Transcript Absorção Molecular - Departamento de Química da UFMG

Prof. Valmir F. Juliano
QUI624
INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS
ESPECTROANALÍTICOS – I
Classificação dos métodos analíticos
CLÁSSICOS E INSTRUMENTAIS
Chamados de métodos
de via úmida
Gravimetria
Volumetria
Baseados em propriedades
físicas (químicas em alguns casos )
Eletroanalítico
Cromatográfico
Espectrométrico
Propriedades
elétricas
Propriedades
ópticas
Propriedades
mistas
Natureza ondulatória da
Radiação Eletromagnética
Radiação eletromagnética, ou luz, é uma forma de energia cujo comportamento é
descrito por propriedades tanto de onda quando de partícula. A natureza exata
da radiação eletromagnética somente foi esclarecida após o desenvolvimento da
mecânica quântica por volta do início do século XX.
Propriedades ópticas, como a difração, são melhores explicadas quando a
luz é tratada como onda. Muitas interações entre a radiação
eletromagnética e a matéria, como absorção e emissão, entretanto, são
melhores descritas tratando a luz como partícula ou fóton.
Comprimento de onda e Energia
Baixa energia
c
E  h  h

Alta energia
E = energia
h = constante de Planck (6,626 . 10-34 J s)
 = frequência
c = velocidade da luz (2,998 . 108 m s-1)
 = comprimento de onda
Usos da radiação eletromagnética
Frequência
 (m)
Energia
Nome
Uso
1020 a 1021
10-12
Nuclear
Raios-g
Medicina
1017 a 1019
10-10
Eletrônica
Raios-X
Diagnóstico
por imagens
1015 a 1016
10-7
Eletrônica
Ultra-Violeta
Higienização
1013 a 1014
10-6
Eletrônica
Visível
Iluminação
1012 a 1013
10-4
Vibracional
Infravermelho
Aquecimento
109 a 1011
10-2
Rotacional
Microondas
Cozimento
105 a 108
102
Rádio
Frequência
Comunicação
Uso em Química:
Métodos Espectrométricos,
Espectrofotométricos,
Espectroquímicos ou
Espectroanalíticos?!?
Tutti quanti
Métodos Espectrométricos
Os métodos espectrométricos abrangem um grupo
de métodos analíticos baseados na espectroscopia
atômica e molecular.
Espectroscopia é um termo geral para a ciência que
estuda a interação dos diferentes tipos de radiação
com a matéria.
A espectrometria e os métodos espectrométricos se
referem às medidas das intensidades da radiação
usando transdutores fotoelétricos ou outros
dispositivos eletrônicos.
Métodos Espectrométricos
• Os comprimentos de onda da radiação eletromagnética se
estendem dos raios-gama até as ondas de rádio, com
aplicações diferenciadas.
• Os métodos espectrométricos se baseiam em propriedades
ópticas (mesmo que a radiação não seja percebida pelo olho
humano), quer sejam de emissão ou absorção de radiação
eletromagnética de determinados .
• Como as interações da radiação com a matéria podem
ocorrer tanto em nível atômico como em nível molecular, os
métodos instrumentais espectrométricos se dividem em 4
classes:
• Emissão (emissão atômica)
• Luminescência (fluorescência atômica e molecular,
fosforescência)
• Espalhamento (Raman, turbidimetria e nefelometria)
• Absorção (absorção atômica e molecular)
Métodos Espectrométricos
Tipo de espectroscopia
Faixa de
Faixa de
comprimento número de onda
de onda usual
usual, cm-1
Tipo de transição
quântica
0,005 – 1,4 Å
–
Nuclear
Absorção, emissão, fluorescência
e difração de raios-x
0,1 – 100 Å
–
Elétrons internos
Absorção de ultravioleta de vácuo
10 – 180 nm
1x106 a 5x104
Elétrons ligados
Absorção, emissão e fluorescência
no UV/Visível
180 – 780 nm
5x104 a 1,3x104
Elétrons ligados
Absorção no IV e espalhamento
Raman
0,78 – 300 mm
1,3x104 a 33
Rotação/vibração de
moléculas
Absorção de microondas
0,75 – 375 mm
13 a 0,03
Rotação de moléculas
Ressonância de spin eletrônico
3 cm
0,33
Spin de elétrons em
um campo magnético
Ressonância Magnética Nuclear
0,6 – 10 m
1,7x10-2 a 1x10-3
Spin de núcleos em
um campo magnético
Emissão de raios gama
Métodos Espectrométricos
Métodos Espectrométricos
474,95
2,0
0,5
396,1
341,8
1,0
275,3
Absorbância
1,5
0,0
250
300
350
400
450
500
550
 (nm)
ABSORÇÃO ATÔMICA: O espectro é em forma de linhas finas devido
aos níveis atômicos sem subníveis energéticos.
