Espectroanalitica - Absorcao Molecular · 19/09/2016 2 Métodos Espectrométricos Os métodos espectrométricos abrangem um grupo de métodos analíticos baseados na espectroscopia

19/09/2016

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Prof. Carlos Roberto da Silva Júnior

Química – 2016.2

Análise Instrumental

INTRODUÇÃO AOS MÉTODOSESPECTROANALÍTICOS

Classificação dos métodos analíticosCLÁSSICOS E INSTRUMENTAIS

Baseados em propriedades físicas (químicas em alguns casos )

Chamados de métodos de via úmida

Gravimetria Volumetria

Espectrométrico

Eletroanalítico

Propriedades elétricas

Propriedades ópticas

Cromatográfico

Propriedades mistas

Natureza ondulatória da Radiação Eletromagnética

Radiação eletromagnética, ou luz, é uma forma de energia cujo comportamento é descrito por propriedades tanto de onda quando de partícula. A natureza exata da radiação eletromagnética somente foi esclarecida após o desenvolvimento da

mecânica quântica por volta do início do século XX.

Difração é tratada como onda.

Absorção e emissão são descritas tratando a luz como partícula ou fóton. λν

chhE ==

E = energia

h = constante de Planck (6,626 . 10-34 J s)

ν = frequência

c = velocidade da luz (2,998 . 108 m s-1)

λ = comprimento de onda

Baixa energia Alta energia

Comprimento de onda e Energia

Frequência λλλλ (m) Energia Nome Uso

1020 a 1021 10-12 Nuclear Raios-γ Medicina

1017 a 1019 10-10 Eletrônica Raios-X Diagnóstico por imagens

1015 a 1016 10-7 Eletrônica Ultra-Violeta Higienização

1013 a 1014 10-6 Eletrônica Visível Iluminação

1012 a 1013 10-4 Vibracional Infravermelho Aquecimento

109 a 1011 10-2 Rotacional Microondas Cozimento

105 a 108 102 Rádio Frequência Comunicação

Usos da radiação eletromagnética

Uso em Química:

Métodos Espectrométricos,Espectrofotométricos, Espectroquímicos ou Espectroanalíticos.

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Métodos EspectrométricosOs métodos espectrométricos abrangem um grupo de métodos analíticos baseados na espectroscopia

atômica e molecular.

Espectroscopia é um termo geral para a ciência que estuda a interação dos diferentes tipos de radiação

com a matéria.

A espectrometria e os métodos espectrométricos se referem às medidas das intensidades da radiação

usando transdutores fotoelétricos ou outros dispositivos eletrônicos.

�Os comprimentos de onda da radiação

eletromagnética se estendem dos raios-gama até

as ondas de rádio, com aplicações diferenciadas.

�Os métodos espectrométricos se baseiam em

propriedades ópticas (mesmo que a radiação não

seja percebida pelo olho humano), quer sejam de

emissão ou absorção de radiação eletromagnética

de determinados λ.

Métodos Espectrométricos

�Descreva as classes de interações do tipo:

�Emissão;

�Absorção;

� Espalhamento;

� Luminescência;

Exercício� Como as interações da radiação com a matéria

podem ocorrer tanto em nível atômico como em nível molecular, os métodos instrumentais espectrométricos se dividem em 4 classes:� Emissão (emissão atômica);� Luminescência (fluorescência atômica e

molecular, fosforescência);� Espalhamento (Raman, turbidimetria e

nefelometria);� Absorção (absorção atômica e molecular);


Tipo de espectroscopia Faixa de comprimento de onda usual

Faixa de número de onda

usual, cm-1

Tipo de transição quântica

Emissão de raios gama 0,005 – 1,4 Å – Nuclear

Absorção, emissão, fluorescência e difração de raios-x

0,1 – 100 Å – Elétrons internos

Absorção de ultravioleta de vácuo 10 – 180 nm 1x106 a 5x104 Elétrons ligados

Absorção, emissão e fluorescência no UV/Visível

180 – 780 nm 5x104 a 1,3x104 Elétrons ligados

Absorção no IV e espalhamento Raman

0,78 – 300 µm 1,3x104 a 33 Rotação/vibração de moléculas

Absorção de microondas 0,75 – 375 mm 13 a 0,03 Rotação de moléculas

Ressonância de spin eletrônico 3 cm 0,33 Spin de elétrons em um campo magnético

Ressonância Magnética Nuclear 0,6 – 10 m 1,7x10-2 a 1x10-3 Spin de núcleos em um campo magnético

