Métodos Espectroscópicos de Análise

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1 Métodos Espectroscópicos de Análise

2 Espectrometria de Absorção Atômica

3 Espectrometria de Absorção Atômica (AAS- Atomic Absorption Spectrometry) O método baseia-se na absorção de energia por átomos neutros, não-excitados e no estado gasoso. Na absorção atômica o elemento é levado a condição gasosa e por esta se faz passar um feixe de radiação com λ que pode ser absorvido. 1. Instrumentação Fonte Atomizador Sistema de introdução da amostra Amostra com o analito X Seletor de λ Detector Processador e dispositivo de leitura

4 Espectrometria de Absorção Atômica (AAS- Atomic Absorption Spectrometry)

5 Fontes Sistema que permite proporcionar a radiação necessária, na forma de linhas. Ex.: Lâmpada de cátodo oco (LCO) Bulbo de vidro contendo gás inerte (argônio) e cátodo elaborado com o elemento de interesse Obs.: existem lâmpadas Emite somente linhas de interesse multielementares

6 Fontes

7 Fontes Lâmpada de descarga sem eletrodos (EDL) Bulbo de vidro contendo sal do elemento de interesse Excitação por radiofrequência (bobina) Mais intensa que LCO, menos estável

8 Sistemas de Atomização Atomização por chama a) O sistema nebulizador/queimador A amostra é atomizada na chama A amostra é aspirada pelo nebulizador

9 Sistemas de Atomização Atomização por chama Composição para várias chamas em AAS

10 Sistemas de Atomização Atomização eletrotérmica A amostra é colocada em um condutor de eletricidade (carbono-grafite ou um filamento tântalo) e, pela passagem de uma corrente elétrica, é rapidamente evaporada em um fluxo de argônio. Em contraste aos nebulizadores, a introdução não é contínua. Exemplo usual Forno de grafite

11 Sistemas de Atomização Atomização Eletrotérmica Programa de temperatura do forno (Etapas) Secagem ( oc) Eliminação do solvente Calcinação ( oc) Eliminação da matriz Atomização ( oc) Produção de vapor atômico Limpeza Remoção de gases produzidos na secagem e calcinação Reduzir a oxidação do tubo Evita a produção de gases tóxicos durante a atomização

12 Sistemas de Atomização Atomização eletrotérmica Características (em relação a atomização por chama) Maior tempo de residência do vapor atômico Maior sensibilidade Pequenos volumes de amostra Mais lento Amostras sólidas Onde: Sensibilidade (Outro Parâmetro de Desempenho) A sensibilidade de um método ou instrumento é uma medida de sua habilidade em discriminar pequenas diferenças na concentração do analito.

13 Seletores de Comprimento de Onda Monocromadores Sistemas constituídos por espelhos, fendas e grades de difração (prismas ou redes), utilizadas para selecionar comprimentos de onda desejados. Fenda Saída Espelho esférico Largura da Fenda Ângulo da grade determina o comprimento de onda da fenda de saída Grade Fenda Entrada Espelho esférico

14 Detectores Sistema eletrônico que permite detectar a luz transmitida e transformála em um sinal capaz de ser medido (elétrico) Fototubo Fluxo de fótons provoca emissão de elétrons Geração de corrente proporcional ao número de fótons Fotomultiplicadora Similar ao anterior Sinal multiplicado pela presença de dinodos

15 Espectrometria de Absorção Atômica Principais vantagens Instrumentação relativamente simples e de custo moderado Limite de detecção baixos, especialmente com atomização eletrotérmica Análises rápidas (10 s a 2 min) Principais desvantagens Técnica uni-elementar Susceptível a interferências Amostras sólidas geralmente devem ser dissolvidas Aplicações Determinação quantitativa de mais de sessenta elementos metálicos

16 Exercícios 01. (Químico/CEB/Funiversa/DF/2010) Na espectroscopia atômica, as amostras são vaporizadas e aquecidas, decompondo-se em átomos. Na absorção atômica, os átomos absorvem parte da luz proveniente da fonte, e a luz não absorvida alcança o detector. Assinale a alternativa com a sequência correta do experimento de absorção atômica. (A) Lâmpada de catodo oco chama monocromador detector amplificador dispositivo de leitura. (B) Lâmpada de catodo oco monocromador chama detector amplificador dispositivo de leitura. (C) Lâmpada de catodo oco chama monocromador amplificador detector dispositivo de leitura. (D) Lâmpada de catodo oco monocromador chama amplificador detector dispositivo de leitura. (E) Lâmpada de catodo oco chama detector monocromador amplificador dispositivo de leitura.