Métodos Espectrométricos
2,0
Absorvância
1,5
1,0
0,5
max
0,0
350
400
450
500
550
 (nm)
600
650
700
750
ABSORÇÃO MOLECULAR: O espectro de absorção é caracterizado por
bandas largas devido aos vários níveis e subníveis energéticos dos
orbitais moleculares.
Métodos Espectrométricos
E2
E1
Eletrônica
~ 100 kJ mol-1
UV-Vis
E0
Vibracional
~ 1 kJ mol-1
IV
Rotacional
~ 0,01 kJ mol-1
RMN
Métodos Espectrométricos
 Quando as energias envolvidas são altas, por
exemplo emissões de Raios-X, as transições
eletrônicas acontecem com os elétrons dos orbitais
mais internos e, nestes casos, serão independentes
das ligações que os átomos estejam fazendo.
 Quando um elétron é excitado a um nível
vibracional mais alto de um estado eletrônico, a
relaxação para um nível vibracional mais baixo desse
estado ocorre antes que a transição eletrônica ao
estado fundamental possa ocorrer. A razão disso é
explicada em termos da transferência do excesso
de energia para outros átomos através de uma série
de colisões.
Métodos Espectrométricos
COMPONENTES BÁSICOS DOS EQUIPAMENTOS
 Fonte de radiação:*
• Lâmpadas de xenônio, deutério, tungstênio,
lasers, etc
 Seletor de comprimento de onda:
• Filtros e monocromadores.
 Transdutores:
• Tubos fotomultiplicadores, fotodiodos, CCD,
fotocélulas, etc.
* Para algumas técnicas de emissão, serão necessários mais
alguns componentes.
Métodos Espectrométricos
Fotômetro de feixe único para medidas de
absorção na região visível
Fonte
Seletor de
comprimento
de onda
Transdutor
Métodos Espectrométricos
Espectrofotômetro manual de feixe duplo para
medidas de absorção na região UV/Visível
Fonte
Transdutor
Seletor de
comprimento
de onda
Métodos Espectrométricos
abordados nesta disciplina
• Espectrometria de Absorção Molecular na região
do ultravioleta/visível.
• Espectrometria de Luminescência Molecular.
• Espectrometria de Absorção Atômica.
• Espectrometria de Emissão Atômica.
Absorção molecular
no UV/Vis
Mais fácil que botânica....
Absorção Molecular no UV/Vis
Espectro de emissão da radiação solar
Absorção Molecular no UV/Vis
Região
IV médio
25 a 2,5mm
Energia crescente 
Absorção Molecular no UV/Vis
LUZ VISÍVEL
Sensibilidade do
olho humano
Visão
noturna
(Escotópica)
Visão diurna
(Fotópica)
Comprimento de onda
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/Vis
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente
aos comprimentos de onda que ele reflete.
Cores
primárias
As 3 luzes (cores)
primárias quando
misturadas dão origem à
luz branca.
Cores
secundárias
Quando falta uma das cores
primárias, obtém-se uma cor
secundária. As 3 cores secundárias
misturadas dão origem ao preto
Absorção Molecular no UV/Vis
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente
aos comprimentos de onda que ele reflete.
R G B
Síntese aditiva:
emissão.
Síntese subtrativa:
As cores se dão
pela “subtração da
luz”.
Absorção Molecular no UV/Vis
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente
aos comprimentos de onda que ele reflete.
Se um objeto é
da cor ciano, é
porque absorve o
vermelho e
reflete o azul e o
verde.
Cor observada
Cor absorvida
Absorção Molecular no UV/Vis
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente
aos comprimentos de onda que ele reflete.
Disco de Newton
A rotação proporciona a
mistura das cores, de
modo que enxergamos
todos os comprimentos
de onda de uma única
vez, gerando a luz
branca.
Absorção Molecular no UV/Vis
COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente
aos comprimentos de onda que ele reflete.
