Absorção Molecular no UV/Vis

Prof. Valmir F. Juliano

INTRODUÇÃO AOS MÉTODOSINTRODUÇÃO AOS MÉTODOSESPECTROANALÍTICOS – IESPECTROANALÍTICOS – I

QUI624

Classificação dos métodos analíticos

CLÁSSICOS E INSTRUMENTAISBaseados em propriedades físicas (químicas em alguns casos )

Chamados de métodos de via úmida

Gravimetria Volumetria

Espectrométrico

Eletroanalítico

Propriedades Propriedades elétricaselétricas

Propriedades Propriedades ópticasópticas

Cromatográfico

Propriedades Propriedades mistasmistas

Natureza ondulatória da Natureza ondulatória da Radiação EletromagnéticaRadiação Eletromagnética

Radiação eletromagnética, ou luz, é uma forma de energia cujo comportamento é descrito por propriedades tanto de onda quando de propriedades tanto de onda quando de partículapartícula. A natureza exata da radiação eletromagnética somente foi

esclarecida após o desenvolvimento da mecânica quântica por volta do início do século XX.

Propriedades ópticas, como a difração, são melhores Propriedades ópticas, como a difração, são melhores explicadas quando a luz é tratada como onda. Muitas explicadas quando a luz é tratada como onda. Muitas

interações entre a radiação eletromagnética e a matéria, como interações entre a radiação eletromagnética e a matéria, como absorção e emissão, entretanto, são melhores descritas absorção e emissão, entretanto, são melhores descritas

tratando a luz como partícula ou fóton.tratando a luz como partícula ou fóton.

chhE

E = energia

h = constante de Planck (6,626 . 10-34 J s)

= frequência

c = velocidade da luz (2,998 . 108 m s-

1)

= comprimento de onda

Baixa energia Alta energia

Comprimento de onda e EnergiaComprimento de onda e Energia

Frequência (m) Energia Nome Uso

1020 a 1021 10-12 Nuclear Raios- Medicina

1017 a 1019 10-10 Eletrônica Raios-X Diagnóstico por imagens

1015 a 1016 10-7 Eletrônica Ultra-Violeta Higienização

1013 a 1014 10-6 Eletrônica Visível Iluminação

1012 a 1013 10-4 Vibracional Infravermelho

Aquecimento

109 a 1011 10-2 Rotacional Microondas Cozimento

105 a 108 102 Rádio Frequência

Comunicação

Usos da radiação eletromagnéticaUsos da radiação eletromagnética

Uso em Química:Uso em Química:Métodos Espectrométricos,Métodos Espectrométricos,

Espectrofotométricos, Espectrofotométricos, Espectroquímicos ou Espectroquímicos ou Espectroanalíticos?!?Espectroanalíticos?!?

Tutti quanti

Métodos EspectrométricosMétodos EspectrométricosOs métodos espectrométricos abrangem um

grupo de métodos analíticos baseados na espectroscopia atômicaatômica e molecularmolecular.

Espectroscopia é um termo geral para a ciência que estuda a interação dos diferentes tipos de

radiação com a matéria.

A espectrometria e os métodos espectrométricos se referem às medidas das

intensidades da radiação usando transdutores fotoelétricos ou outros dispositivos eletrônicos.

• Os comprimentos de onda da radiação eletromagnética se estendem dos raios-gama até as ondas de rádio, com aplicações diferenciadas.• Os métodos espectrométricos se baseiam em propriedades ópticas (mesmo que a radiação não seja percebida pelo olho humano), quer sejam de emissão ou absorção de radiação eletromagnética de determinados .• Como as interações da radiação com a matéria podem ocorrer tanto em nível atômico como em nível molecular, os métodos instrumentais espectrométricos se dividem em 4 classes:

• EmissãoEmissão (emissão atômica)• LuminescênciaLuminescência (fluorescência atômica e molecular,

fosforescência)• EspalhamentoEspalhamento (Raman, turbidimetria e

nefelometria)• AbsorçãoAbsorção (absorção atômica e molecular)

Métodos EspectrométricosMétodos Espectrométricos

Tipo de espectroscopiaTipo de espectroscopia Faixa de Faixa de comprimento comprimento de onda usualde onda usual

Faixa de Faixa de número de onda número de onda

usual, cmusual, cm-1-1

Tipo de transição Tipo de transição quânticaquântica

Emissão de raios gamaEmissão de raios gama 0,005 – 1,4 Å0,005 – 1,4 Å –– NuclearNuclear

Absorção, emissão, fluorescência Absorção, emissão, fluorescência e difração de raios-xe difração de raios-x

0,1 – 100 Å0,1 – 100 Å –– Elétrons internosElétrons internos

Absorção de ultravioleta de vácuoAbsorção de ultravioleta de vácuo 10 – 180 nm10 – 180 nm 11xx101066 a 5 a 5xx101044 Elétrons ligadosElétrons ligados

