Fundamentos da espectrofotometria

LCE-108 – Química Inorgânica e Analítica

Wanessa Melchert Mattos

Métodos espectroscópicos

São baseados na medida da quantidade de radiação produzida ou absorvida pelas moléculas ou pelas espécies atômicas de interesse.

Classificação: Raios Raios x Ultravioleta (UV) Visível Infravermelho Microondas

Espectroscopia

y

x

z campo elétrico

campo magnético

radiação eletromagnética

Frequência () = n° de oscilações por segundo (Hz)

Tempo (s)

Espectroscopia

E = h

h 6,6 x 10-34 J s, constante de Planck

c =

Relação entre frequência e comprimento de onda:

c 3,0 x 108 m/s, velocidade da luz no vácuo

A luz é constituída por partículas, denominadas fótons. Cada fóton transporta uma quantidade de energia, que é dada por:

Espectroscopia

raios γ

raios X

microondas

infravermelho

ultravioleta

espectro visível

rádio

λ espectro eletromagnético

Energia

Freqüência

Comprimento de onda ()

Comprimento de onda ()

Espectro Eletromagnético

E2

E0

E1

e1

e2

e3

e1

e2

e3

e1

e2

e3

ea

eb

ec

ed A

Absorção de radiação eletromagnética

raios γ

raios X

microondas

infravermelho

ultravioleta

espectro visível

rádio

λ espectro eletromagnético

Métodos

Ópticos

Absorção de radiação eletromagnética

Absorção de radiação eletromagnética

/ nm cor cor complementar

380-420 violeta

420-440

440-470

470-500

500-520

520-550

550-580

580-620

620-680

680-780

absorvida transmitida

verde-amarelo

verde-amarelo

amarelo

amarelo

violeta

violeta

violeta-azul

violeta-azul

azul

azul

azul-verde

azul-verde

verde

verde

laranja

laranja

vermelho

vermelho

púrpura

púrpura

b

I0 It

T = It / I0 (%T = 100 x T)

A = log (1 / T) = log (I0 / It)

Lei de Beer

Lei de Beer: A = bc

c

A

m = b

A

A = 0 T = 1 100% transmissão

A = 1 T = 0,1 10% transmissão

90% absorção

Análise quantitativa

amostra

adição de reagente

branco amostra soluções de referência

c1 c3 c4 c2

cx c2

desenvolvimento da reação (t)

Análise quantitativa

Exemplo: determinação de ferro com 1,10-fenantrolina

2Fe3+ + C6H8O6 2Fe2+ + C6H6O6 + 2H+

Fe2+ + 3 phen [Fe(phen)3]2+ N N

phen =

10 mg L-1 branco 5 mg L-1

(nm)

(L

mol

-1 c

m-1)

400 500 600 700

2000

6000

10000

4000

8000

Espectro de absorção

Ax = 0,296

cx = 0,296 / 0,0598 L mg-1

cx = 4,95 mg L-1

Ax

cx 2,0 4,0 6,0 8,0 10 0

0,2

0,4

0,6

cFe / (mg L-1)

A

A = 0,0598 CFe (mg L-1)

Análise quantitativa

cFe / mg L-1 A

2,0 0,120

4,0 0,239

6,0 0,359

8,0 0,478

10 0,598

Espectrofotômetros

amostra

Espectrofotômetros

fonte de radiação

monocromador detector

amplificador

sinal

referência Io

amostra It

A = log (Io/It)

deutério

tungstênio

/ nm

Inte

nsid

ade

Fontes de radiação

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Sistema óptico

fenda de entrada

monocromadores

fenda de entrada

fenda de saída

espelhos

rede de difração

fenda de saída

prisma lente

lente

Celas de medida

material transparência aplicabilidade

quartzo 150-3000 nm UV, visível

vidro 375-2000 nm visível

plástico 380-800 nm visível

0,1 cm < b < 10 cm

Celas de medida

Detectores

Transdutor ideal:

sensibilidade resposta rápida

anodo catodo

e-

radiação

amplificador

90 V + -

fototubo

Detectores

fotomultiplicadora

anodo ~ 107 e- / fóton

radiação catodo

quartzo

(n1 x n2) e- / fóton

n1 e- / fóton

100% T 0% T

Espectrofotômetros

Espectrofotômetros

Determinação de fósforo solúvel em solos pelo método

“azul de molibdênio”

100 mL H2SO4 0,025 mol L-1

Preparo do extrato

5 cm3 de solo

Procedimento Experimental

Retirar 10,00 (A ou C) ou

20,00 (B ou D) mL da

amostra com pipeta

volumétrica

Acrescentar:

-5 mL de sulfo-bismuto-molíbdico;

-1 mL de ácido ascórbico 30 g L-1;

-completar o volume e homogeneizar;

-aguardar15 minutos.

Medida

espectrofotométrica

Extrato de solo

Procedimento Experimental – curva de calibração

Retirar 10,00 mL

do padrão

Acrescentar:

-5 mL de sulfo-bismuto-molíbdico;

-1 mL de ácido ascórbico 30 g L-1;

-completar o volume e homogeneizar;

-aguardar15 minutos.

Medida

espectrofotométrica

Cálculos

• Calcular a quantidade de P presente no solo em mg Kg-1 e mg

dm-3.

• Classifique o solo em:

mg dm-3 Teor de fósforo

0 – 6 Muito Baixo

7 – 15 Baixo

16 – 40 Médio

41 – 80 Alto

> 81 Muito Alto

Informações Adicionais

• Densidade do solo A e C = 1,2 g cm-3

• Densidade do solo B e D = 1,4 g cm-3

• 1 cm3 = 110-3 dm3