Cor Observada
 (nm)
Cor Complementar
Ultravioleta
< 380
---
Violeta
380 – 420
Amarelo
Violeta – azul
420 – 440
Amarelo – laranja
Azul
440 – 470
Laranja
Azul – verde
470 – 500
Laranja – vermelho
Verde
500 – 520
Vermelho
Verde – amarelo
520 – 550
Púrpura
Amarelo
550 – 580
Violeta
Amarelo – laranja
580 – 600
Violeta – azul
Laranja
600 – 620
Azul
Laranja – vermelho
620 – 640
Azul – verde
Vermelho
640 – 680
Verde
Púrpura
680 – 780
Amarelo - verde
Absorção Molecular no UV/Vis
COLORIMETRIA
Um objeto tem a cor
correspondente aos
comprimentos de onda
que ele reflete, mas...
A colorimetria é uma
ciência não exata, pois
além de problemas
relacionados com a
acuidade visual de cada
um, ela depende do sexo
de quem vê!!!
... Brincadeirinha....
Absorção Molecular no UV/Vis
• Porque as nuvens são brancas?
• Espalha todos os  igualmente.
• Porque durante o dia o céu é azul e
porque ao entardecer ou amanhecer ele
é alaranjado?
• Espalhamento Rayleigh:  menores se
espalham com maior facilidade.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Medidas de absorção da radiação eletromagnética
na região do UV/Visível encontram vasta aplicação
para identificação e determinação de milhares de
espécies inorgânicas e orgânicas.
• Os métodos de absorção molecular talvez sejam os
mais amplamente usados dentre todas as técnicas
de análise quantitativa em laboratórios químicos e
clínicos em todo mundo.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Absorção da radiação eletromagnética de
comprimentos de onda na faixa de 160 a 780 nm.
• Comprimentos de onda inferiores a 150 nm são
altamente energéticos que levam à ruptura de
ligações químicas.
• Acima de 780 nm atinge-se o IV próximo, onde a
energia, já relativamente baixa, começa apenas a
promover a vibração molecular e não mais transições
eletrônicas.
• Devido ao grande número de estados vibracionais e
rotacionais, um espectro de absorção no UV/Vis
apresenta um formato alargado (banda).
Absorção Molecular no UV/Vis
Instrumentação:
• 1) Fonte de radiação: lâmpadas de deutério (UV) e tungstênio (vis)
ou de arco de xenônio para toda a faixa de comprimentos de onda
UV/Vis.
• 2) Parte óptica: Instrumentos de feixe simples e duplo.
• A diferença consiste basicamente em ter a possibilidade de
descontar a perda de potência do feixe que passa pelo solvente
(branco) simultaneamente à medida da amostra.
• 3) Compartimento para amostra (cubeta):
• Deve ter paredes perfeitamente normais (90º) à direção do feixe.
• Quartzo (transparente em toda a faixa UV/Vis)
• Vidro (somente visível, absorve muito a radiação UV).
• Muito frequentemente utilizam-se tubos cilíndricos por
questões de economia, mas deve-se ter o cuidado de repetir a
posição do tubo em relação ao feixe.
• 4) Detectores  Transdutores
• Dispositivos capazes de converter luz para o domínio elétrico: LDR,
fotodiodos, fotocélulas, tubos fotomultiplicadores, CCD, etc.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Fonte de luz
• Região UV: 160 a 380 nm
• Lâmpada de deutério, xenônio ou vapor de mercúrio
Lâmpada de
Vapor de Hg
Lâmpada de
arco de Xenônio
Lâmpada
de D2
Absorção Molecular no UV/Vis
• Fonte de luz
• Região Visível: 380 a 780 nm
• Lâmpada de filamento de tungstênio
• LED coloridos
• Lâmpada de xenônio (UV/Vis)
Absorção Molecular no UV/Vis
• Fonte de luz
• Luz “negra”
Absorção Molecular no UV/Vis
• Como selecionar o comprimento de onda desejado?
• Filtros ópticos:
• Filtros de absorção
• Simplesmente absorve
alguns comprimentos de
onda.
• Filtros de interferência
• Usando de reflexões e
interferências destrutivas
e construtivas, seleciona
o comprimento de onda
desejado.
Absorção Molecular no UV/Vis
Filtros Ópticos de Absorção
Absorção Molecular no UV/Vis
A visualização
desta imagem
através de
filtros ópticos
exemplifica bem
o funcionamento
dos filtros em
barrar
determinados
comprimentos de
onda.
