ABS UV-VIS

90
LOGO www.themegallery.com Química Analítica Instrumental Universidade Estadual da Paraíba Centro de Ciências e Tecnologia Departamento de Química Espectrometria de Absorção Molecular UV-VIS Profª. Sara Regina R. C. de Barros

Transcript of ABS UV-VIS

Page 1: ABS UV-VIS

LOGO www.themegallery.com

Química Analítica Instrumental

Universidade Estadual da Paraíba

Centro de Ciências e Tecnologia

Departamento de Química

Espectrometria de

Absorção Molecular UV-VIS

Profª. Sara Regina R. C. de Barros

Page 2: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Introdução 1

Espécies Absorventes 2

3 Tipos de elétrons

4 Cromóforos Orgânicos

Page 3: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Medidas de absorção estão baseadas em radiação ultravioleta e visível

encontram vasta aplicação para identificação e determinação de uma vasta

gama de espécies inorgânicas e orgânicas.

Introdução 1

As absortividades molares que variam de zero até um máximo de ordem de 105

são observadas em espectroscopia de absorção molecular no ultravioleta e

visível.

A = x b x c

Page 4: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Espécies Absorventes 2

Absorção de radiação ultravioleta ou visível por uma espécie atômica ou

molecular, ocorre em duas etapas:

Excitação eletrônica

M + h M*

O produto da reação entre M e o fóton h é uma espécie excitada

eletronicamente, simbolizada por M*

Relaxação

M* M + calor

Page 5: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

A absorção na região UV-VIS resulta da excitação

de elétrons de ligação, logo os comprimentos de onda

podem ser associados ao tipo de ligação.

É valiosa para identificar grupos funcionais em moléculas.

Valiosa para a determinação quantitativa de compostos contendo grupos

absorventes.

Tipos de transições envolvidas:

(1) elétrons , e n;

(2) elétrons d e f;

(3) transferência de carga

Page 6: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

A energia associada às bandas normalmente observadas nos espectros UV-

VIS de uma molécula poliatômica compreende:

E molécula = E eletrônica + E vibracional + E rotacional

Vibração dos átomos

em torno das

posições de equilíbrio

nas ligações

Associada a

distribuição

dos elétrons em

torno dos átomos

Rotação da

molécula em

torno do seu centro

de gravidade.

Page 7: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Espécies absorverdoras contendo elétrons , e n

Incluem moléculas e íons inorgânicos, orgânicos e ânions inorgânicos.

Compostos orgânicos são capazes de absorver R.E.M por possuir elétrons

de valência que podem ser excitados a níveis de energia mais altos. Em geral

envolvem comprimentos de onda maiores que 185 nm.

Absorção em comprimentos de ondas maiores está restrito a um número

limitado de grupos funcionais (cromóforos) que contém elétrons de valência

com energia de excitação relativamente baixa.

Page 8: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Os elétrons que contribuem para a absorção por uma molécula orgânica são:

(1) Os que participam diretamente da ligação entre átomos;

(2) elétrons não ligantes (isolados), geralmente presentes em átomos como

oxigênio, halogênio, enxofre e nitrogênio.

Orbitais moleculares: campos não-localizados entre os átomos que são

ocupados por elétrons , resultante da sobreposição de orbitais atômicos.

Orbital molecular ligante: resultam de dois orbitais atômicos de baixa

energia.

Orbital molecular anti-ligante: resultam de dois orbitais atômicos

de alta energia.

3 Tipos de elétrons

Page 9: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 10: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Quase sempre a energia de um elétron não-ligante situa-se entre os

níveis de energia de um elétrons não-ligantes situa-se entre os níveis de

energia dos orbitais e ligantes e antiligantes.

As energias dos vários tipos de orbitais

moleculares diferem significativamente .

Page 11: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Compostos contendo

grupo funcional

não - saturado

Ocorre em

hidrocarbonetos

que possuem

apenas ligações

e elétrons

ligantes.

Ocorrem em compostos orgânicos

saturados que possuem átomos com

elétrons tipo n.

Compostos contendo orbitais e

heteroátomo em elétrons não-ligados

para fornecer os orbitais n.

