QUÍMICA ANALÍTICAava.ucamprominas.com.br/public/gestor/attachment/cadDis...PORTARIA Nº 1.282 DO DIA 26/10/2010 MATERIAL DIDÁTICO QUÍMICA ANALÍTICA Impressão UNIVERSIDADE CANDIDO

MATERIAL DIDÁTICO

QUÍMICA ANALÍTICA

U N I V E R S I DA D E

CANDIDO MENDES

CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA PORTARIA Nº 1.282 DO DIA 26/10/2010

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2

SUMÁRIO

UNIDADE 1: INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 3

UNIDADE 2: AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS ....................................................... 5

UNIDADE 3 - QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA E QUÍMICA ANALÍTICA

QUANTITATIVA ........................................................................................................................................... 9

UNIDADE 4: DETERMINAÇÃO QUALITATIVA DE CÁTIONS E ÂNIONS .................................... 13

UNIDADE 5: ESPECTROSCOPIA MOLECULAR NAS REGIÕES DO VISÍVEL, ULTRAVIOLETA

E INFRAVERMELHO ................................................................................................................................. 16

UNIDADE 6: ESPECTROSCOPIA DE RAIO-X ...................................................................................... 24

UNIDADE 7: ANÁLISE TITULOMÉTRICA ............................................................................................ 25

UNIDADE 8: POTENCIOMETRIA ........................................................................................................... 31

UNIDADE 9: ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA .......................................................... 34

UNIDADE 10: MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS ................................................................................ 39

UNIDADE 11 – CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................ 48

REFERÊNCIAS ............................................................................................................................................ 49




3

UNIDADE 1: INTRODUÇÃO

A Ciência Química pode ser entendida como um grande agrupamento de

conceitos, métodos e teorias que buscam compreender, analisar e interpretar os

fenômenos que ocorrem com as muitas substâncias existentes.

Assim, na prática, a Química não é uma ciência fragmentável. Deve ser

estudada como um todo, pois cada fenômeno não pode ser interpretado sob um

único ponto de vista.

Didaticamente, entretanto, a diversidade de fenômenos e substâncias

existentes inviabiliza o desenvolvimento de um estudo unificado que conduza ao

entendimento que se deseja sobre um determinado assunto dentro da área. Para

tanto, é comum que se divida a Química em quatro grandes áreas, a saber:

Química Inorgânica, Química Orgânica, Química Analítica e Físico-Química.

Neste módulo são apresentados e discutidos os tópicos referentes à

Química Analítica, ou seja, os métodos para a determinação da composição

química de uma amostra, além do estudo da teoria que dá origem a esses

métodos.

A importância da Química Analítica reside no fato de que a todo o

momento, direta ou indiretamente, utilizamos substâncias químicas de várias

formas: alimentos, medicamentos, cosméticos, etc. Torna-se necessário a

existência de informações consistentes sobre essas substâncias.

Os principais assuntos abordados são a amostragem e preparação da

amostra, a identificação de cátions e ânions, os métodos volumétricos de

determinação quantitativa, espectroscopias, absorção atômica e métodos

cromatográficos.

Todos esses métodos encontram aplicação nas determinações das

substâncias químicas destacando o controle de qualidade químico, exigência

relevante dos diversos processos desenvolvidos pelas indústrias químicas.

Exemplificando, pode-se citar que a legislação atual determina que a indústria




4

farmacêutica e até as farmácias de manipulação assegurem as qualidades

químicas, físicas e microbiológicas de todos os produtos manipulados.

Também, é exigência legal que as empresas apresentem relatórios de

produção e de controle de qualidade, aos quais é obrigatória a descrição de todo

o processo de produção do fármaco e seus excipientes, incluindo identificação e

métodos analíticos utilizados, bem como a validação dos mesmos (ANVISA –

Resolução – RE n 0 135 de 29 de maio de 2003). Desta forma, torna-se

indispensável a disponibilidade de métodos e equipamentos analíticos que

ofereçam resultados confiáveis.

Por fim, não se pode perder de vista que os resultados de qualquer análise

química estão condicionados a realização de procedimentos corretos de

amostragem e preparação da amostra. Outro fator de extrema importância é a

escolha do método analítico que depende de um conhecimento prévio da

amostra.

Desta forma, a Química Analítica extrapola o lugar de área de estudo da

ciência Química para apresentar aplicabilidade de seus princípios em disciplinas e

áreas relacionadas como as ciências ambientais.




5

UNIDADE 2: AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE

AMOSTRAS

Por mais eficiente, preciso e exato que seja um método de determinação

analítica, o resultado só haverá confiabilidade se a amostragem, preparo da

amostra e a própria escolha do método forem realizadas corretamente. Entende-

se por amostragem a coleta e seleção de material representativo para a

determinação analítica. Como boa parte das amostras é constituída por materiais

heterogêneos, a garantia de representatividade dar-se-á através do procedimento

correto de amostragem.

A operação de amostragem deve levar em conta que da totalidade da

amostra (lote), deve-se retirar uma quantidade menor denominada amostra bruta.

Essa quantidade está relacionada ao tipo de amostra, ao seu estado físico e até

ao tamanho do lote (quantidade total de amostra disponível).

Em seguida, retira-se da amostra bruta, uma quantidade representativa e

que recebe tratamento apropriado levando em conta suas características físicas e

químicas que constitui a amostra laboratorial. Essa amostra deve possuir a

mesma composição da amostra bruta e será tratada e separada em alíquotas

para execução do método de determinação analítica.

Em se tratando de amostras sólidas, a amostragem pode se dar por

quarteamento. Nesse processo, grande quantidade da amostra colhida em

diferentes pontos do sistema em estudo é misturada e, posteriormente, separada

em quatro partes. Duas destas partes são desprezadas e outras duas novamente

misturadas e fracionadas em mais quatro partes. A operação de desprezo de

duas partes e mistura das outras duas é repetida até que se obtenha uma

quantidade final de amostra conveniente para análise.

Para amostras líquidas, em geral, a agitação e misturação são suficientes

para garantir a homogeneidade da amostra bruta. Nos casos em que a

determinação trabalha com misturas heterogêneas, os volumes de cada uma das

fases deve ser medido para que as fases sejam amostradas separadamente.




6

Como exemplo, é apresentado o procedimento adaptado do Guia de Coleta

e Preservação de Amostras de Água da CETESB, para coleta de águas

superficiais em cursos d’água.

COLETA DE ÁGUAS SUPERFICIAIS

Quando a coleta for realizada com uso de um balde:

1. Procure evitar a coleta de amostras em áreas estagnadas ou em locais

próximos às margens;

2. Lave o balde e as garrafas com a água que será coletada;

3. Amarre a corda à alça do balde e lance-o ao ponto onde se deseja colher a

amostra, tomando o cuidado para que o balde não raspe o fundo do local. Em

locais onde há correnteza a amostra deve ser coletada em sentido contrário a ela;

4. Transfira, com auxílio de um funil, a água para as garrafas PET, até enchê-

las, fechando-as hermeticamente e, em seguida, guarde-as sob refrigeração;

5. Descarte o restante da água do balde no próprio local;

6. Preencha a ficha de campo*.

* (PONTO DE AMOSTRAGEM/DATA E HORA/TEMPERATURA DA

ÁGUA/CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS NAS ÚLTIMAS 24HORAS/DADOS DO

RESPONSÁVEL PELA COLETA).