17 02. (Perito Criminal/Químico/Cespe/CE/2012) 1. Entre as técnicas de absorção atômica, a que utiliza atomização eletrotérmica apresenta maior sensibilidade, devido à maior eficiência na atomização da amostra. No entanto, essa técnica requer mais tempo de análise se comparada às demais. 2. Em um espectrômetro de absorção atômica de chama é desnecessária a utilização de fonte de radiação, pois a chama já possui a função de atomizar e excitar os átomos de interesse. 03. (Químico MAPA/Cespe/2001) O teor de cinzas é um parâmetro físico-químico de identidade e qualidade estabelecido para vários produtos de origem vegetal ou animal. Com relação ao teor de cinzas, julgue os itens abaixo. 1. Contaminantes inorgânicos, como metais tóxicos, podem ser analisados nas cinzas obtidas de uma amostra utilizando-se técnicas de espectrofotometria de absorção atômica.

18 04. (Perito Federal 6/Regional/Cespe/2004) Concentração em g/g Desvio-padrão Elemento casaco vidraça s As ,7 Co 0,54 0,61 0,026 La 4,01 3,60 0,20 Sb 2,81 2,77 0,26 Th 0,62 0,75 0,044 Um perito criminal recebeu em seu laboratório, como principal evidência em um caso criminal, pequenos fragmentos de vidro encontrados incrustados no casaco de um suspeito de assassinato. Esses fragmentos são idênticos em composição a uma rara vidraça belga de vidro manchado quebrada durante o crime. O perito decidiu então determinar os elementos As, Co, La, Sb e Th no vidro incrustado no casaco do suspeito para verificar se este era do mesmo material da vidraça belga. A técnica escolhida para essas determinações foi a espectroscopia de absorção atômica. As médias e os desvios-padrão das análises em triplicata desses cinco elementos nas amostras de vidro retiradas do casaco, bem como os valores conhecidos para a vidraça belga são mostrados na tabela acima. Julgue os itens a seguir, que se referem às técnicas espectroscópicas de análise.

19 1) Na espectroscopia de absorção atômica, o metal a ser analisado devese encontrar na forma metálica na solução a ser analisada, pois somente no estado fundamental os átomos são capazes de absorver energia radiante em determinado comprimento de onda, o que é o fenômeno central da espectroscopia de absorção atômica. 2) Na espectroscopia de absorção atômica, a concentração c do elemento a ser determinado, na solução aspirada, pode ser calculada A por meio da equação c= ab, em que A é a absorvância medida, a é a absortividade molar do elemento em questão e b é a distância entre a fenda de entrada e a fenda de saída. 3) Uma das vantagens da espectroscopia de absorção atômica é que ela é uma técnica analítica que prescinde de utilização de curva de calibração. 4) Entre as misturas comumente usadas para a composição da chama, em espectroscopia de absorção atômica, incluem-se ar/acetileno, ar/propano, óxido nitroso/acetileno e ar/hidrogênio.

20 5) Para fazer o experimento descrito, o perito deve usar pelo menos cinco lâmpadas diferentes no espectrômetro. 6) O sistema nebulizador/queimador é parte imprescindível de qualquer espectrômetro de absorção atômica. 7) Os espectros de absorção no ultravioleta/visível de partículas monoatômicas exibem picos bem mais estreitos que os seus correspondentes de moléculas poliatômicas. 8) As lâmpadas de cátodo oco emitem radiação em comprimentos de onda bem específicos o que torna dispensável o uso de monocromadores.

21 05. (Perito Federal 14/Nacional/Cespe/2004) Uma mulher de 40 anos de idade, trabalhadora de uma indústria química de produção de acetaldeído, chegou ao hospital queixando-se de náuseas, dores abdominais e febre. A paciente reportou que havia sofrido dor de cabeça e gengivite duas semanas antes da consulta. Os níveis de mercúrio encontrados na urina estavam altos e o tratamento com quelante ácido dimercaptossuccínico (DMSA) foi iniciado. Uma investigação na empresa identificou que o ar continha altos níveis de mercúrio e que a máscara utilizada pela paciente no ambiente de trabalho não era adequada. Um ano e meio depois, os níveis de mercúrio na urina da paciente voltaram ao normal e os efeitos adversos tinham desaparecido. 1. Uma metodologia adequada para análise de mercúrio em urina é a espectrofotometria de absorção atômica com forno de grafite.

