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Análise Instrumental Aplicada à Farmácia Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Me. Marcus Vinicius Ferreira de Araújo Revisão Textual: Prof. Me. Claudio Brites Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama • Absorção Atômica: Conceitos Gerais; • Instrumentação; • Aplicações da Espectroscopia de Absorção Atômica. • Descrever o princípio básico de funcionamento do método espectrométrico de absorção atômi- ca e fotometria de chama e relacionar a sua aplicabilidade na análise de compostos químicos; • Relacionar as suas potencialidades e limitações de uso, de acordo com os materiais e as condições de análise; • Contemplar as técnicas de atomização das amostras a serem analisadas. OBJETIVOS DE APRENDIZADO Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Absorção Atômica: Conceitos Gerais Na técnica conhecida por espectroscopia de absorção atômica (AAS, atomic absorption spectrometry), as amostras são aquecidas em uma temperatura entre 2000 e 8000 K (Figura 1) com o objetivo de promover a absorção da radiação. Isso ocorre até termos a dissociação da mesma em átomos, sendo que a determi- nação das concentrações dos átomos obtidos a partir do aquecimento da amostra se dá por meio da medida de absorção ou emissão da radiação em comprimentos de onda específicos, de acordo com o analito que está sendo analisado (AFONSO; BARCIA, 2012). combustível dreno misturadoresamostra oxidante nebulizador queimador monocromador chama detector leitura Lâmpada de cátodo oco I0 I0 I Emissão versus absorção na chama Figura 1 – Esquema representativo do fluxo do espectrômetro de absorção atômica De forma mais resumida, essa técnica consiste em quanto de radiação é absorvi- da pelo átomo neutro em seu estado fundamental, sendo proporcional à quantidade desses átomos e à concentração da solução distribuída pela chama, podendo, dessa forma, medir a quantidade absorvida e transmitida nas condições de presença e ausência do analito a ser analisado (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). Essa técnica foi proposta em 1955 por Alan Walsh, principalmente para a análi- se de metais. Com o passar dos anos, ela foi sendo aprimorada e, atualmente, pode ser empregada para a análise de diversos compostos, por exemplo: compostos de origem vegetal, animal, ambiental e ainda sendo utilizada para minerais (AFONSO; BARCIA, 2012). A espectrometria por absorção atômica tem sido bem aplicada devido à sua capaci- dade/empregabilidade em detecção de compostos químicos individuais em uma deter- minada amostra, apresentando uma boa sensibilidade e capacidade de análise de vários compostos ao mesmo tempo. Ainda, temos a possibilidade de analisarmos os íons, 8 9 provenientes da absorção atômica, em um espectrômetro de massa, o que aumenta ainda mais a seletividade da análise (ATKINS; JONES, 2006). A sensibilidade da técnica é da ordem de partes por milhão (µg/g), ou até mesmo partes por trilhão (pg/g). Para a análise das amostras por espectrometria atômica, essas podem estar previamente diluídas, ou até mesmo serem analisadas de forma direta, sem a necessidade de preparo da amostra, o que interferirá de forma dire- ta na sensibilidade e no resultado da análise (link a seguir) (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). Ilustração de um espectrofotômetro de absorção atômica. Disponível em: http://bit.ly/34vaTzSE xp lo r Para realizar uma análise com a técnica de espectroscopia por emissão atômica, podemos utilizar três formas diferentes, são elas: a absorção, emissão e fluorescên- cia (ATKINS; JONES, 2006). A absorção atômica implica em uma amostra na forma líquida, a qual será as- pirada para um ambiente contendo uma chama com temperatura que pode variar de 2000 a 3000 K (Figura 1), com uma consequente evaporação da fase líquida e atomização da fase sólida, formando um fino aerossol e sendo misturada com os gases combustível (AFONSO; BARCIA, 2012). A lâmpada de cátodo oco (Figura 2), presente no equipamento, apresenta em sua constituição um cátodo de ferro, o qual será bombardeado por gases nobres como