Quando não for possível o uso do balde, realizar os seguintes

procedimentos:

1. Com todos os cuidados de assepsia (uso de luvas), remova as tampas das

garrafas;

2. Lave as garrafas com a água que será coletada;




7

3. Com uma das mãos, segure a garrafa pela base e a mergulhe rapidamente

com a boca para baixo, de 15 a 30 centímetros abaixo da superfície da água, para

evitar a introdução de contaminantes superficiais;

4. Direcione a garrafa de modo que a boca fique em sentido contrário à

correnteza;

5. Se o corpo de água for estático, deverá ser criada uma corrente superficial,

através da movimentação do frasco na direção horizontal (sempre para frente);

6. Incline a garrafa lentamente para cima, a fim de permitir a saída de ar e

subsequente enchimento da mesma;

7. Feche a garrafa imediatamente e a guarde sob refrigeração;

8. Preencha a ficha de campo.

Materiais necessários para a coleta:

Luvas plásticas;

1 balde;

1 corda;

1 funil;

2 garrafas PET de 2 litros;

Termômetro;

Caixa de isopor com gelo.

Em amostras gasosas, a amostra deve estar contida em sistema fechado

onde não se observem variações de temperatura e pressão. Antes da passagem

da amostra em válvulas, torneiras e/ou tubulações, este sistema fechado devem

estar livres de qualquer outro gás. Outro cuidado a ser tomado, diz respeito a

conhecimento prévio das características químicas do gás ou gases a serem




8

analisados para garantir que não ocorra reação com os frascos, aparelhos e

dispositivos utilizados para amostragem e para a própria análise.

Além desses cuidados, deve-se ainda ter critério para escolha do método

de análise. Para essa seleção, é preciso considerar: as características físicas e

químicas da amostra; a disponibilidade de material, bem como de equipamentos e

de pessoal capacitado para a execução do procedimento; o limite de detecção do

método; a exatidão e precisão requeridas para o resultado; o tempo necessário

para a análise e os custos da mesma.

A amostragem correta, juntamente, com preparação apropriada da amostra

garantirão a preservação dos aparelhos e instrumentos utilizados nos

procedimentos de análise e a confiança nas medidas observadas.




9

UNIDADE 3 - QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA E

QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA

A Química Analítica compreende o estudo dos aspectos qualitativos e

quantitativos das substâncias químicas. Essa divisão didática da Ciência Química

permite, através de técnicas e métodos, identificar, classificar e quantificar os

diversos compostos existentes, além de desenvolver e aprimorar esses métodos

e técnicas na teoria e na prática. Para tanto, os conceitos e teorias abordados

nas demais áreas de estudo da Química são aplicados.

O estudo da Química Analítica pode ser comumente dividido em: Aspectos

Qualitativos ou Química Analítica Qualitativa; Aspectos Quantitativos ou Química

Analítica Quantitativa.

A análise qualitativa compreende os processos químicos utilizados para

identificar, qualificar uma substância química, seja ela um elemento ou um

composto presente em uma amostra. Esses processos levam em consideração as

propriedades químicas desse material e as transformações físicas e/ou químicas

sofridas por essas substâncias em determinadas condições controladas ou na

presença de outras substâncias conhecidas. A análise qualitativa é o objeto de

estudo da Química Analítica Qualitativa.

Para quantificar uma substância química, trabalha-se com a Química

Analítica Quantitativa. Essa subdivisão da ciência Química, mais precisamente da

Química Analítica permite a determinação das quantidades, nas quais um

elemento ou composto está presente em uma amostra. O desenvolvimento de

métodos, cada vez mais precisos e sensíveis, possibilita a quantificação de traços

de elementos ou compostos no diagnóstico ambiental ou de doenças

relacionadas à presença de elemento no organismo, etc.

A escolha do método numa determinação analítica depende principalmente

da composição da amostra a ser analisada. Outros fatores como a exatidão, o

tempo de execução, a disponibilidade de materiais e/ou recursos instrumentais e




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a economia, também devem ser levados em consideração. Assim, toda análise

quantitativa deve ser realizada após análise qualitativa prévia.

Conceitos Importantes:

Amostra – Compreende a porção de material/substância separada para

desenvolvimento de um procedimento de analítica. A amostra deve ser

representativa, isto é, deve conter o material de interesse analítico em quantidade

e qualidade que reproduza com fidelidade o todo, o objeto de estudo. A

representatividade pode se garantida a partir da realização de procedimentos

corretos de amostragem.

Analito – Elemento, substância ou composto de interesse em uma amostra.

Quanto mais componentes diversos uma amostra apresenta, mais complexa ela é

considerada e, portanto, maior será a dificuldade em promover a separação

eficiente desse analito para determinação ou eliminação dos interferentes.

Interferentes – Quaisquer substâncias presentes em uma amostra que não sejam

foco de interesse do processo analítico e que possam de alguma forma prejudicar

ou levar a um falso resultado da análise.

Exatidão – A exatidão é a concordância entre o valor determinado na análise e o

valor aceito para uma grandeza. Por exemplo, se a quantidade de cálcio

comumente encontrada em amostras de um determinado tipo de leite é de

20mg/L, uma determinação analítica será tão mais exata, quanto mais próximo de

20mg/L desse componente for encontrado nas amostras analisadas. A exatidão é

indicada pelo erro absoluto ou relativo.




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Precisão – A precisão é a concordância entre várias medidas realizadas sobre um

mesmo analito, em um mesmo padrão de amostragem, utilizando-se para tanto a

mesma técnica ou o mesmo método.

Erros – A toda determinação analítica estão associados erros. O desenvolvimento

correto da prática, a experiência do analista dentre outros, são fatores que

minimizam esses erros. A eliminação total dos mesmos, entretanto, não é

possível. Esses erros podem ser classificados em determinados e

indeterminados.

Erros determinados ou sistemático - Os erros determinados são aqueles que

apresentam causas definidas e localizáveis. Dessa forma, é possível eliminá-los

ou usá-los para correção da medida analítica realizada. Eles podem ser

instrumentais, de operação, associados aos reagentes, pessoais ou do próprio

método utilizado.

Erros indeterminados ou aleatório - Os erros indeterminados representam a

incerteza experimental associada a cada medida. São resultados de pequenas

flutuações e/ou variações do instrumento, do sistema ou do operador. Não se

podem eliminar, totalmente, todos os erros indeterminados, apenas minimizá-los

até que se tornem insignificantes diante da operação analítica processada. A

influência desses erros pode ser estimada pela precisão da medida.

Algarismos significativos – Qualquer valor numérico de uma determinação ou

medida nunca oferece 100% de certeza, é sempre uma aproximação. A exatidão

de uma medida tem por limite o erro associado ao instrumento de medida. Assim

também, a precisão de uma medida depende da utilização correta dos algarismos

significativos que correspondem ao número de dígitos utilizados para se escrever

um valor medido em notação científica e sem perda da exatidão e precisão.

Exemplos:




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5,36 x104 - 3 algarismos significativos

5,360 x 104 - 4 algarismos significativos.

Iniciemos agora o estudo de métodos referentes à determinação qualitativa

das substâncias. A Química Analítica Qualitativa faz uso de ensaios em soluções,

onde ânions e cátions podem ser identificados. Alguns métodos instrumentais

também servem para identificar/qualificar uma substância química. Podemos citar

dentre eles, a espectroscopia de absorção no visível, infravermelho e ultravioleta,

a difração de raios X e os métodos de separação cromatográfica.




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UNIDADE 4: DETERMINAÇÃO QUALITATIVA DE CÁTIONS

E ÂNIONS

Os elementos eletricamente carregados podem ser classificados como

cátions ou ânions, conforme apresentem carga positiva ou negativa,

respectivamente.