22 Alguns Parâmetros Analíticos e Calibração dos Métodos Instrumentais

23 Parâmetros Analíticos São critérios que podem ser empregados na decisão de um método ou técnica analítica para se abordar um problema analítico. Ex.: exatidão, precisão, limite de detecção, sensibilidade, limite de quantificação, robustez e recuperação. Detectabilidade

24 Limite de detecção (LOD) corresponde à menor quantidade de um analito que pode ser detectada, porém, não necessariamente quantificada como um valor exato. Calibração dos Métodos Instrumentais A calibração determina a relação entre a resposta analítica de um instrumento e a concentração ou massa do analito. A calibração é realizada pela obtenção do sinal de resposta (absorbância, altura do pico, área do pico) como uma função da concentração conhecida do analito e, dessa forma, prepara-se uma curva de calibração ou curva analítica.

25 As calibrações podem ser feitas utilizando-se padronização externa, padronização interna e adição de padrão. Padronização Externa Um padrão externo é preparado separadamente da amostra. A padronização externa é utilizada para amostras que não precisam de extenso pré-tratamento; os padrões de calibração são obtidos pela adição de concentrações conhecidas do analito na matriz. Ao ser aplicado para análises de amostras desconhecidas, esse método compara o sinal do analito a ser quantificado com os sinais obtidos a partir dos padrões de calibração (através do gráfico de concentração versus resposta ou pela equação da curva resultante).

26 Exemplo de Curva de Calibração com Padrão Externo Onde y = ax+b sendo: y = resposta medida (absorbância, altura ou área do pico, etc.); x = concentração; a = inclinação da curva analítica (coeficiente angular); b = interseção com o eixo y, quando x = 0 (coeficiente linear).

27 Mais alguns Parâmetros de Desempenho Sensibilidade Medida da habilidade de um instrumento ou método em discriminar pequenas diferenças na concentração do analito. Onde: Dois fatores limitam a sensibilidade: a inclinação da curva de calibração e a precisão. Exercício 01. (Químico/FPH/SE/Cespe/2009) A figura abaixo apresenta duas curvas de calibração para o estrôncio analisado por espectroscopia de absorção atômica. A curva A corresponde a soluções preparadas com água pura e a curva B, a soluções preparadas com uma solução 1,0 g/ml em K+.

28 Tendo como referência as curvas de calibração apresentadas, julgue os itens subsequentes. 1. O método de análise utilizado é mais sensível à concentração do estrôncio na ausência de íons K+ que na presença destes.

29 Faixa Linear/ Linearidade É a faixa útil de um método analítico, ou seja, é a faixa que se estende da menor concentração em que as medidas quantitativas são realizadas com exatidão e precisão (limite de quantificação, LOQ limit of quantitation), até a concentração em que ocorre um desvio da linearidade (limite de linearidade, LOL - limit of linearity).

30 Exercício 02. (Perito Federal 6 e 14/Cespe/2002) A exposição a pesticidas tem levado a um incremento no número de casos de intoxicação que, muitas vezes, não são bem diagnosticados ou mesmo bem documentados. Além disso, a dose letal aguda em humanos para muitos pesticidas ainda é desconhecida. Em muitos casos de suicídio, vários pesticidas e xenobióticos estão associados, o que torna o diagnóstico um grande desafio. A grande maioria dos pesticidas é derivada de compostos do tipo organofosfatos ou organoclorados. Na maioria dos métodos para a determinação desses compostos e de seus metabólitos em amostras de soro e urina de humanos, emprega-se HPLC-UV, cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS) e cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC-MS), entre outros. A tabela seguinte apresenta dados relativos a alguns pesticidas, obtidos por espectrometria de massas.