Absorção, emissão e fluorescência Absorção, emissão e fluorescência no UV/Visívelno UV/Visível

180 – 780 nm180 – 780 nm 55xx101044 a 1,3 a 1,3xx101044 Elétrons ligadosElétrons ligados

Absorção no IV e espalhamento Absorção no IV e espalhamento RamanRaman

0,78 – 300 0,78 – 300 mm 1,31,3xx101044 a 33 a 33 Rotação/vibração de Rotação/vibração de moléculasmoléculas

Absorção de microondasAbsorção de microondas 0,75 – 375 mm0,75 – 375 mm 13 a 0,0313 a 0,03 Rotação de moléculasRotação de moléculas

Ressonância de spin eletrônicoRessonância de spin eletrônico 3 cm3 cm 0,330,33 Spin de elétrons em Spin de elétrons em um campo magnéticoum campo magnético

Ressonância Magnética NuclearRessonância Magnética Nuclear 0,6 – 10 m0,6 – 10 m 1,71,7xx1010-2-2 a 1 a 1xx1010-3-3 Spin de núcleos em Spin de núcleos em um campo magnéticoum campo magnético


250 300 350 400 450 500 550

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Abso

rbân

cia

(nm)

275,

3

341,

8

396,

1

474,

95ABSORÇÃO ATÔMICAABSORÇÃO ATÔMICA: O espectro é em forma de linhas finas devido aos níveis atômicos sem subníveis energéticos.



350 400 450 500 550 600 650 700 750

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Abso

rvân

cia

(nm)

max

ABSORÇÃO MOLECULARABSORÇÃO MOLECULAR: O espectro de absorção é caracterizado por bandas largas devido aos vários níveis e subníveis energéticos dos orbitais moleculares.

E0

E1

E2

Eletrônica~ 100 kJ mol-1

UV-Vis

Vibracional~ 1 kJ mol-1

IV

Rotacional~ 0,01 kJ mol-1

RMN


Quando as energias envolvidas são altas, por exemplo emissões de Raios-X, as transições eletrônicas acontecem com os elétrons dos orbitais mais internos e, nestes casos, serão independentes das ligações que os átomos estejam fazendo. Quando um elétron é excitado a um nível vibracional mais alto de um estado eletrônico, a relaxação para um nível vibracional mais baixo desse estado ocorre antes que a transição eletrônica ao estado fundamental possa ocorrer. A razão disso é explicada em termos da transferência do excesso de energia para outros átomos através de uma série de colisões.


COMPONENTES BÁSICOS DOS EQUIPAMENTOSCOMPONENTES BÁSICOS DOS EQUIPAMENTOS

Fonte de radiação:*• Lâmpadas de xenônio, deutério,

tungstênio, lasers, etc Seletor de comprimento de onda:

• Filtros e monocromadores. Transdutores:

• Tubos fotomultiplicadores, fotodiodos, CCD, fotocélulas, etc.

* Para algumas técnicas de emissão, serão necessários mais alguns componentes.


Fonte

Seletor de comprimento de onda

Fotômetro de feixe único para medidas de absorção na região visível


Transdutor

Fonte

Seletor de comprimento de onda

Transdutor

Espectrofotômetro manual de feixe duplo para medidas de absorção na região

UV/Visível


• Espectrometria de Absorção Molecular na região do ultravioleta/visível.

• Espectrometria de Luminescência Molecular.

• Espectrometria de Absorção Atômica.

• Espectrometria de Emissão Atômica.

Métodos EspectrométricosMétodos Espectrométricosabordados nesta disciplinaabordados nesta disciplina

Absorção Absorção molecular no molecular no

UV/VisUV/VisMais fácil que Mais fácil que

botânica....botânica....

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisEspectro de emissão da radiação

solar

Região IV médio

25 a 2,5m

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/Vis

Energia crescente Energia crescente

Sensibilidade do Sensibilidade do olho humanoolho humano

Comprimento de onda

Visão diurnaVisão diurna(Fotópica)(Fotópica)

Visão Visão noturnanoturna

(Escotópica)(Escotópica)


L L U U Z Z V V I I S S Í Í V V E E LL


CCoorres es primáriaprimária

ss

CCoorres es secundárisecundári

asas

COLORIMETRIACOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor : Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.ele reflete.

Quando falta uma das cores primárias, obtém-se uma cor

secundária. As 3 cores secundárias misturadas dão

origem ao preto

As 3 luzes (cores) primárias quando

misturadas dão origem à luz branca.

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIACOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor : Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.ele reflete.R G BSíntese aditiva: emissão.

Síntese subtrativa: As cores se dão pela “subtração da luz”.

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIACOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor : Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.ele reflete.

Se um objeto é Se um objeto é da cor da cor cianociano, é , é porque absorve porque absorve

o o vermelhovermelho e e reflete o reflete o azulazul e e

o o verdeverde..

Cor observada

Cor absorvida

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisCOLORIMETRIACOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor : Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.ele reflete.

