Aula-10-Espectroscopia UV Visivel (1)
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ESPECTROSCOPIA NA LUZ VISVEL E ULTRAVIOLETA
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ESPECTROSCOPIA NA LUZ VISVEL E ULTRAVIOLETA1) Introduo:
Identificao de compostos orgnicos , inorgnicos e ons
Anlise quantitativa de alguns grupos funcionais orgnicos
Determinao quantitativa de espcies orgnicos, inorgnicos e biolgicos
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Existem vrios mtodos espectrofotomtricos em anlise de alimentos:
Colorimetria visa determinar a concentrao de uma substncia, em condies bem definidas, pela medida da absoro da luz, tornando referncia a absoro da substncia numa concentrao definida.
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Mtodos Espectrofotomtricos
Mtodo analtico sensvel
Rpido
Resultados precisos
Utilizada na determinao da concentrao dos constituintes do alimento
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Mtodos Colorimtrico
Leitura dos valores de absorbncia de solues padres de concentraes conhecidas
Curva padro
Determinao da concentrao de uma determinada substncia presente na amostra
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2) Fundamentao Terica
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2.1
Radiao Eletromagntica
Ondas eletromagntica: campos oscilantes
eltrico (E) e magntico (M)
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A radiao eletromagntica se propaga numa velocidade constante, mas depende do ndice de refrao meio que atravessa
Equaes
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Requisitos para que uma radiao seja absorvida por uma molcula:
A radiao incidente deve ter a mesma freqncia da freqncia rotacional, vibracional, eletrnica ou nuclear da molcula
A molcula deve ter um dipolo permanente ou um dipolo induzido, isto , deve haver alguma coisa para a energia absorvida fazer: DEVE SER FEITO UM TRABALHO (TRANSIO, ROTAO E VIBRAO)
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A regio do espectro do ultravioleta na faixa de 200 a 400 nm e a da luz visvel entre 400 e 700 nm. Transies dos eltrons de valncia 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
O espectro de energia radiante dividido em vrias regies e seus limites foram determinados por limites prticos de mtodos experimentais apropriados de produo e deteco de radiao. Diferentes regies espectrais tm significado na interaes fsicas.
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Em anlise, o importante das solues coloridas ou incolores que a radiao absorvida uma caracterstica da amostra absorvente
Espectros (UV) e Visvel
resultado de transies eletrnicas (eltrons da camada de valncia) 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Radiao contnua de luz branca atravessa a amostra
Intensidade da radiao vai decrescer
A radiao emergente poder ser colorida (regio visvel, porque na regio do visvel veremos a cor da radiao emergente
2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Exemplo: amostra absorve luz de comprimento de onda da luz azul radiao emergente seu complemento, que a luz amarela.
Corante TARTRAZINA
Cor amarela, pois a soluo est absorvendo o complemento do amarelo que o azul (430 nm), sendo transparente para as demais cores. 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Qualquer material solvel pode colorido pode ser analisado quantitativamente deste modo BASE DA ESPECTROMETRIA DE ABSORO VISVEL
Transformar uma substncia incolor ou pouco colorida em colorida atravs de reaes qumicas e analis-las
BASE DA COLORIMETRIA 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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COLORIMETRIA
Exemplo: Determinao de Fsforo
Reao colorimtrica (soluo de molibdato de amnia + metavanadato de amnia)
Formao de um complexo de cor amarela * radiao absorvida deve ser complementar a amarela, que a radiao azul com comprimento de onda entre 450 480 nm* leitura da absorbncia mxima para este complexo ser de 470nm
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Substncias incolores
Podem ser analisadas diretamente sem nenhuma reao colorimtrica atravs de radiao ultravioleta (UV) BASE PARA RADIAAO ULTRAVIOLETA
Exemplo: Conservantes de alimentoscido benzico e cido srbico so incolores e no existe nenhuma reao colorimtrica para torn-los coloridos 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Radiao das regies do visvel e UV
Suficiente apenas para causar a excitao dos eltrons das camadas externas (de valncia)
- Sigma () : ligaes simples C-C
Ligaes muito fortes absoro na regio do UV difcil Compostos saturados: propano 135 nm 2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Radiao das regies do visvel e UV
Suficiente apenas para causar a excitao dos eltrons das camadas externas (de valncia)
Pi: ligaes dupla C= C
Ligaes mais fracas possuem grande absoro nas regies do visvel e UV Ex: Carotenides absorvem na regio do visvel (380 700 nm)2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Radiao das regies do visvel e UV
Suficiente apenas para causar a excitao dos eltrons das camadas externas (de valncia)
Eltrons que no so de ligao os orbitais atmicos eltrons no ligantes (n): elementos como O, S etc.Transio de n so mais difceis e se do na UV do vcuo Exemplo: anel benzeno, absorve na regio UV (200 380 nm)
2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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Absoro nas regies do visvel e UV
Ligaes dupla conjugadas, com transies eletrnicas
CROMFOROS grupos dos compostos que possuem estas caractersticas e absorvem radiao UV/Visvel
* Transies n intensidade dos espectro fraca
2.2 Espectrometria de absoro nas regies ultravioleta (UV) e Visvel
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2.3 Lei de Beer-Lambert- Lambert estudou a transmisso da luz por slidos homogneos.- Beer estendeu o trabalho de Lambert ao estudo de solues.