* 4 tipos de transições são possíveis

*

n *

n *

Page 12: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Transições *

Um elétron de um orbital ligante de uma molécula é excitado ao orbital

antiligante correspondente pela absorção de radiação.

A energia necessária para induzir uma transição * é alta,

correspondendo a frequências nas regiões ultravioleta de vácuo.

O metano que contém apenas ligações C-H apresenta máximo de absorção

em 125 nm.

O etano apresenta máximo de absorção em

135 nm, surgindo do mesmo tipo de transição

mas os elétrons das ligações C-C também são

envolvido. Como a força de ligação entre C-C é

menos do que a força de ligação C-H, uma

energia menor é necessária para a excitação.

Máximos de absorção

nunca são observados na

região ultravioleta.

Page 13: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Transições n *

Compostos saturados contendo átomos com pares de elétrons não-

compartilhados (elétrons não-ligantes).

Esse tipo de transição produz radiação entre 150 e 250 nm, com a maior

parte dos picos aparecendo abaixo de 200 nm.

A energia para essas transições depende primeiramente do tipo de ligação

e, em escala menor, da estrutura da molécula.

Os máximos de absorção para as transições n * tendem a se deslocar

para comprimentos de onda menores na presença de solventes polares, como

água e etanol .

O número de grupos funcionais orgânicos com picos

n * na região ultravioleta facilmente acessível é

relativamente pequeno.

Page 14: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Transições n * e *

A maioria das aplicações da espectroscopia de absorção a compostos

orgânicos está baseada em transições de elétrons n ou pra o estado

excitado * , por que as energias necessárias para esses processos situam-se

em uma região espectral experimentalmente conveniente (200 a 700 nm).

Ambas as transições requerem a presença de um grupo funcional

insaturado para favorecer os orbitais .

Page 15: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

São grupos insaturados covalentes responsáveis pela absorção na

região UV-VIS (ex.: C=C, C=O, NO2, etc)

Cromóforos

Grupos saturados que modificam o comprimento de onda e a

intensidade da banda absorção do cromóforo como se pode verificar na tabela

abaixo.

Auxocromos

Page 16: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Deslocamentos Batocrômico e Hipsocrômico

Batocrômico bandas de absorção * deslocam-

se para máx. maior

Hipsocrômico deslocamento das bandas de absorção

n * para máx. menor

Efeitos Hipercrômico e Hipocrômico

Efeito hipercrômico aumento da intensidade da

banda absorção

Efeito hipocrômico diminuição da intensidade

Page 17: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Não conjugados cromóforos separados por mais de

uma ligação simples não sofrem

alteração no de suas bandas

Ex. O sist. H2C=CH–CH2–CH=CH2

apresenta o máx em 185 nm, o qual

é característico de RCH = CHR).

Conjugados cromóforos separados por uma ligação

simples sofrem deslocamento de suas

bandas para um maior. Ex. H2C=CH–CH=CH2 máx em 217 nm

Efeitos intramoleculares nos espectros de absorção

promovidos por multicromóforos

Page 18: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Exemplos de multicromóforos conjugados

Page 19: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

A obtenção de espectros de absorção UV-Vis em solução tendem a

remover a estrutura fina espectral como se pode notar nas figuras mostradas a

seguir.

Todavia, ao contrário dos solventes apolares, os polares (tais como água,

álcoois, ésteres, etc) produzem um efeito mais pronunciado devido aos efeitos

vibracionais.

É digno de nota que a utilização de espectros obtidos usando solventes

com polaridades diferentes pode auxiliar a discriminação dos tipos de transição,

assim como ajudar na caracterização das espécies químicas.

Efeito do Solvente sobre os Espectros

Page 20: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Efeitos do solvente no espectro do acetaldeído

Efeitos intermoleculares devido ao solvente

Page 21: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Apresentam espectro com três bandas originadas das transições

*. Ex.: O benzeno tem uma banda forte em 184 m (max = 60000) e duas mais

fracas, uma em 204 m (max = 7900) e outra em 256 m (max = 200).

