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5/5/2014 1 Espectro eletromagnético. Métodos espectroscópicos: baseados na medida da quantidade de radiação produzida ou absorvida pelas moléculas de interesse. ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR NO UV MOLECULAR NO UV-VIS VIS INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA Regiões do espectro eletromagnético e diferentes interações com a matéria. MÉTODOS ÓPTICOS MEDIDAS ESPECTROSCÓPICAS Absorção Emissão ou quimiluminescência Fotoluminescência (fluorescência e fosforescência Processo de absorção 1 a etapa: excitação eletrônica M + hν M* 2 a etapa: relaxação M* M + calor (imperceptível) M* M’ + M” (fotodecomposição) M* M + hν’ (luminescência) Envolve os elétrons: – Elétrons π, σ e n – Elétrons d e f – Transferência de carga (complexos)

Espectrofotometria No UV-VIS

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    Espectro eletromagntico.

    Mtodos espectroscpicos: baseados na medida da quantidade de radiao produzida ou absorvida pelas molculas de interesse.

    ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORO ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORO MOLECULAR NO UVMOLECULAR NO UV--VISVIS

    INTERAO DA RADIAO COM A MATRIA

    Regies do espectro eletromagntico e diferentes interaes com a matria.

    MTODOS PTICOS

    MEDIDAS ESPECTROSCPICASAbsoro

    Emisso ou quimiluminescnciaFotoluminescncia (fluorescncia e fosforescncia

    Processo de absoro

    1a etapa: excitao eletrnicaM + h M*

    2a etapa: relaxaoM* M + calor (imperceptvel)M* M + M (fotodecomposio)M* M + h (luminescncia)

    Envolve os eltrons: Eltrons pi, e n Eltrons d e f Transferncia de carga (complexos)

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    MEDIDAS DE ABSORO NA REGIO DO VISVEL

    Cores da luz visvel

    Espectros de absoro de algumas substncias na regio do visvel.

    max (nm) Cor absorvida Cor observada380-420 Violeta Verde-amarelo420-440 Violeta-azul Amarelo440-470 Azul Laranja470-500 Azul-verde Vermelho500-520 Verde Prpura520-550 Amarelo-verde Violeta550-580 Amarelo Violeta-azul580-620 Laranja Azul620-680 Vermelho Azul-verde680-780 Prpura Verde

    Lei de Lambert-Beer ou Lei de Beer

    Concentrao: c

    LEI DE BEER

    A = - log T = log P0/P = bc

    : absortividade molar;b: caminho tico;c: concentrao (mol L-1).

    PP

    PPA

    soluo

    solvente 0loglog =0P

    PPP

    Tsolvente

    soluo=

    Perdas por reflexo e espalhamento comum a soluo contida em uma clula de vidro.

    Desvios da Lei de Beer.

    - Desvios por limitao

    da lei de Beer;

    - Desvios qumicos;

    - Desvios causados pela

    instrumentao.

    Desvios da Lei de Beer

    Correlao linear entre absorbncia e concentrao no obedecida.

    LEI DE BEER: S vlida para radiao monocromtica.

    Baixas concentraes.

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    Desvios da lei

    Lei de Beer idealizada para solues diludas (limitao da lei) Em altas concentraes (> 0,01 mol L-1 ) a distncia entre molculas absorventes diminui interaes entre as espcies (soluto-solvente, soluto-soluto ou ligaes de H) afetam a distribuio de cargas e a sua absortividade.

    Em solues diludas de analitos, mas com grande concentrao de outras espcies, ex. eletrlitos.

    Interaes eletrostticas podem alterar das espciesEm teoria, dependente do ndice de refrao n. Se a

    concentrao alterar significativamente n desvio da lei de Beer.

    Resultado de alteraes qumicasassociadas com a mudana deconcentrao.

    Analito se associa, dissocia oureage com o solvente formando umproduto que tem espectro deabsoro diferente.

    HIn H+ + In- Ka = 1,42 x 10-5570 nm 430 nm

    Desvios qumicos

    Desvios qumicos da Lei de Beer para solues no tamponadas de um indicador HIn.

    HIn

    In-

    Desvios da Lei de Beer com a radiao policromtica. diferentes para

    diferentes.

    Dependentes da forma comoa medio feita.

    FORMA DE MINIMIZAR:Escolher regio onde constante.

    Desvios instrumentais

    Efeito da radiao policromtica sobre a Lei de Beer.

    constante

    Banda estreita

    PARA EVITAR DESVIOS: Banda com prximo ao max de absoro.

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    Desvios da Lei de Beer causados por vrios nveis de luz espria.

    Efeito desprezvel se a largura dabanda efetiva do monocromador (oufiltro) < 1/10 da metade da largurado pico a meia altura

    Se Pe for a radiao espalhada no absorvida pela amostra

    Radiao que sai do monocromador est contaminada com pequenas quantidades de radiao espalhada ou espria. Resulta de

    espalhamentos e de reflexes nas superfcies das grades, lentes ou espelhos, filtros e janelas.

    e

    e

    PPPPA

    +

    +=

    0log'

    Instrumentao

    Constituintes de um espectrofotmetro- Fonte de radiao;- Seletores de comprimento de onda;- Recipientes para amostra;- Transdutores de radiao;- Processadores de sinal e dispositivos de leitura.

    FEIXE SIMPLES

    FEIXE DUPLO

    Instrumento compara automaticamente P e P0 de modo a obter a transmitncia ou absorbncia.

    FEIXE SIMPLES X FEIXE DUPLO

    - Custo mais reduzido;- Maior emisso de energia;- Melhor relao sinal/rudo;- Compartimentos para amostra com acesso mais fcil;- Para medidas em diferentes necessrio medir referncia a cada ;- No adequado para medidas em funo do tempo.