Métodos Espectrométricos� Descreva os diferentes tipos de transição

quântica:� Nuclear;� Elétrons internos;� Elétrons ligados;� Rotação de moléculas;� Vibração de moléculas;� Spin de elétrons (campo magnético);� Spin de núcleo (campo magnético);

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250 300 350 400 450 500 550

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Ab

sorb

ânci

a

λλλλ (nm)

275,3

341,8

396,1

474,9

5

ABSORÇÃO ATÔMICA: O espectro é em forma de linhas finas devido aos níveis atômicos sem subníveis energéticos.

Métodos Espectrométricos Métodos Espectrométricos

350 400 450 500 550 600 650 700 750

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Ab

sorv

ânci

a

λλλλ (nm)

λmax

ABSORÇÃO MOLECULAR: O espectro de absorção é caracterizado por bandas largas devido aos vários níveis e subníveis energéticos dos orbitais moleculares.

E0

E1

E2

Eletrônica~ 100 kJ mol-1

UV-Vis

Vibracional~ 1 kJ mol-1

IV

Rotacional~ 0,01 kJ mol-1

RMN

Métodos Espectrométricos� Quando as energias envolvidas são altas (emissões de Raios-X), as transições eletrônicas acontecem com os elétrons dos orbitais mais internos e, nestes casos, serão independentes das ligações que os átomos estejam fazendo.

� Quando um elétron é excitado a um nível vibracional mais alto de um estado eletrônico, a relaxação para um nível vibracional mais baixo desse estado ocorre antes que a transição eletrônica ao estado fundamental possa ocorrer. A razão disso é explicada em termos da transferência do excesso de energia para outros átomos através de uma série de colisões.


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COMPONENTES BÁSICOS DOS EQUIPAMENTOS

� Fonte de radiação:*• Lâmpadas de xenônio, deutério, tungstênio,

lasers, etc� Seletor de comprimento de onda:

• Filtros e monocromadores.� Transdutores:

• Tubos fotomultiplicadores, fotodiodos, CCD, fotocélulas, etc.

* Para algumas técnicas de emissão, serão necessários mais alguns componentes.


Fonte

Seletor de comprimento

de onda

Fotômetro de feixe único para medidas de absorção na região visível


Transdutor

Fonte

Seletor de comprimento

de onda

Transdutor

Espectrofotômetro manual de feixe duplo para medidas de absorção na região UV/Visível


Absorção molecular no UV/Vis

Absorção Molecular no UV/VisEspectro de emissão da radiação solar

Região IV médio

25 a 2,5µµµµm

Absorção Molecular no UV/Vis

Energia crescente �

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Sensibilidade do olho humano

Comprimento de onda

Visão diurna

(Fotópica)

Visão noturna

(Escotópica)


L U Z V I S Í V E L



Cores primárias

Cores secundárias

COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.

Quando falta uma das cores primárias, obtém-se uma cor

secundária. As 3 cores secundárias misturadas dão origem ao preto

As 3 luzes (cores) primárias quando

misturadas dão origem à luz branca.

Absorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.

R G BSíntese aditiva: emissão.

Síntese subtrativa: As cores se dão pela “subtração da luz”.


Se um objeto é da cor ciano, é

porque absorve o vermelho e

reflete o azul e o verde.

Cor observada

Cor absorvida


Disco de Newton

A rotação proporciona a mistura das cores, de modo que enxergamos todos os comprimentos de onda de uma única vez, gerando a luz

branca.