Neônio (Ne+) e Argônio (Ar+), fazendo com que os átomos de ferro sofram evaporação e, consequentemente, emitam uma luz em uma frequência na qual serão absorvidas pelo ferro presente no analito, facilitando dessa forma a detecção do composto a ser analisado (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000). Neste caso, tivemos como exemplo a lâmpada com o elemento ferro, mas essa pode apresentar em sua composição o metal do elemento que se deseja analisar (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). Contatos para o código do elemento Catodo Isolante Invólucro de Pyrex Janela de quartzo Getter Anodo Contatos elétricos Pino de alinhamento Figura 2 – Esquema de uma lâmpada de catodo oco 9 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Quando se compara a largura da banda de radiação absorvida ou emitida, observa- -se uma diferença entre a espectrometria atômica e molecular, sendo que os espectros emitidos por absorção óptica na fase líquida estão compreendidos em uma faixa de aproximadamente 10 a 100 nm. Já os espectros obtidos dos átomos em estado gasoso apresentam linhas com largura de ~0,001 nm, extremamente finas, o que acaba por evitar, de forma significativa, a sobreposição de espectros (AFONSO; BARCIA, 2012). No caso de se utilizar a fluorescência atômica, os átomos encontrados na chama serão irradiados por uma fonte de laser, o que excitará eletronicamente os átomos, proporcionando a capacidade de fluorescer ao retornar ao seu estado fundamental (ATKINS; JONES, 2006). Quando se compara a sensibilidade dessa técnica com a absorção atômica, é possível verificar que a fluorescência atômica é aproxima- damente mil vezes mais sensível do que a absorção atômica. Contudo, há uma impossibilidade, pois esse tipo de equipamento não se encontra disponível para usos diversos, sendo utilizado principalmente para análise de mercúrio (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). A emissão atômica consiste na colisão no plasma aquecido, o que leva à excitação dosátomos, podendo emitir fótons com o objetivo desses voltarem ao estado funda- mental, não havendo a necessidade do emprego de lâmpadas (Figura 3) (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Região de Emissão Bobina de indução Tubos de quartzo Fluxo da amostra Fluxo de argônio tangencial Campo magnético Plasma Figura 3 – Esquema representativo da espectrofotometria por emissão atômica Cada elemento químico contém um número de elétrons específico em sua ca- mada de valência (orbital) e, ao se aplicar uma fonte de energia no átomo, essa será absorvida ocasionando uma reconfiguração menos estável do elétron mais externo, sendo esse estado denominado de excitado e instável. O átomo tende a voltar para o estado original e, consequentemente, liberando a energia luminosa (Figura 4), previamente absorvida, com um determinado comprimento de onda. Quanto maior for o número de elétrons excitados, maior será a intensidade da linha de emissão (comprimento de onda) (AFONSO; BARCIA, 2012). 10 11 Absorção Emissão E1 E2 E1 E2 E1 > E2 E1 > E2 a) b) Figura 4 – a) Representação da absorção de energia por um determinado átomo, promovendo a sua excitação; b) consequente volta ao estado fundamental, promovendo a emissão de energia Vídeo explicativo sobre o funcionamento de um espectrômetro de absorção atômica. Disponível em: https://youtu.be/HBegTB_WDxQE xp lo r Instrumentação Para realizar uma análise empregando-se a técnica de espectroscopia por absor- ção atômica, é necessário o uso dos seguintes equipamentos (Figura 5) (AFONSO; BARCIA, 2012): • Nebulizador; • Queimador; • Espectrofotômetro; • Fonte de raias de ressonância; • Detecção e leitura. Lâmpada de cátodo oco Feixe de referência Queimador Recortador Espelho semiprateado Monocromador Detector Figura 5 – Esquema dos componentes de um equipamento de espectrofotometria de absorção atômica 11 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Nebulizador e Queimador Para o desenvolvimento de uma análise por espectroscopia atômica, é necessário o uso de um sistema nebulizador, sendo esse promovido por uma chama, a qual formará