Absorção por sistemas aromáticos

Page 22: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Absorção por Espécies Inorgânicas

Alguns compostos inorgânicos dos elementos dos blocos s e p

apresentem bandas de absorção na região UV associadas a transições n *

(Ex.: nitrato (máx=313m), nitrito (máx =280 e 360m), carbonato (máx

=217m), etc). Porém, a maioria dos compostos inorgânicos desses elementos

não apresentam absorção na região visível, o que explica o fato deles serem

geralmente incolores.

Por outro lado, os compostos inorgânicos dos elementos dos blocos d

e f apresentam bandas de absorção na região visível sendo, por isso, coloridos.

Page 23: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Absorção por Complexos de Metais de Transição d

O processo de absorção nos compostos de metais de transição “d”

envolve transições eletrônicas que ocorrem nos orbitais d.

Em um íon metálico isolado os cinco orbitais d são degenerados não

ocorrendo estas transições. Contudo, a referida degenerescência é quebrada

quando o íon metálico é perturbado por um campo eletrostático. Isto ocorre em

solução quando da formação de complexos ou compostos de coordenação).

Esse processo é descrito pela teoria do campo cristalino ou do campo ligante.

Page 24: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Absorção por Complexos de Metais de Transição d

O valor de depende da:

carga ou momento dipolar do ligante;

distância metal-ligante;

distância média do elétron d ao núcleo.

Estudos de espectros de absorção estabeleceram uma ordem de valores

de (série espectroquímica):

I-Br-<Cl-<F-<OH-<H2O<SCN-<NH3<etilenodiamina<

<o-fenantrolina<NO2-<CN-

Esta ordem independe do íon metálico e pode ser usada para comparar

as regiões de onde ocorre a absorção de complexos. Em razão das absorções

ocorrerem na região visível, esses compostos são geralmente coloridos.

Page 25: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Absorção por Complexos de Metais de Transição f

Os espectros consistem de bandas estreitas e bem definidas, como se pode

observar na figura abaixo.

Espectros de absorção de íons lantanídeos.

Page 26: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Justificatica:

O fato anterior pode ser explicado considerando que as transições

eletrônicas elétrons de orbitais 4f ou 5f. Estes orbitais internos são muito protegidos

de influências externas pelos elétrons de orbitais elétrons d (mais externos). Como

resultado, são produzidas bandas de absorção estreitas e pouco afetadas pela

natureza das espécies ligantes.

Page 27: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Nesse compostos, um dos componentes é doador de elétron e o outro de

receptor. A absorção relaciona-se com a transição de um elétron do doador a um

orbital de maior energia do receptor. Assim, o estado excitado é o produto de uma

espécie de processo oxidação-redução interna.

Exemplos desse tipo de complexo:

a) [I3]- Iodo molecular (I2) com Iodeto (I-)

b) [Fe(SCN)6]3- Ferro(III) com Tiocianato (SCN-)

c) [Fe(CN)6]3- Ferro(III) com Cianeto (CN-)

d) [Fe(fen)3]2+ Ferro(II) com 1,10 - Fenantrolina

Absorção em Complexos por Transferência de Carga

Page 28: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Absorção em Complexos por Transferência de Carga

Nesses complexos o íon metálico atua, via de regra, como aceptor de

elétrons. Uma exceção é o complexo [Fe(fen)3]2+, onde a “fen” é o aceptor e o

“Fe(II)” é o doador.

As bandas de absorção por transferência de carga se caracterizam por

apresentar absortividades molares muita altas para os máximo de absorção (máx.

> 10.000).

No complexo [Fe(SCN)6]3-, a absorção resulta da transferência de um

elétron do íon tiocianato a um orbital do íon Fe(III). Assim, o complexo resultante é

uma espécie excitada com predominância de Fe(II) e o radical SCN. Após um breve

período, o elétron retorna a seu estado original

Page 29: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Espectros de Complexos por Transferência de Carga

Figura - Espectro do complexo Fe-fenantrolina

Page 30: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Instrumentação

Page 31: ABS UV-VIS

LOGO

01. fonte estável de energia radiante;

02. seletor de radiação (filtro ou monocromador);

03. recipiente transparente para amostra;

04. detector de radiação (fototransdutor);

05. transdutor e dispositivo de saída.