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Cor Observada λλλλ (nm) Cor Complementar

Ultravioleta < 380 - - -

Violeta 380 – 420 Amarelo

Violeta – azul 420 – 440 Amarelo – laranja

Azul 440 – 470 Laranja

Azul – verde 470 – 500 Laranja – vermelho

Verde 500 – 520 Vermelho

Verde – amarelo 520 – 550 Púrpura

Amarelo 550 – 580 Violeta

Amarelo – laranja 580 – 600 Violeta – azul

Laranja 600 – 620 Azul

Laranja – vermelho 620 – 640 Azul – verde

Vermelho 640 – 680 Verde

Púrpura 680 – 780 Amarelo - verde

COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.

Absorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIA

Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete, mas...


• Porque as nuvens são brancas?

•Porque durante o dia o céu é azul e porque ao entardecer ou amanhecer ele é alaranjado?


• Medidas de absorção da radiação eletromagnética

na região do UV/Visível encontram vasta aplicação

para identificação e determinação de milhares de

espécies inorgânicas e orgânicas.

• Os métodos de absorção molecular talvez sejam os

mais amplamente usados dentre todas as técnicas

de análise quantitativa em laboratórios químicos e

clínicos em todo mundo.


• Absorção da radiação eletromagnética de comprimentos de onda na faixa de 160 a 780nm.• Comprimentos de onda inferiores a 150nm são altamente energéticos que levam à ruptura de ligações químicas.• Acima de 780nm atinge-se o IV próximo, onde a energia, já relativamente baixa, começa apenas a promover a vibração molecular e não mais transições eletrônicas.• Devido ao grande número de estados vibracionais e rotacionais, um espectro de absorção no UV/Vis apresenta um formato alargado (banda).

Absorção Molecular no UV/VisInstrumentação:

• 1) Fonte de radiação: lâmpadas de deutério (UV) e tungstênio (Vis) ou de arco de xenônio para toda a faixa de comprimentos de onda UV/Vis.

• 2) Parte óptica: Instrumentos de feixe simples e duplo.

• A diferença consiste basicamente em ter a possibilidade de descontar a perda de potência do feixe que passa pelo solvente (branco) simultaneamente à medida da amostra.


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Instrumentação:

•3) Compartimento para amostra (cubeta):

• Deve ter paredes perfeitamente normais (90º) à direção do feixe. Quartzo (transparente em toda a faixa UV/Vis). Vidro (somente visível, absorve muito a radiação UV).

• 4) Detectores � Transdutores

• Dispositivos capazes de converter luz para o domínio elétrico: LDR, fotodiodos, fotocélulas, tubos fotomultiplicadores, CCD, etc.

Absorção Molecular no UV/Vis• Fonte de luz

• Região UV: 160 a 380 nm• Lâmpada de deutério, xenônio ou vapor de mercúrio


Lâmpada deVapor de Hg

Lâmpada de arco de Xenônio

Lâmpada de D2

• Fonte de luz• Região Visível: 380 a 780 nm

• Lâmpada de filamento de tungstênio• LED coloridos• Lâmpada de xenônio (UV/Vis)

Absorção Molecular no UV/Vis• Fonte de luz

• Luz “negra”


• Como selecionar o comprimento de onda desejado?• Filtros ópticos:

• Filtros de absorção• Simplesmente absorvealguns comprimentos deonda.

• Filtros de interferência• Usando de reflexões einterferências destrutivase construtivas, selecionao comprimento de onda desejado.


Filtro de interferência

Filtro de absorção


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• Como selecionar o comprimento de onda desejado?• Monocromadores:

• Fenda de entrada• Lente colimadoraou espelho• Prisma ou redede difração ouholográfica• Elemento defocalização• Fenda de saída


Detector

Cubeta Fenda Lentes

Lentes

Fenda

Rede de difração

Fonte luminosa


Absorção Molecular no UV/Vis Absorção Molecular no UV/VisCubetas

Absorção Molecular no UV/Vis Absorção Molecular no UV/Vis

O vidro absorve fortemente os comprimentos de onda da região do UV. Abaixo de 300 nm toda a radiação é absorvida. O quartzo

começa absorver fortemente somente abaixo de 200 nm.