íons metálicos em fase gasosa. A chama deve ser superior a 2000 K, tem- peratura essa podendo ser alcançada pela combustão de gás, sendo o mais comum o uso de acetileno e ar, chegando à temperatura de 2400-2700 K, devendo essa ser constante e estável (ATKINS; JONES, 2006). O nebulizador tem por função realizar a conversão da solução em análise em átomos do estado líquido para o estado gasoso, formando um aerossol a partir dessa solução (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). O espectrômetro de chama contém um queimador de mistura prévia, no qual o combustível, o oxidante e a amostra são misturados anteriormente à sua exposição à chama, sendo esse, teoricamente, um sistema simples e de grande importância para esse tipo de técnica (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000). Uma mistura de acetileno/ar produz uma chama que é ideal para a análise de metais; já uma mistura propano/ar é útil par a análise de metais que passam facil- mente para o estado de vapor atômico (AFONSO; BARCIA, 2012). Com relação à posição da chama, pode ocorrer uma variação na concentração dos átomos. Dessa forma, de acordo com o analito em questão, torna-se necessário escolher a melhor posição da chama (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Existem dife- rentes tipos de câmara de nebulização, sendo que cada indústria fabricante busca melhora constante em seu sistema (ATKINS; JONES, 2006). Sistema Pérola de Vidro Esse sistema de nebulização, apesar de ser simples, apresenta uma alta eficiência (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000). Na entrada do equipamento há uma pérola de vidro, a qual funciona como um anteparo, no qual a amostra a ser analisada colidirá, a partir do que teremos a formação de um número maior de gotículas me- nores. A câmara de nebulização promoverá a condensação das partículas maiores, as quais serão drenadas, enquanto as partículas menores são direcionadas para o queimador (link a seguir) (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Nebulizador contendo uma pérola de vidro. Disponível em: http://bit.ly/2DuIZYU Ex pl or A maior vantagem desse sistema é, com certeza, a facilidade de limpeza e manutenção, o que é de grande importância para essa técnica (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000). Sistema Mixing Waves Existe nesse sistema a presença de duas ventoinhas concêntricas, as quais têm por função realizar as seleções das gotas pequenas. As partículas maiores serão con- 12 13 densadas na câmara de nebulização e nas pás das ventoinhas e direcionadas para o dreno, ao passo que as menores são direcionadas para o queimador (link a seguir) (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). Nebulizador mixing waves, contendo as ventoinhas que irão selecionar a amostra em direção ao queimador. Disponível em: http://bit.ly/38DtgVGEx pl or Ao ser comparado ao sistema de pérola, o sistema mixing waves não apresenta a mesma característica de facilidade em sua limpeza (AFONSO; BARCIA, 2012). Sistema de Ultrassom A presença de uma lâmina com alta vibração na saída de fluxo da amostra favo- rece à formação de várias gotículas, as quais serão direcionadas para o queimador, o qual pode ser de aço inoxidável ou de titânio. A escolha do queimador é de acor- do com a mistura dos gases empregada para a análise (ATKINS; JONES, 2006). No caso de se utilizar ar/acetileno, é ideal fazer uso do queimador de aço inoxi- dável. Já quando se utiliza óxido nitroso/acetileno, o queimador ideal é o de titânio. Essas duas misturas de gases são as mais utilizadas na absorção atômica (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Queimador de Mistura Prévia Esse tipo de queimador está presente na maioria dos espectrômetros de chama, nos quais ocorre uma mistura do combustível, oxidante e amostra, sendo esses di- recionados posteriormente para o interior do nebulizador, seguindo-se a dispersão em uma fina névoa. Essa névoa colidirá com a pérola de vidro, ocorrendo a forma- ção de gotas ainda menores (Figura 6), as quais serão drenadas, não alcançando a chama (AFONSO; BARCIA, 2012). combustível