Os cátions podem ser divididos em cinco grupos conforme características

reacionais do elemento eletricamente neutro (TABELA 1). Os grupos II e III são

ainda subdivididos nos subgrupos A e B. Na maioria dos casos esta divisão por

grupos permite a utilização de reagentes específicos para um mesmo grupo de

cátions. Os procedimentos de identificação consideram a formação de reações

químicas onde a evidência observada é a formação de sólido, isto é, de um sal

insolúvel do cátion.

Tabela 1 – Classificação de alguns cátions em seus respectivos

grupos de reação de identificação.

GRUPO

CÁTIONS

REAGENTE DO

GRUPO

EVIDÊNCIA

REACIONAL

OBSERVADA

REAÇÃO

QUÍMICA

Grupo I

Ag+, Pb

2+, Hg2

2+

HCl diluído

Formação de

precipitado branco

Formação de

cloretos

insolúveis

Grupo II

IIA- Hg2+

, Cu2+

, Cd2+

e Bi3+

H2S

Formação de

precipitado

Formação de

sulfetos

insolúveis

IIB- As3+

, As5+

, Sn2+

, Sn4+

,

Sb3+

e Sb5+

.

Grupo III

IIIA- Fe3+

, Al3+

, Cr3+

Hidróxidos –

NH4OH/NH4Cl

Formação de

hidróxidos

insolúveis




14

IIB- Mn2+

, Co2+

, Ni2+

, Zn2+

. (NH4)2S. Formação de

sulfetos

insolúveis

Grupo IV

Ca2+

, Ba2+

, Sr2+

. (NH4)2CO3. Formação de

carbonatos

insolúveis

Grupo V*

Na+, Li

+, K

+, Mg

2+, NH4

+. Não há reagente

específico para

o grupo.

-

-

* - Neste caso os cátions devem ser identificados por testes individuais.

Os reagentes de grupo mostrados na tabela são capazes de precipitar

todos os cátions do respectivo grupo presentes em uma solução. Caso esta

solução apresente mais de um cátion do mesmo grupo é necessário que se

trabalhe com reagentes específicos. Por vezes são utilizados reagentes orgânicos

como a 8-hidroxiquinolina e a dimetilglioxima (VOGEL).

As condições de ocorrência das reações como pH do meio, concentração

das soluções contendo os íons conhecidos, bem como de eliminação ou

“mascaramento” de prováveis interferentes devem ser observadas com atenção

para cada caso.

Identificação de ânions.

Diferentemente dos cátions, não podemos separar os ânions em grupos

que apresentem reagentes comuns. A identificação dessas espécies é realizada

utilizando-se reagentes e condições reacionais específicas para cada ânion.

Vejamos a seguir alguns procedimentos de identificação de certos ânions. Por

vezes, é necessário realizar uma separação prévia destes ânions devido à

dificuldade de eliminação de interferentes.

A identificação preliminar apresenta mudanças visuais como descoramento

ou formação de uma nova cor ou de um precipitado, evidenciam a presença de




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uma certa quantidade de ânions. Para confirmar a ocorrência desses ânions em

uma solução desconhecida, testes específicos devem ser realizados.

A tabela 2 apresenta os ânions mais representativos e seus respectivos

testes de identificação.

Tabela 2 – Alguns ânions comuns e respectivos testes de

identificação.

Ânion

Teste de identificação Observações

Cl-; Br

-; I

- Solução de AgNO3 em meio ácido

(HNO3). Formação de precipitado

branco.

Cada ânion deve ser identificado

separadamente.

CO32-

Montagem de sistema fechado com

saída para gás recolhido em solução

de Ba(OH)2*

Determinação baseada na

formação do H2CO3 que é

instável e libera CO2.

PO43-

Solução de (NH4)2MoO4 em meio

ácido (HNO3). Formação de

precipitado amarelado.

Identificação baseada na reação

de precipitação do íon HPO4-.

Pode haver necessidade de

aquecimento brando.

SO42-

Solução de BaCl2.2H2O em meio

ácido (HCl).

-

C2O4- Solução de CaCl2 em meio ácido

(CH3COOH)

O ânion SO42-

é interferente

dessa reação devendo ser

removido.

A seguir serão discutidas algumas técnicas instrumentais que também

podem ser utilizadas na identificação de compostos inorgânicos ou orgânicos

presentes em amostras ambientais, de medicamentos, de alimentos, etc.




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UNIDADE 5: ESPECTROSCOPIA MOLECULAR NAS REGIÕES

DO VISÍVEL, ULTRAVIOLETA E INFRAVERMELHO

O ESPECTRO DE LUZ

De acordo com teorias propostas no século XIX, comprovou-se que a luz

comportava-se como onda eletromagnética e que apresentava fenômenos como a

refração, reflexão e difração. Existiriam ainda outros tipos de radiação

eletromagnética. O conjunto de todas as radiações eletromagnéticas descobertas

constituem o chamado espectro eletromagnético. É comum organizarmos o

espectro eletromagnético em função dos comprimentos de onda característicos

de cada região.

As substâncias químicas, devido às suas características próprias,

absorvem e emitem energia radiante (fótons) em diferentes regiões do espectro.

Desta maneira temos que as substâncias orgânicas podem ser caracterizadas por

medidas analíticas na região do infravermelho e as substâncias inorgânicas por

medidas na região do ultravioleta.

O princípio das operações espectroscópicas é a medida da absorção da luz

pelas substâncias químicas presentes em uma amostra. Nas técnicas de

infravermelho e ultravioleta essa absorção provoca fenômenos específicos nas

amostras permitindo a caracterização dos grupos de átomos presentes.

A energia radiante que incidente diminui, devido à absorção de luz pela

amostra. Para a espectroscopia na região do ultravioleta, geralmente uma

amostra líquida é acondicionada em uma célula denominada cubeta de faces

planas de sílica fundida.

Em um sistema de medidas dotado de monocromador, a fonte de luz emite

energia radiante. Essa luz passa por um monocromador com energia radiante P0

e atravessa a amostra. Parte da luz é absorvida pela amostra graças às suas




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características químicas e a energia radiante que passa é P. Esse processo pode

ser representado pelo esquema a seguir:

Figura 1 – Esquema de experimento espectrofotométrico.

ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO

Consiste em uma técnica espectroscópica usada para identificar um

composto ou investigar a composição de uma amostra.

A espectroscopia no infravermelho se baseia no fato de que as ligações

químicas das substâncias apresentam vibrações em frequências específicas, ou

seja, em comprimentos de onda específicos, os quais correspondem a níveis de

energia da molécula (chamados nesse caso de níveis vibracionais). Se a

molécula receber luz com energia compatível a uma dessas vibrações, então, a

luz será absorvida, desde que sejam atendidas à determinadas condições. A

vibração da molécula será então registrada no espectro de infravermelho

(espectro de IV) devido a variação do momento dipolar da molécula em questão.

A espectroscopia de infravermelho é utilizada na determinação de compostos

orgânicos porque as ligações presentes nestes apresentam vibrações nesta

região do espectro.

O espectro é descrito em gráficos de absorbância em função do

comprimento de onda e apresenta bandas de absorção características dos grupos

funcionais orgânicos presentes nas amostras analisadas. As principais regiões de

absorção dos grupos orgânicos são apresentadas a seguir.

Fonte de luz Seletor de comprimento de onda (monocromador)

Amostra Detector de luz

P0 P

http://pt.wikipedia.org/wiki/Liga%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%ADmica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Liga%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%ADmica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Subst%C3%A2ncia

http://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADvel_de_energia

http://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADvel_de_energia




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Tabela 3 – Principais bandas de absorção de grupos orgânicos

empregadas para identificação de compostos na espectroscopia de infravermelho.