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• Como fazer a leitura do absorção de luz?• Transdutores de radiação:

• Fotônicos monocanais• Células fotovoltáicas• Fototubos• Fotomultiplicadores• Fotodiodos

• Fotônicos multicanais• Arranjo de fotodiodos (PDA)• Dispositivos de transferência de cargas

• CID e CCD (bidimensionais)


Arranjo linear de fotodiodos

(pda - photodiode array)Permite detectar

simultaneamente vários comprimentos de onda.

Tubo fotomultlicadorMuito sensível. Consegue

detectar níveis muito baixos de luminosidade.


Como ocorre a absorção da luz?• A absorção de radiação UV ou visível por uma espécie atômica ou molecular pode ser considerada como um processo que ocorre em duas etapas:

• M + hν � M* excitação• M* � M + calor (desprezível) relaxação

• São três tipos de transições eletrônicas:• 1) elétrons π, σ e n (moléculas e íons inorgânicos)• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)• 3) transferência de carga (complexos metal-ligante)

Obs.: Se M* sofrer decomposição ou formar novas espécies, o processo é chamado de reação fotoquímica e, neste caso, não será possível fazer a quantificação de M.


Níveis de energia eletrônica molecular.


Absorção Molecular no UV/VisComprimentos de onda de absorção

característicos das transições eletrônicas.

TransiçãoFaixa de

comprimentos de onda (nm)

Exemplos

σ � σ* < 200 C–C, C–H

n � σ* 160 – 260 H2O, CH3OH, CH3Cl

π � π* 200 – 500 C=C, C=O, C=N, C≡C

n � π* 250 – 600 C=O, C=N, N=N, N=O


Cromóforo Auxocromos

Espectro UV típico

Os máximos de absorção devem-se à presença de cromóforos na molécula. (Temos duas absorções em 190 e 270 nm no espectro da acetona e uma em 510 nm no espectro do complexo [Fe(fen)3]2+).

•Átomo ou grupo de átomos que absorve radiação.

•Átomo que não absorve radiação.

•Modifica alguma característica daabsorção do cromóforo.

Espectro Vis típico

[Fe(fen)3]2+

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Como melhorar a absorção da luz?• Se o analito M não for uma espécie absorvente ou que tenha uma baixa absorção, deve-se buscar reagentes reajam seletiva e quantitativamente com M formando produtos que absorvam no UV ou no visível.

• Uma série de agentes complexantes são usados para determinação de espécies inorgânicas.

• Exemplos: SCN- para Fe3+; I- para Bi3+.

• Natureza do solvente, pH, temperatura, concentração de eletrólitos e presença de substâncias interferentes são as variáveis comuns que influenciam o espectro de absorção e, evidentemente, seus efeitos precisam ser conhecidos.


Qual a relação entre a absorção e a concentração?


Potência do feixe incidente Potência do feixe

transmitido

Caminho óptico

Perdas por reflexão e espalhamento com uma solução contida em uma célula (cubeta) de vidro típica.


As reflexões ocorrem em qualquer interface que separa os materiais.

Como não há como evitar estas reflexões e espalhamentos, torna-se necessário usar a mesma cubeta (ou uma idêntica) nas medidas das várias soluções dos padrões e da solução amostra do analito.


Para compensar os efeitos da perda de potência do feixe luminoso ao atravessar o solvente, a potência do feixe transmitido pela solução do analito deve ser comparada com a potência do feixe transmitido em uma cubeta idênticacontendo apenas o solvente.

solução

solvente

solvente

solução

P

PTA

P

P

P

PT loglog

0

=−=⇒≈=

Se o material de fabricação da cubeta provocar uma diminuição na potência do feixe luminoso, essa diminuição também será compensada.

• A lei de Beer-Lambert, também conhecida como lei de Beer-Lambert-Bouguer ou simplesmente como lei de Beer é uma relação empírica que relaciona a absorção de luz com as propriedades do material atravessado por esta.

• A lei de Beer foi descoberta independentemente (e de diferentes maneiras) por Pierre Bouguer em 1729, Johann Heinrich Lambert em 1760 e August Beer em 1852.

