ESPECTROMETRIA /COLORIMETRIA

Análise InstrumentalProfa. Denise Esteves Moritz

É uma forma de energia que se propaga no espaço a uma enorme velocidade - normalmente em linha reta.

manifesta, ao mesmo tempo, propriedades ondulatórias e corpusculares.

Responsável por diversos fenômenos ópticos:

refração, - Difração

reflexão, - Polarização

interferência, - Difração

Introdução

Radiação Eletromagnética e Interação com a Matéria:

MÉTODOS ÓPTICOS

•São método que se baseiam nas interações da radiação eletromagnética com a matéria.

ABSORÇÃO

•Incide-se radiação no material e verifica-se as consequências.

EMISSÃO

•Excita-se o material com alguma forma de energia, por exemplo, calor, eletricidade, radiação, e verifica-se

as consequências.

Introdução

ao contrário de outros fenômenos ondulatórios a exemplo do som, a radiação eletromagnética não requer suporte material para a sua propagação e, como tal, é transmitida no vácuo.

a interpretação do fenômeno foto-elétrico e de muitas interações da radiação eletromagnética com o meio material somente tornou-se possível admitindo que a radiação consiste de partículas discretas de energia, chamadas fótons.

A onda eletromagnética comporta, pois, um componente elétrico e um componente magnético; os dois componentes oscilam em planos perpendiculares ao outro e perpendiculares à direção de propagação da radiação eletromagnética.

O que caracteriza a energia luminosa é a energia dos fótons pelo comprimento de onda (λ- lâmbda), por uma velocidade de propagação (vi) e por uma frequência () assim relacionadas:

PORTANTO, a LUZ é dita onda eletromagnética porque na física clássica ela foi descrita como uma oscilação de um campo elétrico se propagando no espaço. Esta aproximação permite calcular vários fenômenos ondulatórios e, a energia das partículas da luz

Introdução

)1...(v ii

Comprimento de onda λ

• comprimento de onda λi é a distância entre dois máximos de onda sucessivas e tem unidades

mais usadas são a angström (Å=10- 8 cm), nanômetro (nm = 10

Å = 10-7 cm ) e o micrômetro (μm=104 Å = 10-4 cm). A

freqüência ν (números de ciclos) tem unidade em ciclos por segundo (s-1) ou hertz (Hz).

Espectro eletromagnético

• Espectro eletromagnético se estende desde os raios gama, altamente energéticos, até as ondas de rádio, fracamente energéticas. A região visível do espectro é apenas uma pequena faixa de comprimentos de onda dos quais o olho humano é sensível, que vai aproximadamente de 380 a 780 nm. Abaixo e acima da região visível do espectro, na escala dos comprimentos de onda, têm-se o ultravioleta e o infravermelho.

•

Para saber……….

Para saber…….A razão entre a radiação transmitida e a radiação absorvida pela

amostra analisada é a transmitância (T). E o equipamento já fornece a medida em absorbância

(A= -logT ).

Lei de Beer

Para saber…

Os filtros são caracterizados, tecnicamente, pelo seu coeficiente de transmissão (ou transmitância), pela sua densidade óptica, ou

ainda, pela sua curva de transmissão.

Associação de Filtros

Em algumas situações pode ser conveniente a utilização de dois ou mais filtros superpostos.

Ex: A atenuação do brilho da Lua cheia com filtros neutros pode requerer o uso de mais de um filtro, principalmente quando

apenas um não produz a redução requerida. O agrupamento de vários filtros superpostos ou separados por uma certa distância é

chamado de associação de filtros.

Para saber…

Chama-se coeficiente de transmissão ou transmitância T ( ), de um filtro óptico neutro ou colorido, em um particular comprimento de onda ( ), a relação entre a intensidade da

radiação transmitida ( I ) e a intensidade da radiação incidente ( Io ) sobre ele.

O coeficiente de transmissão está sempre compreendido entre 0 (zero) e 1 (um) ou entre 0% e 100%. Quanto maior o coeficiente de transmissão, mais

transparente é o filtro para o comprimento de onda (ou intervalo de comprimentos de onda) considerado.