Ligação Especificação Comprimento de onda

característico da

absorção/cm-1

Intensidade da

banda observada

C-H Metil 1360

1480

Fraca

Forte

Metileno 1470

2850-2925

Forte

Média a Forte

Metino 2890 Fraca

C=CH2 - 900 Forte

2975-3080 Média

C=CH 3020 Média

Aromáticos Benzeno 3070 Fraca

Benzeno monossubstituído 700-750 Forte

Benzeno orto-substituído 750 Forte

Benzeno meta-substituído 750-800

860-900

Forte

Forte

Benzeno para-substituído 800-860 Forte

Alcinos 3300 Média

Aldeídos 2720-2820 Média

Ácidos Carboxílicos

e seus derivados

saturados 1750

Insaturados e aromáticos 1680-1690

Álcoois e fenóis 3610-3670




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ESPECTROSCOPIA MOLECULAR POR ABSORÇÃO NA REGIÃO

DO VISÍVEL E ULTRAVIOLETA

A técnica de espectroscopia de absorção no visível trabalha com

determinações qualitativas e quantitativas em substâncias químicas que

absorvem energia na faixa do espectro eletromagnético que compreende

comprimentos de onda de 400 a 800nm.

Ao incidir sobre uma amostra, parte da energia radiante é absorvida e parte

a atravessa, sendo detectada, ampliada e registrada. Os aparelhos modernos que

realizam medidas utilizando esta técnica são espectrofotômetros de feixe duplo

(sistemas mais sofisticados que o espectrofotômetro de feixe simples

representado na figura 2) que possuem fotomultiplicadores capazes de detectar

medidas de pequenos valores de potência radiante.

Figura 4 – Esquema de um espectrofotômetro de feixe duplo(1= espelho rotatório, funciona como

um divisor de feixe rotatório/2= espelho semitransparente/3 e 4= espelhos para desvio do feixe de

energia radiante).

Fonte

Monocormador de Varredura Cubeta

/amostra Detector

Amplificador

Registrador

Cubeta/ referência

1 2

3 4




20

440 460 480 500 520 540 560 580 600 620

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

Absorb

ância

Comprimento de onda

Os espectros obtidos nestes aparelhos apresentam bandas de absorção

cuja posição está associada ao comprimento de onda característico e

consequentemente à energia da transição eletrônica observada na molécula do

analito.

Figura 5 – Espectro de absorção de uma solução colorida determinada por espectrofotmetria de

absorção molecular no visível

A relação entre energia radiante incidente e energia radiante REFRATADA

pela amostra, fornece-nos a transmitância que possui uma relação logarítmica

com a absorbância:

T = P/P0

A absorbância, grandeza comumente utilizada nas medidas e na descrição

de espectros de espectroscopia molecular é dada por:

A = -log T




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LEI DE LAMBERT BEER

Em meados do século XVII, Bogouer e Lambert estabeleceram que a

absorbância devida a uma amostra submetida a análise espectroscópica era

diretamente proporcional ao caminho percorrido pela luz ao atravessar a amostra

(cainho ótico). Mais tarde, Beer mostrou que se mantendo este caminho

constante, a absorbância seria então, diretamente proporcional das espécies

químicas absorventes contidas na amostra. Considerando-se dentre outras, as

condições que:

A radiação incidente seja monocromática e que possua energia suficiente

para promover alterações no estado energético fundamental das moléculas do

analito;

As reflexões internas sejam minimizadas e o feixe de radiação incidente

colimado;

Que a solução da amostra seja homogênea e que as espécies absorventes

comportam-se como centros independentes, isto é, não sofram interações

moleculares significativas; pode-se escrever a Lei de Lambert-Beer (ou Lei de

Beer) como:

A = . b. C

Onde: A= absorbância.

= coeficiente de absortividade molar (característico da espécie para um

determinado comprimento de onda em um determinado solvente).

b= caminho ótico (corresponde à largura da cubeta, para muitos casos

1cm).

C= concentração da solução analisada.




22

Dessa forma, observando a Lei de Beer, é possível plotar uma curva de

absorbância X concentração.

100 200 300 400 500 600 700

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Ab

so

rbã

ncia

53

5n

m

Concentração/ mg.L-1

Figura 6 – Curva de Calibração do sistema Azitromicina/p-cloranil

Podem ocorrer desvios da Lei de Beer, classificados como: reais quando

resultam de limitações da própria lei; ou aparentes quando resultam dos

procedimentos adotados nas medições; ou devido a alterações químicas

relacionadas à concentração das espécies em análise.

Assim, como na espectrofotometria na região do visível nas medidas

realizadas na região ultravioleta, a absorção de radiação envolve inicialmente a

excitação da espécie química e posterior relaxação que pode envolver um

processo de conversão de energia de excitação em calor, remissão de

fluorescência ou fosforescência, ou ainda, formação de novas espécies por

reações fotoquímicas.

Os estudos de Albert Einstein sobre radiação eletromagnética

demonstraram que um fóton ultravioleta tem mais energia que um fóton na região

do visível ou na região do infravermelho. De qualquer forma, a absorção de fótons

por uma espécie está relacionada à características próprias desta espécie.




23

As espécies que absorvem no ultravioleta emitirão fótons nesta região do

espectro e ocasionalmente também na região visível. Um exemplo de aplicação

prática é a determinação de dipirona por espectroscopia de ultravioleta.

Figura 7 – Espectros obtidos em soluções de dipirona em diferentes solventes (a - ácido clorídrico,

b- hidróxido de sódio, c- água e d- álcool etílico.

Fonte: Trabalho da Unisul- Resumos SBQ.




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UNIDADE 6: ESPECTROSCOPIA DE RAIO-X

Os raios-X são um tipo de radiação eletromagnética de baixo comprimento

de onda. São produzidos pela desaceleração de elétrons de baixa energia ou são

resultantes de transições de elétrons de orbitais mais internos.

A espectrometria de raios X é um método de análise elementar não-

destrutivo que se baseia no fato de os elementos químicos emitirem radiação

característica quando sujeitos a excitação apropriada. Isto possibilita a análise

qualitativa e quantitativa dos estados de agregação de materiais policristainos e a

identificação e quantificação de vários elementos químicos.

Essa excitação pode ser provocada pelo impacto de partículas aceleradas

(elétrons, prótons, partículas alfa ou íons) ou pela incidência de radiação

proveniente de um tubo de raios X ou de uma fonte radiativa apropriada (por

exemplo, a utilização de uma fonte radioativa com um processo de decaimento).

No tubo de raios-X, elétrons são produzidos em um cátodo aquecido e acelerados

em direção a um anodo metálico por uma diferença de potencial de cerca de

100kV. A emissão pode ser provocada ainda pela exposição da amostra (alvo) a

uma fonte primária de raios-X provocando a geração de um feixe secundário de

fluorescência de raios-X.

Na técnica de fluorescência de raios-X é utilizada uma fonte de

radiação de alta energia, por exemplo, raios gama. Por efeito fotoelétrico, os

fótons emitidos pela fonte de radiação são absorvidos pelo analito e elétrons das

camadas K e L são arrancados. Os átomos excitados então relaxam e as

transições eletrônicas devidas a este relaxamento geram um espectro

característico para cada elemento analisado.

Por comparação com as tabelas disponíveis, é assim possível identificar os

elementos presentes nas amostras analisadas. Exemplo de aplicação: a

identificação de elementos presentes em minério.




25

UNIDADE 7: ANÁLISE TITULOMÉTRICA

Nesta técnica analítica, um analito é determinado por titulação. Uma

solução de concentração a ser determinada, denominada titulado, reage

quantitativamente com uma solução de concentração conhecida (titulante) ou

vice-versa.