Absorção Molecular no UV/Vis Absorção Molecular no UV/Vis

1

0

0

1

0

loglogI

ITA

I

I

P

P

P

PT

solvente

solução=−=⇒=≈=

• A expressão final da lei de Beer é A = εεεεbc, a qual pode ser obtida pela integração de:

onde S é a área da seção atravessada pela luz e Px é a potencia ao longo do caminho óptico.

S

dS

P

dP

x

x =−

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11

0 2 4 6 8 100,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Tra

nsm

itân

cia

Concentração

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Ab

sorb

ânci

a

Concentração

abcA = (g/L) bcA ε= (mol/L)

LEI DE LAMBERT-BEER


Onde A é a absorbância, a é a absortividade e c é a concentração em g/L

Onde A é a absorbância, ε é a absortividade molar e c é a concentração em mol/L.

kk

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Ab

sorb

ânci

a

Concentração

bcA ε=

LEI DE LAMBERT-BEER


εεεεb é a inclinação de A x C e, portanto, responsável

pela sensibilidade analítica.

A absorbância aumenta conforme

aumenta qualquer um dos três: ε b ou c


Aumento do caminho óptico


Aumento da concentração


350 400 450 500 550 600 650 700 7500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

5 ppm

4 ppm

3 ppm

2 ppm

1 ppm

0,5 ppm

0,1 ppm

Ab

so

rbâ

ncia

λ (nm)

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Fe(SCN)6

3-

A460 nm

CFe

(mg/L)

Absorção Molecular no UV/VisEspectros de

absorção do complexo [Fe(SCN)6]3- para

várias concentrações.

Com os valores de absorbância no comprimento de onda de máxima absorção (λmax) constrói-se a

curva analítica.

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• Aplicação da lei de Beer para misturas• A absorbância é uma propriedade aditiva. Assim, a

presença de várias espécies absorventes na solução para o mesmo comprimento de onda resultará em uma absorbância maior que para soluções individuais. Contudo não poderá haver interação entre as várias espécies.• AT = A1 + A2 + ... + An = ε1bc1 + ε2bc2 + ... + εnbcn

• Limitações da lei Beer• Poucas exceções são encontradas para a generalização

de que a absorbância está relacionada linearmente com o caminho óptico. Por outro lado, são encontrados desvios de proporcionalidade com a concentração quando b é constante.

Absorção Molecular no UV/Vis• Limitações reais (fundamentais) da Lei de Beer:

• Para soluções com concentrações maiores que 0,01 mol/L, mesmo não sendo da espécie absorvedora, a distância média entre as espécies diminui a ponto de alterar a capacidade das espécies em absorver a radiação, ou seja, diminui o valor de ε.

• O índice de refração do meio também causam desvios. Assim, se as variações de concentração causam alterações significativas no índice de refração da solução, os desvios da lei de Beer são observados. Quando esse fator é preponderante, uma correção pode ser aplicada, acrescentando à expressão da lei de Beer o termo n/(n+2)2, onde n é o índice de refração.


22 )(n

εbcnA

+=

• Desvios Químicos Aparentes (limitações químicas)• Desvios aparentes da lei de Beer surgem quando um

analito se dissocia, se associa ou reage com um solvente para dar um produto que tenha um espectro de absorção diferente do analito. Um exemplo disto é a mudança de cor de indicadores ácido-base de acordo com o equilíbrio em função do pH.• HIn � H+ + In-

cor 1 cor 2

• pH � � [HIn] e vice-versa � � A ou A. • Além disso, se ambas as espécies absorverem no

mesmo comprimento de onda, poderá haver um desvio positivo ou negativo em função dos valores de εεεεHIn e εεεεIn.

Absorção Molecular no UV/Vis• Desvios Instrumentais com Radiação Policromática

• A obediência estrita à lei de Beer é observada com radiação verdadeiramente monocromática. Na prática os monocromadores produzem uma banda mais ou menos simétrica de comprimentos de onda em torno daquele desejado. O resultado é um desvio negativo.


• Desvios Instrumentais com Radiação Policromática

• A dedução deste desvio é dado a seguir:• Em cada λ, tem-se um ε.

