Aula 7: ESPECTROSCOPIA. Espectrotometria de Absorção Atômica - Parte II. Espectrometria de Emissão Atômica Parte I ANALÍTICA V 2S 2012

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1 ANALÍTICA V 2S 2012 ESPECTROSCOPIA Aula 7: Espectrotometria de Absorção Atômica - Parte II Espectrometria de Emissão Atômica Parte I Prof. Rafael Sousa Departamento de Química - ICE rafael.arromba@ufjf.edu.br Notas de aula:

2 RELEMBRANDO... ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Técnica espectroscópica determinação elementar, como metais Fonte de luz hν Atomizador hν Sistema óptico Detector Processador de sinal Lâmpada Chama Tubo aquecido eletricamente Monocromator ou Policromador Fotomultiplicadora Semicondutores Computador e Registrador Sistema de introdução de amostra Geralmente um nebulizador pneumático (F AAS) Amostra Pipetador automático (GF AAS)

3 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador - Ocorre a queima da amostra, seguida da atomização dos seus elementos constituintes - Eficiência do atomizador temperatura - Temperatura ideal é aquela que promove a decomposição da matriz e que é suficiente para atomizar o(s) analito(s) de interesse Temperaturas diferentes podem e devem ser usadas, checando manuais e protocolos

4 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Para absorção atômica com chama Queimadores Queimador para chamas ar-acetileno - fenda com 10 cm de comprimento Queimador para chamas óxido nitroso-acetileno - fenda com 5 cm de comprimento - caráter redutor - adequada para elementos que formam óxidos refratários (Al, Ba, Ti, V, Si,...) C 2 H 2 + 3/2 O 2 2 CO + H 2 O (T ~ 2250 o C) C 2 H N 2 O 2 CO + 3 N 2 + H 2 O (T ~ 2700 o C) OBS: Equipamentos modernos permitem o uso de um mesmo queimador para as diferentes chamas

5 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Regiões diferentes compõem a chama Ajustar a posição do queimador frente ao feixe de radiação Zona externa Pouco quente Rica em óxidos e produtos de recombinação Zona interna Região mais quente Rica em átomos livres Zona primária Menos quente Rica em fragmentos moleculares

6 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Tubo (ou forno) de Grafite Forno THGA Forno HGA Plataforma de L vov Tubo de Grafite com Plataforma Integrada Forno THGA Tubo de grafite geralmente é de grafite pirolítico. Outras características: - pode possuir plataforma interna (Plataforma de L vov) - aquecido eletricamente (transversalmente ou longitudinalmente) - tempo de vida: varia com o tipo de amostra, elemento e número de ciclos de atomização (consumível) - permite atingir LDs na ordem de µg L -1

7 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador O Programa de aquecimento do forno de Grafite T E M P E R A T U R A SECAGEM LIMPEZA ATOMIZAÇÃO RESFRIAMENTO PIRÓLISE T E M P O Figura: cortesia Perkin Elmer (Apresentação Espectrometria de Absorção Atômica, Perkin Elmer, 2009)

8 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Leitura Detector (Fotomultiplicadora) Monocromador Lâmpada (catodo oco) I o I t Atomizador (Forno de grafite) O MONOCROMADOR isola a radiação com comprimento de onda de interesse (Dispersores: Grades ou Prismas) e a conduz até o detector O DETECTOR (fotomultiplicadora) converte o sinal luminoso (fótons) em sinal elétrico

9 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador O PROCESSADOR (computador) permite identificar o sinal analítico na forma de pico e compará-lo com o dos padrões Utilizar ÁREA ou ALTURA No processamento, sinais que não são provenientes do analito (sinais de fundo ou background) precisam ser descontados para minimizar ou eliminar as interferências espectrais.

10 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) F AAS Análise rápida (Resultados em menos de 1 min) Utiliza alguns ml de volume de amostra Interferências bem documentadas GF AAS Análise demorada (Resultados entre 1 e 5 min) Utiliza pouca quantidade de amostra, ul Interferências bem documentadas mas que dependem das condições instrumentais (otimização) INTERFERÊNCIAS ESPECTRAIS E NÃO-ESPECTRAIS MATRIZ (viscosidade) QUÍMICA (Ex: PO 4 3- x Ca 2+ ; recombinações) IONIZAÇÃO (Ex: Na, K, Ca e Li)

11 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) F AAS GF AAS Limites de detecção adequados para muitos elementos em diversas amostras Geralmente níveis de mg/l ou menor Limites de detecção na ordem de ug/l ou menor, principalmente para elementos voláteis como As e Se CÁLCULO DO LIMITE DE DETECÇÃO INSTRUMENTAL (LOD): LOD = (3 δ branco )/ S CONCENTRAÇÃO CARACTERÍSTICA (C 0 ) MASSA CARACTERÍSTICA (m 0 ): C 0 = Conc. Padrão x 0,004 Absorbância do padrão m 0 = Conc. padrão x V padrão x 0,004 Absorbância do padrão