A solução de concentração conhecida deve ser um reagente padrão

primário ou uma solução padronizada, pois a partir dela é calculada a

concentração da substância a ser titulada (que contém o analito).

Os métodos titulométricos constituem uma forma versátil de se realizar

determinações analíticas. Entretanto, o número de reações adequadas para

aplicação deste método é pequeno, já que as mesmas devem obedecer aos

requisitos:

Reação completa e descrita por uma única equação química;

Apresentar fácil visualização do ponto final (utilização de indicadores

apropriados);

Ser rápida.

Os métodos titulométricos são classificados de acordo com o tipo de

reação química realizado: titulometria ácido-base, titulométria de precipitação,

titulometria de complexação e titulometria de oxidação-redução.

TITULOMETRIA OU VOLUMETRIA ÁCIDO-BASE

As titulações ácido-base permitem a determinação da concentração de um

analito baseada em uma reação de neutralização entre essas duas espécies. O

titulante é sempre um ácido forte ou uma base forte. O ponto final da titulação é

determinado pela mudança de cor indicada por um indicador ácido-base.




26

A escolha desse indicador leva em consideração sua faixa de transição que

deve ser a mais próxima possível do ponto de equivalência da tiulação ácido-

base. Esse ponto de equivalência pode ser visualizado numa curva que relaciona

o pH com a concentração de titulado adicionada sob a forma de uma forte inflexão

na curva. Os indicadores ácido-base mais comuns são apresentados na tabela a

seguir:

Tabela 4 – Alguns indicadores ácido-base

Indicad

or

Faixa de

transição

Cor ácida Cor básica

Violeta de

metila

0,0-1,6 Amarelo Violeta

Alaranjado de

metila

3,1-4,4 Vermelho Amarelo

Vermelho de

metila

4,8-6,0 Vermelho Amarelo

Azul de

bromotimol

6,0-7,6 Amarelo Azul

Vermelho de

cresol

7,2-8,8 Amarelo Vermelho

Fenolftaleína 8,0-9,6 Incolor Vermelho

Timolftaleína 8,3-10,5 Incolor Azul

Os indicadores ácido-base devem ser usados em quantidades muito

pequenas para garantir que seu número de moles seja desprezível em relação ao

número de moles das espécies reagentes para excluir a possibilidade de

interferência.




27

TITULOMETRIA OU VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO

Este método volumétrico é baseado nas reações na formação quantitativa

de sais pouco solúveis. O método mais importante é a argentimetria que consiste

na formação de haletos, cianetos ou tiocianatos de prata. São dois os tipos de

indicadores utilizados para determinação do ponto final das titulações de

precipitação: os indicadores de reações paralelas e indicadores de adsorção. A

curva de titulação tem por ordenada o logaritmo do inverso das concentrações

dos íons precipitados e por abscissa, o volume do titulante.

A titulação de precipitação pode ser executada por três métodos: método

de Mohr, método de Volhard e método de Farjans.

O método de Mohr é um método direto de determinação de cloretos e

brometos a partir da formação de seus sais de prata. Esses sais são formados

utilizando-se uma solução padronizada de AgNO3. O indicador utilizado é o CrO42-

que funciona como indicador de reação paralela. No procedimento de titulação,

esse ânion reage com o primeiro excesso de prata que precipita na forma de

Ag2CrO4. Para evitar interferências, o método de Mohr deve ser conduzido no

intervalo de pH que vai entre 6,5 e 9,0.

Nas determinações pelo método de Volhard, haletos podem ser

determinados em meio ácido, adicionando-se uma quantidade conhecida e em

excesso de AgNO3. O excesso de íons Ag+ é titulado com uma solução

padronizada de SCN-. Assim como no método de Volhard, utiliza-se um indicador

de reação paralela, no caso, íons Fe3+, que formam um complexo de coloração

vermelha em presença de ligeiro excesso de SCN-.

Os indicadores de adsorção (fluoresceína, eosina, etc) são utilizados nas

determinações argentimétricas pelo método de Farjans. Eles apresentam

diferentes colorações se adsorvidos por partículas positivas ou por partícula

negativas.




28

TITULOMETRIA OU VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

O método de titulação complexométrica baseia-se na formação de

complexos de íons metálicos que são receptores de elétrons, ou seja, comportam-

se como ácidos de Lewis em reação com ligantes que são doadores de elétrons

ou bases de Lewis. Em uma determinação por titulação de complexação, os íons

metálicos, presentes em uma solução, coordenam-se com o ligante hexadentado

EDTA (ácido etilenodiaminotetracético). A coordenação com os íons metálicos

ocorre através dos quatro grupos carboxílicos e dos dois átomos de nitrogênio.

Assim, o EDTA forma complexos solúveis na proporção de 1:1 com quase todos

os íons metálicos.

HOOC –H2C CH2-COOH

N CH2 CH2 N

HOOC –H2C CH2-COOH

Figura 9 – EDTA.

São utilizados indicadores metalocrômicos, como o Calcon, negro de

Eriocromo-T e murexida que formam quelatos com os íons metálicos de coloração

diferente daquela apresentada pelos íons livres em solução. Como nos demãos

métodos de titulação, o número de mols de indicador adicionado deve ser

pequeno o suficiente para garantir que apenas uma pequena parte do íon

metálico coordene-se com o indicador.

As curvas de titulação são plotadas relacionando-se o inverso do logaritmo

da concentração do íon metálico com o volume do titulante.




29

TITULOMETRIA OU VOLUMETRIA DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO

As titulações de oxidação-redução são métodos de determinação

quantitativa onde se processam alterações no número de oxidação de elementos

presentes nas soluções envolvidas no processo. As reações químicas que

representam esse processo envolvem transferência de elétrons e podem ser

desdobradas em duas semi-reações: uma de oxidação (ocorrência de doação de

elétrons) e a outra de redução (ocorrência de recepção de elétrons). As espécies

capazes de doar elétrons são denominadas agentes redutores e as espécies

capazes de receber esses elétrons são denominadas agentes oxidantes.

Os métodos titulométricos de oxidação-redução podem ser classificados

em:

Métodos oxidimétricos: Um redutor é titulado com uma solução padrão

oxidante. Os principais métodos oxidimétricos são a permanganimetria,

bicromatometria, cerimetria, vanadatometria, iodometria direta e bromatometria.

Métodos redutimétricos: Um oxidante é titulado com solução padrão de um

redutor. Os principais métodos redutimétricos são: iodometria indireta e as

titulações com sais ferroso e com cloreto estanoso.

As curvas de titulação de oxidação-redução são construídas com os

valores de potenciais calculados usando as concentrações da espécie titulada até

o ponto de equivalência e as concentrações da espécie titulante após este ponto.

O cálculo dos valores dos potenciais é obtido pela aplicação da equação de

Nernst.

E = E0 – 0,05916. log K

Onde: E= potencial no ponto de equivalência.

E0= potencial padrão da semi-reação (tabelado).

K= constante de equilíbrio da semi-reação.




30

A tabela 5 apresenta alguns potenciais padrão para semi-reações de

redução.

Tabela 5 - Potenciais-Padrão de Redução

Semi-reação Potencial padrão/

volts

Semi-reação Potencial

padrão/ volts

Pb2+

(aq) + 2e- Pb(s) -0,126 Mg

2+(aq) + 2e

- Mg(s) -2,360

Cu2+

(aq) + 2e- Cu(s) 0,339 Mn

2+(aq) + 2e

- Mn(s) -1,182

Fe2+

+ 2e- Fe(s) -0,44 2Hg

2+(aq)+ 2e

- Hg2(aq)

2+ 0,908

2H+ + 2e

- H2(g) 0,000 Ni

2+(aq)+ 2e

- Ni(s) -0,236

Sn4+

+ 2e- Sn

2+ 0,139 Ag+

(aq)+ 2e- Ag(s) 0,7993




31

UNIDADE 8: POTENCIOMETRIA

Em Química Analítica, por vezes, é possível que a determinação de uma

amostra seja feita baseada nas propriedades elétricas do analito presente na

solução. Esse analito é parte de uma célula eletroquímica.

