TÉCNICAS LABORATORIAIS EM QUÍMICA E BIOQUÍMICA Espetrofotometria de absorção atómica

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1 TÉCNICAS LABORATORIAIS EM QUÍMICA E BIOQUÍMICA Espetrofotometria de absorção atómica Determinação de elementos minerais em rações para animais Miguel Mourato (Coordenador) Inês Leitão Mestrado em Engenharia Zootécnica ISA, 2018/2019 1

2 Espectrofotometria atómica Utilizada na análise quantitativa de mais de 70 elementos. Técnica altamente seletiva devido às linhas atómicas serem únicas para cada elemento. 2

3 Espectrofotometria de absorção atómica 3

4 Espectrofotometria de absorção atómica Absorção atómica: Quando um feixe de radiação policromática (ou seja, de vários c.d.o.) ultravioleta ou visível atravessa uma nuvem gasosa de átomos, apenas alguns desses c.d.o. vão ser absorvidos, e o espetro de absorção consiste numa série de linhas muito estreitas. 5p absorvância energia 4p 3p 285 nm 330 nm 590 nm comprimento de onda (nm) Espectro de absorção do sódio (vapor) 3s Transições eletrónicas responsáveis pelas 3 linhas de absorção 4

5 Espectrofotometria de absorção atómica (AAS) Chama Selector de c.d.o. Detector Processador de sinais e mostrador Fonte de radiação Nebulizador/Queimador Amostra Capacidade para quantificar elementos em concentrações de ppm (partes por milhão) 5

6 Espectrofotometria de absorção atómica (AAS) Atomização: Processo através do qual a amostra é volatilizada e decomposta de modo a produzir uma nuvem gasosa composta por átomos. A eficiência e reprodutibilidade da atomização afeta a sensibilidade, precisão e exatidão. Método de atomização Temperaturas de atomização, C Técnicas Nome da técnica Absorção Espectroscopia de Absorção atómica (AAS) Chama Eletrotérmico (câmara de grafite) Plasma Indutivo Emissão Fluorescência Absorção Fluorescência Emissão Fluorescência Espectroscopia de Emissão atómica (AES) Espectroscopia de Fluorescência atómica (AFS) Espectroscopia de Absorção atómica Eletrotérmica Espectroscopia de Fluorescência atómica Eletrotérmica Espectroscopia de Emissão por plasma indutivo (ICP-AES) Espectroscopia de Fluorescência por plasma indutivo 6

7 Espectrofotometria de absorção atómica (AAS) Nebulizador: vaporização da solução aquosa contendo o elemento a analisar, convertendo-a num aerossol. entrada do líquido entrada de gás aerossol O líquido (amostra) é aspirado pelo tubo capilar pelo efeito do fluxo de gás a alta pressão à volta da ponta do tubo (efeito de Bernoulli) Nebulizador + Queimador Nebulizador/Queimador Amostra 7

8 Espectrofotometria de absorção atómica (AAS) Chama: a amostra na forma de aerossol é transportada para a chama (no queimador). O solvente é evaporado na zona A e as restantes partículas seguem para a zona B (a zona mais quente da chama) onde se formam os átomos e iões e se dá a excitação das espécies. Combustível e oxidante Temperatura, C Gás natural / Ar Gás natural / Oxigénio Hidrogénio / Ar Hidrogénio / Oxigénio Acetileno / Ar Acetileno / Oxigénio Acetileno / Óxido nitroso B A 8

9 Espectrofotometria de absorção atómica (AAS) Fontes de radiação de linha Ânodo (tungsténio) Utiliza-se uma lâmpada para cada elemento a analisar (embora existam lâmpadas multi-elementos) Ne ou Ar a baixa pressão Cátodo oco (feito do metal que se pretende analisar) Aplicação de voltagem através dos elétrodos Formação de Ar + Embatem no cátodo Libertam átomos, alguns excitados Ao regressar ao estado fundamental, emitem radiação no c.d.o. adequado. 9

10 Espectrofotometria de absorção atómica com câmara de grafite (eletrotérmica ETAAS) A amostra é atomizada num forno eletrotérmico, dentro de uma cápsula de grafite (Técnicas de absorção e fluorescência). Muito maior sensibilidade (ppb) utilizando um pequeno volume de amostra (10-20 L) pois os átomos ficam cerca de 1 s no percurso ótico. Custo superior; menor precisão; mais lento; mais sujeito a interferências, gama analítica mais limitada. Amostrador automático Fonte de radiação Forno electrotérmico Selector de c.d.o. Detector Processador de sinais e mostrador 10

11 Espectrofotometria - Aplicações átomos Radiação Incidente (de um certo cdo) Radiação Que atravessa a chama (I < I 0 ) I 0 Queimador Uma parte da radiação incidente á absorvida pelos átomos na chama. Quanto maior a quantidade de átomos presentes maior será a quantidade de radiação absorvida. Análise Quantitativa: Lei de Beer Absorvância A =.b.c Absortividade molar (L.mol - 1.cm -1 ) Concentração da espécie absorvente (mol.l -1 ) Espessura da substância atravessada pela radiação (cm) 11

12 Abs a 275 nm Espectrofotometria Utilização prática da Lei de Beer Ex: Abs da solução a analisar: ,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Curva de Calibração y = 9,4115x + 0,0116 R² = 0, ,02 0,04 0,06 0,08 Concentração (M) melhor reta que passa pelos pontos experimentais determinada pelo método dos mínimos quadrados a calibração deve ser repetida periodicamente? Solução a analisar Soluções de concentração conhecida (devem ter uma composição próxima da solução a analisar; devem-se fazer replicados) 12

13 Determinação de elementos minerais em rações para animais Preparação da amostra -Tipo de amostra: Qual o tipo de amostra? É perigosa/tóxica? Pode libertar vapores perigosos? Tem uma composição que pode perturbar a determinação? - Nível de concentração dos analitos: Está ao nível de %, ppm, ppb? - Possibilidade de interferências: Existem outros compostos que podem perturbar a determinação? (Ex: a presença de cloro pode levar levar à perda de elementos pela formação de cloretos voláteis) Métodos de decomposição (digestão) de uma amostra: - Via seca (não envolve líquido) - Via húmida: Digestão com uma mistura de ácidos (ex: HNO 3 e HCl) numa placa de digestão. 13

14 Determinação de elementos minerais em rações para animais Preparação da curva de calibração Elemento Padrões (mg/l) Cobre (Cu) 0,5 1,0 1,5 2,0 Ferro (Fe) 0,5 1,0 1,5 2,0 Manganês (Mn) 0,5 1,0 1,5 2,0 Zinco (Zn) 0,5 1,0 2,0 4,0 14

15 Determinação de elementos minerais em rações para animais mg/l Volume do balão utilizado Massa da amostra utilizada na digestão mg/kg 15