Praticando... Um composto com peso molecular de 292,16 foi dissolvido em um balão volumétrico de 5 ml. Foi retirada uma alíquota de 1,00 ml, colocada num balão volumétrico de 10,0 ml e diluída até a marca. A absorbância a 340 nm foi de 0,427 numa cubeta de 1,000 cm. A absortividade molar para esse composto em 340 nm é 6130 mol L -1 cm -1. (a) Calcule a concentração do composto na cubeta. (b) Qual era a concentração do composto no balão de 5 ml? (c) Quantos miligramas de composto foram usados para se fazer 5 ml de solução?
Praticando... 2,00 ml de uma solução 2,00x10-4 mol L -1 de um corante foram transferidos para uma célula de absorção com 2,00 cm de diâmetro interno e capacidade de 5 ml. A absorbância da solução no λ máx foi 0,500. Em seguida 2,00 ml de uma solução 3,00x10-4 mol L -1 do corante foram misturados com a solução que estava na cubeta e homogeneizou-se a solução resultante. Qual a absorbância lida?
Instrumentação Fontes Seletores de comprimento de onda Recipientes para amostra Transdutores de radiação Processadores de sinal e dispositivos de leitura
Fontes Necessita-se de uma fonte contínua cuja potência não varie bruscamente em uma faixa considerável de comprimento de onda. Lâmpadas de deutério e hidrogênio Um espectro contínuo na região do ultravioleta é produzido por excitação elétrica de deutério ou hidrogênio em baixa pressão. D 2 + E e D 2 * D + D + h Onde E e é a energia elétrica absorvida pela molécula e D 2 * é a molécula de deutério excitada.
Fontes Ultravioleta Emissão de uma lâmpada de deutério
Lâmpadas de filamento de tungstênio A distribuição de energia dessa fonte aproxima-se da de um corpo negro e é, portanto, dependente da temperatura. Opera, normalmente, em uma temperatura próxima de 3000K. Útil na região de comprimentos de onda entre 350 e 2500nm (visível, parte das regiões infravermelha e ultravioleta).
Em um espectrofotômetro ultravioleta-visível típico, a troca entre as lâmpadas de deutério e tungstênio é feita em torno de 360 nm, de forma que esteja sempre sendo usada a fonte mais intensa. Para as regiões visível e ultravioleta também são muito utilizadas lâmpadas de descarga elétrica cheias de vapor de mercúrio ou gás xenônio. Uma lâmpada fluorescente é um tubo de vidro contendo vapor de mercúrio; as paredes internas são revestidas com um fósforo, que consiste em um halofosfato de cálcio dopado com Mn 2+ e Sb 3+. Os átomos de mercúrio, promovidos a um estado excitado pela corrente elétrica, que circula pela lâmpada, emitem principalmente radiação ultravioleta (254-185 nm). Essa radiação é absorvida pelo Sb 3+ dopante, e alguma energia é transferida para o Mn 2+. Sb 3+ emite luz azul e Mn 2+ emite luz amarela combinadas aparenta branca.
Lâmpadas de arco de xenônio Produz radiação intensa pela passagem de corrente em uma atmosfera de xenônio. O espectro é contínuo na faixa entre 200 e 1000nm.
Seletores de comprimento de onda Para a maioria das análises espectroscópicas, é necessária radiação constituída de um grupo estreito de comprimentos de onda, limitado e contínuo chamado BANDA. Uma largura de banda estreita aumenta a sensibilidade de medidas de absorbância, pode fornecer seletividade para o método de absorção, e é freqüentemente um prérequisito, do ponto de vista da obtenção de uma relação linear entre o sinal óptico e a concentração.
Seletores de comprimento de onda Saída de um seletor de comprimentos de onda típico
Tipos MONOCROMADOR: Dispersa a radiação nos comprimentos de onda que a compõem e seleciona uma faixa estreita de comprimentos de onda para passar pela amostra ou pelo detector. É projetado para varredura espectral. Em termos de construção mecânica empregam fendas, lentes, espelhos, janelas e redes ou prismas. Os materiais empregados na fabricação desse componente dependem da região de comprimento de onda em que se pretende usá-los.
Prisma Rede de difração
Rede de difração É um componente óptico que opera por reflexão ou transmissão de radiação e possui uma série de ranhuras impressas em sua superfície, bem próximas umas das outras. Quando a radiação é refletida ou transmitida pela rede, cada linha se comporta como uma fonte independente de radiação. A mudança de direção dos raios de radiação, provocada pela rede é denominada difração. A mudança de direção dos raios de radiação por meio de um prisma ou por meio de uma lente é chamada de refração.