A´= log (Po´/ P´) = ε´bc e A” = log (Po”/ P”) = ε”bc

Po = Po´ + Po” e P = P´ + P”

ATotal = log[ (Po´+ Po”) / (P´+ P” )] < (A´+ A”) = log[(Po´xPo”)/(P´xP”)]

Se εεεε´= εεεε”, ATotal = A´ + A” e a lei de Beer é obedecida.


• Um efeito similar ao da radiação policromática é observado com radiações espúrias.

• Estas radiações aparecem em pequenas quantidades no processo de monocromatização por efeitos de espalhamento em várias superfícies internas.

• Essas radiações diferem grandemente em comprimentos de onda da radiação principal.

• Assim, a presença de radiações espúrias confere igualmente um desvio negativo à lei de Beer.

Absorção Molecular no UV/Vis• Desvios Instrumentais com Radiação Espúria

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• Ruídos InstrumentaisUm estudo teórico e experimental descreveu várias fontes de incerteza instrumentais, classificando-as em 3 categorias:

• Caso I: espectrofotômetros de baixo custo equipados com medidores digitais com resolução limitada. A precisão independe de T, sT = k1

• Caso II: espectrofotômetros de alta qualidade com detector de fótons. O ruído associado a este tipo de detector (shot) surge da transferência de carga através de uma junção, como o movimento de elétrons do cátodo ao ânodo em uma célula fotomultiplicadora. sT = k2(T2 + T)1/2

• Caso III: espectrofotômetros baratos, com ruído da fonte (flicker), ou espectrofotômetros de alta qualidade onde o posicionamento da cubeta gera uma incerteza, já que as cubetas possuem algumas imperfeições que resultam em espalhamentos e reflexões diferenciados a cada medida. sT = k3T

Absorção Molecular no UV/VisAplicações:• Como já mencionado, são três tipos de transições eletrônicas, de acordo com a espécie absorvente:

• 1) elétrons π, σ e n (moléculas orgânicas)• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)• 3) transferência de carga (complexos)


Ener

gia

σ

π

n

π∗

σ∗

Ener

gia

dxy, dxz, dyz

dz2 , dx2-y2

dx2-y2

dxy

dz2

dxz, dyz


Moléculas ÍonsComplexos

Os métodos espectrofotométricos apresentam características importantes:

• 1) Ampla aplicação para sistemas orgânicos e inorgânicos;

• 2) Limites de detecção típicos de 10-4 a 10-5 mol/L (podem ser melhorados para 10-6 a 10-7 mol/L);

• 3) Seletividade de moderada a alta;• 4) Boa exatidão (tipicamente as incertezas são da

ordem de 1 a 3%, podendo ser melhoradas a décimos percentuais com alguns cuidados especiais);

• 5) Facilidade e conveniência na aquisição de dados.


Análise quantitativa:A primeira etapa da análise envolve o estabelecimento das condições de trabalho.• Determinação do(s) máximo(s) de absorção

• No máximo de absorção, além da máxima sensibilidade por unidade de concentração, os efeitos de desvios da lei de Beer são menores. Adicionalmente, o ajuste do comprimento de onda é mais reprodutível, não implicando em variações significativas de ε e, por consequência, da absorbância.

Não é seguro pressupor uma concordância com a lei de Beer e usar apenas um padrão para determinar a absortividade molar. Assim é recomendável a construção das curvas:• Curva analítica, em casos mais simples ou• Adição de padrão, quando a matriz interfere.

Absorção Molecular no UV/VisExemplo:Para determinar Fe3+ em uma amostra, tomou-se cinco alíquotas de 2,00 mL de uma amostra e transferiu-se para cinco balões volumétricos de 50,00 mL. Em cada balão foram adicionados um excesso do complexante (SCN-) e alíquotas de 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 mL de uma solução padrão de Fe3+, de concentração 5,553 mg/L, completando-se o volume com água destilada. Determine a concentração de Fe3+ na amostra.

Vp, mL A

0,00 0,2412

5,00 0,4322

10,00 0,6232

15,00 0,8142

20,00 1,0052


Um bom procedimento de adição de padrão consiste em adicionar quantidades do padrão bem próximos da quantidade do analito na alíquota da amostra. Assim, os efeitos da matriz sobre o analito da amostra também serão sentidos pelo analito proveniente do padrão. Uma regra simples consiste em adicionar o padrão em quantidades ½x, x, 2x da quantidade estimada do analito. Adicionalmente pode-se incluir mais alguns pontos ¾x, 1,5x e 3x.