Disco de NewtonDisco de Newton

A rotação A rotação proporciona a proporciona a

mistura das cores, mistura das cores, de modo que de modo que

enxergamos todos enxergamos todos os comprimentos de os comprimentos de onda de uma única onda de uma única vez, gerando a luz vez, gerando a luz

branca.branca.

Cor Observada (nm) Cor Complementar

Ultravioleta < 380 - - -

Violeta 380 – 420 Amarelo

Violeta – azul 420 – 440 Amarelo – laranja

Azul 440 – 470 Laranja

Azul – verde 470 – 500 Laranja – vermelho

Verde 500 – 520 Vermelho

Verde – amarelo 520 – 550 Púrpura

Amarelo 550 – 580 Violeta

Amarelo – laranja 580 – 600 Violeta – azul

Laranja 600 – 620 Azul

Laranja – vermelho 620 – 640 Azul – verde

Vermelho 640 – 680 Verde

Púrpura 680 – 780 Amarelo - verde

COLORIMETRIACOLORIMETRIA: Um objeto tem a cor : Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete.ele reflete.


COLORIMETRIACOLORIMETRIA

Um objeto tem a cor Um objeto tem a cor correspondente aos correspondente aos comprimentos de comprimentos de onda que ele reflete, onda que ele reflete, mas...mas...


A colorimetria é uma A colorimetria é uma ciência não exata, ciência não exata, pois além de pois além de problemas problemas relacionados com a relacionados com a acuidade visual de acuidade visual de cada um, ela cada um, ela depende do sexo de depende do sexo de quem vê!!!quem vê!!!

... Brincadeirinha....... Brincadeirinha....

• Porque as nuvens são brancas?• Espalha todos os Espalha todos os igualmente. igualmente.

• Porque durante o dia o céu é azul e porque ao entardecer ou amanhecer ele é alaranjado?

• Espalhamento Rayleigh: Espalhamento Rayleigh: menores se menores se espalham com maior facilidade.espalham com maior facilidade.


• Medidas de absorção da radiação eletromagnética na região do UV/Visível encontram vasta aplicação para identificação e determinação de milhares de espécies inorgânicas e orgânicas.

• Os métodos de absorção molecular talvez sejam os mais amplamente usados dentre todas as técnicas de análise quantitativa em laboratórios químicos e clínicos em todo mundo.


• Absorção da radiação eletromagnética de comprimentos de onda na faixa de 160 a 780 nm.• Comprimentos de onda inferiores a 150 nm são altamente energéticos que levam à ruptura de ligações químicas.• Acima de 780 nm atinge-se o IV próximo, onde a energia, já relativamente baixa, começa apenas a promover a vibração molecular e não mais transições eletrônicas.• Devido ao grande número de estados vibracionais e rotacionais, um espectro de absorção no UV/Vis apresenta um formato alargado (banda).


Instrumentação:Instrumentação:• 1) Fonte de radiação: lâmpadas de deutério (UV) e tungstênio (vis) ou de arco de xenônio para toda a faixa de comprimentos de onda UV/Vis.• 2) Parte óptica: Instrumentos de feixe simples e duplo.

• A diferença consiste basicamente em ter a possibilidade de descontar a perda de potência do feixe que passa pelo solvente (branco) simultaneamente à medida da amostra.

• 3) Compartimento para amostra (cubeta): • Deve ter paredes perfeitamente normais (90º) à direção do feixe.

• Quartzo (transparente em toda a faixa UV/Vistransparente em toda a faixa UV/Vis)• Vidro (somente visível, absorve muito a radiação UVsomente visível, absorve muito a radiação UV).

• Muito frequentemente utilizam-se tubos cilíndricos por questões de economia, mas deve-se ter o cuidado de repetir a posição do tubo em relação ao feixe.

• 4) Detectores Transdutores• Dispositivos capazes de converter luz para o domínio elétrico: LDR, fotodiodos, fotocélulas, tubos fotomultiplicadores, CCD, etc.


• Fonte de luz• Região UV: 160 a 380 nm

• Lâmpada de deutério, xenônio ou vapor de mercúrio


Lâmpada deLâmpada deVapor de HgVapor de Hg

Lâmpada de Lâmpada de arco de Xenônioarco de Xenônio

Lâmpada Lâmpada de Dde D22

• Fonte de luz• Região Visível: 380 a 780 nm

• Lâmpada de filamento de tungstênio• LED coloridos• Lâmpada de xenônio (UV/Vis)


• Fonte de luz• Luz “negra”


• Como selecionar o comprimento de onda desejado?

• Filtros ópticos:Filtros ópticos:•Filtros de absorção

•Simplesmente absorvealguns comprimentos deonda.

•Filtros de interferência•Usando de reflexões einterferências destrutivase construtivas, selecionao comprimento de onda desejado.


Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisFiltros Ópticos de Filtros Ópticos de

AbsorçãoAbsorção


A visualização desta imagem

através de filtros ópticos exemplifica

bem o funcionamento dos filtros em

barrar determinados comprimentos

de onda.

