QUI346 ESPECTROMETRIA ATÔMICA

Transcrição

1 QUI346 ESPECTROMETRIA ATÔMICA EMISSÃO ABSORÇÃO

2 EMISSÃO ATÔMICA Uma experiência envolvendo átomos de metal alcalino Fonte: Krug, FJ. Fundamentos de Espectroscopia Atômica: ilas/krug/aas%20fundamen tos%20te%c3%b3ricos%20 FANII.pdf

3 EMISSÃO ATÔMICA Duas técnicas estão relacionadas à energia emitida pelos átomos no processo de relaxação: Emissão Atômica: EEA (Espectrometria de Emissão Atômica) ou AES (Atomic Emission Spectroscopy) Espectrofotometria de emissão atômica por chama (Fotometria de chama) Espectrofotometria de emissão atômica (ou ótica) por plasma indutivamente acoplado (ICP-AES ou ICP- OES, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) Fluorescência Atômica: EFA (Espectrometria de fluorescência Atômica) ou AFS (Atomic Fluorescence Spectroscopy).

4 EMISSÃO ATÔMICA: Fundamentação A intensidade da energia radiante emitida (I) depende da quantidade de espécies (átomos ou moléculas) no estado excitado (N*): I = k.n*. Então, a sensibilidade da técnica dependerá: 1) Fração (população) de espécies excitadas (N*/N) 2) Diferença de energia entre os níveis (DE = E i ) 3) Temperatura (K) Isso é previsto pela Lei de Maxwell-Boltzmann E i = Energia estado excitado em relação a E 0 N = número total de átomos N* = Número de átomos no estados excitado g 0 e g i = Fatores de ponderações estatísticas T = Temperatura termodinâmica, em K k = Constante de Boltzmann (1, J.K -1 )

5 FOTOMETRIA DE CHAMA Muito ruído (background / chama) pouca sensibilidade Produtos observados na queima de combustíveis: CO, H 2, CO 2, N 2, H 2 O, OH*, CH*, C 2 *

6 FOTÔMETRO DE CHAMA A baixa temperatura da chama propicia um espectro simples na região do visível para metais alcalinos (Na, K e Li). Os fotômetros de chama construídos para a determinação desses elementos utilizam filtros (589 nm Na; 671 nm Li; 766 nm K) deixando a técnica simples, sensível (ppm a ppb) e barata (± R$ 5.000,00). A maior aplicação é para Na e K, mas, alguns equipamentos são projetados para determinar também Li e Ca.

7 FOTOMETRIA DE CHAMA: Instrumentação Esquema de um Fotômetro de Chama

8 FOTOMETRIA DE CHAMA: Instrumentação Vantagem da Fotometria de Chama: Técnica simples (baixo custo) Equipamentos de Fotometria de Chama

9 FOTOMETRIA DE CHAMA: Aplicação

10 EMISSÃO ATÔMICA DE PLASMA A espectrometria de emissão atômica ou óptica é a técnica baseada na energia emitida pelos átomos (na região do UV-VIS) quando excitados por fontes de energia à altas temperaturas (até 8000 K) (eletrodos, plasma, laser, chama, etc). Quando a fonte é o plasma a técnica é chamada de Espectrometria de emissão atômica (ou ótica) por plasma indutivamente acoplado (ICP-AES ou ICP-OES)

11 ICP - OES EMISSÃO ATÔMICA DE PLASMA Esquema do Processo envolvendo a técnica de emissão atômica em plasma Fonte: Trip nlance química. Espectroscopía atómica (III): En el laboratorio. In: consultada em 05/out/14

12 ICP - OES EMISSÃO ATÔMICA DE PLASMA

13 ICP-OES: NEBULIZADOR Introdução da amostra no plasma Amostra nebulizada para o plasma Nebulizador de Meinhard Argônio Solução da Amostra Introdução contínua da amostra previamente tratada com uma bomba peristáltica

14 ATOMIZAÇÃO NO PLASMA O plasma consiste de um fluxo de argônio num alto campo elétrico externo (1kW.cm -3 ). As colisões dos átomos geram grande quantidade de íons argônio e elétrons que levam a altas temperaturas: K na base da tocha e a na região onde a emissão é medida (15 a 20 mm acima da bobina). Em relação à chama o plasma fornece melhor atomização e uma alta população de espécies excitadas.