dreno misturadoresamostra oxidante nebulizador queimador monocromador detector Figura 6 – Queimador de mistura prévia 13 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Esse tipo de sistema produz gotículas uniformes, não diminui a temperatura da chama, apresenta um alcance maior da radiação, mas apenas de 10 a 15% da amostra chega ao queimador. A mistura do combustível e comburente deve ser al- tamente controlada para que não ocorra uma explosão da câmara de nebulização (ATKINS; JONES, 2006). Queimador de Consumo Total Nesse tipo de queimador, a amostra é totalmente aspirada, independentemente de seu tamanho, chegando ao queimador e favorecendo a uma queima de maior quantidade de amostra sem o perigo do retorno da chama, evitando explosão. Con- tudo, como o volume de amostra é maior, existe a possibilidade de uma diminuição na temperatura da chama, uma turbulência maior e um pequeno caminho óptico (Figura 7) (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Oxidante Amostra Combustível Figura 7 – Queimador de consumo total. Nesse tipo de dispositivo, toda a amostra atinge a chama Forno de Grafite Consiste em um cilindro oco, através do qual passará o feixe de radiação (link a seguir) (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000). Esquema de um forno de grafite. Disponível em: http://bit.ly/2EbKbAO Ex pl or Este tipo de queimador é aquecido eletricamente até aproximadamente 3000 K, promovendo a transformação da amostra em cinza e depois em vapor de átomos de metal. Para que o método seja reprodutível, é de extrema necessidade que as condições de temperatura, tempo de secagem, pirólise e atomização sejam escolhi- das de acordo com o analito em questão (AFONSO; BARCIA, 2012). 14 15 Esse tipo de forno oferece maior sensibilidade devido ao fato de a amostra ficar retida no caminho óptico por um tempo maior, podendo-se utilizar quantidades pequenas da amostra e, dependendodo tipo de analito, não ser necessária uma preparação dessa. Nesse sistema, temos a presença de uma corrente de argônio, com o objetivo de evitar a oxidação do grafite (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000). Como desvantagens para esse tipo de forno, podemos citar que os ruídos de fun- do são mais significativos. Na etapa de pirólise, o analito pode ser desperdiçado e, o mais importante, apresentar uma baixa precisão. Devido a essas características, esse tipo de forno tem a fama de ser uma técnica difícil (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). O tubo de grafite pode ser de (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002): • Alta densidade, o qual é utilizado para análise de compostos que possuem baixa temperatura de atomização, como sódio, chumbo, zinco; • Grafite revestido, ideal para a análise de elementos refratários, os quais po- dem reagir com o carbono, como cálcio, cobre, molibdênio, manganês; • Tubo de grafite com plataforma L, utilizado para análise de amostras com- plexas, muito utilizado em análises ambientais. Efeito da Temperatura na Análise por Espectroscopia Atômica A temperatura nesse tipo de análise é de extrema importância, pois influenciará diretamente na forma na qual e intensidade em que a amostra se transformará em átomos, podendo afetar a quantidade de um átomo em um determinado nível de energia (Distribuição de Boltzmann). Também devemos considerar que uma varia- ção na temperatura pode, e irá, influenciar na intensidade de emissão atômica do analito (GORDON, 1996). Distribuição de Boltzmann. Disponível em: http://bit.ly/2R0uJh1 Ex pl or Espectrofotômetro Essa é a parte do equipamento responsável por fornecer a largura da banda, a qual deve ser adequadamente estreita com o intuito de isolar a linha previamen- te selecionada para a realização da análise, e que possa excluir interferências e aumentar a sensibilidade. É necessária a presença de um filtro, de vidro, para a análise de metais alcalinos, sendo que existe um tipo de filtro adequado para cada analito. Esse tipo de equipamento também contém uma fotomultiplicadora, micro- computadores com o objetivo de se obter uma análise cada vez mais