    - Em geral, custo mais elevado;- Permite correo automtica para variaes na intensidade da fonte e resposta do detector com o tempo e o ;- Melhor nivelamento;- Maior estabilidade da linha de base.

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    Fontes de radiao Lmpadas de deutrio ou hidrognioD2 + Ee D2 * D + D + h

    Espectro no intervalo de 160-800 nm. Emisso contnua de 160 a 400 nm Lmpada deve ser feita de quartzo

    Lmpada de filamento de tungstnio Utilizada para regio do visvel e IV Emisso contnua de 350 a 2500 nm

    Diodos emissores de luz Lmpadas de arco de xennio

    Compartimento da amostra Cubetas de quartzo ( < 350 nm) Vidros borossilicatos (350 e 2000 nm) Plsticos (visvel) b = 1 cm clulas idnticas e calibradas

    CUBETAS OU CLULAS DE MEDIDA

    Faixas de transmitncia para vrios materiais pticos.

    Aplicaes da espectrofotometria de absoro no UV-VIS

    Anlises de espcies absorventes

    Anlises de espcies no absorventes Reaes colorimtricas seletivas

    Para desenvolver corPara aumentar o max

    Ex: - tiocianato (Fe, Co, Mo)- perxido de hidrognio (Ti, V, Cr)- iodeto (Bi, Pd, Te)- o-fenantrolina (Fe)- dimetilglioxima (Ni)- dietilditiocarbamato (Cu)- difenilditiocarbazona (Pb)

    Anlises de misturasAtotal = A1 + A2 + ... + An

    = 1bc + 2bc + ... + nbc

    Caractersticas de absoro de alguns cromforos orgnicos comuns

    Anlises de espcies absorventes

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    Espectros de absoro de compostos orgnicos (a), solues aquosas de ons demetais de transio (b) e terras raras (c) e complexos aquosos de transferncia decarga (d).

    (a) (b) (c) (d)

    Reaes colorimtricas para desenvolvimento de cor

    Anlises de espcies no absorventes

    Ex: Determinao de Fe3+ com 1,10-fenantrolina

    Anlise de misturas

    Espectro de absoro de misturas.(a) Superposio dos espectros dos componentespuros e em todas as regies. (b) Superposioparcial dos espectros dos componentes puros.

    - importante que no ocorra interao entre asespcies- Todas as espcies absorventes em soluodevem obedecer a lei de Beer- Para um sistema com n espcies: necessrioobter n determinaes em comprimentos deondas diferentes- nos comprimentos de onda e medidospor meio de experimentos em separado (analitospuros)

    A = XbcX + YbcY + ZbcZ + ...

    Para dois componentes:Medida em A = X1bcX1 + Y1bcY1Medida em A = X2bcX2 + Y2bcY2

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    Solventes para as regies do ultravioleta e visvel

    Solvente Limite inferior de (nm)gua 180Etanol 220

    Hexano 200Ciclo-hexano 200

    Tetracloreto de carbono 260ter dietlico 210

    Acetona 330Dioxano 320

    Cellosolve 320

    SOLVENTES

    Anlise qualitativa

    Espectros de absoro na regio do VIS para 1,2,4,5-tetrazina.

    Indicao de grupos funcionais, detector para cromatografia lquida

    Resposta dependente do solvente

    Efeito da largura da fenda (largura da banda espectral) nas alturas de pico para uma soluo de cloreto de praseodmio.

    EFEITO DA LARGURA DA FENDA

    - Controla a quantidade de luz que atinge a amostra e, consequentemente, o detector; - Limitante da resoluo;- Importncia qualitativa menor que quantitativa.

    Anlise quantitativaCARACTERSITICAS IMPORTANTES DOS MTODOSESPECTROFOTOMTRICOS E FOTOMTRICOS:Aplicabilidade ampla; Alta detectabilidade (10-5 mol L-1); Seletividade moderada a alta; Boa exatido (1 a 3%); Facilidade na obteno, tratamento e armazenamento dos dados.

    Faixa linear de mtodos espectrofotomtricos.

    Faixa de trabalho demtodosespectrofotomtricos:10-2 a 10-7 mol L-1 (hvrias excees).

    PROCEDIMENTO PRTICO PARA ANLISES QUANTITATIVAS

    1- Seleo do comprimento de onda Mximo do pico mxima sensibilidade Mnimo desvio da lei de Beer ~ constante

    2- Escolha das condies experimentais Solvente pH da soluo Temperatura Fora inica Presena de interferentes

    3- Manuseio das cubetas (clulas) Par casado de cubetas (calibrao) alinhamento importante Limpeza com tecido embebido em metanol grau espectroscpico

    4- Determinao da relao entre a absorbncia e a concentrao (quantificao)- Calibrao com padro externo- Adio de padro

    Preparo do branco fundamental

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    Titulaes espectrofotomtricas

    Curvas de titulaes fotomtricas tpicas. A, P e T:absortividades molares do analito, do produto e dotitulante, respectivamente.

    P.E.

    Usadas em titulaes em que o analito, o reagente ou o produto da titulao absorva radiao.

    Curva de titulaofotomtrica: grfico deabsorbncia corrigida para avariao do volume, emfuno do volume dotitulante.Correo do volume:

    V: volume original da soluo ev: volume do titulanteadicionado.

    Aplicaes titulaes espectrofotomtricas

    Curvas de titulaes fotomtricas (a) determinaoda dureza da gua e (b) determinao de sulfato.

    100,0 mL de amostra.Titulao com sol.EDTA 0,10 mol L-1, em610 nm. Indicadornegro de eriocromo T.

    10,0 mL de amostra.Titulao com sol.BaCl2 0,050 mol L-1, em523 nm. Indicadorthorin.