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisFiltros Ópticos de Filtros Ópticos de

InterferênciaInterferência

Filtro de Filtro de interferênciainterferência

Filtro de absorçãoFiltro de absorção


• Como selecionar o comprimento de onda desejado?

• Monocromadores:Monocromadores:•Fenda de entrada•Lente colimadoraou espelho•Prisma ou redede difração ouholográfica•Elemento defocalização•Fenda de saída


Detector

Cubeta

Fenda Lentes

Lentes

Fenda

Rede de difração

Fonte luminos

a


Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisCubetas


O vidro absorve fortemente os comprimentos de onda da região do UV. Abaixo de 300 nm toda a radiação é

absorvida. O quartzo começa absorver fortemente somente abaixo de 200 nm.

• Como fazer a leitura do absorção de luz?• Transdutores de radiação:Transdutores de radiação:

•Fotônicos monocanais•Células fotovoltáicas•Fototubos•Fotomultiplicadores•Fotodiodos

•Fotônicos multicanais•Arranjo de fotodiodos (PDA)•Dispositivos de transferência de cargas

•CID e CCD (bidimensionais)


Arranjo linear de Arranjo linear de fotodiodosfotodiodos

(pda - photodiode array)

Permite detectar simultaneamente

vários comprimentos de onda.

Tubo fotomultlicadorTubo fotomultlicadorMuito sensível. Consegue

detectar níveis muito baixos de luminosidade.


Como ocorre a absorção da luz?Como ocorre a absorção da luz?• A absorção de radiação UV ou visível por uma espécie atômica ou molecular pode ser considerada como um processo que ocorre em duas etapas:

• M + h M* excitação• M* M + calor (desprezível) relaxação

• São três tipos de transições eletrônicas:• 1) elétrons , e n (moléculas e íons inorgânicos)• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)• 3) transferência de carga (complexos metal-

ligante)

ObsObs.: Se M* sofrer decomposição ou formar novas espécies, o processo é chamado de reação fotoquímicareação fotoquímica e, neste caso, não será possível fazer a quantificação de M.


Níveis de energia eletrônica Níveis de energia eletrônica molecular.molecular.


Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisComprimentos de onda de absorção Comprimentos de onda de absorção

característicos das transições característicos das transições eletrônicas.eletrônicas.

TransiçãoFaixa de

comprimentos de onda

(nm)Exemplos

* < 200 C–C, C–Hn * 160 – 260 H2O, CH3OH, CH3Cl

* 200 – 500 C=C, C=O, C=N, C≡C

n * 250 – 600 C=O, C=N, N=N, N=O


Cromóforo Auxocromos

Espectro UV típico

Os máximos de absorção devem-se à presença de cromóforos na molécula. (Temos duas absorções em 190 e 270 nm no espectro da acetona e uma em 510 nm no espectro do complexo [Fe(fen)3]2+).

•Átomo ou grupo de átomos que absorve radiação.

•Átomo que não absorve radiação.•Modifica alguma característica da absorção do cromóforo.

Espectro Vis típico

[Fe(fen)3]2+

Como melhorar a absorção da luz?Como melhorar a absorção da luz?• Se o analito M não for uma espécie absorvente ou que tenha uma baixa absorção, deve-se buscar reagentes reajam seletiva e quantitativamente seletiva e quantitativamente com M formando produtos que absorvam no UV ou no visível.

• Uma série de agentes complexantes são usados para determinação de espécies inorgânicas.

• Exemplos: SCN- para Fe3+; I- para Bi3+. • Natureza do solvente, pH, temperatura, concentração de eletrólitos e presença de substâncias interferentes são as variáveis comuns que influenciam o espectro de absorção e, evidentemente, seus efeitos precisam ser conhecidos.


Qual a relação entre a absorção e a Qual a relação entre a absorção e a concentração?concentração?


Potência do Potência do feixe incidentefeixe incidente Potência do Potência do

feixe feixe transmitidotransmitido

Caminho ópticoCaminho óptico

Perdas por reflexão e espalhamento com uma solução contida em uma célula (cubeta) de vidro típica.


As reflexões ocorrem em qualquer interface que separa os materiais.Como não há como evitar estas reflexões e espalhamentos, torna-se necessário usar a mesma cubeta (ou uma idêntica) nas medidas das várias soluções dos padrões e da solução amostra do analito.


Para compensar os efeitos da perda de potência do feixe luminoso ao atravessar o solvente, a potência do feixe transmitido pela solução do analito deve ser comparadacomparada com a potência do feixe transmitido em uma cubeta cubeta idênticaidêntica contendo apenas o solvente.

solução

solvente

solvente

solução

PPTA

PP

PP

T loglog0

Se o material de fabricação da cubeta provocar uma Se o material de fabricação da cubeta provocar uma diminuição na potência do feixe luminoso, essa diminuição na potência do feixe luminoso, essa diminuição também será compensada.diminuição também será compensada.