Absorção Molecular no UV/Vis
Filtros Ópticos de Interferência
Absorção Molecular no UV/Vis
Filtro de absorção
Filtro de
interferência
Absorção Molecular no UV/Vis
• Como selecionar o comprimento de onda desejado?
• Monocromadores:
• Fenda de entrada
• Lente colimadora
ou espelho
• Prisma ou rede
de difração ou
holográfica
• Elemento de
focalização
• Fenda de saída
Absorção Molecular no UV/Vis
Lentes
Fonte
luminosa
Fenda
Rede de
difração
Detector
Cubeta Fenda
Lentes
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/Vis
Cubetas
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/Vis
O vidro absorve fortemente os comprimentos de onda da região
do UV. Abaixo de 300 nm toda a radiação é absorvida. O quartzo
começa absorver fortemente somente abaixo de 200 nm.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Como fazer a leitura do absorção de luz?
• Transdutores de radiação:
• Fotônicos monocanais
• Células fotovoltáicas
• Fototubos
• Fotomultiplicadores
• Fotodiodos
• Fotônicos multicanais
• Arranjo de fotodiodos (PDA)
• Dispositivos de transferência de cargas
• CID e CCD (bidimensionais)
Absorção Molecular no UV/Vis
Tubo fotomultlicador
Muito sensível. Consegue
detectar níveis muito
baixos de luminosidade.
Arranjo linear de
fotodiodos
(pda - photodiode array)
Permite detectar
simultaneamente vários
comprimentos de onda.
Absorção Molecular no UV/Vis
Como ocorre a absorção da luz?
• A absorção de radiação UV ou visível por uma espécie
atômica ou molecular pode ser considerada como um
processo que ocorre em duas etapas:
• M + h  M*
excitação
• M*  M + calor (desprezível)
relaxação
• São três tipos de transições eletrônicas:
• 1) elétrons p, s e n (moléculas e íons inorgânicos)
• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)
• 3) transferência de carga (complexos metal-ligante)
Obs.: Se M* sofrer decomposição ou formar novas espécies,
o processo é chamado de reação fotoquímica e, neste caso,
não será possível fazer a quantificação de M.
Absorção Molecular no UV/Vis
Níveis de energia eletrônica molecular.
Absorção Molecular no UV/Vis
Comprimentos de onda de absorção
característicos das transições eletrônicas.
Transição
Faixa de
comprimentos
de onda (nm)
Exemplos
s  s*
< 200
C–C, C–H
n  s*
160 – 260
H2O, CH3OH, CH3Cl
p  p*
200 – 500
C=C, C=O, C=N, C≡C
n  p*
250 – 600
C=O, C=N, N=N, N=O
Absorção Molecular no UV/Vis
Espectro UV típico
Espectro Vis típico
[Fe(fen)3]2+
Os máximos de absorção devem-se à presença de cromóforos na
molécula. (Temos duas absorções em 190 e 270 nm no espectro da
acetona e uma em 510 nm no espectro do complexo [Fe(fen)3]2+).
Cromóforo
•Átomo ou grupo de átomos
que absorve radiação.
Auxocromos
•Átomo que não absorve radiação.
•Modifica alguma característica
absorção do cromóforo.
da
Absorção Molecular no UV/Vis
Como melhorar a absorção da luz?
• Se o analito M não for uma espécie absorvente ou que
tenha uma baixa absorção, deve-se buscar reagentes reajam
seletiva e quantitativamente com M formando produtos que
absorvam no UV ou no visível.
• Uma série de agentes complexantes são usados para
determinação de espécies inorgânicas.
• Exemplos: SCN- para Fe3+; I- para Bi3+.
• Natureza do solvente, pH, temperatura, concentração de
eletrólitos e presença de substâncias interferentes são as
variáveis comuns que influenciam o espectro de absorção e,
evidentemente, seus efeitos precisam ser conhecidos.
Qual a relação entre a absorção e a concentração?
Métodos Espectrométricos
Potência do
feixe incidente
Potência do feixe
transmitido
Caminho óptico
Absorção Molecular no UV/Vis
Perdas por reflexão e espalhamento com uma solução contida
em uma célula (cubeta) de vidro típica.
As reflexões ocorrem
em qualquer interface
que separa os materiais.
Como não há como evitar
estas reflexões e
espalhamentos, torna-se
necessário usar a mesma
cubeta (ou uma idêntica)
nas medidas das várias
soluções dos padrões e
da solução amostra do
analito.