Transmitância & Absorbância

Perguntas:

• Qual a composição química da matéria? • Qual a concentração de cada componente?

Ex. presença de sais de bário numa amostra através do teste de chama. De uma forma bem rudimentar, usando a chama do bico de Bunsen como fonte de excitação e os olhos como detector, a visualização de uma coloração verde-amarelada nos dá uma forte indicação da presença de Ba2+ na amostra.

E quantitativo?E se….

Tivermos uma mistura de Na+ e Ca2+?

O teste de chama seria não conclusivo, pois ambos os íons emitem luz de coloração amarelada e o olho humano não é capaz de “resolver” a diferença de cores.

• Para conhecermos as características dos fótons que foram absorvidos para promover a transição eletrônica, precisamos de ferramentas que permitam decompor a radiação incidente nos seus diferentes comprimentos de onda ou frequência.

• Para a quantidade de Na+ na amostra, precisamos encontrar uma relação entre intensidade de luz observada e concentração.

Espectro

Colorimetria Comum!• A colorimetria comum baseia-se na comparação visual

da coloração da solução problema com as colorações de soluções padrões semelhantemente desenvolvidas. Geralmente, é empregada luz branca, natural ou artificial.

• A comparação visual é levada a efeito com equipamento muito simples, mas está sujeita às limitações do olho humano à dificuldade em distinguir pequenas diferenças de intensidade de coloração e à reduzida sensibilidade abaixo de 450 nm e acima de 675 nm.

As aplicações da colorimetria se limitam à determinação de constituintes menores, na faixa de 10-5 a 1%. As duas

técnicas de comparação mais usadas na colorimetria visual são o método da escala de padrões e o método

da variação da espessura.

Colorimetria visual

Fundamento dos Monocromadores

A idéia geral de um método instrumental

Métodos espectroscópicosMétodos espectroscópicos

Métodos eletroquímicosMétodos eletroquímicos ii trás a informação sobre a trás a informação sobre a concentraçãoconcentração

AA trás a informação sobre a trás a informação sobre a concentraçãoconcentração

Métodos espectroscópicosMétodos espectroscópicos

Tipo de Espectroscopia Faixa de comprimento de onda usual

Faixa de número de

onda usual/cm-1

Tipo de transição

Emissão de raios-gama 0,005-1,4 Å ----- nuclear

Absorção, emissão, fluorescência e difração

de raios-x0,1-100 Å ----- Elétrons internos

Absorção, emissão no UV-vácuo

10 – 180 nm 106-5x104 Elétrons de valência

Absorção, emissão no UV-vis-NIR,

Espalhamento Raman180-1400 nm 5x104-7x103

Elétrons de valência, vibração/rotação

molecular

Absorção, emissão no infravermelho

1,4 - 300m 7x103-33 Rotação/vibração molecular

Absorção de microonda 0,75 – 3,75 mm 13-2,7 Rotação molecular

Ressonância de spin eletrônico (EPR)

3 cm 0,33 Spin eletrônico

Ressonância magnética nuclear (RMN)

0,6 – 10 m 1,7x10-2-10-3 Spin Nuclear

Difração

Monocromadores – Fendas mecânicasMonocromadores – Fendas mecânicasFendas mecânicas - As fendas de um monocromador exercem um papel importante na determinação das características e qualidades do mesmo.A fenda de entrada age como uma fonte de radiação, cuja imagem será

focalizada no plano focal contendo a fenda de saída. Ou, no caso do uso de um detector multicanal, ou uma chapa fotográfica, no plano focal da rede de

difração côncava, como a da figura.

Existe uma relação entre o recíproco da dispersão linear

quando ela é escrita da seguinte forma:

)18...(1

yD

Onde y pode ser substituído pela largura da fenda mecânica, w. Ou seja:

)19...(1 wDef

Onde ef = fenda, ou resolução espectral.

FIM!

• Bons estudos!