12 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) APLICAÇÕES Determinação de elementos inorgânicos em diversos tipos de amostras Análises clínicas: sangue, urina, cabelo Análises forenses: - Pb (identificar projéteis) - Elementos tóxicos (envenenamentos) Amostras ambientais: águas, solos e ar atmosféricos (chaminés) Materiais metalúrgicos: ligas (pureza ou presença de contaminantes) Alimentos naturais, processados e aditivos para alimentos

13 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Literatura consultada Concepts, Instrumentation and Techniques in Atomic Absorption Spectrometry R. D. Beaty, J. D. Kerber; Perkin-Elmer Corporation, 1993 Atomic Absorption Spectrometry B. Welz, M. Sperling; 3 rd ed., Wiley-VCH, 1999 Análise Instrumental F. Cienfuegos, D. Vaitsman; Editora Interciência, 2000 Principles of Instrumental Analysis D.A. Skoog, FL Holler, T.A. Nieman; 6 th ed., Cengage Learning, 2006 Tutoriais da Perkin-Elmer

14 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Questões para estudo 1- Por que é necessário construir uma curva analítica antes da medida da absorção atômica de um elemento em uma determinada amostra? 2- Como você explica a baixa sensibilidade da F AAS quando comparada com a modalidade de GF AAS? 3- Descreva as principais interferências encontradas na F AAS. 4- Descreva as principais etapas do processo de aquecimento em G FAAS.

15 Analítica V Espectrometria de Emissão Atômica (AES) Prof. Rafael Sousa Departamento de Química - ICE rafael.arromba@ufjf.edu.br Notas de aula:

16 EMISSÃO DE RADIAÇÃO NaCl 1859 Kirchoff e Bunsen identificaram que sais diferentes produziam cores diferentes em uma chama Emissão de radiação NO LABORATÓRIO Emissão de radiação NO DIA A DIA

17 PRINCÍPIO FÍSICO: O processo da emissão de luz pelos átomos excitação seguida da relaxação eletrônica (estado gasoso) Energia Excitação Decaimento Modelo matemático: E = E1 E 0 = hν = h.c / λ h= constante de Plank c= veloc. luz no vácuo λ= comprimento de onda (característico dos elementos) Figura retirada de material didático da Profa Elisabeth de Oliveira E é inv. prop. ao λ

18 ATOMIZAÇÃO (Etapa Importante): necessária para se obter o espectro de emissão atomização relaxação (EMISSÃO ATÔMICA) MX g M g + X g excitação M* g + X* g sublimação MX s Excitação dessolvatação ocorre com a transferência de energia térmica proveniente de uma chama, plasma ou descarga elétrica M(H 2 O) + X - aq

19 Instrumentação básica das técnicas de emissão Atomizador hν Sistema óptico Detector Processador e Registrador Chama Corrente elétrica Plasma Monocromador ou Policromador Fotomultiplicadora Semicondutores Computador Amostra

20 Técnicas analíticas e suas fontes de atomização e excitação 1752: Melville (Na) Fotometria de chama - - emissão de átomos (Na, K, Li e Ca) - interferências químicas: C 2 O 4 2-, SO 4 2-, PO 3 2- e AlO 2- Chama de ar/glp ou ar/acetileno -T= C - amostras líquidas Na e K em fluídos biológicos Prática 7 (Determinação de Na e K em Bebida Isotônica)

21 A Técnica de Fotometria de Chama BASEIA-SE na excitação de átomos neutros de Na, Li, Ca e K obtida pelo uso de uma chama Chama: sistema composto por gases à alta temperatura Ar-GLP ( o C) ou Ar-acetileno ( o C) Temperatura: proporção entre os gases Os átomos excitados voltam ao seu estado fundamental com emissão de um fóton de radiação que pode ser identificado e medido Na K Li Ca (422,7 nm), Na (589,0 ou 589,6 nm), K (766,5 nm) e Li (670,8 nm)

22 O equipamento: fotômetro de chama Preço ( ): ~ R$ 3800,00* Faixa linear: até 100 mg L -1 Boa repetibilidade média: RSD 1% Volume de amostra: de 3-5 ml Tempo de leitura: 6-8 s acessado em Na, K, Li e Ca Laboratórios clínicos (unidade em meq/l) Laboratórios de controle de qualidade - alimentos - produtos agrícolas QUIMIS Analyser

23 COMPONENTES do Fotômetro de Chama Instrumentação básica para um fotômetro de chama

24 Continua na próxima aula (aula teórica + TVC lab)