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Componentes Básicos

Page 32: ABS UV-VIS

LOGO

FONTES DE RADIAÇÃO

Esses dispositivos devem preencher os requisitos:

1º) A fonte deve gerar radiação contínua na região de interesse

(UV e/ou Vis) para medidas de absorção;

2º) A fonte deve fornecer um feixe com potência radiante

suficiente para medidas de absorção sejam feitas com precisão

adequada.

3º) A fonte deve ser convenientemente estável de modo que P0

e P mantenham uma certa constância,

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 33: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Fontes usadas em instrumentos para espectrometria

molecular.

Page 34: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS Fontes para medidas de absorção molecular no visível

A fonte usual para medidas espectrofotométricas na região

do visível é uma lâmpada com filamento de tungstênio. A

temperatura do filamento varia entre 2000 a 3000K.

Para a lâmpada produzir radiação estável, é necessário

um controle rigoroso da sua fonte de alimentação.

A lâmpada emite uma radiação contínua na região de 320

a 2.400 m (visível e NIR-Near InfraRed), embora a maior parte

da energia se concentre no MIR-Mid InfraRed.

• Lâmpada Incandescente de Tungstênio

Page 35: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

OBS.:

Pode-se usar também para a região UV-Vis uma lâmpada de

tungstênio-iodo. Trata-se de um lâmpada de tungstênio comum contendo, em

vez de vácuo, o iodo sublimado.

O iodo reage com o tungstênio sublimado formando WI2, que ao se

difundir colide com o filamento quente, decompondo-se com reposição do

metal sobre o filamento.

O ciclo químico confere à lâmpada uma vida útil duas vezes maior

que a de uma lâmpada comum.

Page 36: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

As mais usadas são as lâmpadas de descarga de

hidrogênio ou deutério com janelas de quartzo. Ao

submeter o gás hidrogênio ou deutério a uma descarga

elétrica, produz-se um espectro contínuo na região UV (veja a

figura seguir), cobrindo a faixa de 180m (limite de transmissão

do quartzo) até 380m. Acima de 380m a radiação deixa de

ser contínua (espectro descontínuo: série de Lyman, Balmer,

Paschen, etc).

As lâmpadas de hidrogênio e de deutério cobrem a

mesma faixa espectral, porém a potência radiante da

lâmpada de deutério é maior.

Page 37: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Espectro de emissão de uma lâmpada de

deutério.

Page 38: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Os espectrofotômetros que operam tipicamente nas regiões UV e

visível utilizam duas fontes:

♦ Uma lâmpada de hidrogênio ou deutério para região

UV (180 a 350m);

♦ Uma de tungstênio para a região visível (350 a

800m).

OBS.:

Page 39: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

SELETOR DE RADIAÇÃO

- Separa as diferentes radiações

Filtros

Ópticos

Fotômetro

Colorímetro

Monocromadores

À base de

prisma ,ou

rede de

difração

Page 40: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Um sistema monocromador separa a radiação policromática em

bandas espectrais muito estreitas. Ele consiste basicamente de (veja a

figura adiante):

01 - Uma Fenda de Entrada, que recebe a radiação contínua da fonte e

fornece uma imagem ótica estreita;

02 - Uma Lente Colimadora, que torna paralelos os raios propagados através

da fenda de entrada;

03 - Um Elemento de Dispersão (prisma ou rede de difração), que desdobra a

radiação contínua;

04 - Uma Lente de Focagem, para focalizar a radiação desdobrada em uma

fenda de saída;

05 - Uma Fenda de Saída, que isola a linha ou banda espectral

de interesse.

Page 41: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Tipos de Monocromadores

Monocromadores a base de:

(a) rede (ou grade) de

difração

(b) prisma.

Page 42: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Prismas

Na construção de prismas, a escolha do material deve levar em

conta:

- a curva de dispersão óptica e

- a transparência

Região visível – prisma de vidro

Região UV – prisma de quartzo

Page 43: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Rede de difração

É um dispositivo constituído de uma série de ranhuras muito próximas,

paralelas e eqüidistantes, traçadas sobre uma placa de vidro (rede de

transmissão) ou uma placa metálica polida (rede de reflexão).