Monocromadores de prisma: Prismas podem ser usados para dispersar a radiação. Os materiais usados para sua construção diferem, entretanto, para cada região de comprimento de onda. Monocromadores de rede: a dispersão da radiação pode ser provocada pelo direcionamento de um feixe policromático através de ima rede de transmissão ou sobre a superfície de uma rede de reflexão (mais comum). Monocromadores Echelle: contêm dois elementos dispersores dispostos em série. O primeiro deles é um tipo especial de rede chamado de rede echelle. O segundo, que o segue, é geralmente um prisma de baixa dispersão ou, algumas vezes, uma rede. A qualidade de um monocromador depende da pureza de sua radiação de saída, de sua habilidade em resolver comprimentos de onda adjacentes, de seu poder de coletar luz e de sua largura de banda espectral.
Fendas dos monocromadores As fendas de um monocromador têm um importante papel na determinação das suas características de desempenho e qualidade. A fenda de entrada do monocromador serve como uma fonte de radiação; sua imagem é focalizada no plano focal que contém a fenda de saída. Se a fonte de radiação consiste de alguns comprimentos de onda discretos, aparece nessa superfície uma série de imagens retangulares, como linhas brilhantes, cada uma correspondendo a um comprimento de onda.
Efeito da largura da fenda sobre a resolução
FILTROS Filtros de interferência: estão disponíveis para as regiões UV, VIS e infravermelho do espectro. Utilizam a interferência óptica para fornecer bandas estreitas de radiação.
Filtros de absorção: são geralmente mais baratos que os filtros de interferências. São restritos à região visível do espectro. O tipo mais comum consiste de vidro colorido, ou de um corante suspenso em gelatina e disposto entre placas de vidro.
Recipientes para amostra
Detectores Nos primeiros instrumentos espectroscópicos, os detectores eram o olho humano ou uma placa ou filme fotográfico. Esses meios de detecção foram substituídos por transdutores, que convertem energia radiante em sinais elétricos. Ideal apresentar uma alta sensibilidade, uma alta relação sinal- ruído, uma resposta constante sobre um intervalo considerável de comprimentos de onda e um tempo de resposta rápido. Dois tipos: um responde a fótons (detectores fotoelétricos) e outro a calor.
Uma célula fotoemissiva emite elétrons a partir de uma superfície fotossensível negativamente carregada (o catodo), quando atingida por radiação na região do visível ou do ultravioleta. Os elétrons se deslocam através do vácuo na direção de um eletrodo carregado positivamente, chamado de coletor, dando origem a uma corrente elétrica que é proporcional à intensidade de radiação incidente.
Transdutores fotoelétricos -Células fotovoltaicas, nas quais a energia radiante gera uma corrente na interface na interface entre uma camada de material semicondutor e um metal. -Tubos fotomultiplicadores, que contêm superfície fotoemissora, além de várias superfícies adicionais que emitem uma cascata de elétrons quando atingidas por elétrons provenientes da área fotossensível.
Transdutores de diodo de silício -consiste de uma junção pn inversamente polarizada formada em um chip de silício. -menos sensíveis que os tubos fotomultiplicadores -respondem na faixa espectral em torno de 190 a 1100nm. Esquema de um diodo de silício
Tipos de instrumentos Feixe único Feixe duplo Feixe duplo
Feixe simples: Não é cômodo a amostra e a referência têm de ser colocadas alternadamente no caminho do único feixe de radiação. Diferentes medir referência a cada. Não é adequado para medidas de absorbância em função do tempo (experimentos de cinética química), pois tanto a fonte de radiação como o detector apresentam pequenas variações.
Feixe duplo: A radiação, direcionada por um espelho rotatório, passa alternadamente através da amostra e da referência. Comparação das intensidades da radiação que emergem das duas cubetas (amostra e referência) permite a correção automática para as variações na intensidade da fonte e na resposta do detector com o tempo e com o valor de. Procedimento de rotina obter inicialmente um espectro de linha base usando-se a solução de referência em ambas as cubetas (subtraído do valor medido para a amostra).
Multicanal
Fotômetros e espectrofotômetros Fotômetros são ferramentas simples e relativamente baratas para se fazer análises por absorção. Os fotômetros de filtro são muitas vezes mais convenientes e mais robustos e são mais fáceis de se manipular que os espectrofotômetros mais sofisticados. Numerosos espectrofotômetros estão disponíveis comercialmente.
Fotômetros com LED
Espectrofotômetros portáteis
Características dos espectrofotômetros Ampla aplicação a sistemas orgânicos e inorgânicos Sensibilidades típicas de 10-4 a 10-5 mol L -1 Seletividade moderada a alta Boa exatidão Facilidade e conveniência de aquisição de dados