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Exemplo:É possível fazer a determinação traçando o gráfico tanto em volume quanto em concentração do padrão adicionado.

Vp, mL A

0,00 0,2412

5,00 0,4322

10,00 0,6232

15,00 0,8142

20,00 1,0052

C, mg/L A

0,000 0,2412

0,555 0,4322

1,111 0,6232

1,666 0,8142

2,221 1,0052

y = 0,0382x + 0,2412

R2 = 1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

Volume de solução-padrão adicionado, mL

Ab

sorb

ânci

a

y = 0,344x + 0,2412

R2 = 1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500

Concentração de padrão adicionado, mg/L

Ab

sorb

ânci

a

Vx = 0,2412/0,0382

Vx = 6,31 mL

Cx = 6,31x5,553/2

Cx = 17,53 mg/L


Cd = 0,2412/0,344

Cd = 0,7012 mg/L

Cx = 0,7012x50/2

Cx = 17,53 mg/L

Exemplo:Analisando o valor encontrado, pode-se observar que o procedimento de adição de padrão atendeu a recomendação. Admitindo-se que a estimativa da concentração do analitoseria 1 mg/L, as adições foram ½x, x, 1,5x e 2x.

C, mg/L A

0,000 0,2412

0,555 0,4322

1,111 0,6232

1,666 0,8142

2,221 1,0052


Cd = 0,2412/0,344

Cd = 0,7012 mg/L½x x

1,5x2x

Titulação fotométricaIgualmente aos demais tipos de titulação, o objetivo é

detectar o PE com a maior exatidão possível. Deve-se considerar quanto cada um, titulante, titulado e produto de reação, contribui com a absorbância no comprimento de onda selecionado.

� 1) Titulado e produto não absorvem, mas o titulante sim;�2) Titulado e titulante não absorvem, mas produto sim;�3) Titulado absorve, mas titulante e produto não;�4) Titulado e titulante absorvem, mas produto não;�5) Titulado não absorve, mas titulante e produto sim,

sendo a absortividade do titulante maior;�6) Titulado não absorve, mas titulante e produto sim,

sendo a absortividade do produto maior;Alternativamente um indicador absorvente pode provocar a variação da absorbância necessária para a localização do PE.

Absorção Molecular no UV/VisTitulação fotométrica


Titulação fotométrica• Similarmente à titulação condutimétrica, torna-se necessário corrigir a absorbância em função do aumento de volume (efeito de diluição).

• Ac = A (Vi + Va) / Vi• As titulações fotométricas fornecem resultados mais exatos que uma análise fotométrica direta, uma vez que utilizam várias medidas para a detecção do ponto final. Adicionalmente, a presença de espécies absorvente podem não interferir, uma vez que apenas a variação na absorbância está sendo medida.• O ponto final fotométrico é determinado por medidas de absorbância bem distantes da região do ponto de equivalência. Assim, as reações não precisam ter constantes de equilíbrio tão favoráveis, como no caso de titulações potenciométricas ou com indicadores.

Absorção Molecular no UV/VisTitulação fotométrica• O ponto final fotométrico tem sido aplicado a todos os tipos de reações.

• Ácido-base � uso de indicadores• Oxirredução• Complexação indicadores ou reagentes coloridos • Precipitação

• As mesmas titulações clássicas podem ser feitas fotometricamente, com a vantagem da detecção do ponto final não depender da acuidade visual do analista.

• Com isso aqueles indicadores que mudam sutilmente de cor podem ser utilizados.


19/09/2016

15

Titulação fotométrica• Um exemplo é titulação simultânea de Bi3+ e Cu2+ com EDTA. Em 745 nm nenhum dos cátions, nem o EDTA absorvem e nem o completo Bi-EDTA que é mais estável. Somente o complexo Cu-EDTA absorve neste λ.