eficiente e eficaz (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). Em linhas gerais, um espectrofotômetro (Figura 12) deve apresentar as seguintes características (CIENFUEGOS; VAITSMAN, 2000; MOTA, 2010): • Deve conter um suporte para quatro lâmpadas. Sendo que, para cada lâmpa- da, deve existir uma fonte de energia independente e estável; 15 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama • Compartimento para o acomodamento da amostra, sendo de extrema valia a possibilidade de um compartimento automatizado; • Um monocromador de alta resolução; • Um fotomultiplicador que seja capaz de analisar na faixa compreendida de 188 a 800 nm; • Um software que possibilite o comando do equipamento como um todo, favo- recendo a uma melhor interpretação e análise do analito em questão. Figura 8 – Modelo de um espectrofotômetro de absorção atômica Espectrofotômetro com Feixe Simples Esse tipo de equipamento apresenta várias fontes de cátodo oco, um chopper ou fonte de alimentação, atomizador e o espectrofotômetro de rede simples acoplado com um fotomultiplicador. Apresenta um feixe de luz simples, o qual aproveita a luz emitida ao máximo (Figura 9) (GORDON, 1996). Como ponto limitante desse tipo de equipamento, temos a incapacidade de com- pensação das possíveis variações do equipamento, de forma totalizada, no decorrer da análise, como, por exemplo, uma possível variabilidade de intensidade da fonte (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Monocromador de Ebert Chama Obturador Rede Lâmpada Dispositivo de saída Ampli�cador Fonte demodulada Figura 9 – Esquema representativo de um espectrofotômetro de feixe simples 16 17 Espectrofotômetro com Feixe Duplo Esse tipo de técnica se vale da utilização de uma óptica adicional, a qual tem por finalidade realizar a divisão do feixe de luz emitido pela lâmpada. Nesse tipo de sistema, temos o feixe de referência, o qual tem por finalidade funcionar como diagnosticador de possíveis variações na intensidade do feixe de luz emitido pela lâmpada, e das variabilidades do circuito eletrônico em geral. Esse tipo de técnica acaba por compensar as possíveis variabilidades da fonte de emissão de luz e de toda parte eletrônica do sistema (Figura 10) (GORDON, 1996). Tal sistema proporciona a possível troca de lâmpada durante a análise, não sendo necessária a espera de longos períodos para a retomada dela, fato esse que acaba por reduzir o tempo de análise do analito e, consequentemente, aumentar o tempo de vida da lâmpada. E também acabam melhorando a relação sinal/ruído na análise de um analito (BEATRIZ; JUNIOR, 2018). Espelho EspelhoCubeta de referência Cubeta com amostra Detector Monocromador com saída variável Fonte luminosa Ampli�cador Visor Espelho semitransparente Espelho rotatório (alternador de feixe) Mo tor P P0 Figura 10 – Esquema de um espectrofotômetro de feixe duplo Demais Tipos Na atualidade, a gama de equipamentos é bem diversificada, os quais apresen- tam muitas vantagens, como, por exemplo, aproveitar de forma melhor o feixe de luz (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). Fonte de Raias de Ressonância ou Fontes de Emissão de Radiação Para que se realize uma análise de forma adequada, é necessário o uso de fonte que possua a capacidade de emissão de um comprimento de onda compatível com a radiação absorvida pelo analito. A sensibilidade dessa técnica está relacionada com a largura da radiação, sendo que radiações mais estreitas apresentam uma maior sensibilidade e seletividade. Essa fonte de radiação deve ser capaz de dis- tinguir as radiações emitidas pela lâmpada e, ao mesmo tempo, desconsiderar a emissão de radiação emitida pela amostra (MOTA, 2010). Lâmpada de Cátodo Oco É um tipo de lâmpada de amplo uso em equipamentos de absorção atômica, apresentando uma boa eficiência e economia. A sua estrutura consiste em: um tubo de vidro selado com uma janela de quartzo; atmosfera rarefeita a baixa pressão com gases nobres (Figura 2) (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). 