A potenciometria é uma técnica de determinação analítica que faz uso de

eletrodos para medir potenciais que produzem informações químicas. Nas

análises realizadas por esta técnica, o comportamento dos constituintes presentes

pode ser entendido como participantes de uma pilha galvânica. O analito deve ser

uma substância que pode doar ou receber elétrons de um eletrodo, isto é, sofre

oxidação ou redução. Esse eletrodo, que deve ser inserido dentro da solução que

contém o analito, é denominado eletrodo indicador, pois responde diretamente ao

analito e funciona como uma semipilha. A outra semipilha deve apresentar

composição fixa e, portanto, potencial constante, sendo denominada eletrodo de

referência. O potencial da pilha corresponde à diferença de potencial entre os dois

eletrodos. A equação de Nernst permite calcular a atividade e consequentemente

a concentração do analito presente.

ELETRODOS DE REFERÊNCIA

Os eletrodos de referência apresentam um potencial conhecido e

independente da concentração da espécie que está sendo determinada. Nas

determinações potenciométricas são comumente utilizados os eletrodos de

referência de calomelano ou o de prata-cloreto, de prata representados na figura

a seguir.




32

Figura – 12 a e b Eletrodos de referência (calomelano e prata-cloreto de prata).

Fonte: Apostila de Métodos Instrumentais de Análise I – Prof. Pedro Tavares – Faculdade de

Ciência e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa.

Um eletrodo de referência ideal é construído com base em uma reação

reversível, obedece à equação de Nernst e deve apresentar as seguintes

características:

Potencial constante ao longo do tempo;

Após passagem de pequenas correntes, o potencial volta ao seu valor

constante inicial;

Relativamente independente da temperatura;

Não sofre histerese com ciclos de temperatura;




33

ELETRODOS INDICADORES

O eletrodo indicador é seletivo para uma certa espécie química (analito).

Desta forma, através do potencial medido, pode-se determinar a concentração da

espécie desejada. Dentre os tipos de eletrodos indicadores mais utilizados,

destacam-se os eletrodos metálicos, os eletrodos íon-seletivo, os eletrodos de

membrana e os biosensores.

Os eletrodos metálicos podem formar equilíbrio direto com ao seu próprio

cátion ou com outro diferente (eletrodos de primeira e de segunda ordem,

respectivamente) ou apresentarem metais sensíveis a um ânion que forma

precipitado ou complexo estável e solúvel com o cátion (eletrodos de terceira

ordem).

Já os eletrodos íon-seletivos não dependem da reação de oxidação-

redução. Eles compreendem uma fina membrana seletivamente permeável

através da qual apenas um íon específico é capaz de migrar. Essa migração

acontece de uma região de maior concentração para uma região de menor

concentração. A migração dos íons através da membrana cria uma diferença de

potencial cuja magnitude fornece informação sobre sua concentração. Eles

respondem de maneira linear ao logaritmo da atividade do íon a ser determinado.




34

UNIDADE 9: ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO

ATÔMICA

Os fenômenos atômicos observáveis em Química Analítica são: absorção,

a emissão e a fluorescência atômica de radiação eletromagnética por átomos ou

íons monoatômicos no estado gasoso. As técnicas de determinação

espectrométrica podem se basear em um desses três fenômenos.

A espectroscopia atômica consiste na análise de átomos isolados, na forma

elementar. Para tanto, faz-se necessária a atomização ou conversão dos

compostos químicos em átomos gasosos no estado fundamental. Os átomos

termicamente excitados por uma “chama” retornam ao estado fundamental

emitindo energia radiante de comprimento de onda característico cuja intensidade

é diretamente proporcional à concentração do elemento emissor.

Figura 13 – Esquema de um espectrofotômetro de absorção atômica

O processo de atomização (“chama”) pode ser: uma chama alimentada por

misturas de gases, resistência elétrica, processo eletrotérmico, arco elétrico,

centelha elétrica ou plasma de argônio induzido. A tabela a seguir apresenta um

resumo das técnicas espectrométricas atômicas.




35

Tabela 7 – Classificação das Técnicas Esepctrométricas Atômicas:

Processo de

atomização

Temperatura de

atomização/°C

Base

fenomenológica

Nome comum e abreviatura da

técnica: Esepctrometria de:

CHAMA 1700-3150 Absorção

Emissão

Fluorescência

Absorção Atômica – FAAS

Emissão Atômica – FAES

Fluorescência Atômica – FAFS

GERAÇÃO DE VAPOR

FRIO

Ambiente Absorção

Fluorescência

Absorção Atômica com geração

de vapor frio – CV AAS

HIDRETOS VOLÁTEIS

+ CHAMA OU

RESISTÊNCIA

ELÉTRICA

~2000 (p/ chama)

~900 (p/

resistência)

Absorção Absorção Atômica com sistema

de geração de hidretos – HG AAS

ELETROTÉRMICO 1200-3000 Absorção

Fluorescência

Absorção Atômica Eletrotérmica –

ET AAS

Fluorescência Atômica

Eletrotérmica – ET AFS

PLASMA DE

ARGÔNIO INDUZIDO

6000-8000

Emissão

Fluorescência

Emissão Atômica em Plasma

Induzido- ICP_AES

Fluorescência em Plasma

Induzido

PLASMA DE

ARGÔNIO DE

CORRENTE DIRETA

6000-10000

Emissão Plasma de Argônio de Corrente

Direta DCP-AES

ARCO ELÉTRICO 4000-5000 Emissão Emissão com Fonte de Arco

CENTELHA

ELÉTRICA

40.000 Emissão Emissão com Fonte de Centelha.




36

A intensidade da radiação emitida em um comprimento de onda específico

é dada por:

Ie = K C

Onde:

Ie = Sinal ou intensidade de emissão atômica para um dado comprimento

de onda.

K= constante relacionada a vários fatores como: eficiência de atomização e

auto-absorção.

= eficiência de excitação atômica.

C = concentração do analito.

Em uma determinação espectrométrica, a amostra é succionada para o

sistema de atomização. O processo de atomização consiste numa solução

problema que passa por um nebulizador, transformando-se em pequenas

partículas líquidas ou gasosas (névoa). Esta névoa passará por uma etapa de

evaporação, diretamente na chama, com auxilio de um nebulizador, ou num tubo

que será colocado em cima da chama, ou ainda, por energia eletrotérmica,

formando partículas menores sólidas ou gasosas (aerosol). Esse, por sua vez,

será volatilizado em moléculas gasosas que podem ser excitadas ou dissociam-se

formando átomos. Eles podem com maiores temperaturas se excitar ou

transformar-se em íons, que serão excitados.

Após amostra ser atomizada, um feixe de radiação eletromagnético

emissor dos átomos excitados na lâmpada de cátodo oco é passado através da

amostra vaporizada. A radiação é absorvida pelos átomos na amostra.




37

Abaixo temos uma figura com o processo de atomização da amostra a ser

analisado.

Figura 14 – Processo de atomização de uma amostra.

Um dos mais importantes problemas que se coloca à absorção atômica de

chama está relacionado com a atomização. De fato, para que a absorção seja

proporcional à concentração de um determinado elemento, é necessário que na

chama, a totalidade do elemento se encontre no estado atômico e que, por outro

lado, mais nenhum composto absorva a radiação ao comprimento de onda

utilizado para a análise. Este último aspecto do problema é, na prática,

relativamente pouco importante.