• A lei de Beer-LambertBeer-Lambert, também conhecida como lei de Beer-Lambert-BouguerBeer-Lambert-Bouguer ou simplesmente como lei de BeerBeer é uma relação empírica que relaciona a absorção de luz com as propriedades do material atravessado por esta.

• A lei de Beer lei de Beer foi descoberta independentemente (e de diferentes maneiras) por Pierre Bouguer em 1729, Johann Heinrich Lambert em 1760 e August Beer em 1852.



1

0

0

1

0

loglogIITA

II

PP

PP

Tsolvente

solução

• A expressão final da lei de Beer é A = A = bcbc, a qual pode ser obtida pela integração de:

onde S é a área da seção atravessada pela luz e Px é a potencia ao longo do caminho óptico.

SdS

PdP

x

x

0 2 4 6 8 100,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Tran

smitâ

ncia

Concentração0,0 2,5 5,0 7,5 10,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Abso

rbân

cia

Concentração

abcA (g/L) bcA (mol/L)

LEI DE LAMBERT-BEERLEI DE LAMBERT-BEERAbsorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/Vis

Onde A é a absorbância, a é a Onde A é a absorbância, a é a absortividade e c é a absortividade e c é a concentração em g/Lconcentração em g/L

Onde A é a absorbância, Onde A é a absorbância, é a é a absortividade molar e c é a absortividade molar e c é a concentração em mol/L.concentração em mol/L.

kk

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Abso

rbân

cia

Concentração

bcA

LEI DE LAMBERT-BEERLEI DE LAMBERT-BEERAbsorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/Vis

b é a inclinação de A x C e, portanto,

responsável pela sensibilidade analíticasensibilidade analítica.

A absorbância A absorbância aumenta conforme aumenta conforme aumenta qualquer aumenta qualquer um dos três: um dos três: b ou b ou

cc


Aumento do caminho óptico


Aumento da concentração

350 400 450 500 550 600 650 700 7500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

5 ppm 4 ppm 3 ppm 2 ppm 1 ppm 0,5 ppm 0,1 ppm

Abs

orbâ

ncia

(nm)

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Fe(SCN)63-

A460 nm

CFe (mg/L)

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisEspectros de absorção do complexo

[Fe(SCN)6]3- para várias

concentrações.

Com os valores de absorbância no comprimento

de onda de máxima

absorção (max) constrói-se a

curva analítica.

• Aplicação da lei de Beer para misturasAplicação da lei de Beer para misturas• A absorbância é uma propriedade aditivapropriedade aditiva. Assim, a

presença de várias espécies absorventes na solução para o mesmo comprimento de onda resultará em uma absorbância maior que para soluções individuais. Contudo não poderá haver interação entre as várias espécies.• AT = A1 + A2 + ... + An = 1bc1 + 2bc2 + ... +

nbcn

• Limitações da lei BeerLimitações da lei Beer• Poucas exceções são encontradas para a

generalização de que a absorbância está relacionada linearmente com o caminho óptico. Por outro lado, são encontrados desvios de proporcionalidade com a concentração quando b é constante.


• Limitações reais (fundamentais) da Lei Limitações reais (fundamentais) da Lei de Beer:de Beer:

• Para soluções com concentrações maiores que 0,01 mol/L, mesmo não sendo da espécie absorvedora, a distância média entre as espécies diminui a ponto de alterar a capacidade das espécies em absorver a radiação, ou seja, diminui o valor de .

• O índice de refração do meio também causam desvios. Assim, se as variações de concentração causam alterações significativas no índice de refração da solução, os desvios da lei de Beer são observados. Quando esse fator é preponderante, uma correção pode ser aplicada, acrescentando à expressão da lei de Beer o termo n/(n+2)2, onde n é o índice de refração.


22 )(nεbcnA

• Desvios Químicos Aparentes Desvios Químicos Aparentes (limitações (limitações químicas)químicas)

• Desvios aparentes da lei de Beer surgem quando um analito se dissocia, se associa ou reage com um solvente para dar um produto que tenha um espectro de absorção diferente do analito. Um exemplo disto é a mudança de cor de indicadores ácido-base de acordo com o equilíbrio em função do pH.• HIn ⇌ H+ + In-

cor 1 cor 2• ⇩ pH ⇧ [HIn] e vice-versa ⇧ A ou ⇩ A.

• Além disso, se ambas as espécies absorverem no mesmo comprimento de onda, poderá haver um desvio positivo ou negativodesvio positivo ou negativo em função dos valores de HInHIn e InIn.


• Desvios Instrumentais com Radiação Desvios Instrumentais com Radiação PolicromáticaPolicromática

• A obediência estrita à lei de Beer é observada com radiação verdadeiramenteverdadeiramente monocromática. Na prática os monocromadores produzem uma banda mais ou menos simétrica de comprimentos de onda em torno daquele desejado. O resultado é um desvio negativo.