17 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama A emissão de radiação nesse tipo de lâmpada se dá através de uma diferença de potencial entre o catodo e anodo (de tungstênio), gerando uma descarga elétrica, a qual levará à ionização do gás de preenchimento (MOTA, 2010). Nesse momento, as partículas com carga positiva incidirão com o catodo de car- ga negativa, levando ao movimento dos átomos presentes no catodo, e, ao colidi- rem com o gás (geralmente neônio ou argônio), devidamente ionizado, as partículas são ionizadas. Quando essas partículas voltarem ao estado fundamental, emitindo uma energia em um determinado espectro, esse será absorvido pelo mesmo tipo de átomo presente na chama (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002). O gás utilizado no equipamento deve ser escolhido de acordo com o analito em questão, não devendo ambos apresentar linha de emissão próxima, o que dificulta- rá a análise (MOTA, 2010). Conforme a lâmpada de catodo oco vai sendo utilizada nas análises, o gás de preenchimento vai sendo absorvido pela superfície da lâm- pada, o que promove uma diminuição de seu tempo de vida e, consequentemente, acaba diminuindo a eficiência de análise (GORDON, 1996). Na atualidade, existem vários tipos desse tipo de lâmpada (Figura 11), sendo que algumas contêm uma mistura de metais variados, fato esse que possibilita a deter- minação de mais de um analito por análise. Também devemos considerar a geome- tria dessa lâmpada, a qual pode afetar de maneira direta sua eficiência (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002). Figura 11 – Lâmpada de catodo oco de ouro Lâmpada com Descarga sem Eletrodos Esse tipo de lâmpada apresenta uma fonte mais estável e intensa, fato esse que favorece a análise de compostos mais voláteis (GORDON, 1996). Em sua estrutura, existe um bulbo de quartzo, no qual deve conteruma determinada quantidade do ana- lito em questão. O bulbo com o analito é inserido em um gerador de radiofrequência ou microondas, promovendo uma excitação das partículas e, consequentemente, a emissão de um espectro característico da amostra (Figura 16) (MOTA, 2010). 18 19 para o microprocessadorSaída de gás de amostra Entrada de gás de amostraCircuito de controlo da lâmpada Gerador HF para lâmpada UV HF Lâmpada UV (sem elétrodos) Divisor de feixe Filtro ótico Díodo UV Conversor A-D Célula ótica Figura 12 – Esquema demonstrando a espectroscopia de absorção atômica com uma lâmpada com descarga sem eletrodos Quando comparada com a lâmpada de catodo oco, a lâmpada com descarga sem eletrodos apresenta melhor precisão, menor limite de detecção (sendo adequada no ultravioleta abaixo de 200 nm) e vida útil maior (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002). Comercialmente, existem lâmpadas para a análise de aproximadamente 15 ele- mentos, e a confiabilidade analítica é inferior à lâmpada de catodo oco (MOTA, 2010). Sistema de Detecção e Leitura Esse é parte do equipamento que tem por função receber o comprimento de onda, o qual foi previamente selecionado e direcionado pelo monocromador, e re- alizar a análise do mesmo (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002). Consiste, geralmente, em tubo fotomultiplicador (Figura 17), células fotoelétri- cas, células fotovoltaicas, gerando uma corrente elétrica, a qual é dependente da in- tensidade de luz recebida, sendo amplificada e gerando um sinal, o qual representa o quanto de luz foi absorvida pelo analito, sendo que essa pode ser convertida em concentrações, de acordo com a curva de calibração (MOTA, 2010). Figura 13 – Tubo fotomultiplicador 19 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Um fato importante com relação à técnica é levar em consideração a “sensibi- lidade” de análise com espectrometria de absorção atômica, a qual não depende exclusivamente do equipamento utilizado para a realização da análise, mas também é dependente da reação que ocorre entre a amostra e a chama do equipamento, a qual interferirá diretamente no limite de detecção (concentração mais baixa do analito, que pode ser quantificada e diferenciada do ruído) (GORDON, 1996). Neste é importante definir o limite de detecção, o qual é a relação entre o si- nal