Atravs dessa lei:
intensidade da radiao incidente e emergente podem ser relacionadas com as concentraes do material presente na amostra.
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2.3 Lei de Beer-Lambertquadro
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2.3 Lei de Beer-LambertConsideraes:
So consideradas desprezveis os efeitos de reflexo, difuso e fluorescncia.
Radiao incidente deve ser monocromtica conter somente um comprimento de onda.
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Espectroscopia de Absoro preciso determinar a quantidade de luz que a amostra ir absorver, sendo descrito pela Lei de Beer-Lambert que a relao entre a intensidade da luz incidida na soluo (P0) e a intensidade da luz saindo da soluo (P).
-log (P/Po) = A = abc
A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorl = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)
Pela Lei de Beer podemos concluir que a absorvncia de uma soluo diretamente proporcional concentrao da espcie absorvente quando se fixa o comprimento
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Espectroscopia de Absoro
-log (P/Po) = A = abc
A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorb = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)
Pela Lei de Beer podemos concluir que a absorvncia de uma soluo diretamente proporcional concentrao da espcie absorvente quando se fixa o comprimento do percurso; e diretamente proporcional ao comprimento do percurso quando se fixa a concentrao
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Espectroscopia de Absoro
Assim a definio da absorvncia nas condies da validade da lei de Lambert-Beer uma quantidade proporcional concentrao. O espectrofotmetro se torna um medidor e concentrao seletivo para uma determinada substncia, atravs da relao:
C = A/ab
A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorb = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)
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Desvios da Lei de Beer-LambertDesvios Qumicos:Mudanas na concentrao da soluo por interao das molculas do soluto entre si e com o solvente, atravs dos efeitos de associao ou dissociao.
Pode ser evitado trabalhando com solues diludas (0,01M)
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Desvios da Lei de Beer-LambertDesvios Instrumentais:A iluminao no monocromtica, isto , de um nico comprimento de onda
O sinal do detector no linear nem proporcional a concentrao da soluo.
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Anlise Qualitativa A identificao do composto feita atravs da comparao com padres do valor do comprimento de onda
O solvente escolhido deve ser transparente na regio escolhida (mximos de absoro afetadas pela natureza do solvente)
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Anlise Quantitativa Quantidade do composto medida pelo valor de absorvncia mxima (topo de um pico de absoro)
Razes:A variao na absorvncia para uma dada mudana de concentrao ser maior, resultando em sensibilidade e preciso maiores O efeito relativo de outras impurezas minimizadoA mudana da absorvncia com o comprimento de onda menor devido ao espectro de absoro mdio ser relativamente plano no topo do pico. Logo a medida no seriamente afetada por pequenos erros de ajuste do comprimento de onda.
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Anlise Quantitativa Quantidade do composto medida pelo valor de absorvncia mxima (topo de um pico de absoro)
Concluso;
A escolha do comprimento de onda () mximo deve ser onde haja mxima absorvncia (A) e, consequentemente, mnima transmitncia (T)
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Clculos da Concentrao (C), Utilizando a Lei de Beer A) Com valor de absortividade (a) da amostra conhecido:
Usar a Lei de Beer-Lambert:
A= abc, e tirar o valor de c
A = absorvnciaa = absortividade molecular ou coeficiente de extinoc = concentrao do material absorvedorb = espessura da amostra atravs da qual a luz passa (largura da cubeta)
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Com o valor de absortividade (a) da amostra desconhecido:
- Fazer a curva padro- Leva-se o valor da mxima absorvncia da amostra para uma curva padro construda com concentraes diferentes e tira-se a concentrao do composto analisado.- Importante verificar a linearidade da resposta em relao curva padro pois, acima de uma certa concentrao , a relao AxC deixa de ser linear (o grfico uma reta)
Clculos da Concentrao (C), Utilizando a Lei de Beer
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EspectrofotmetroInstrumento que registra dados de absorbncia em funo do comprimento de onda (). A caracterstica mais importante do espectrofotmetro a seleo de radiaes monocromticas.O espectro de absoro caracterstico para cada espcie qumica, sendo possvel a identificao de uma espcie qumica atravs do seu espectro de absoro.