31 Pesticida Íon selecionado para quantificação (m/z) LOD (µg/l) LOQ (µg/l) Linearidade (µg/l) Azinphos-etil Bromophos-etil Cloropiriphosetil Dimetoato Etion fention A partir dos dados acima, julgue os itens que se seguem. 1. Para se realizar a análise de uma mistura de pesticidas presentes em amostras de soro humano por CG-MS, pode-se injetar diretamente a amostra no cromatógrafo, sem necessidade de uma separação prévia. 2. A coluna referente ao termo LOD apresenta os valores de limite de detecção, que pode ser definido como o menor valor de concentração detectável.

32 3. A coluna referente ao termo LOQ apresenta os valores de limite de quantificação, que pode ser definido como a menor concentração para a qual uma medida quantitativa pode ser feita e define o limite inferior da faixa de linearidade. 4. O termo HPLC-UV diz respeito à técnica de cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por espectroscopia de absorção no ultravioleta. 5. Na espectrometria de massas, as espécies são separadas pela diferença de massa que apresentam.

33 Padronização interna A padronização interna consiste na adição de uma mesma quantidade do padrão interno (PI) na amostra, no branco e nos padrões de calibração contendo diferentes concentrações do analito. Onde: Um padrão interno é uma espécie química que possui propriedades semelhantes ao analito e sinal analítico diferente.

34 A curva analítica é elaborada pela relação entre a razão das áreas (área do analito/área do padrão interno) com as concentrações do analito. Exemplo de Curva de Calibração com Padrão Interno Obs.: corrige variações no sinal analítico devido a mudanças nas condições de análise.

35 Exercício 03. (Perito Químico/RO/Funcab/2009) A análise por Cromatografia de Alta Resolução (CGAR) permite quantificar componentes individuais presentes em misturas complexas. A respeito dos métodos de quantificação por CGAR, é correto afirmar que: A) ao se utilizar o método de padronização interna, elimina-se a necessidade de injetar mais de uma vez as soluções a serem analisadas, isto é, não há necessidade de duplicatas, triplicatas etc, pois o desvio padrão se torna muito pequeno. B) o mesmo padrão interno pode ser utilizado em análises que utilizem detetor por ionização em chama e detetor por captura de elétrons, pois o fator de resposta é uma propriedade intrínseca da substância.

36 C) uma maneira usual de se calcular a concentração da substânciaproblema na amostra consiste em determinar a razão entre as áreas dos picos correspondentes à substância-problema e ao padrão interno para cada uma das injeções; calcular a média desses valores e fazer a leitura da concentração na curva de calibração, traçada a partir da injeção dos padrões, contendo o mesmo padrão interno e em condições idênticas de análise. D) ao serem utilizadas as técnicas de injeção por split (com divisão de fluxo) ou por splitless (sem divisão de fluxo), a escolha do padrão interno deve levar em conta que sua volatilidade deve ser bem diferente da volatilidade do componente que se deseja quantificar. E) no método de padronização interna, ao serem preparadas as soluções padrão para traçar a curva de resposta cromatográfica versus concentração para uma determinada espécie que se deseja analisar, deve-se adicionar uma massa do padrão interno igual à massa do padrão para cada uma das soluções.

37 Adição de Padrão Um método de adição de padrão pode tomar diversas formas. Uma das mais comuns envolve a adição de um ou mais incrementos de uma solução padrão às alíquotas de iguais volumes da amostra. Esse processo é denominado fortificação.

38 A padronização por adição de padrão é o método utilizado nas seguintes situações: a) quando não é possível obter a matriz isenta do analito; b) em matrizes muito complexas; c) quando há fortes interações entre o analito e a matriz d) quando é difícil encontrar um padrão interno adequado. A concentração do analito na matriz biológica é determinada pela extrapolação da reta, definida pelas demais concentrações analisadas, ou pela equação da reta fazendo y= zero.

39 Exemplo de Curva de Calibração com Adição de Padrão Exercício 04. (Químico/FUB-DF/Cespe/2009)

40 A determinação de cromo em uma amostra aquosa foi realizada por espectrometria de absorção atômica. No procedimento, 10,0 ml da solução-problema foram misturados com volumes diferentes de uma solução-padrão de cromo a 12 mg/l (ppm) e, a seguir, o volume foi completado até 50 ml com água. A figura acima apresenta o gráfico de variação da absorvância versus volume da soluçãopadrão adicionado. Acerca da situação descrita acima, julgue o item a seguir. 1. Em espectrometria de absorção, o método da adição de padrão é utilizado com o objetivo de eliminar eventuais erros devidos a diferenças entre os volumes de amostra da soluçãoproblema e das soluções-padrão.