Absorção Molecular no UV/Vis
Para compensar os efeitos da perda de potência do feixe
luminoso ao atravessar o solvente, a potência do feixe
transmitido pela solução do analito deve ser comparada com a
potência do feixe transmitido em uma cubeta idêntica
contendo apenas o solvente.
T 
Psolução
Psolvente
Psolvente
P

 A   log T  log
P0
Psolução
Se o material de fabricação da cubeta provocar uma
diminuição na potência do feixe luminoso, essa diminuição
também será compensada.
Absorção Molecular no UV/Vis
• A lei de Beer-Lambert, também conhecida como lei de
Beer-Lambert-Bouguer ou simplesmente como lei de Beer é
uma relação empírica que relaciona a absorção de luz com as
propriedades do material atravessado por esta.
• A lei de Beer foi
descoberta
independentemente (e
de diferentes maneiras)
por Pierre Bouguer em
1729, Johann Heinrich
Lambert em 1760 e
August Beer em 1852.
Absorção Molecular no UV/Vis
T 
Psolução
Psolvente
I0
P
I1


 A   log T  log
P0
I0
I1
• A expressão final da lei
de Beer é A = ebc, a qual
pode ser obtida pela
integração de:
dPx
dS


Px
S
onde S é a área da seção
atravessada pela luz e Px é
a potencia ao longo do
caminho óptico.
Absorção Molecular no UV/Vis
LEI DE LAMBERT-BEER
A  ebc (mol/L)
k
A  abc
(g/L)
k
Onde A é a absorbância, a é a
Onde A é a absorbância, e é a
absortividade e c é a concentração absortividade molar e c é a
em g/L
concentração em mol/L.
1,0
2,0
Absorbância
Transmitância
0,8
0,6
0,4
1,5
1,0
0,2
0,5
0,0
0,0
0,0
0
2
4
6
Concentração
8
10
2,5
5,0
Concentração
7,5
10,0
Absorção Molecular no UV/Vis
LEI DE LAMBERT-BEER
A  ebc
A absorbância
aumenta conforme
aumenta qualquer um
dos três: e b ou c
Absorbância
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
2,5
5,0
Concentração
7,5
10,0
eb é a inclinação de A x C
e, portanto, responsável
pela sensibilidade
analítica.
Absorção Molecular no UV/Vis
Aumento do
caminho óptico
Absorção Molecular no UV/Vis
Aumento da concentração
Absorção Molecular no UV/Vis
Absorção Molecular no UV/Vis
Espectros de
absorção do complexo
[Fe(SCN)6]3- para
várias concentrações.
2,0
Fe(SCN)6
3-
1,5
A460 nm
1,0
0,5
0,0
0,0
3,0
2,5
5,0
7,5
10,0
CFe (mg/L)
2,0
Absorbância
Com os valores de
absorbância no
comprimento de
onda de máxima
absorção (max)
constrói-se a
curva analítica.
5 ppm
4 ppm
3 ppm
2 ppm
1 ppm
0,5 ppm
0,1 ppm
2,5
1,5
1,0
0,5
0,0
350
400
450
500
550
 (nm)
600
650
700
750
Absorção Molecular no UV/Vis
• Aplicação da lei de Beer para misturas
• A absorbância é uma propriedade aditiva. Assim, a
presença de várias espécies absorventes na solução
para o mesmo comprimento de onda resultará em uma
absorbância maior que para soluções individuais.
Contudo não poderá haver interação entre as várias
espécies.
• AT = A1 + A2 + ... + An = e1bc1 + e2bc2 + ... + enbcn
• Limitações da lei Beer
• Poucas exceções são encontradas para a generalização
de que a absorbância está relacionada linearmente com
o caminho óptico. Por outro lado, são encontrados
desvios de proporcionalidade com a concentração
quando b é constante.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Limitações reais (fundamentais) da Lei de Beer:
• Para soluções com concentrações maiores que 0,01
mol/L, mesmo não sendo da espécie absorvedora, a
distância média entre as espécies diminui a ponto de
alterar a capacidade das espécies em absorver a
radiação, ou seja, diminui o valor de e.
• O índice de refração do meio também causam desvios.
Assim, se as variações de concentração causam
alterações significativas no índice de refração da
solução, os desvios da lei de Beer são observados.
Quando esse fator é preponderante, uma correção pode
ser aplicada, acrescentando à expressão da lei de Beer
o termo n/(n+2)2, onde n é o índice de refração.