Para as regiões UV e visível, uma rede típica tem 1200 a 1440

ranhuras/mm.

A dispersão na rede é um processo que resulta da DIFRAÇÃO e

subseqüente INTERFERÊNCIA. As ranhuras oferecem uma série de fendas para

a transmissão ou estreitos espelhos para a reflexão.

Page 44: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 45: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 46: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Filtros Ópticos

- de absorção;

- de interferência

Selecionam a faixa espectral relativamente estreita da radiação contínua.

Consistem de um vidro colorido ou um corante suspenso em gelatina e

colocado entre placas de vidro.

Page 47: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Associação de um filtro de corte com um de absorção

Page 48: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Recipientes de amostra

* Fotomêtros : cubetas cilíndricas;

•Espectrofotomêtros : Região UV cubetas de quartzo;

Região Visível cubetas de quartzo e vidro

Page 49: ABS UV-VIS

LOGO

Detectores

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

a) Responder à energia radiante na faixa desejada (veja

figura mostrada a seguir);

b) Ser sensível para baixos níveis de potência radiante;

c) Ter resposta muito rápida;

d) Produzir um sinal elétrico que possa ser amplificado

e) Apresentar um ruído relativamente fraco

f) Apresentar uma relação linear entre a potência radiante

incidente e o sinal elétrico produzido.

Os detectores de radiação são transdutores que convertem a energia

radiante em sinal elétrico. Os fototransdutores devem apresentar as seguintes

características:

Page 50: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Resposta de um Fotodetector

O sinal elétrico produzido deve guardar uma relação linear com a potência do

feixe incidente, ou seja,

S = k P + Sr (função de transferência do transdutor)r

onde:

- S = sinal elétrico em unidades de corrente, resistência ou tensão.

- k = sensibilidade do detector em termos de resposta elétrica por

unidade de potência radiante.

- Sr = sinal residual apresentado na ausência da radiação, o qual

pode ser eliminados com circuitos compensadores.

Aplicando a expressão, após a compensação do sinal de escuro, à lei de

Beer temos:

A = log (P0 P) = log (S0 / k S / k) => A = log (S0 S)

Page 51: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Tipos de Fotodetectores

Os fotodetectores (ou transdutores fotônicos) mais usados para medidas

nas regiões UV-Vis são:

(a) Células Fotoelétricas ou Fototubos;

(b) Tubos Fotomultiplicadores ou fotomultiplicadora;

(c) Fotodiodo;

(d) Fototransitor;

(e) Arranjo de fotodiodos.

Page 52: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS Princípio da Fototubo

Neste detector, a energia radiante é transformada em corrente elétrica

pelo efeito fotoelétrico, conforme ilustrado na figura abaixo.

O fototubo é constituído essencialmente de:

- Cátodo (-) emite elétrons quando irradiado;

- Ânodo (+) mantido a um potencial positivo relação ao cátodo

Page 53: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Princípio da Fotomultiplicadora

Page 54: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Fotodiodo

O fotodiodo é um diodo semicondutor

de Si com junção pn cuja característica

é operar em polarização inversa na

junção.

Na polarização inversa a

corrente é praticamente nula. Todavia,

se o cristal for devidamente dopado, o

número de portadores aumenta muito

sob luz incidente, pois essa fornece

energia que aumenta o número de

portadores minoritários (responsáveis

pela condução em polarização

reversa).

Page 55: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Na realidade, um fotodiodo consiste de um diodo

operando no modo de polarização inversa, ou seja:

Polarização do Diodo

Direta Inversa

LEDs Fotodiodos

Fonte Detector

Page 56: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Fototransistor

O fototransistor é similar ao

fotodiodo, mas permite amplificar

da corrente. Cada curva na figura

encontra-se relacionada a uma

intensidade luminosa. IB é a

corrente de base gerada pela

intensidade luminosa.

Page 57: ABS UV-VIS

LOGO

Arranjo de Fotodiodos

É um conjunto de 64 a 4096 fotodiodos (1024 é o mais comum) montados

em uma pastilha semicondutora de Si em que cada fotodiodo responde pelo sinal de

um (veja figura a seguir).