41 Finalizando os Parâmetros Analíticos Robustez A robustez de um método de ensaio mede a sensibilidade que este apresenta face a pequenas variações. Um método diz-se robusto quando se revelar praticamente insensível a pequenas variações que possam ocorrer quando o mesmo está sendo executado. As agências reguladoras empregam diferentes termos para expressar a robustez do método: ruggedness e robustness. Recuperação (eficiência de extração) A recuperação é definida como a proporção da quantidade da substância de interesse, presente ou adicionada na porção analítica do material teste, que é extraída e passível de ser quantificada.

42 Este parâmetro é calculado comparando-se a resposta obtida para o analito presente ou adicionado na matriz biológica e extraído com a resposta obtida para o analito em amostras preparadas em solvente e, consequentemente, não extraídas, as quais representam 100%. A recuperação avalia a eficiência do método de tratamento das amostras biológicas. Para a avaliação da recuperação, devem-se utilizar concentrações em três níveis: baixo, médio e alto, de acordo com a curva de calibração.

43 Exercícios 05. (Perito Criminal/Ciências Biológicas, Química, Farmácia e Bioquímica/Funiversa/DF/2012) Na determinação de resíduos de compostos orgânicos tóxicos em amostras ambientais, é primordial a validação do método analítico para se obterem resultados confiáveis. A esse respeito, assinale a alternativa correta. (A) Em cromatografia gasosa, o efeito matriz é minimizado pela preparação da curva analítica na própria matriz. (B) O limite de detecção (LD) é a concentração mínima do analito que se quantifica. (C) No preparo da amostra, adiciona-se sulfato de sódio para a remoção dos compostos orgânicos interferentes na matriz. (D) Uma curva de calibração é usada para a escolha do comprimento da coluna cromatográfica. (E) O estudo de recuperação é feito para avaliar a qualidade na separação dos analitos.

44 06. (Perito Criminal/Química/Funcab/RO/2014)

45 Espectrometria de Emissão Atômica

46 Espectrometria de Emissão Atômica Baseia-se na propriedade dos átomos ou íons (no estado gasoso) de emitir (quando excitados) radiações com comprimento do onda (λ) característicos nas regiões do UVVis ( nm).

47 Espectrometria de Emissão Atômica 1. Instrumentação

48 Espectrometria de Emissão Atômica 2. Espectrometria de Emissão Atômica em Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-AES ou ICP OES) Onde Plasma: gás parcialmente ionizado à alta temperatura

49 Espectrometria de Emissão Atômica 2.1 Configuração Axial ou Radial orientação do plasma em relação ao sistema óptico

50 Espectrometria de Emissão Atômica 2.2 Algumas Características da Técnica de ICP-AES Técnica multielementar. Permite a determinação da maioria dos elementos metálicos da tabela periódica e também de não-metais como cloreto, brometo, iodeto e enxofre. Ampla faixa linear de trabalho. Boas exatidão e precisão (desvios de ~1%). Boa detectabilidade (µg.l-1 mg.l-1). Baixa susceptibilidade a interferências químicas, que é o resultado direto de suas altas temperaturas.

51 Exercícios 01. (Perito Criminal DF Área 6/Funiversa/2012) As técnicas espectroscópicas de absorção no infravermelho (IV), absorção no ultravioleta (UV), absorção atômica (AA) e emissão atômica (EA) são ferramentas versáteis utilizadas na determinação qualitativa e quantitativa de espécies moleculares e atômicas. A respeito desse assunto, assinale a alternativa correta. (A) A absorção atômica é um método de determinação de metais pouco específico porque as linhas de absorção são muito estreitas. (B) O plasma de argônio indutivamente acoplado (ICP = inductively coupled argon) converte os analitos em átomos ou íons elementares. (C) A espectrometria de emissão atômica com fonte de plasma não é indicada para análise de halogênios pela baixa energia do plasma. (D) A determinação de magnésio em amostra de solo pode ser feita pela queima direta, na chama, de uma pequena porção de solo. (E) A lâmpada de catodo oco é a fonte mais comum para medidas de emissão atômica.