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Esquema dos principais componentes de um espectrofotmetroA amostra deve estar em um recipiente (cubeta) de quartzo quando a radiao for na regio espectral do ultravioleta. Quando for na regio da luz visvel usa-se os de vidro por ter uma melhor disperso.Os detectores devem ser altamente sensveis.Os dados obtidos pelo detector so enviados para um dispositivo de processamento de dados.
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Fontes de RadiaoAs fontes mais comuns baseiam-se na incandescncia, mas devem atuar em temperaturas elevadas para ter uma cobertura aprecivel no ultravioleta.So constitudas por filamentos de materiais que so excitados por descargas eltricas com elevada voltagem ou aquecimento eltrico.Tipos: Lmpada com descarga de hidrognio: utilizada na regio UVLmpada de tungstnio: utilizada na regio visvel
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Fontes de RadiaoCondies para uma fonte ser de boa qualidade para atuar nessa faixa: gerar radiao contnua; ter intensidade de potncia radiante suficiente para permitir a sua deteco pelo sistema detector; ser estvel.
Alm disso deve ter um tempo de vida longo e preo baixo.
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MonocromadoresFuno: seleo do comprimento de onda em que se tem interesse para a anlise.Constituio: fenda de entrada de um elemento de disperso de radiao fenda de sadaTipos: prismtico reticuladores
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Monocromador PrismticoA radiao policromtica vinda da fonte de radiao passa pela fenda de entrada e incide sobre a face de um prisma, sofrendo um desvio.
Os vrios comprimentos de onda tero diferentes direes aps a incidncia no prisma. Se for realizado um ajuste rigorosamente controlado da fenda de sada, pode-se selecionar o comprimento de onda desejado.
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Monocromador Prismtico
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Monocromador ReticularO principal elemento dispersante a rede de difrao. Essa rede consiste em uma placa transparente ou refletora com muitas ranhuras paralelas e equidistantes.
Disperso resultante desta rede linear. Os vrios comprimentos de onda dispersos so igualmente espaados, por isso a fenda de sada isolar uma banda de radiao de largura constante.
A resoluo muito mais elevado que os prismas.
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Monocromador Reticular
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Tipos de Espectrofotmetros para a Regio Visvel e Ultravioleta
Espectrofotmetro mono-feixe :
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a) Fonte: fonte de radiao
b) Monocromador: selecionar uma banda ou um nico comprimento de onda
c) Cela para a amostra: cubetas
Regio visvel: material transparente como vidro ou plstico
Regio ultravioleta: no pode ser de vidro, porque ele absorve radiao nesta regio, sendo utilizada a cubeta de quartzo, que mais cara
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d) Detector
Fotoclulas que detectam a quantidade de radiao transmitida aps a passagem pela amostra, porm o resultado pode ser convertido em quantidade de radiao absorvida pela amostra.
e) Amplificador
Amplificao da resposta (ftons-multiplicadores)Fton da radiao passa pelo amplificador e registrado com maior nmero de eltrons
f) Registrador
Registrador transforma o sinal eltrico que chega ao detector e amplificador em energia mecnica fazendo o registrador mover-se,
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Solvente : Regio visvel:qualquer lquido que no tenha cor, e o mais usado gua estilada.
Regio UV:qualquer solvente que no absorva nesta regio, que no tenha duplas ligaes conjugadas, como, por exemplo, a gua ou hidrocarbonetos saturados.
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Etapas: 1) Coloca-se o solvente (branco) no caminho tico e mede-se a intensidade da energia radiante,que atinge o detector;
2) Substitui-se o recipiente com o solvente (branco) pelo recipiente com a amostra e faz- se a determinao propriamente dita da absorbncia.
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Espectrofotmetros mono-feixe: - No so cmodos pois a amostra e o branco tem que ser colocados alternadamente no nico feixe de radiao;
- mais simples e baratos
- no registra espectro
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Espectrofotmetro duplo-feixe Dois feixes de radiao so formados no espao, por um espelho que divide o feixe vindo do monocromador em dois. Um feixe passa atravs da soluo referencia (branco) at o transdutor e outro, ao mesmo tempo, passa atravs da amostra at o segundo transdutor.As duas correntes sero determinadas e mostradas no indicador de sinal. Com o auxlio de um dispositivo apropriado, calcula-se a diferena de transmitncia entre os dois feixes, essa diferena ser mostrada no indicador de sinal como absorvncia REGISTRA APENAS O ESPECTRO DA AMOSTRA
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Espectrofotmetro duplo-feixe
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Espectrofotmetro duplo-feixe
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