Aula 3 – introdução a UV-VIS

Julio C. J. Silva

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas

Depto. de Química

Juiz de For a, 2013

QUI 070 – Química Analítica V Análise Instrumental

Química Analítica Instrumental • A) métodos espectroanalíticos

– Espectrofotometria de absorção molecular

• Região do Visível

• Região do Ultravioleta

• Região do Infravermelho

– Fotometria de Chama (Emissão)

– Espectrofotometria de absorção atômica

• B) Métodos eletroanalíticos

– Potenciometria

– Condutimetria

– Eletrogravimetria

– Polarografia

Química Analítica Instrumental

• Reune:

– Vários métodos e técnicas

– Teoria e experimento

– Instrumentação

– Aplicações:

• Controle de qualidade

• Ciência dos solos

• Tecnologia de Alimentos

• Análises Clínicas

• Ciências Ambientais

Química Analítica Instrumental • Por muito tempo a QA usou métodos convencionais

(volumetria)

• Após 1930 introdução de novos métodos: espectrofotometria, potenciometria, polarografia, etc.

• Aprimoramento desses métodos busca de sensibilidade e seletividade

• E na condução automática das análises PRINCIPAL ÁREA DA Q.A.

Introdução a Métodos Óticos – ESPECTROMETRIA principal classe dos métodos

analíticos

“são baseados na interação da energia radiante com a matéria”

– São largamente usados devido aos compostos coloridos, instrumentação disponível e de fácil operação

– As medidas são feitas nas regiões do espectro: visível, ultravioleta e infravermelho

Introdução a Métodos Óticos 1) INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM A MATÉRIA

– Métodos espectrométricos a solução da amostra absorve radiação de uma fonte e a quantidade absorvida é relacionada com a concentração da espécie em solução

2) RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA (R.E.)

– A R.E. é uma forma de energia que se propaga no espaço como onda, a enorme velocidade e, em linha reta.

– A R.E. revela caracteriticas ONDULATÓRIAS e CORPUSCULARES

– Os fenômenos óticos: interferência, refração, reflexão, etc. são descritos satisfatoriamente, considerando a R.E. como um movimento ondulatório.

Introdução a Métodos Óticos Porém... O movimento ondulatório falha na interpretação da

ABSORÇÃO e EMISSÃO da energia radiante

– Absorção e Emissão são descritos com o postulado de que a R.E. consiste de partículas discretas de energia (fótons ou quanta)

“onda = grande número de fotóns”

3) PROPRIEDADES ONDULATÓRIAS

– A R.E. pode ser considerada “uma forma de energia radiante que se propaga como uma onda”

– O movimento ondulatório é caracterizado por vários parâmetros: comprimento de onda (), freqüência (), velocidade (c), amplitude (A), etc.

Introdução a Métodos Óticos – Comprimento de onda () é distancia linear entre dois máximos

ou mínimos de onda

– O tem diversas unidades: micrometros (µm), nanômetro (nm) e Ângstron (A)

– 1 µm = 10-6 m = 104 A = I.V. (I.R)

– 1 nm = 10-9 m = 10 A = Visível e U.V.

– 1 A = 10-10 m = 104 A = I.V. (I.R)

– Obs.: o depende do meio onde a onda se propaga

Introdução a Métodos Óticos – Freqüência () é o número de oscilações do campo por segundo

– Unidade ( ): Hertz (Hz) ou ciclo/s

– Obs.: a freqüência é determinada pela fonte e se mantém invariante, independente do meio de propagação.

– velocidade (c) o produto da freqüência () pelo comprimento de onda dá a velocidade da radiação no meio.

c = .

– No vácuo a “c” de uma onda independe da freqüência e tem valor máximo:

– Cvácuo = 3 x 1010 cm/s = 300.000 Km/s

– Cmeio Cvácuo pela interação do campo magnético com a matéria (elétrons do meio)

Introdução a Métodos Óticos

• Sendo a invariante o deve diminuir quando a radiação(onda) passa do vácuo para um meio material

• O fator segundo o qual a velocidade é reduzida chama-se índice de refração (n):

n = Cvácuo /Cmeio

• Obs.: na análise espectroscópica o termo mais usado é o

Introdução a Métodos Óticos

• Sendo a invariante o deve diminuir quando a radiação(onda) passa do vácuo para um meio material

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4 )PROPRIEDADES ESPECTROSCÓPICAS

– Certas interações da R.E. com o meio material obrigou a tratar a R.E. como constituída de partículas de energia (fótons ou quanta)

– Quando a R.E. é absorvida ou emitida ocorre uma transferência de energia de um meio para outro.

