ANALÍTICA V 2S 2012 Aula 4: 10-12-12 ESPECTROSCOPIA Espectrofotometria no UV-Vis Vis - Parte I Prof. Rafael Sousa Departamento de Química - ICE rafael.arromba@ufjf.edu.br Notas de aula: www.ufjf.br/baccan
Terminologias (IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, Gold Book, 2012) ESPECTROFOTOMETRIA ESPECTROSCOPIA ESPECTROMETRIA
ESPECTROFOTOMETRIA no UV-Vis ABSORÇÃO e EMISSÃO MOLECULAR Plano de aula: - Definição de espectrofotometria - Aspectos conceituais da ABSORÇÃO MOLECULAR - Medidas de absorção e análises quantitativas - Instrumentos para análises espectrofotométricas - Aspectos práticos - Luminescência (não será estudado) Fluorescência e Fosforescência
Bibliografia recomendada Análise Instrumental F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000 Vogel-Análise Química Quantitativa GH Jeffrey e col., 6 a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002 Análise Química Quantitativa D. Harris; 7 a ed., 2008 Principles ofinstrumental Analysis DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5 th ed., 1998 Tutoriais dos fabricantes de espectrofotômetros Fundamentals of Analytical Chemistry DA Skoog, DM West, FL Holler; 5 th ed., 1998
Espectrofotometria -Introdução LUZ Análise química (métodos espectroscópios) MATÉRIA Diferentes substâncias interagem de forma diferente com a RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Espectrofotometria -Introdução Espectro obtido para o Β-caroteno Espectro obtido para Ag coloidal Possível definição para espectrofotometria metria : Medida da luz que é absorvidaou ou emitida por uma espécie química
Espectrofotometria -Introdução Aplicações: ANALITOS ORGÂNICOS Alguns exemplos: - Compostos nitrogenados -Fármacos (ác. acetil salicílico) -Fenóis - Gorduras (colesterol) ANALITOS INORGÂNICOS Alguns exemplos: - Íons como fosfato, nitrato e sulfato -Amônia - Elementos metálicos em geral, na forma de complexo
Entendendo o contexto O espectro eletromagnético LUZ É RADIAÇÃO! (nm) luz visível + outras frequencias FORMAS DE ENERGIA
Aspecto ondulatório da radiação eletromagnética Relação entre comprimentos de onda e energia Ondas com diferentes comprimentos de onda (λ) diferentes cores (Vis) Análises instrumentais: medidas de frações específicas de luz (visível ou não) MÁXIMOS DE ABSORÇÃO
Aspecto ondulatório da radiação eletromagnética Relação entre comprimentos de onda (λ) e energia (E) Modelo matemático h= constante de Planck (6,6310-34 Js) h c E = h ν= c= veloc. luz no vácuo (2,9910 8 ms -1 ) λ Eé é inversamente proporcional ao λ
Na espectrofotometria os máximos de absorção são a principal diferença que se observa no espectro de substâncias diferentes: fenômeno menos energético Espectro obtido para o Β-caroteno Espectro obtido para Ag coloidal O que faz a absorção da luz ser diferente?
São os Grupos cromóforos! As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos São os grupos funcionais com absorção característica na região do ultra-violetaou ou do visível Ex: Carboxila (-COOH): 200 210 nm Absorve em vários comprimentos de onda diferentes (vários grupos funcionais)
As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos Outros grupos cromóforos: Carboxila (-COOH): 200 210 nm Aldeído (-CHO): 210; 280 300 Amino(-NH 2 ): 195 Haletos(-Br Br: 208) Dissulfeto(-S-S-): 194; 255 Ester (-COOR): 205 Éter (-O-): 185 Nitro (-NO 2 ): 210 Nitroso (-NO): 302 Tiocarbonila(=C=S-): 205 Tioeter(-S-): 194; 215 Tiol (-SH): 195 Substâncias diferentes Diferentes grupos funcionais Elétrons: transições eletrônicas
As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos Cada transição eletrônica vem acompanhada de uma transição rotacional e vibracional Espectros na forma de banda perfil depende do meio Níveis de energia vibracional Níveis de energia eletrônicos
As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos Processos de absorção da radiação envolvem: Transições eletrônicas (UV-Vis) Transições vibracionais Envolvem diferenças energéticas menores Cada nível de ENERGIA VIBRACIONAL: Subníveis de ENERGIA ROTACIONAL Envolvem diferenças energéticas ainda menores
ESPECTROS de substâncias de tiposdiferentes também tem perfis diferentes EspectroMETRIA ATÔMICA (vapor) EspectroFOTOMETRIA MOLECULAR (vapor ou solução)
PARA CASA C1 - Explicar porque os espectros abaixo apresentam perfis diferentes, considerando que os espectros de absorção moleculares são geralmente bandas enão picosestreitos.