52 02. (Perito Federal 14/Nacional/Cespe/2004) O problema da intoxicação humana por chumbo, conhecida como plumbismo ou saturnismo, data da Antiguidade. Algumas atividades ocupacionais com risco de exposição a chumbo incluem extração de minério, fabricação de tintas e vidros, impressão de papel e procedimentos de soldagem. A população em geral pode expor-se a chumbo por meio da água, do ar e de alimentos contaminados. Com relação a esse assunto, julgue os itens subsequentes. 1. Espectrofotometria de absorção atômica com forno de grafite é uma metodologia adequada para analisar esse metal em material biológico e outras matrizes. 2. As espectrofotometrias de absorção e de emissão atômicas são técnicas adequadas para a análise de metais, porém a primeira é mais utilizada devido à facilidade, ao custo e à rapidez em uma única análise vários metais podem ser analisados simultaneamente.

53 03. (Perito Químico/RS/FDRH/2008) Para determinação de traços de Pb em um pêlo humano, é recomendável empregar uma técnica de a) emissão atômica com chama, desde que disponha de uma lâmpada de cátodo oco de Pb. b) absorção atômica com atomizador eletrotérmico, desde que se disponha de uma chama de acetileno-óxido nitroso. c) emissão atômica com plasma acoplado indutivamente, uma vez que as temperaturas mais baixas intrínsecas a essa técnica garantem que não haja perdas do analito por volatilidade. d) emissão atômica, desde que se disponha de uma chama de ar-gás natural para reduzir a interferência por formação de óxidos e hidróxidos. e) absorção atômica, com forno de grafite, desde que se disponha de uma lâmpada de cátodo oco de Pb.

54 04. (Químico/FPH/SE/Cespe/2009) Os esquemas abaixo apresentam as configurações básicas de três tipos de instrumentos de espectroscopia óptica. A diferença básica entre as configurações está na presença ou não de uma fonte de radiação e no ângulo formado entre a fonte de radiação, a amostra e o transdutor.

55 Com respeito aos esquemas apresentados e aos métodos espectroscópicos de análise, julgue os itens seguintes. 1. O esquema A pode representar a configuração de um equipamento utilizado para realizar medidas de absorção e o esquema C, um equipamento usado para realizar medidas de emissão. 2. Em um espectrofotômetro de absorção atômica, a fonte de radiação deve emitir, preferencialmente, radiação contínua. 3. Nos equipamentos ópticos utilizados para medidas de absorção, é obrigatório que o seletor de comprimento de onda esteja colocado entre a amostra e o transdutor. 4. Um monocromador ou um filtro podem ser utilizados como seletores de comprimento de onda em espectroscopia óptica, sendo que o monocromador permite a realização de uma varredura espectral. 5. O transdutor é o componente de um espectrômetro responsável pela conversão da energia radiante em um sinal elétrico que possa ser amplificado pelo processador.

56 6. Em análises por espectrometria de absorção atômica, o uso de um equipamento de feixe duplo evita a necessidade de construção de uma curva de calibração. Gabaritos Espectrometria de Absorção Atômica 1. A 2. CE 3. C 4. EEECEECE 5. C Parâmetros Analíticos e Calibração 1. E 2. EECCE 3. C 4. E 5. A 6. B Emissão Atômica 01. B 02. C E 03. E 04. C E E C C E

57 Espectroscopia de Absorção na Região do Ultravioleta e Visível

58 Espectrometria de Absorção Molecular (UV/Visível) A Absorção de radiação ultravioleta ou visível geralmente resulta da excitação de elétrons de ligação; como consequência, os comprimentos de onda dos picos de absorção podem ser correlacionados com os tipos de ligações nas espécies em estudo.

59 1. Absorção de Radiação por Espécies Coloridas

60 Espectrometria de Absorção Molecular (UV/Visível)

61 2. Absorção por Compostos Orgânicos A maioria das aplicações da espectroscopia de absorção para compostos orgânicos baseia-se nas transições de elétrons n ou π para o estado excitado π* uma vez que as energias necessárias para esses processos levam as bandas de absorção para a região ultravioleta-visível (200 a 700nm).