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 58: ABS UV-VIS

LOGO

Arranjo de fotodiodos

São pequenos fotodiodos de silício, cada um contendo uma junção pn reversamente polarizada.

OBS: O número de elementos de um chip varia de 64 a 4096

sendo o de 1024 o mais comum.

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 59: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Instrumentos

Page 60: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Os instrumentos podem ser classificados em duas grandes

categorias:

♦ instrumentos não-fotoelétricos (comparadores visuais):

- o comparador de DUBOSCQ;

- os Tubos de NESSLER ;

- os papéis indicadores de pH, etc

♦ fotoelétricos:

- fotocolorímetros, fotômetros ou colorímetros;

- espectrosfotômetros;

Instrumentos para Medidas de Absorção UV-Vis

Page 61: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Comparador de Duboscq

Se a Lei de Beer é

obedecida:

AA = AP

AbAcA = PbPcP

Uma vez que A = P ,

então:

cA = (bP / bA) cP

OBS.: para uma maior exatidão,

usar uma radiação quase

monocromática para estimular o

sistema.

Page 62: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Comparador de Duboscq

Page 63: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

De acordo com o tipo de componente usado para selecionar a

radiação, os instrumentos podem ser classificados em:

fotômetros ou fotocolorímetros*- quando usam filtros ópticos.

espectrofotômetros- quando um monocromador (de prisma

ou rede de difração) for empregado.

Se o critério para classificação for o tipo de feixe de radiação usado,

os instrumentos acima pode ser (veja fig. a seguir) :

feixe único (ou simples);

feixe duplo.

* Quando operam apenas no visível, são denominados colorímetros.

Page 64: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Figura- Instrumentos para medidas de absorção

molecular UV-Vis. (a) feixe único (b) feixe duplo

Page 65: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Como veremos, a primeira categoria de instrumentos compreende os

mais simples, baratos e de fácil manutenção.

Além disso, eles não:

• costumam operar fora da região visível;

• alcançam o grau de precisão dos espectrofotômetros;

• possibilitam a obtenção de espectros de absorção.

Todavia, eles são normalmente usados quando não requeridas faixas

espectrais muito estreitas (em análises bioquímicas clínicas, por exemplo).

Começaremos a descrição dos tipos de instrumentos

enquadrados no primeiro grupo.

Page 66: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Medição de Absorbância

a) Problemas: Interferências indesejadas

- reflexão e absorção da REM pelas paredes da cubeta

- espalhamento da REM pelas partículas em suspensão

b) Solução: Correção com o branco, ou seja, faz-se o P atingir

c) 100 % após a REM passar pelo branco, o que equivale a

PLogLogA P

PP 0

SOLUÇÃO

SOLVETE

Page 67: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

A figura abaixo mostra o diagrama de um fotocolorímetro de Feixe Único.

Instrumentos a Base de Filtros

Page 68: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

i) Ajusta-se o miliamperímetro para 0 % T após bloquear a célula

fotovoltaica fechando a abertura variável;

ii) Regula-se a abertura variável para 100 % T após colocar o branco na

cubeta.

iii) Substitui-se o branco pelas soluções-padrão e a(s) amostra(s).

Uma banda espectral apropriada de um feixe paralelo oriundo de uma

lâmpada de tungstênio é selecionada pelo filtro óptico após passar por uma

abertura variável.

A radiação transmitida pelo filtro atravessa a cubeta e alcança uma

célula fotovoltaica (transdutor de entrada). A corrente gerada é lida em um

miliamperímetro (transdutor de saída) com escala variável de 0 a 100 % de

transmitância.

Para realizar uma análise, as medidas são efetuadas de acordo com

as seguintes etapas:

Page 69: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Em geral, a escala linear de transmitância é acompanhada de uma

escala logarítmica de absorbância.

O modelo descrito necessita de um funcionamento dos

componentes elétricos em regime estável, enquanto se completam as três

etapas da medida.

A transmitância (T) pode ser medida com uma precisão de cerca de

2 %.

Não obstante a boa precisão com que as medidas de T ou A podem

ser realizadas, esses instrumentos são muito sensíveis a problemas de

flutuação da fonte e do detector.