Outro problema, que também pode surgir, é o da matriz. De fato, embora a

absorção atômica seja, em princípio, um método de análise específico, verifica-se

que a presença em solução de outros compostos, além daqueles que se pretende

analisar, pode influir nos resultados. Esse efeito é devido à modificação de

propriedades físicas das soluções, como a viscosidade ou a tensão superficial, as

quais influenciam os processos de vaporização e de atomização. Esse problema

coloca-se, sobretudo no caso das soluções concentradas e pode ser resolvido por

preparação de padrões com a mesma matriz que as soluções a analisar.

A espectrometria de absorção atômica seja em chama (FAAS) ou em

atomizador eletrotérmico, é amplamente utilizada em análises de rotina em função

de vários fatores: alta especificidade, sensibilidade, baixos limites de detecção




38

para vários elementos, robustez, baixo consumo de amostra e reagentes, baixas

quantidades de resíduos gerados e possibilidade de realização de análises diretas

com o mínimo de preparo de amostras.




39

UNIDADE 10: MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS

A cromatografia é uma técnica de separação e um processo físico, pois

não implica em reações químicas entre os compostos envolvidos, cuja aplicação

permite a análise qualitativa ou quantitativa. A cromatografia permite separar

constituintes de uma mistura através de sua distribuição por duas fases: uma

estacionária (fixa) e outra móvel. Assim, a coletânea de técnicas cromatográficas

possibilita a realização de determinações em misturas complexas.

Em um processo de separação cromatográfica, os componentes de uma

amostra/mistura são arrastados por uma fase móvel através de um leito de fase

estacionária. Os fenômenos de interação (partição, adsorção, troca iônica,

exclusão por tamanho) promovem a separação dos componentes da amostra. A

fase móvel pode ser líquida ou gasosa A fase estacionária é normalmente um

líquido viscoso que recobre o interior de um compartimento denominado de

coluna que pode ser um tubo de vidro (dimensões variadas e escolhidas de

acordo com a amostra a ser separada) ou um tubo capilar.

A passagem do líquido ou gás pela coluna recebe o nome de eluição,

sendo que esse líquido ou gás é denominado eluente ao entrar na coluna e cada

componente que sai desta coluna é chamado de eluato. Durante a eluição muitos

tipos de interações diferentes podem estar presentes e competirem entre si.

Os resultados dos processos cromatográficos podem ser traduzidos por um

cromatograma que corresponde a uma representação gráfica dada em termos da

reposta do detector em função do tempo de retenção da amostra na coluna.

A classificação desta coluna é baseada no diâmetro e no tipo de

empacotamento de seu revestimento. Assim podemos ter:




40

Colunas de tubo aberto: A fase estacionária é sólida/porosa (PLOT).

A fase estacionária é líquida sobre

um suporte sólido (SCOT).

A fase estacionária é líquida sobre a face

interna de uma coluna (WSCOT).

Colunas empacotadas: Fase estacionária sólida/porosa.

Fase estacionária líquida sobre um suporte

sólido.

A classificação do métodos cromatográficos pode ser feita considerando-se

a forma física da fase móvel ou da fase estacionária, ou ainda, pelo modo de

separação que envolvem os fenômenos da adsorção, de partição, troca iônica,

exclusão molecular, isolados ou combinados.

Alguns métodos cromatográficos estão elencados no esquema a seguir:

Cromatografia

Planar Coluna

CCD CP Líquida Gasosa

Clássica CLAE CG

CGAR Figura 15 – Classificação de métodos cromatográficos




41

Dentre as técnicas cromatográficas existentes serão detalhadas: a

cromatografia em camada delgada (T.L.C.), a cromatografia em coluna (C.L.C.), a

cromatografia de partição (C.P.), (CLAE ou HPLC- High-Performance Liquid

Cromatography) e a cromatografia gasosa (C.G.) clássica ou de alta resolução

(CGAR).

Cromatografia em Camada Delgada (Ou Cromatografia em Camada

Fina) – T.L.C.- Thin- Layer Cromatography.

Nesta técnica cromatográfica, a fase estacionária é depositada como uma

fina camada sobre um dos lados de uma placa normalmente de vidro e a mistura

a ser separada é posicionada em pequenos pontos junto à base da placa. A

inserção da placa em uma certa quantidade de solvente (fase móvel) que não

atinja os pontos da amostra dentro de uma cuba provoca a ascensão deste

solvente sobre a placa por capilaridade.

Os diferentes componentes da mistura são separados ao longo da placa,

arrastados pelo solvente. A relação entre as distâncias percorridas pela

substância que está sendo separada e pelo solvente pode então ser calculada.

Rf =Da /Df

Onde: Rf = fator de retenção (razão entre a distância percorrida pela

substância separada e a distância percorrida pelo solvente).

Da = distância percorrida pela substância separada.

Ds = distância percorrida pelo solvente.

A prática proposta por Carneiro e Carneiro (2004) mostra a

aplicação desta técnica em aulas de graduação da Universidade Estadual de

Ponta Grossa:




42

Foram realizados experimentos para escolha dos solventes de eluição. As

placas de vidro (2,5x7,5cm) previamente lavadas foram limpas com algodão em

álcool, fixadas em suporte de alumínio e revestidas com uma camada de 250m

de sílica gel G (Merck), usando-se um espalhador contendo a suspensão aquosa

da sílica (1:2 m/m). Foram ativadas em estufa durante uma hora e mantidas secas

em dessecador. A seguir foram aplicados 2L das soluções alcoólicas dos

corantes utilizando micropipetas. Os cromatogramas foram desenvolvidos em

frascos de vidro de 100Ml (10,0cmx5,0cm) tampados, contendo aproximadamente

20Ml de solvente.

Cromatografia em Coluna ou Cromatografia Líquida Clássica (C.L.C.)

A fase estacionária desta técnica cromatográfica é sólida e a fase móvel

pode ser líquida ou gasosa.

Quando se utiliza uma coluna de vidro aberta na parte superior e munida

de uma torneira na extremidade inferior, por onde sai o líquido (eluído). Dentro da

coluna encontra-se a fase estacionária constituída por um enchimento sólido no

caso da cromatografia de adsorção, ou por uma fase líquida no caso da

cromatografia de partição. A fase móvel é líquida em ambos os casos.

Recomenda-se a utilização da cromatografia em coluna quando se tem a

necessidade de separar grandes quantidades de substâncias.

Esta técnica pode ser empregada para diversas amostras destacando os

corantes industriais e os pigmentos vegetais. Um exemplo de emprego didático da

técnica é descrito por Carneiro e Carneiro:

Para realização dos experimentos em coluna foram utilizadas buretas de 25 mL (como alternativa às colunas de vidro) contendo um pequeo chumaço de algodão para sustentar ao recheio da coluna, uma suspensão de 3g de sílica gel (Merck, 70-230 mesch) para coluna em etanol.




43

CROMATOGRAFIA DE PARTIÇÃO

Nesta técnica a fase estacionária é líquida. Essa fase forma um filme bem

fino na superfície de um suporte sólido. Este processo é baseado na diferente

solubilidade dos componentes da mistura nas duas fases líquidas.

Em 1952, A. J. Martin e R.L. M. Synge receberam o Prêmio Nobel pelo

desenvolvimento de um trabalho precursor em cromatografia de partição líquido-

líquido(HARRIS, 2001).

A retenção das substâncias é devida à partição das duas fases líquidas,

uma móvel e outra estacionária, sendo esta constituída pelo líquido absorvido no

papel. Encontra-se bastante difundida devido à sua facilidade experimental e ao

seu baixo custo.