62 Espécies absorventes (em espécies orgânicas) Cromóforos grupos insaturados (fornecem orbitais π) que são capazes de absorver radiação ultravioleta-visível

63 Espectrometria de Absorção Molecular (UV/Visível) Alguns termos usuais Efeito, deslocamento hipsocrômico ou azul Quando uma banda de absorção é deslocada para comprimentos de onda mais baixos com o aumento da polaridade do solvente Auxocromo Grupo que não absorve, por si próprio na região do ultravioleta, mas que tem o efeito de deslocar picos cromóforos para comprimentos de onda mais altos e também aumentar suas intensidades. Este deslocamento para comprimentos de onda mais altos é chamado de deslocamento batocrômico ou vermelho

64 3. Instrumentação Fontes Lâmpada de Deutério (UV) Lâmpada de Tungstênio (Visível) Dispositivo para Amostra Quartzo (UV) Vidro de silicato (Visível) Plástico (Visível) Obs.: Para obter maior sensibilidade, as medidas de absorvância geralmente são feitas em um comprimento de onda correspondente a um máximo de absorção, porque a mudança em absorbância por unidade de concentração é maior nesse ponto.

65 Espectrometria de Absorção Molecular (UV/Visível) Instrumentação

66 Detectores Esquema óptico de um espectrofotômetro com detector de arranjo de diodos Vê-se neste esquema duas fontes de radiação, as lâmpadas de deutério e de tungstênio, cujas emissões são focalizadas através de uma lente sobre a amostra. Portanto, todo o espectro de emissão da lâmpada incide sobre a amostra, sendo que a radiação incidente será, em parte, absorvida. Esta radiação que atravessou a amostra (transmitida ou emergente) irá incidir sobre uma lente que focaliza o feixe sobre uma fenda, e desta sobre uma grade de difração. Esta grade irá difratar a radiação, separando os seus diferentes comprimentos de onda, sendo que cada um deles irá incidir sobre um diodo do arranjo. Este diodo, ao ser irradiado, produz uma corrente elétrica cuja magnitude depende da intensidade da emissão. Através de um circuito de calibração adequado, esta corrente será transformada em absorbância nos diferentes comprimentos de onda, resultando no que se convenciona chamar de espectro de absorção.

67 Exemplo Forense de Aplicação Qualitativa Figura 01 - Espectro UV-Vis da amostra questionada (Pramil). Figura 02 - Espectro UV da substância sildenafil (Clarke s).

68 Exercícios 01. (Papiloscopista/Fundação Universa/PC DF/2015) A espectroscopia de absorção UV-vis permite determinar a concentração de espécies que sofrem transições eletrônicas quando absorvem nessa faixa de energia. Com relação a esse assunto, assinale a alternativa correta. (A) Uma amostra que seja azul absorve na região azul do espectro. (B) Uma amostra que seja azul é transparente na região do vermelho. (C) O decréscimo relativo de intensidade do feixe de luz é proporcional ao número de espécies absorventes na amostra. (D) A cor de uma amostra dependerá do caminho óptico durante a medição. (E) O acréscimo relativo de intensidade do feixe de luz é proporcional ao número de espécies absorventes na amostra.

69 02. (Químico/Covest/PE/2015) A espectroscopia baseada na radiação UV/Visível, também denominada espectrofotometria, é muito utilizada para análises quantitativas, apresentando vantagens como robustez dos equipamentos, baixo custo e rapidez das medidas. Considerando os aspectos teóricos relacionados à espectroscopia na região do UV/Visível, indique a alternativa correta. A) A espectrofotometria é um procedimento analítico através do qual se determina a concentração de uma espécie química mediante a absorção de energia térmica, com variação na temperatura. B) De acordo com a Lei de Lambert-Beer, a transmitância é diretamente proporcional à concentração da espécie absorvente quando o caminho óptico e o comprimento de onda da radiação são constantes. C) Na espectrofotometria, a sensibilidade será maior quando as medidas de absorbância forem feitas no comprimento de onda em que a absorbância do analito é máxima. D) O monocromador é uma parte importante do espectrofotômetro e tem a função de converter a energia radiante transmitida através da amostra num sinal elétrico. E) Os espectros de absorção de um analito específico possuem o mesmo aspecto, independentemente da presença de espécies interferentes ou de variações na temperatura.