• Desvios Instrumentais com Radiação Desvios Instrumentais com Radiação PolicromáticaPolicromática

• A dedução deste desvio é dado a seguir:• Em cada , tem-se um .

A´= log (Po´/ P´) = ´bc e A” = log (Po”/ P”) = ”bc

Po = Po´ + Po” e P = P´ + P”

ATotal = log[ (Po´+ Po”) / (P´+ P” )] < (A´+ A”) = log[(Po´xPo”)/(P´xP”)]

Se Se ´= ´= ”, A”, ATotalTotal = A´ + A” e a lei de Beer é = A´ + A” e a lei de Beer é obedecida.obedecida.


• Um efeito similar ao da radiação policromática é observado com radiações espúrias.

• Estas radiações aparecem em pequenas quantidades no processo de monocromatização por efeitos de espalhamento em várias superfícies internas.

• Essas radiações diferem grandemente em comprimentos de onda da radiação principal.

• Assim, a presença de radiações espúrias confere igualmente um desvio negativo à lei de Beer.

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/Vis• Desvios Instrumentais com Radiação Desvios Instrumentais com Radiação EspúriaEspúria

• Ruídos InstrumentaisRuídos InstrumentaisUm estudo teórico e experimental descreveu várias fontes de incerteza instrumentais, classificando-as em 3 categorias:

• Caso ICaso I: espectrofotômetros de baixo custo equipados com medidores digitais com resolução limitada. A precisão independe de T, sT = k1

• Caso IICaso II: espectrofotômetros de alta qualidade com detector de fótons. O ruído associado a este tipo de detector (shot) surge da transferência de carga através de uma junção, como o movimento de elétrons do cátodo ao ânodo em uma célula fotomultiplicadora. sT = k2(T2 + T)1/2

• Caso IIICaso III: espectrofotômetros baratos, com ruído da fonte (flicker), ou espectrofotômetros de alta qualidade onde o posicionamento da cubeta gera uma incerteza, já que as cubetas possuem algumas imperfeições que resultam em espalhamentos e reflexões diferenciados a cada medida. sT = k3T



11log434,0 2

TTk

csc

Tk

csc

log434,0 3

TTs

cs Tc

log434,0

Observa-se que o erro nas medições pode ser minimizado Observa-se que o erro nas medições pode ser minimizado efetuando-se leituras de absorbância dentro de certas efetuando-se leituras de absorbância dentro de certas

faixas de valores para cada tipo de equipamento.faixas de valores para cada tipo de equipamento.

0,25 0,75

Aplicações:Aplicações:• Como já mencionado, são três tipos de transições eletrônicas, de acordo com a espécie absorvente:

• 1) elétrons , e n (moléculas orgânicas)• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)• 3) transferência de carga (complexos)

Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/VisEn

ergi

a

n

Ener

gia

dxy, dxz, dyz

dz2 , dx2-y2

dx2-y2

dxy

dz2

dxz, dyz


MoléculasMoléculas ÍonsÍons ComplexosComplexos

Os métodos espectrofotométricos apresentam Os métodos espectrofotométricos apresentam características importantes:características importantes:

• 1) Ampla aplicação para sistemas orgânicos e inorgânicos;

• 2) Limites de detecção típicos de 10-4 a 10-5 mol/L (podem ser melhorados para 10-6 a 10-7 mol/L);

• 3) Seletividade de moderada a alta;• 4) Boa exatidão (tipicamente as incertezas são da

ordem de 1 a 3%, podendo ser melhoradas a décimos percentuais com alguns cuidados especiais);

• 5) Facilidade e conveniência na aquisição de dados.


Análise quantitativa:Análise quantitativa:A primeira etapa da análise envolve o estabelecimento das condições de trabalho.• Determinação do(s) máximo(s) de absorção

• No máximo de absorção, além da máxima sensibilidade por unidade de concentração, os efeitos de desvios da lei de Beer são menores. Adicionalmente, o ajuste do comprimento de onda é mais reprodutível, não implicando em variações significativas de e, por consequência, da absorbância.

Não é seguro pressupor uma concordância com a lei de Beer e usar apenas um padrão para determinar a absortividade molar. Assim é recomendável a construção das curvas:• Curva analítica, em casos mais simples ou• Adição de padrão, quando a matriz interfere.


Exemplo:Exemplo:Para determinar Fe3+ em uma amostra, tomou-se cinco alíquotas de 2,00 mL de uma amostra e transferiu-se para cinco balões volumétricos de 50,00 mL. Em cada balão foram adicionados um excesso do complexante (SCN-) e alíquotas de 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 mL de uma solução padrão de Fe3+, de concentração 5,553 mg/L, completando-se o volume com água destilada. Determine a concentração de Fe3+ na amostra.

