ANÁLISE QUÍMICA INSTRUMENTAL

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1 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA ANÁLISE QUÍMICA INSTRUMENTAL Classificação dos métodos analíticos ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química 6 Ed. Cap. 1 Pg.15 6 Ed. Cap. 0 Pg Ed. Cap. 0 Pg /03/ Site: Cálculo de cafeína diária. ay.com/articles/nutrition/ caffeine-calculator-6182/ 1

2 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Os métodos analíticos são classificados como clássicos (via úmida) ou instrumentais. Métodos clássicos: -Separação dos componentes (analito) -- precipitação; -- extração; -- destilação -Produtos isolados -- reconhecidos pela cor; -- ponto de fusão; -- ponto de ebulição; -- solubilidades; -- cheiros; -- atividade óptica; -Análise quantitativa -- métodos gravimétricos -- métodos volumétricos ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Os métodos analíticos são classificados como clássicos (via úmida) ou instrumentais. Métodos instrumentais: Início no século XX inserção de medidas de: -- condutividade, -- potencial de eletrodo, -- absorção ou emissão de luz, -- razão massa/carga, -- fluorescência, Abertura de métodos analíticos alternativos. Substituição dos métodos de destilação, extração e precipitação por técnicas de separação como: -- cromatografia, -- eletroforese. De fato, o crescimento dos métodos instrumentais de análise tem ocorrido em paralelo ao desenvolvimento da indústria de eletrônicos e de computadores. 2

3 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química TIPOS DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Propriedades características Métodos instrumentais Emissão de radiação Espectroscopia de emissão (raios X, UV, visível, eletrônica, Auger); fluorescência; fosforescência e luminescência (raios X, UV e visível). Absorção de radiação Espectrofotornetria e fotometria (raios X, UV, visível, IR); espectroscopia fotoacústìca, ressonância nuclear magnética e espectroscopia de ressonância de spin eletrônico. Espalhamento de radiação Turbidimetria; nefelometria; espectroscopia Raman. Refração de radiação Refratometria; interferometria. Difração de radiação Métodos de difração de raios X e de elétrons. Rotação de radiação Polarimetria; dispersão óptica rotatória; dicroísmo circular. Potencial elétrico Potenciometria; cronopotenciometria. Carga elétrica Coulometria. Corrente elétrica Amperometria. Polarografia. Resistência elétrica Condutometria. Massa Gravimetria (microbalança de quartzo). Razão massa/carga Espectrometria de massas. Velocidade de reação Métodos cinéticos. Características térmicas Gravimetria e titulometria térmicas; calorimetria diferencial de varredura, análise térmica diferencial, condutométria térmica. Radioatividade Métodos de ativação e de diluição isotópica. ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Um instrumento para análise química converte informação sobre as características físicas ou químicas de um analito em informação que pode ser manipulada e interpretada por um ser humano. Processador dos estímulos em estudo para resposta numérica. Instrumentos para Análises Resposta numérica ou gráfica de estímulos das características físicas ou químicas do analito. Analista com amostra para estudo. Detector de estímulos ou criador de estímulos eletrônicos Amostra em estudo nas condições de análise Estímulo Fonte de energia Resposta Sistema em estudo Informação analítica 3

4 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química 01/03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Mapa de domínios de dados O processo de medida possuem dispositivos que convertem a informação de uma forma em outra. Domínios não elétricos Comprimento, Pressão, Densidade, Composição química, Intensidade da luz, e etc Domínios elétricos Espectrofotômetros, phmetro, Coulômetro, Cromatografia, Raio-X, Espectrômetros e etc Anal. Chem. 1971, 43, 69A 4

5 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Diagrama de blocos de um Fluorímetro ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Detectores, transdutores e sensores Detector refere-se a um dispositivo mecânico, elétrico ou químico que identifica, registra ou indica uma das variáveis em seu ambiente, como pressão, temperatura, carga elétrica, radiação eletromagnética, radiação nuclear, presença de partículas ou moléculas. 5

6 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Trandutor refere-se especificamente aos dispositivos que convertem a informação em um domínio não-elétrico em informação nos domínios elétricos e vice-versa. Exemplos: fotodiodos, fotomultiplicadoras, fotodetectores eletrônicos que produzem uma corrente ou voltagem proporcional à potencia da radiação incidente. 01/03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Sensor refere-se a dispositivos analíticos que são capazes de monitorar espécies químicas de forma específica, continua e reversível. Exemplos: eletrodo de vidro, eletrodos de íons-seletivos, eletrodo de oxigênio de Clark, sensores de fibra óptica. Geralmente sensores estão acoplados a transdutores. 01/03/

7 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Detector tipo CID Emissor de luz Estímulo 01/03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Sensores Químicos 01/03/

8 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química O laboratório entregou os resultados: John Smith está grávido!!! Erros Experimentais Alguns erros de laboratório são mais óbvios do que outros, mas existe um erro associado a todas as medidas. Não é possível medir o valor real do que quer que seja. A repetição de um método de medida várias vezes nos indica a precisão (reprodutibilidade) da medida. Quando uma mesma grandeza é medida por métodos diferentes e os resultados obtidos concordam entre si, então a exatidão dos resultados passa ser confiável, o que significa que os resultados estão próximos do valor real. 01/03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Algarismos significativos O número mínimo de algarismos necessários para escrever um determinado valor em notação cientifica sem a perda de exatidão. O número 142,7 possui quatro algarismos significativos, pois pode ser escrito como 1,427 x ,25 x 10 4 possui 3 algarismos significativos ,250 X 10 4 possui 4 algarismos significativos ,2500 X 10 4 possui 5 algarismos significativos Um espectrofotômetro possui o sistema de leitura abaixo, escreva no seu caderno os valores da porcentagem de Transmitância e de Absorbância. 01/03/