– A energia de um fóton depende da freqüência da radiação:

E = h.

– Onde:

• E= energia em erg

• = freqüência em Hertz

• h = constante de Planck = 6,6256 x 10-27 ergs

– Em termos de :

– E = h.v v = c/ E = h.c/

– Portanto um fóton de alta freqüência (curto ) é mais energético do que um de baixa freqüência (longo )

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5 ) ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

• É um arranjo ordenado das radiações conforme seus comprimentos de onda

• O espectro é dividido em várias regiões, de acordo com: a origem das radiações, as fontes para sua produção e os sensores para detectá-las

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Introdução a Métodos Óticos Obs.: Sempre que uma solução for colorida seu estará entre

400 e 700 nm

Introdução a Métodos Óticos 6) INTERAÇÕES NÃO QUANTIZADAS DA R.E. COM A MATÉRIA

• Reflexão, refração e dispersão: são fenômenos que a química não determina (óticos)

• Reflexão e refração:

• desvio da radiação quando passa (em ângulo) através da interface entre

dois meios transparentes com densidades diferentes devido à diferença de

velocidades da radiação nestes meios

• Lei de Snell

Introdução a Métodos Óticos 6) INTERAÇÕES NÃO QUANTIZADAS DA R.E. COM A MATÉRIA

• Dispersão:

Introdução a Métodos Óticos 7) ABSORÇÃO DA R.E.

• A absorção da R.E. por um meio material é uma interação quantizada que depende da estrutura das espécies atômicas ou moleculares envolvidas

• Quando um feixe de radiação atravessa um meio material, seu vetor campo elétrico (E) atua sobre os átomos, moléculas e íons do meio e certas freqüências são seletivamente absorvidas

Introdução a Métodos Óticos 7) ABSORÇÃO DA R.E.

• A energia absorvida é fixada por átomos ou moléculas que, sofrendo excitação, passa do estado fundamental para um estado excitado (estado energético superior)

• Átomos, moléculas e íons possuem número limitado de níveis de energéticos

• Ex: Na11 = 1s2 2s2 2p6 3s1

• Para a absorção ocorrer co fóton excitador deve possuir uma energia apropriada:

h = E

Onde:

h = energia do fóton

E = Diferença de energia o estado fundamental e o estado excitado

• Retorno do estado excitado através de diferentes processos

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Introdução a Métodos Óticos 8) ABSORÇÃO ATÔMICA

– promoção de elétrons a estados de maior energia

– relativamente poucos estados excitados possíveis

– espectro de linhas

– As energiasno U.V. e visível são suficientes apenas para provocar

transições que envolvem elétrons externos

Introdução a Métodos Óticos 9) ABSORÇÃO MOLECULAR

– Compreende três tipos de energia: rotacional, vibracional e eletrônica

Et = Er + Ev + Ee

– Er associada a rotação da molécula em torno do seu núcleo de gravidade

“ocorrem em regiões de baixa energia (µ ondas e I.V.). A energia não é

suficiente para provocar outros tipos de transição”

– Ev associada a vibração dos átomos na molécula

“ocorrem na região do I.V. e são sempre acompanhadas de transições

rotacionais”

– Ee associada a distribuição dos elétrons em torno do núcleo do átomo

“ocorrem nas regiões entre 110 e 750 nm. São sempre acompanhadas das

outras transições”

Introdução a Métodos Óticos

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Referências

- Faria, L.C. Notas de Aula. Instituto de Química. UFG. 1995.

- D. A. SKOOG, F. J. HOLLER e T. A. NIEMAN – Princípios de Análise

Instrumental, 5a ed., Saunders, 2002.

- Junior, I.M.R. Notas de Aula. Instituto de Química. Unicamp. 2003.

- James N. Miller & Jane C. Miller. Statistics and Chemometrics for Analytical

Chemistry, fourth edition. Person Education.

- A. I. VOGEL - Análise Analítica Quantitativa, LTC, 6ª ed., Rio de Janeiro.

- D. A. SKOOG, D. M. WEST e F. J. HOLLER – Fundamentals of Analytical

Chemistry, 6a ed., Saunders, 1991.

- Galen W. Ewing. Métodos Instrumentais de Análise Química (Volume 1).

Editora Edgard Blücher/Ed. da Universida