Vp, mL A

0,00 0,2412

5,00 0,4322

10,00 0,6232

15,00 0,8142

20,00 1,0052


Um bom procedimento de adição de padrão Um bom procedimento de adição de padrão consiste em adicionar quantidades do padrão consiste em adicionar quantidades do padrão bem próximos da quantidade do analito na bem próximos da quantidade do analito na alíquota da amostra. Assim, os efeitos da matriz alíquota da amostra. Assim, os efeitos da matriz sobre o analito da amostra também serão sobre o analito da amostra também serão sentidos pelo analito proveniente do padrão. sentidos pelo analito proveniente do padrão. Uma regra simples consiste em adicionar o Uma regra simples consiste em adicionar o padrão em quantidades ½x, x, 2x da quantidade padrão em quantidades ½x, x, 2x da quantidade estimada do analito. Adicionalmente pode-se estimada do analito. Adicionalmente pode-se incluir mais alguns pontos ¾x, 1,5x e 3x.incluir mais alguns pontos ¾x, 1,5x e 3x.

Exemplo:Exemplo:É possível fazer a determinação traçando o gráfico tanto em volume quanto em concentração do padrão adicionado. Vp, mL A

0,00 0,2412

5,00 0,4322

10,00 0,6232

15,00 0,8142

20,00 1,0052

C, mg/L A0,000 0,2412

0,555 0,4322

1,111 0,6232

1,666 0,8142

2,221 1,0052

y = 0,0382x + 0,2412R2 = 1

00,20,40,60,8

11,2

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

Volume de solução-padrão adicionado, mL

Abs

orbâ

ncia

y = 0,344x + 0,2412R2 = 1

00,20,40,60,8

11,2

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500

Concentração de padrão adicionado, mg/L

Abs

orbâ

ncia

Vx = 0,2412/0,0382Vx = 6,31 mL

Cx = 6,31x5,553/2CCxx = 17,53 mg/L = 17,53 mg/L


Cd = 0,2412/0,344Cd = 0,7012 mg/L Cx = 0,7012x50/2CCxx = 17,53 mg/L = 17,53 mg/L

Exemplo:Exemplo:Analisando o valor encontrado, pode-se observar que o procedimento de adição de padrão atendeu a recomendação. Admitindo-se que a estimativa da concentração do analito seria 1 mg/L, as adições foram ½x, x, 1,5x e 2x.

C, mg/L A0,000 0,24120,555 0,43221,111 0,62321,666 0,81422,221 1,0052


Cd = 0,2412/0,344Cd = 0,7012 mg/L½x ½x

xx1,5x1,5x2x2x

Titulação fotométricaTitulação fotométricaIgualmente aos demais tipos de titulação, o Igualmente aos demais tipos de titulação, o

objetivo é detectar o PE com a maior exatidão possível. objetivo é detectar o PE com a maior exatidão possível. Deve-se considerar quanto cada um, titulante, titulado Deve-se considerar quanto cada um, titulante, titulado e produto de reação, contribui com a absorbância no e produto de reação, contribui com a absorbância no comprimento de onda selecionado.comprimento de onda selecionado.

1) Titulado e produto não absorvem, mas o titulante sim;

2) Titulado e titulante não absorvem, mas produto sim;

3) Titulado absorve, mas titulante e produto não;4) Titulado e titulante absorvem, mas produto não;5) Titulado não absorve, mas titulante e produto

sim, sendo a absortividade do titulante maior;6) Titulado não absorve, mas titulante e produto

sim, sendo a absortividade do produto maior;Alternativamente um indicador absorvente pode Alternativamente um indicador absorvente pode provocar a variação da absorbância necessária para a provocar a variação da absorbância necessária para a localização do PE.localização do PE.


Titulação fotométricaTitulação fotométricaAbsorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/Vis

Titulação fotométricaTitulação fotométrica• Similarmente à titulação condutimétrica, torna-se necessário corrigir a absorbância em função do aumento de volume (efeito de diluição).

•Ac = A (Vi + Va) / Vi• As titulações fotométricas fornecem resultados mais exatos que uma análise fotométrica direta, uma vez que utilizam várias medidas para a detecção do ponto final. Adicionalmente, a presença de espécies absorvente podem não interferir, uma vez que apenas a variação na absorbância está sendo medida.• O ponto final fotométrico é determinado por medidas de absorbância bem distantes da região do ponto bem distantes da região do ponto de equivalênciade equivalência. Assim, as reações não precisam ter constantes de equilíbrio tão favoráveis, como no caso de titulações potenciométricas ou com indicadores.


Titulação fotométricaTitulação fotométrica• O ponto final fotométrico tem sido aplicado a todos os tipos de reações.

• Ácido-base uso de indicadores• Oxirredução• Complexação indicadores ou reagentes

coloridos • Precipitação

• As mesmas titulações clássicas podem ser feitas fotometricamente, com a vantagem da detecção do ponto final não depender da acuidade visual do analista.

• Com isso aqueles indicadores que mudam sutilmente de cor podem ser utilizados.