Esses inconvenientes podem ser minimizados utilizando fotômetro

de feixe duplo como o descrito a seguir.

Page 70: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Diagrama esquemático de um fotômetro de feixe duplo

Page 71: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

No fotômetro apresentado, o feixe de luz transmitida pelo filtro é

desdobrado por um espelho, sendo que:

- uma das partes segue seu percurso normal: passa

pela cubeta contendo a amostra e alcança o detector;

- a outra parte passa pela cubeta do branco e atinge o

detector de referência.

A corrente da célula indicadora (i) é comparada com a de referência (i0),

com o auxílio de um circuito ponte. Obtém-se assim, a transmitância (T = P/P0)

por meio de:

T = i / i0

onde i e i0 são medidos simultaneamente de modo que as flutuações (fonte,

detector, etc) são canceladas no quociente.

Page 72: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Apesar de eficientes, os fotômetros de feixe duplo apresentam uma

série de limitações, a saber:

banda espectrais largas, sobretudo quando se usam filtros

de absorção. Isto afeta a resolução e pode produzir curvas

analíticas não-lineares (desobediência à lei de Beer);

pouca versatilidade quanto à região espectral de trabalho.

De fato, para operar em diferentes regiões do espectro é

necessária a troca de filtro;

não permitem a obtenção de espectros por não possibilitar

a implementação de um sistema de

varredura de comprimentos de onda.

Page 73: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Instrumentos a Base de Monocromador

Na figura abaixo, é ilustrado um espectrofotômetro de feixe único

em que a radiação é selecionada pelo giro de um came. Um filtro

suplementar é empregado para reduzir radiação estranha.

Page 74: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

A figura abaixo ilustra um tipo de espectrofotômetro de duplo feixe baseado

em rede de difração.

Page 75: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Além de permitirem a correção de flutuações dos sinais, os

espectrofotômetros de feixe duplo superam as limitações dos fotômetros

similares. Contudo, o modelo descrito não permite obter espectros de absorção

como os instrumentos descrito a seguir.

Os espetrofotômetros de duplo feixe são mais caros que os

correspondentes de feixe único. Podem ser encontrados no comércio a um

preço que varia de US$ 4000 a US$ 15000.

Espectrofotômetro de Varredura

Esses instrumentos podem ser classificados como sendo de dois tipos:

varredura mecânica;

varredura eletrônica.

Page 76: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Espectrofotômetro de Varredura Mecânica

Esses equipamentos possuem um mecanismo que faz variar o

comprimento de onda do feixe a partir de rotação do prisma ou da rede. Nos

aparelhos antigos, essa rotação era sincronizada com o propulsor do papel

de um registrador potenciométrico.

Um exemplo desse tipo de instrumento pode ser encontrado na

última figura.

Page 77: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Espectrofotômetro Multicanal com Varredura Eletrônica

A figura abaixo exemplifica um espectrofotômetro multicanal de varredura

baseado em um arranjo de diodos.

Page 78: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Nesse instrumento, o feixe colimado passa na amostra, colocada num

compartimento aberto e antes de atingir o arranjo de fotodiodos (“photodiode

array”), passa por uma rede de difração holográfica onde é dispersado. Isto

permite acesso simultâneo a todos os (190 a 820 m) e uma grande

diminuição do tempo de varredura (0,1s) do espectro.

A relação sinal/ruído pode ser melhorada varrendo-se o espectro

durante 1s ou mais e armazenando os dados no microcomputador para o

posterior cálculo da média.

Page 79: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Sistema de Titulação Fotométrica (ou Espectrofotométrica)

Page 80: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 81: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 82: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 83: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 84: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 85: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 86: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 87: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Page 88: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Pode-se demonstrar a partir da lei de Beer que:

TTlogT

4343,0

c

c

c/c = Incerteza relativa na concentração

T = transmitância medida

T = erro fotométrico (geralmente: 0,2 – 1,0 %)

Erro Fotométrico

Page 89: ABS UV-VIS

LOGO

Esp. Abs. Mol. UV-VIS

Erro Fotométrico

Page 90: ABS UV-VIS

LOGO www.themegallery.com