Paloschi, Zeni e Riveros destacam a importância e a aplicabilidade da

cromatografia em papel:

Praticamente não há campo da química e da biologia onde não se use a cromatografia de alguma forma. A cromatografia em papel é usada na medicina (na detecção de venenos), em exames de tecidos biológicos e seus processos químicos relacionados e nos estudos estruturais de moléculas complexas, tais como hidratos de carbono, proteínas e fenóis complexos de plantas.

CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA

A técnica de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) compreende

uma separação de substâncias presentes em compostos não voláteis que utiliza

alta pressão para promover a passagem de um solvente por colunas recheadas

com partículas muito finas (3 a 10m) que constituem a fase estacionária.

Os equipamentos utilizados para que se trabalhe essa técnica

(cromatógrafos) são comumente compostos por um sistema de distribuição de

solvente que podem ser bombas para eluição por gradiente, um sistema de

injeção da amostra constituído por válvulas de injeção dotadas de alças de

amostragem que operam na posição de carregamento e de injeção. Destaca-se a




44

coluna de alta pressão que representa o coração do sistema cromatográfico. Os

outros componentes dos cromatógrafos são o detector e um computador que

monitora e apresenta os resultados da análise.

Em geral os cromatógrafos utilizam colunas de plásticos ou de aço. Em

todos os casos as colunas são partes sensíveis, facilmente degradáveis por

impurezas presentes na amostra ou pela própria amostra sendo protegidas por

uma pré-coluna. A alta eficiência de separação das colunas cromatográficas em

CLAE trazem a exigência de desenvolvimento da análise sobre alta pressão, isto

porque o pequeno tamanho das partículas com as quais as coluna são recheadas

provoca resistência ao fluxo das substâncias analisadas. De acordo com HARRIS

(2001):

Uma razão de por que as partículas menores dão melhor resolução é que elas proporcionam um fluxo mais uniforme pela coluna, reduzindo dessa forma o múltiplo termo (A) na equação de van Deemeter. Uma segunda razão é que o percurso no qual a substância se difunde na fase móvel entre as partículas está na ordem de grandeza do tamanho da partícula. Quanto menor o tamanho da partícula, menor o caminho de difusão da substância na fase móvel. Este efeito diminui o termo C na equação de van Deemeter por um determinado tempo de equilíbrio.

A equação de van Deemeter permite calcular a altura do prato que

corresponde a uma medida da eficiência da coluna. Quanto menor a altura do

prato mais estreita será a banda apresentada no cromatograma. Essa equação é

dada por:

H = A + B/ux + Cux

Ux = vazão linear

O termo A está associado aos múltiplos percursos da fase móvel na

coluna. É determinado em termos do empacotamento homogêneo das pequenas

partículas da coluna. O termo B é devido ao alargamento difusivo de uma banda

graças a aplicação de certa quantidade de soluto em forma de um fino disco na

região central da coluna. O termo C está relacionado com o tempo de equilíbrio

do soluto entre a fase móvel e a fase estacionária.

A CLAE permite a separação de substâncias presentes em amostras

complexas como solos, alimentos, medicamentos e combustíveis. A detecção




45

dessas substâncias pode acontecer por espectroscopia de ultravioleta ou de

infravermelho com transformada de Fourier, espectrometria de massa,

fluorescência, por condutividade, índice de refração, por métodos eletroquímicos,

etc.

CROMATOGRAFIA GASOSA

A cromatografia gasosa consiste em um processo de separação onde um

constituinte gasoso é arrastado pelo gás de arraste que corresponde à fase

móvel. A fase estacionária (coluna) é geralmente um líquido não volátil (já que a

coluna é aquecida durante o processo de separação) ou um sólido. A competição

entre a pressão de vapor e a solubilidade do soluto comandam a separação.

A amostra que pode ser um líquido volátil ou um gás é injetada por um

sistema conveniente e assim introduzida na coluna que contém a fase

estacionária. A vaporização desta amostra se dá pela utilização de temperaturas

apropriadas no local da injeção da amostra e na coluna.

Esta separação é baseada na diferente distribuição das substâncias

presentes na amostra entre as fases estacionária (sólida ou líquida) e móvel

(gasosa) como consequência da adsorção física dos analitos na coluna.

A amostra é injetada por um sistema conveniente e assim introduzida na

coluna que contém a fase estacionária. A vaporização desta amostra se dá pela

utilização de temperaturas apropriadas no local da injeção da amostra e na

coluna.




46

Figura 16 – Esquema de um cromatógrafo a gás.

GÁS DE ARRASTE

Na Cromatografia Gasosa a fase móvel é um gás denominado gás de

arraste. Este gás deve ser quimicamente inerte e apresentar alto grau de pureza.

Em geral utiliza-se hidrogênio, hélio ou nitrogênio [18].

A escolha do gás de arraste está intimamente ligada ao detector utilizado

na análise cromatográfica. As vazões deste gás devem ser controladas por

reguladores de pressão, um no próprio cilindro de gás e outro montado no

cromatógrafo. Essas vazões permanecem constantes se a pressão de entrada

também o for.

SISTEMA DE INJEÇÃO DA AMOSTRA

Para que a coluna apresente o desempenho esperado é necessário que a

amostra tenha tamanho adequado e seja introduzida como um “plug” de vapor,

Sistema de aquisição de dados

Detector

Injetor

Coluna

Gás de arrastee

arraste Zonas aquecidas




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pois a injeção lenta de amostras muito grandes ocasiona espalhamento da banda

e baixa resolução [18].

Microsseringas são comumente usadas para injetar uma amostra líquida ou

gasosa através de um septo auto selante, em geral de silicone. Essas amostras

são injetadas em um vaporizador instantâneo localizado no topo da coluna.

COLUNAS

Atualmente as colunas capilares vêm sendo amplamente utilizadas em

Cromatografia Gasosa devido à sua alta eficiência, sobretudo as tubulares

abertas com parede revestida (WCOT) [18].

As colunas capilares apresentam maior rapidez na análise, menor vazão do

gás de arraste, além de melhor desempenho para amostras complexas.




48

UNIDADE 11 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

O estudo de Química Analítica Qualitativa e Quantitativa constitui a base

teórica para o desenvolvimento de métodos que permitem determinar a qualidade

ou a composição de uma amostra.

A diversidade de materiais existentes pressupõe a necessidade da

utilização dos diferentes métodos e técnicas analíticas para identificar as

substâncias de interesse presentes nesses materiais e/ou para realizar o controle

de qualidade de produtos ou processos em um procedimento químico industrial.

O procedimento geral de qualquer processo analítico envolve a etapa inicial

de amostragem que consistem na seleção de uma pequena porção representativa

do material a ser analisado.

Em seguida, essa amostra deve ser preparada levando-se em conta suas

características químicas e físicas e o método de determinação a ser utilizado. A

preparação da amostra envolve etapas como sua abertura e eliminação de

interferentes.

O processo analítico é então finalizado com a execução do procedimento

de determinação, recolhimento e interpretação dos dados.

A escolha do método de análise depende de fatores como: o tipo de

amostra a ser analisada, a quantidade dessa amostra, a disponibilidade de

recursos para realização da análise, a rapidez da resposta, o custo do processo,

dentre outros.

Após escolha desse método, os demais passos do processo serão então

determinados.

É importante destacar que a precisão e a exatidão necessárias para a

análise em questão são condições determinantes da seleção do método.




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REFERÊNCIAS

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http://www.iqsc.usp.br/pesquisa/qopn/wp-content/uploads/iv-1a.pdf

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http://www.pp.ufu.br/cobenge2001/trabalhos/CBE018.pdf

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