εbcn
A
(n  2 )2
Absorção Molecular no UV/Vis
• Desvios Químicos Aparentes (limitações químicas)
• Desvios aparentes da lei de Beer surgem quando um
analito se dissocia, se associa ou reage com um solvente
para dar um produto que tenha um espectro de
absorção diferente do analito. Um exemplo disto é a
mudança de cor de indicadores ácido-base de acordo
com o equilíbrio em função do pH.
• HIn ⇌ H+ + Incor 1
cor 2
• ⇩ pH  ⇧ [HIn] e vice-versa  ⇧ A ou ⇩ A.
• Além disso, se ambas as espécies absorverem no
mesmo comprimento de onda, poderá haver um
desvio positivo ou negativo em função dos valores
de eHIn e eIn.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Desvios Instrumentais com Radiação
Policromática
• A obediência estrita à lei de Beer é observada com
radiação verdadeiramente monocromática. Na prática
os monocromadores produzem uma banda mais ou menos
simétrica de comprimentos de onda em torno daquele
desejado. O resultado é um desvio negativo.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Desvios Instrumentais com Radiação
Policromática
• A dedução deste desvio é dado a seguir:
• Em cada , tem-se um e.
A´= log (Po´/ P´) = e´bc
Po = Po´ + Po”
e
e
A” = log (Po”/ P”) = e”bc
P = P´ + P”
ATotal = log[ (Po´+ Po”) / (P´+ P” )] < (A´+ A”) = log[(Po´xPo”)/(P´xP”)]
Se e´= e”, ATotal = A´ + A” e a lei de Beer é
obedecida.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Desvios Instrumentais com Radiação Espúria
• Um efeito similar ao da radiação
policromática é observado com
radiações espúrias.
• Estas radiações aparecem em
pequenas quantidades no
processo de monocromatização
por efeitos de espalhamento em
várias superfícies internas.
• Essas radiações diferem
grandemente em comprimentos
de onda da radiação principal.
• Assim, a presença de radiações
espúrias confere igualmente um
desvio negativo à lei de Beer.
Absorção Molecular no UV/Vis
• Ruídos Instrumentais
Um estudo teórico e experimental descreveu várias fontes
de incerteza instrumentais, classificando-as em 3
categorias:
• Caso I: espectrofotômetros de baixo custo equipados com
medidores digitais com resolução limitada. A precisão independe
de T, sT = k1
• Caso II: espectrofotômetros de alta qualidade com detector de
fótons. O ruído associado a este tipo de detector (shot) surge da
transferência de carga através de uma junção, como o movimento
de elétrons do cátodo ao ânodo em uma célula fotomultiplicadora.
sT = k2(T2 + T)1/2
• Caso III: espectrofotômetros baratos, com ruído da fonte
(flicker), ou espectrofotômetros de alta qualidade onde o
posicionamento da cubeta gera uma incerteza, já que as cubetas
possuem algumas imperfeições que resultam em espalhamentos e
reflexões diferenciados a cada medida. sT = k3T
Absorção Molecular no UV/Vis
sc 0,434sT

c T logT
sc 0,434k2 1

1
c
logT T
0,25
0,75
sc
0,434k3

c
logT
Observa-se que o erro nas medições pode ser minimizado
efetuando-se leituras de absorbância dentro de certas faixas
de valores para cada tipo de equipamento.
Absorção Molecular no UV/Vis
Aplicações:
s*
dx2-y2
p*
dxy
n
p
s
Energia
Energia
• Como já mencionado, são três tipos de transições
eletrônicas, de acordo com a espécie absorvente:
• 1) elétrons p, s e n (moléculas orgânicas)
• 2) elétrons d e f (íons de metais de transição)
• 3) transferência de carga (complexos)
dz2
dxz, dyz
dxy, dxz, dyz
dz2 , dx2-y2
Absorção Molecular no UV/Vis
Moléculas
Íons
Complexos
Absorção Molecular no UV/Vis
Os métodos espectrofotométricos apresentam
características importantes:
• 1) Ampla aplicação para sistemas orgânicos e
inorgânicos;
• 2) Limites de detecção típicos de 10-4 a 10-5 mol/L
(podem ser melhorados para 10-6 a 10-7 mol/L);
• 3) Seletividade de moderada a alta;
• 4) Boa exatidão (tipicamente as incertezas são da
ordem de 1 a 3%, podendo ser melhoradas a décimos
percentuais com alguns cuidados especiais);
• 5) Facilidade e conveniência na aquisição de dados.