Como MEDIR a absorção da luz NO LABORATÓRIO? Pode-se usar faixas específicas do espectro!
O processo de absorção da luz no laboratório 1ª etapa: excitação eletrônica da molécula M M + hv M* 2ª etapa: relaxação M* M M + calor M* M + M (fotodecomposição) M* M M + hv (luminescência)
Medida de absorção e análise quantitativa Medidas de absorção (A): - Obtidas a partir de medidas de transmitância(t) -Quanto menora transmitância, maior a absorbância A=-log T=+log P 0 /P A absorbância aumenta com a concentração da espécie absorvedora - depende da substância (absortividade molar) - depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)
Outra característica dos processos de absorção na região do visível A A cor de uma espécie é complementar àquela que ela absorve: Solução verde-amarelada absorve violeta amarela violeta-azulazul laranja azul vermelha azul-verde púrpura verde violeta verde-amarelo violeta-azuladoazulado amarelo azul laranja azul-esverdeado vermelho verde púrpura A A região que contem o λde máxima absorção de uma espécie de interesse pode ser prevista se a solução da amostra for colorida
Medida de absorção e análise quantitativa Representação gráfica para soluções de KMnO 4 em λ = 545 nm e um caminho óptico de 1 cm. a) Em %Transmitância versus c b) Em Absorbância versus c
Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA (Lei de Lambert-Beer) Johann Heinrich Lambert (1728 1777) observou que a intensidade da luz transmitida por um meio absorvedor era proporcional à espessura do meio pelo qual a luz passava August Beer (1825 1863) observou que a intensidade da luz transmitida por um meio absorvedor era proporcional à concentração da espécie absorvedora
Relação entre absorção e concentração = ANÁLISE QUÍMICA (Lei de Lambert-Beer Beer) A α = a b A =a b C a= absortividade molar (ε: L mol - 1 cm - 1 ) b= caminho óptico (cm) C= concentração em (mol L - 1 ) Concentração Relação linear entre entre Ae C seas medidas são feitas em condição de caminho óptico constante APLICAÇÕES DA equação da reta: A = α C - Concentrações desconhecidas -OU determinar o valor de apara se obter o de ε
Determinação da Concentração 1)PREPARAR AMOSTRA SOLUÇÃO DE AMOSTRA Geralmentea a amostra é analisada na forma de uma solução aquosa Ex: Determinação de Fe 3+ em tecido animal amostra laboratorial preparo (ou tratamento) da amostra solução de amostra Meio adequado (compatível) com a técnica a ser utilizada
Determinação da Concentração 2)PREPARAR PADRÕES DE CALIBRAÇÃO TÉCNICA INSTRUMENTAL PADRÕES: : Soluções semelhante à solução de amostra com concentração conhecida da espécie de interesse (ANALITO) 3) DETERMINAR a concentração da SOLUÇÃO de AMOSTRA a ser analisada compatível com a faixa de trabalho do equipamento: -Não pode estar muito concentrada -Não pode estar muito diluída
Determinação da Concentração 4)Conhecer o limite de detecção (LOD): Menor quantidade que pode ser detectada com razoável certeza para um dado procedimento analítico (IUPAC) LOD = C branco + 3 x S C branco ~ 3 x S C branco LOQ = C branco + 10 x S C branco ~ 10 x S C branco LOD= = limite de detecção LOQ= = limite de quantificação (o INMETRO recomenda usar o primeiro ponto da curva analítica de calibração) C branco = concentração do branco S branco = desvio padrão do branco (n= 10 no mínimo)
Bibliografia utilizada nos slides Principles of Instrumental Analysis DA Skoog, FL Holler, TA Nieman; 5 th ed., 1998 Análise Instrumental F Cienfuegos, D Vaitsman; 2000 Vogel-Análise Química Quantitativa GH Jeffrey e col., 6 a ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002 Análise Química Quantitativa D. Harris; 7 a ed., 2008 Tutoriais de fabricantes de espectrofotômetros Slides didáticos fornecidos pelo Prof. Dr. Júlio C. J. Silva (UFJF) Figuras da Apostila didática da disciplina QA 581 do IQ -Unicamp