-0,01

0,01

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,13

0,15

0 1 2 3 4 5 6

Volume de EDTA 0,1 mol/L, mL

Ab

sorb

ânci

a

Ponto final Cu

Ponto final Bi

Enquanto não houver formação do complexo Cu-EDTA, a

absorbância não se altera.

Quando não houver mais produção do

complexo Cu-EDTA, a absorbância torna-se

constante.

Para refletir e responder:A absorção molecular na região do visível poderia ser utilizada para analisar íons Fe2+ (a solução Fe2+, mesmo concentrada, apresenta uma coloração amarelo-esverdeada muito clara)?

Caso sua resposta seja positiva, encontre os valores de absortividade molar para solução aquosa de Fe2+ para corroborar sua afirmativa. Caso sua resposta seja negativa, indique que tipo de procedimento seria necessário para analisar Fe2+ por absorção molecular na região do visível.


Exercício:• Uma solução padrão foi adequadamente diluída para fornecer as concentrações de ferro mostradas na tabela a seguir. O complexo Fe(II)/1,10-fenantrolina foi formado em alíquotas de 25,00 mL dessas soluções, que foram em seguida diluídas a 50,00 mL. As absorbâncias, medidas em 510 nm em células de 1,00 cm, estão mostradas na tabela a seguir.• As leituras de absorbâncias de soluções-amostras, preparadas a partir de 10,00 mL de amostras originais diluídas em balões de 50,00 mL, onde foi adicionado o agente complexante, foram: 0,143, 0,068, 0,675 e 1,512. • Determine as concentrações de Fe2+ nas amostras originais e discuta se as absorbâncias são adequadas para a faixa de trabalho.

Absorção Molecular no UV/VisExercício:


[Fe2+], ppm

4,00

10,00

16,00

24,00

32,00

40,00

[[Fe(fen)3]2+], ppm

Absorbância

2,00 0,164

5,00 0,425

8,00 0,628

12,00 0,951

16,00 1,260

20,00 1,582

Preparar a tabela de C x A

Concentrações das soluções-padrão

Concentrações dos complexos formados e leituras de absorbância

Exercício:• Traçar o gráfico da concentração do complexo versusabsorbância, verificar FLT e determinar a equação da reta.


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Y = A + B * X

Parameter Value Error

--------------------------------

A 0,01478 0,00997

B 0,07812 8,175E-4

--------------------------------

R SD N P

--------------------------------

0,99978 0,01244 6 <0.0001

--------------------------------

Ab

sorb

ânci

a

[[Fe(fen)3]2+], ppb

∑ −

−+=

22

2

)(

)(1

xxB

yy

NB

ss

i

rx

5,23107812,0

)835,0(

6

1

07812,0

01244,02

2

x −

+=y

sx

( )5,231)(

2

22 =−=−∑

∑∑N

xxxx i

i i

835,0==∑

N

yy

i

Exercício:• A partir do gráfico construído e dos valores obtidos pela regressão linear, pode-se determinar as concentrações de Fe2+ nas amostras de uma maneira rotineira, bastando que as amostras não apresentem interferências de matriz.• A equação obtida da regressão é:

A = 0,07812 [Fe(fen)3] + 0,01478• As leituras de 0,143 e 0,068 estão abaixo do primeiro ponto da curva e portanto não estão adequadas para curva traçada. Observe:• 0,068 � [Fe(fen)3] = 0,681 ppm � s = 0,122 ppm � 17,9%• 0,143 � [Fe(fen)3] = 1,64 ppm � s = 0,11 ppm � 6,7%• Os outros dois valores estão adequados e a concentração para cada um deles é:• 0,675 � [Fe(fen)3] = 8,45 ppm � s = 0,068 ppm � 0,8%

• Diluição 5x �� [Fe2+] = 42,25 ± 0,34 ppm• 1,512 � [Fe(fen)3] = 19,17 ppm � s = 0,11 ppm � 0,6%

• Diluição 5x �� [Fe2+] = 95,85 ± 0,55 ppm


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Espectroanalitica - Absorcao Molecular · 19/09/2016 2 Métodos Espectrométricos Os métodos espectrométricos abrangem um grupo de métodos analíticos baseados na espectroscopia