Absorção Molecular no UV/Vis
Análise quantitativa:
A primeira etapa da análise envolve o estabelecimento das
condições de trabalho.
• Determinação do(s) máximo(s) de absorção
• No máximo de absorção, além da máxima sensibilidade
por unidade de concentração, os efeitos de desvios da
lei de Beer são menores. Adicionalmente, o ajuste do
comprimento de onda é mais reprodutível, não
implicando em variações significativas de e e, por
consequência, da absorbância.
Não é seguro pressupor uma concordância com a lei de Beer
e usar apenas um padrão para determinar a absortividade
molar. Assim é recomendável a construção das curvas:
• Curva analítica, em casos mais simples ou
• Adição de padrão, quando a matriz interfere.
Absorção Molecular no UV/Vis
Exemplo:
Para determinar Fe3+ em uma amostra, tomou-se cinco
alíquotas de 2,00 mL de uma amostra e transferiu-se para
cinco balões volumétricos de 50,00 mL. Em cada balão foram
adicionados um excesso do complexante (SCN-) e alíquotas
de 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 mL de uma solução padrão de
Fe3+, de concentração 5,553 mg/L, completando-se o volume
com água destilada. Determine a concentração de Fe3+ na
amostra.
Vp, mL
A
0,00
0,2412
5,00
0,4322
10,00
0,6232
15,00
0,8142
20,00
1,0052
Um bom procedimento de adição de padrão consiste
em adicionar quantidades do padrão bem próximos da
quantidade do analito na alíquota da amostra. Assim,
os efeitos da matriz sobre o analito da amostra
também serão sentidos pelo analito proveniente do
padrão. Uma regra simples consiste em adicionar o
padrão em quantidades ½x, x, 2x da quantidade
estimada do analito. Adicionalmente pode-se incluir
mais alguns pontos ¾x, 1,5x e 3x.
Absorção Molecular no UV/Vis
Exemplo:
É possível fazer a determinação traçando o gráfico tanto em
volume quanto em concentração do padrão adicionado.
Vp, mL
A
Vx = 0,2412/0,0382
0,00
0,2412
5,00
0,4322
10,00
0,6232
15,00
0,8142
Absorbância
1,2
1
0,8
Vx = 6,31 mL
R2 = 1
Cx = 6,31x5,553/2
0,6
0,4
Cx = 17,53 mg/L
0,2
0
0,00
20,00
y = 0,0382x + 0,2412
1,0052
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
Volume de solução-padrão adicionado, mL
A
0,000
0,2412
0,555
0,4322
1,111
0,6232
1,666
0,8142
2,221
1,0052
Absorbância
1,2
C, mg/L
1
Cd = 0,2412/0,344
y = 0,344x + 0,2412
2
R =1
Cd = 0,7012 mg/L
0,8
0,6
0,4
Cx = 0,7012x50/2
0,2
Cx = 17,53 mg/L
0
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
Concentração de padrão adicionado, mg/L
2,500
Absorção Molecular no UV/Vis
Exemplo:
Analisando o valor encontrado, pode-se observar que o
procedimento de adição de padrão atendeu a recomendação.
Admitindo-se que a estimativa da concentração do analito
seria 1 mg/L, as adições foram ½x, x, 1,5x e 2x.
C, mg/L
A
1,5x
0,000
0,555
1,111
1,666
0,2412
0,4322
0,6232
0,8142
2x
2,221
1,0052
½x
x
Cd = 0,2412/0,344
Cd = 0,7012 mg/L
Absorção Molecular no UV/Vis
Titulação fotométrica
Igualmente aos demais tipos de titulação, o objetivo é
detectar o PE com a maior exatidão possível. Deve-se
considerar quanto cada um, titulante, titulado e produto de
reação, contribui com a absorbância no comprimento de onda
selecionado.
 1) Titulado e produto não absorvem, mas o titulante sim;
 2) Titulado e titulante não absorvem, mas produto sim;
 3) Titulado absorve, mas titulante e produto não;
 4) Titulado e titulante absorvem, mas produto não;
 5) Titulado não absorve, mas titulante e produto sim,
sendo a absortividade do titulante maior;
 6) Titulado não absorve, mas titulante e produto sim,
sendo a absortividade do produto maior;
Alternativamente um indicador absorvente pode provocar a
variação da absorbância necessária para a localização do PE.