Titulação fotométricaTitulação fotométrica• Um exemplo é titulação simultânea de Bi3+ e Cu2+ com EDTA. Em 745 nm nenhum dos cátions, nem o EDTA absorvem e nem o completo Bi-EDTA que é mais estável. Somente o complexo Cu-EDTA absorve neste .


-0,010,010,030,050,070,090,110,130,15

0 1 2 3 4 5 6

Volume de EDTA 0,1 mol/L, mL

Abs

orbâ

ncia

Ponto final Cu

Ponto final Bi

Enquanto não houver Enquanto não houver formação do complexo Cu-formação do complexo Cu-EDTA, a absorbância não se EDTA, a absorbância não se

altera.altera.

Quando não houver Quando não houver mais produção do mais produção do

complexo Cu-EDTA, complexo Cu-EDTA, a absorbância torna-a absorbância torna-

se constante.se constante.

Para refletir e responder:Para refletir e responder:A absorção molecular na região do visível poderia ser utilizada para analisar íons Fe2+ (a solução Fe2+, mesmo concentrada, apresenta uma coloração amarelo-esverdeada muito clara)?

Caso sua resposta seja positiva, encontre os valores de absortividade molar para solução aquosa de Fe2+ para corroborar sua afirmativa. Caso sua resposta seja negativa, indique que tipo de procedimento seria necessário para analisar Fe2+ por absorção molecular na região do visível.


Exercício:Exercício:• Uma solução padrão foi adequadamente diluída para fornecer as concentrações de ferro mostradas na tabela a seguir. O complexo Fe(II)/1,10-fenantrolina foi formado em alíquotas de 25,00 mL dessas soluções, que foram em seguida diluídas a 50,00 mL. As absorbâncias, medidas em 510 nm em células de 1,00 cm, estão mostradas na tabela a seguir.• As leituras de absorbâncias de soluções-amostras, preparadas a partir de 10,00 mL de amostras originais diluídas em balões de 50,00 mL, onde foi adicionado o agente complexante, foram: 0,143, 0,068, 0,675 e 1,512. • Determine as concentrações de Fe2+ nas amostras originais e discuta se as absorbâncias são adequadas para a faixa de trabalho.


Exercício:Exercício:Absorção Molecular no UV/VisAbsorção Molecular no UV/Vis

[Fe2+], ppm

4,0010,0016,0024,0032,0040,00

[[Fe(fen)3]2+], ppm

Absorbância

2,00 0,1645,00 0,4258,00 0,628

12,00 0,95116,00 1,26020,00 1,582

Preparar a tabela de C x A

Concentrações das soluções-

padrão

Concentrações dos complexos formados e leituras de absorbância

Exercício:Exercício:• Traçar o gráfico da concentração do complexo versus absorbância, verificar FLT e determinar a equação da reta.


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Y = A + B * X

Parameter Value Error--------------------------------A 0,01478 0,00997B 0,07812 8,175E-4--------------------------------

R SD N P--------------------------------0,99978 0,01244 6 <0.0001--------------------------------

Abso

rbân

cia

[[Fe(fen)3]2+], ppb

22

2

)()(1xxB

yyNB

ssi

rx

5,23107812,0)835,0(

61

07812,001244,0

2

2

x

ysx

5,231)(

2

22 Nx

xxx ii i

835,0Ny

y i

Exercício:Exercício:• A partir do gráfico construído e dos valores obtidos pela regressão linear, pode-se determinar as concentrações de Fe2+ nas amostras de uma maneira rotineira, bastando que as amostras não apresentem interferências de matriz.• A equação obtida da regressão é:

A = 0,07812 [Fe(fen)A = 0,07812 [Fe(fen)33] + 0,01478] + 0,01478• As leituras de 0,143 e 0,068 estão abaixo do primeiro ponto As leituras de 0,143 e 0,068 estão abaixo do primeiro ponto da curva e portanto não estão adequadas para curva traçada. da curva e portanto não estão adequadas para curva traçada. Observe:Observe:• 0,068 0,068 [Fe(fen) [Fe(fen)33] = 0,681 ppm ] = 0,681 ppm s = 0,122 ppm s = 0,122 ppm 17,9%17,9%• 0,143 0,143 [Fe(fen) [Fe(fen)33] = 1,64 ppm ] = 1,64 ppm s = 0,11 ppm s = 0,11 ppm 6,7%6,7%• Os outros dois valores estão adequados e a concentração para cada um deles é:• 0,675 [Fe(fen)3] = 8,45 ppm s = 0,068 ppm 0,8%

• Diluição 5x [Fe2+] = 42,25 ± 0,34 ppm• 1,512 [Fe(fen)3] = 19,17 ppm s = 0,11 ppm 0,6%

• Diluição 5x [Fe2+] = 95,85 ± 0,55 ppm


Fim da Absorção Fim da Absorção Molecular no UV/Visível...Molecular no UV/Visível...

Mas os Métodos Mas os Métodos Espectrométricos Espectrométricos

continuam...continuam...

Absorção Molecular no UV/Vis

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