do analito versus o sinal do ruído, sendo definido como a intensidade do sinal do analito; essa deve ser, no mínimo, duas vezes maior do que o sinal do ruído (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002). Qualquer condição que promova uma alteração no sinal da análise é denomi- nada de interferência, a qual pode ser neutralizada por meio da retirada da interfe- rência, ou até mesmo inserindo a interferência nos padrões de análise (AFONSO; AGUIAR; ALENCASTRO, 2002). A interferência pode ser do tipo espectral, ocorrendo nesse caso a sobreposição de espectros do analito com os sinais provenientes da chama ou da própria solu- ção na qual o analito está contido. Esse tipo de interferência pode ser eliminado com a melhora nos padrões de análise – por exemplo, alterando a resolução do equipamento, ou alterando o procedimento de extração da amostra a ser analisada (GORDON, 1996). Outro fator importante é a interferência química, a qual pode ser gerada por qualquer tipo de constituinte presente na amostra a ser analisada, como exemplo, segundo Skoog, Holler e Nieman, (2002): • Formação de compostos estáveis, o que pode dificultar a dissociação da amos- tra e, consequentemente, a análise; • Aumento da temperatura da chama, o que pode levar a uma maior formação de átomos livres, implicando no padrão de ionização do analito, podendo essa ionização ser potencializada ou suprimida, de acordo com o analito em questão; • Método de extração do analito, a qual deve ser devidamente padronizada para uma melhor extração do analito. Aplicações da Espectroscopia de Absorção Atômica Esse tipo de técnica, como evidenciado anteriormente, é muito eficiente para a detecção e análise de metais como, por exemplo: detecção de magnésio e cálcio em água encanada; detecção de vanádio em óleo lubrificante; detecção de arsênio em so- los; detecção de estanho em suco de fruta enlatado, entre outros (GORDON, 1996). No caso de análise de amostras biológicas, existe a necessidade de um preparo prévio da amostra, principalmente se essa apresentar em sua composição estruturas como as proteínas (podem levar a um bloqueio do nebulizador), devendo essas ser desnaturadas por técnicas que não interferirão na análise da amostra (MOTA, 2010). 20 21 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Princípios de Análise Instrumental SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. A. Princípios de Análise Instrumental. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. Vídeos Atomic Absorption Spectrometer Tutorial de um equipamento de espectrometria por absorção atômica. https://youtu.be/xWWnzdX4BMM Leitura Espectrometria de absorção atômica: o caminho para determinações multielementares http://bit.ly/2Fwxwt6 Espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em filamento de tungstênio: uma revisão crítica http://bit.ly/39SIWFq 21 UNIDADE Métodos Espectrométricos: Absorção Atômica e Fotometria de Chama Referências AFONSO, J. C.; AGUIAR, P. F.; ALENCASTRO, R. B. Voguel, análise química quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2002. AFONSO, J. C.; BARCIA, O. E. Análise química quantitativa. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2012. ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. BEATRIZ, A.; JUNIOR, V. L. Fundamentos de espectrometria e aplicações. v. 7. São Paulo: Atheneu, 2018. CIENFUEGOS, F.; VAITSMAN, D. Análise instrumental. Rio de Janeiro: Interci- ência, 2000. CISTERNAS, J. R.; VARGAS, J; MONTE, O. Fundamentos de bioquímica expe- rimental. São Paulo: Atheneu, 2005. GORDON, D. B. Spectroscopic Techniques. In: WILSON, K.; WALKER, J. Principles and Tecnhiques in Pratical Biochemistry. K. Cambridge: Cambridge University Press, 1996. MOTA, F. A. C. Desenvolvimento de um fotômetro com fins di¬dáticos. 2010. 94 f. Dissertação (Mestrado) – Curso de Programa de Pós-Graduação em Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2010. SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. A. Princípios de análise instrumental. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. 22
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