ANALÍTICA V 2S Aula 6: ESPECTROSCOPIA. Prof. Rafael Sousa

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1 ANALÍTICA V 2S 2012 Aula 6: ESPECTROSCOPIA Espectrotometria de Absorção Atômica - Parte I Prof. Rafael Sousa Departamento de Química - ICE rafael.arromba@ufjf.edu.br Notas de aula:

2 Exemplos de medidas ESPECTROSCÓPICAS Espectrofotometria e Espectrometeria EspectroMETRIA ATÔMICA (vapor) EspectroFOTOMETRIA MOLECULAR (vapor e solução)

3 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA Espectro contínuo gás Espectro de absorção

4 Historicamente a Espectrometria de Absorção Atômica (AAS) foi impulsionada pelos experimentos de Kirchoff e Bunsen Fonte de luz Lente Sal no fio de Pt Cartão branco Bico de Bunsen Prisma Linhas escuras 1886 Kirchoff e Bunsenidentificaram que sais diferentes absorviam cores diferentes, em uma chama e sob a incidência de luz branca

5 1955Allan Wash Washpropôs utilizar o fenômeno de absorção atômica como uma técnica de análise química Na década de 60 surgiram os primeiros instrumentos comerciais Absorção atômica em chama (F AAS) ATOMIZADOR Alan Walsh, 1952: Desenvolveu o primeiro AAS

6 Década de 70: instrumentos comerciais com atomização eletrotérmica Absorção atômica em forno de grafite, GF AAS (Boris L vov) Outras opções atuais Tubos de quartzo Filamento de tungstênio

7 O processo da absorção de luz pelos átomos Princípio físico Átomos gasosos no estado fundamental absorvem energia radiante em comprimentos de onda específicos e que são capazes de promover a excitação eletrônica de elétrons da camada de valência Modelo matemático h= constante de Plank c= veloc. luz no vácuo λ= comprimento de onda (característico dos elementos) E é inv. prop. ao λ (Figura retirada de material didático da Profa Elisabeth de Oliveira)

8 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Instrumentação básica das técnicas de absorção atômica Alan Walsh, 1952: Desenvolveu o primeiro AAS The Perkin Elmer AAanalyst 200 Flame Atomic Absorption Spectrometer

9 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Instrumentação básica das técnicas de absorção atômica Fonte de luz Lâmpada hν Atomizador Chama Tubo aquecido eletricamente hν Sistema óptico Monocromator ou Policromador Detector Fotomultiplicadora Semicondutores Processador e registrador de sinal Computador Sistema de introdução de amostra Amostra

10 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Lâmpadas monocromáticas (mais comuns) - Lâmpada de catodo oco (HCL) - Lâmpada de descarga sem eletrodo (EDL) Lâmpada de emissão contínua (xenônio), patente da Analytikjena (absorção atômica com fonte contínua e alta resolução) Características necessárias: Linha de emissão com largura estreita para manter a especificidade (exceto para a de emissão contínua ) Boa intensidade Estável Durável (uma lâmpada para cada elemento)

11 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector de amostra processador LÂMPADA DE CATODO OCO (HCL) Cilindro de vidro ou quartzo que contém um catodo do elemento de interesse (analito) e preenchido com gás inerte à baixa pressão LÂMPADA DE DESCARGA SEM ELETRODO (EDL) Cilindro de vidro ou quartzo que contem um bulbo do elemento de interesse e que é atomizado e excitado usando uma fonte de radiofrequência (RF)

12 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector de amostra processador HCL Vantagens EDL Vantagens Custo (relativamente) baixo Maior intensidade Maior linearidade e tempo de vida = Melhor sensibilidade e menores LODs Desvantagens Intensidade e tempo de vida limitado para alguns elementos Auto-absorção para alguns elementos Desvantagens Elevado Custo Tempo de aquecimento maior

13 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Nebulizadores pneumáticos para absorção atômica com chama Autoamostradores para a absorção atômica com forno de grafite Geração de Hidretos para F AAS e atomização eletrotérmica

14 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Nebulizadores pneumáticos para absorção atômica com chama Dispositivos que colocam a amostra (solução) na forma de aerosol - Apenas 5% da solução aspirada chega à chama (restante: dreno) Spoiler Limita a detecção de baixas concentrações Pérola de impacto (menos amostra menos sinal) Nebulizador Vazão de ~ 2 ml min -1 Figura: cortesia Perkin Elmer (Apresentação Espectrometria de Absorção Atômica, Perkin Elmer, 2009)

15 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Autoamostradores para a absorção atômica com forno de grafite A amostra na forma líquida, suspensão ou mesmo sólida é colocada diretamente no atomizador (tubo/ forno de grafite) Volumes de amostra entre 10 e 50 µl Autoamostrador para soluções e suspensões

16 Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Geração de Hidretos para F AAS e atomização eletrotérmica Hidretos metálicos são compostos voláteis formados pela reação do hidrogênio radical, formado quimicamente, com o analito Ex: Formação do hidreto hidreto de arsênio (arsina) BH H H 2 O H 3 BO 3 + 3H 2(g) + 2H o redutor meio ácido 6H o + H 3 AsO 3 AsH 3(g) + 3H 2 O (facilmente dissociada termicamente) Hidrogênio radical (nascente) Características: - menores LOD e interferências de matriz - aplicável para As, Bi, Ge, Sb, Se, Sn, Pb e Te - eficiência depende do estado de oxidação do analito e das condições de formação do hidreto

17 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador Obtenção do espectro de absorção atômica atomização excitação MX g M g + X g relaxação M* g + X* g sublimação MX s Excitação atômica: M(H 2 O) + X - aq dessolvatação É consequência da absorção da radiação proveniente da lâmpada (sinal analítico)

18 ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS) Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador A temperatura do atomizador é responsável pela atomização Para cada elemento existe uma temperatura ótima - Tipos de chama (F AAS) - Programa de aquecimento do forno (GF AAS) PRÓXIMA AULA...