70 03. (Químico/Cetro/SP/2015) A absorção e a transmitância seletiva da luz visível e da radiação ultravioleta é a base para a Espectrofotometria. Compostos, como o caroteno, responsável pela cor das cenouras, mangas e caquis, possuem grupos de átomos nomeados cromóforos, do grego que trazem cor. A excitação eletrônica de um par de elétrons isolados (um elétron não ligante, n) a um orbital vazio antiligante π* de ligação dupla é chamado de transição n-π* (n-pi estrela). Com base nestas informações, marque V para verdadeiro ou F para falso e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. ( ) No ácido fórmico, HCOOH, ocorre transição n-π*. ( ) No metanol, CH3OH, ocorre transição n-π*. ( ) No cianeto de hidrogênio, HCN, não ocorre transição n-π*. ( ) No etino, C2H2, não ocorre transição n-π*. (A) V/ V/ F/ V (B) V/ F/ F/ V (C) F/ F/ V/ V (D) V/ V/ V/ F (E) F/ V/ F/ V

71 (Químico/FCC/Sabesp/2012) Considere os seguintes espectros de absorção para responder às questões de números 04 e 05:

72 (D. A. Skoog. et al. Fundamentos de Química Analítica. São Paulo: Editora Thomson, p. 745 e 747)

73 04. Os compostos que apresentam maior sensibilidade na espectroscopia de absorção na região do UV e visível são, respectivamente, (A) cafeína e β-caroteno. (B) FeSCN2+ e ácido acetilsalicílico. (C) ácido acetilsalicílico e acetona. (D) acetona e FeSCN2+. (E) β-caroteno e FeSCN O FeSCN2+ pode ser analisado por espectrofotometria na região do visível em mistura com I. β-caroteno e acetona. II. β-caroteno e ácido acetilsalicílico. III. ácido acetilsalicílico e acetona. IV. acetona e cafeína.

74 Está correto o que consta em (A) I e II, somente. (B) III e IV, somente. (C) I, II e III, somente. (D) II, III e IV, somente. (E) I, II, III e IV. 06. (Perito Químico/RJ/FGV/2008) Na seleção do comprimento de onda para a determinação de um complexo, na região entre 400 e 700 nm do espectro eletromagnético, o procedimento usual consiste em: (A) utilizar célula retangular de quartzo para medir a absorvância. (B) selecionar pelo espectro de absorção o valor mínimo da absorvância. (C) selecionar pelo espectro de absorção o valor máximo da transmitância. (D) escolher pelo espectro de absorção o valor máximo da absorvância. (E) utilizar célula cilíndrica de vidro para medir a transmitância.

75 07. (Especialista em Saúde Químico/FGV/MT/2015) A concentração de um determinado corante industrial em uma solução aquosa pode ser determinada utilizando a técnica de espectroscopia de ultravioleta/visível. Em condições experimentais apropriadas, foram determinadas as absorbâncias de soluções aquosas do corante em concentrações conhecidas, em comprimento de onda de 500 nm numa cubeta de caminho óptico de 1 cm. Os resultados obtidos estão apresentados na tabela a seguir:

76 Nas mesmas condições experimentais, no comprimento de onda correspondente a 500 nm, uma solução aquosa do mesmo corante com concentração desconhecida apresentou absorbância igual a 0,72. Considere que, nas condições nas quais os espectros foram obtidos, as amostras obedecem à lei de Lambert-Beer. A concentração da solução (em mol.l-1), nas condições da análise corresponde a (A) 1,7x10-4 (B) 2,3x10-4 (C) 2,9x10-4 (D) 3,5x10-4 (E) 4,0x10-4

77 08. (Iades/CRQ XXI/ES/2014) Com relação à espectrofotometria ultravioleta/visível e às leis que regem a teoria envolvida, assinale a alternativa correta. (A) A intensidade da luz monocromática transmitida aumenta exponencialmente com a espessura do corpo homogêneo. (B) A absorbância é a capacidade de uma molécula de absorver energia. (C) O deslocamento da absorção para um comprimento de onda menor devido a efeitos de substituição no solvente é denominado hipsocrômico. (D) Quando se deseja realizar análises espectrofotométricas na faixa de nm, utilizam-se lâmpadas de tungstênio-halogênio. (E) O grupamento insaturado covalente responsável pela absorção eletrônica é denominado auxocromo. GABARITOS Espectrometria de Absorção na Região do Ultravioleta e Visível 01. C 02. C 03. B 04. A 05. B 06. D 07. B 08. C