15 FONTES DE PLASMA Fonte de plasma de corrente direta (DCP) Tocha de plasma indutivamente acoplado (ICP)

16 FONTES DE PLASMA Plasma Indutivamente Acoplado (ICP) A tocha (3 tubos de quartzo concêntricos envoltos por uma bobina de indução operando entre 27 e 41 MHz) produz o plasma com argônio consumido entre 5 e 20 ml.min -1 produzindo temperaturas de até K. Esquema de um equipamento de emissão atômica indutivamente acoplado a um plasma 30/05/2016 (ICP-AES) Mauricio X. Coutrim

17 ICP-OES: ESPECTRÔMETRO Esquema de um espectrômetro de ICP-OES Esquema simplificado

18 ESPECTROMETRIA DE EMISSÃO ATÔMICA: Espectrômetro Esquema do sistema ótico (monocromador) da Espectrometria Atômica

19 Espectrômetro de Varredura Echelle Policromador Multicanal É uma rede de difração que se movimenta nas direções x e y abrangendo todo o espectro. A detecção é feita com diversas pequenas fotomultiplicadoras.

20 Espectrômetro de Varredura Echelle Esquema do espectrômetro para ICP-OES baseado no policromador Echelle.

21 ICP-OES: DETECÇÃO Esquema de um detector para ICP-OES. ICP-OES permite a análise multielementar. São muitas informações que requerem um detector muito rápido.

22 ICP-OES: DETECÇÃO Policromador

23 ICP-OES: DETECÇÃO ANÁLISE MULTIELEMENTAR Espectro de ICP-AES com a separação de diversos elementos numa mesma amostras

24 FLUORESCÊNCIA ATÔMICA Instrumentação 1) Chama (atomizador). 2) Selecionador do l em (filtro ou monocromador: utilizado pela falta de uma lâmpada de catodo oco (fonte que emite somente a radiação do elemento em questão) Na espectrometria de fluorescência atômica a fonte (excitação dos elétrons) é de energia radiante (luz). Fonte a 90º do detector Esquema de um equipamento de fluorescência atômica

25 FLUORESCÊNCIA ATÔMICA A Fluorescência Atômica tem sido pouco utilizada como técnica analítica porque é menos sensível e apresenta muitas interferências comparada com as demais técnicas atômicas. A potência das fontes mais comuns (lâmpadas de catodo oco, mais baratas) são insuficientes e as lâmpadas não suportam potência maior. Fontes de laser ou lâmpadas de descarga sem eletrodos encarece demasiadamente a técnica.

26 ESPECTROFOTOMETRIA ATÔMICA: Quantificação A quantificação com técnicas de espectrofotometria atômica empregam os mesmos métodos utilizados nas demais técnicas instrumentais: Calibração Externa (efeito matriz pode ser minimizado utilizando curva com matriz sem analito Cu em cachaça); Padronização Interna (adição de um metal referência); Adição de Padrão (curva feita na matriz).

27 ADIÇÃO DE PADRÃO Matriz muito complexa pode interferir no sinal do analito. Se sua eliminação for difícil utilizase o método de ADIÇÃO DE PADRÃO.

28 ADIÇÃO DE PADRÃO Construção da curva analítica: Todas as soluções padrão para a construção da curva devem conter a mesma quantidade de amostra (matriz); As soluções padrão devem conter quantidades adicionadas de analito baseadas na estimativa da concentração (x) deste na amostra; Quantidade adicionada de analito nas soluções padrão: 0; 0,5X; X; 1,5X e 2X, pelo menos.

29 Absorbância ADIÇÃO DE PADRÃO A concentração da amostra é tirada da equação da curva analítica C A Y = AX + B Ab A A Ab A = Absorção da amostra diluída C A = Concentração do analito na amostra = -B/A Concentração