicos.Referências 
 
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