9 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Tipos de Erros Toda medida possui alguma incerteza, que é chamada de erro experimental. As conclusões podem ser expressas com um alto ou baixo grau de confiança, mas nunca com completa certeza. O erro experimental é classificado como sistemático ou aleatório. Erro Sistemático Surge devido a uma falha de um equipamento no método utilizado. Ao realizar o método repetidas vezes é provável que o erro será reprodutível, mas é possível detectar e corrigir. Exemplos: Um medidor de ph que foi padronizado incorretamente produz um erro sistemático. Ao calibrar o equipamento a solução tampão que deveria ser 7,00 era 7,08, assim todas as medidas irão apresentar um erro de 0,08 unidades menores. Uma leitura de ph em 5,60 deverá corresponder ao valor real de 5,68. Solução para esse erro é o uso de duas soluções tampão, geralmente usa-se em ph 4,0 e 7,0 ou 7,0 e 10,0. O uso de uma bureta não-calibrada para o preparo de soluções pode apresentar erros sistemáticos, no entanto, esse tipo de erro pode ser sanado com a construção de uma curva de calibração. 01/03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Maneiras para se detectar um Erro Sistemático: 1 Amostras de composição conhecida, por exemplo, envolvendo materiais Padrões de Referência, devem ser analisadas utilizando-se um método escolhido. Este método deve reproduzir a resposta escolhida. 2 Amostras em branco, que não contém o analito a ser analisado, devem ser analisadas usando-se o método escolhido. Se os resultados forem diferentes de zero, o método é exageradamente sensível. 3 Utilizando-se diferentes métodos analíticos para medir uma mesma quantidade. Se os resultados não coincidirem, existe um erro associado a um dos métodos, ou a mais de um. 4 Amostras do mesmo material podem ser analisadas por pessoas diferentes em laboratórios diferentes (utilizando os mesmos, ou diferentes, métodos). Divergências além do erro aleatório esperado indicam erros sistemáticos. 01/03/

10 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Erro Aleatório Também conhecido como erro indeterminado pois é resultante de variáveis que não estão controladas nas medidas. A probabilidade de o erro aleatório ser positivo ou negativo é a mesma. O erro aleatório sempre está presente nas medições e não pode ser eliminado, mas pode ser diminuído em uma medida, desde de que a medida seja realizada de forma mais adequada. Ruídos elétricos (aleatório) em um instrumento geram flutuações negativas ou positivas e ocorrem com frequência. Para evitar alguns erros aleatórios, basta repetir várias medidas e averiguar se há reprodutibilidade (precisão). 01/03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Incerteza Absoluta e Relativa A incerteza absoluta expressa a margem de incerteza associada a uma medida. Por exemplo, a medida de um volume em uma bureta calibrada é de 0,02 ml, chama-se tal grandeza de incerteza absoluta associada a leitura. A incerteza relativa é uma expressão que compara o tamanho da incerteza absoluta com o tamanho de suas medidas. Incerteza Relativa : Incerteza Absoluta Valor da Medida Exemplo: o volume de 10 ml na bureta citada possui incerteza de 0,002 01/03/ = 0,02 ml 10,00 ml Incerteza Relativa Porcentual = 100 x Incerteza Relativa Para o volume de 10,00 ml = 0,2% IRP = 100 x 0,002 = 0,2% = 0,002 Para o volume de 1,00 ml = 2% 0,02 ml IR= = 0,02 IRP = 100 x 0,02 = 2 % 1,00 ml 10

11 ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Incertezas na Adição e Subtração Admita que se deseje realizar a seguinte soma, na qual as incertezas experimentais, simbolizadas por e 1, e 2 e e 3, estão entre parênteses: A resposta aritmética é 3,06. Mas, qual é a incerteza associada a esse resultado? Para adição e subtração, a incerteza na resposta é obtida a partir das incertezas absolutas das parcelas individuais. O procedimento é visto a seguir: Incerteza na adição e na subtração: A incerteza absoluta e 4 é ± 0,04, e pode se escrever a resposta como 3,06 ± 0,04. Embora exista apenas um algarismo significativo na incerteza, pode se escrevê-la inicialmente como 0,04 1 com o primeiro algarismo não-significativo sendo o subscrito. A razão para manter um ou mais algarismos não-significativos é evitar a introdução de erros de arredondamento nos cálculos finais, por isso considera-se o número 0, /03/ ENGENHARIA Engenharia Processos Química QUÍMICA Químicos 5 5 Semestre 2015 Análise Análise Química Química Incerteza Relativa Porcentual = 100 x Incerteza Relativa Incerteza Relativa : Incerteza Absoluta Valor da Medida Incerteza relativa percentual = 0,04 1 X 100 = 1, 3 % 3,06 A incerteza, 0,04 1, é 1, 3 % do resultado, 3,06. O algarismo 3 subscrito em 1, 3 % não é significativo. É aconselhável retirar os algarismos não-significativos agora e representar o resultado final como: 3,06 (±0,04) (incerteza absoluta) 3,06 (±1%) (incerteza relativa) Para a adição e a subtração, use a incerteza absoluta. A incerteza relativa pode ser determinada no final do cálculo 01/03/