Absorção Molecular no UV/Vis
Titulação fotométrica
Absorção Molecular no UV/Vis
Titulação fotométrica
• Similarmente à titulação condutimétrica, torna-se
necessário corrigir a absorbância em função do aumento de
volume (efeito de diluição).
• Ac = A (Vi + Va) / Vi
• As titulações fotométricas fornecem resultados mais
exatos que uma análise fotométrica direta, uma vez que
utilizam várias medidas para a detecção do ponto final.
Adicionalmente, a presença de espécies absorvente podem
não interferir, uma vez que apenas a variação na absorbância
está sendo medida.
• O ponto final fotométrico é determinado por medidas de
absorbância bem distantes da região do ponto de
equivalência. Assim, as reações não precisam ter constantes
de equilíbrio tão favoráveis, como no caso de titulações
potenciométricas ou com indicadores.
Absorção Molecular no UV/Vis
Titulação fotométrica
• O ponto final fotométrico tem sido aplicado a todos os
tipos de reações.
• Ácido-base  uso de indicadores
• Oxirredução
• Complexação
indicadores ou reagentes coloridos
• Precipitação
• As mesmas titulações clássicas podem ser feitas
fotometricamente, com a vantagem da detecção do ponto
final não depender da acuidade visual do analista.
• Com isso aqueles indicadores que mudam sutilmente de
cor podem ser utilizados.
Absorção Molecular no UV/Vis
Titulação fotométrica
• Um exemplo é titulação simultânea de Bi3+ e Cu2+ com
EDTA. Em 745 nm nenhum dos cátions, nem o EDTA
absorvem e nem o completo Bi-EDTA que é mais estável.
Somente o complexo Cu-EDTA absorve neste .
Absorbância
0,15
0,13
0,11
Quando não houver
mais produção do
Ponto final Cu complexo Cu-EDTA, a
absorbância torna-se
constante.
Ponto final Bi
0,09
0,07
0,05
0,03
0,01
-0,01
0
1
2
3
4
Volume de EDTA 0,1 mol/L, mL
Enquanto não houver formação
do complexo Cu-EDTA, a
absorbância não se altera.
5
6
Absorção Molecular no UV/Vis
Para refletir e responder:
A absorção molecular na região do visível poderia ser
utilizada para analisar íons Fe2+ (a solução Fe2+, mesmo
concentrada, apresenta uma coloração amarelo-esverdeada
muito clara)?
Caso sua resposta seja positiva, encontre os valores de absortividade
molar para solução aquosa de Fe2+ para corroborar sua afirmativa. Caso
sua resposta seja negativa, indique que tipo de procedimento seria
necessário para analisar Fe2+ por absorção molecular na região do visível.
Absorção Molecular no UV/Vis
Exercício:
• Uma solução padrão foi adequadamente diluída para
fornecer as concentrações de ferro mostradas na tabela a
seguir. O complexo Fe(II)/1,10-fenantrolina foi formado em
alíquotas de 25,00 mL dessas soluções, que foram em seguida
diluídas a 50,00 mL. As absorbâncias, medidas em 510 nm em
células de 1,00 cm, estão mostradas na tabela a seguir.
• As leituras de absorbâncias de soluções-amostras,
preparadas a partir de 10,00 mL de amostras originais
diluídas em balões de 50,00 mL, onde foi adicionado o agente
complexante, foram: 0,143, 0,068, 0,675 e 1,512.
• Determine as concentrações de Fe2+ nas amostras originais
e discuta se as absorbâncias são adequadas para a faixa de
trabalho.
Absorção Molecular no UV/Vis
Exercício:
Concentrações dos
complexos formados e
leituras de absorbância
Concentrações das
soluções-padrão
[Fe2+], ppm
Preparar a tabela
de C x A
[[Fe(fen)3]2+], Absorbância
ppm
4,00
2,00
0,164
10,00
5,00
0,425
16,00
8,00
0,628
24,00
12,00
0,951
32,00
16,00
1,260
40,00
20,00
1,582
Absorção Molecular no UV/Vis
Exercício:
• Traçar o gráfico da concentração do complexo versus
absorbância, verificar FLT e determinar a equação da reta.
Y = A + B * X
Parameter
Value
Error
-------------------------------A
0,01478 0,00997
B
0,07812 8,175E-4
--------------------------------
1,6
1,4
1
( y  y) 2
 2
N B  ( xi  x) 2

x


2
 ( x  x)   x
 y  0,835
y
R
SD
N
P
-------------------------------0,99978 0,01244 6
<0.0001
--------------------------------
1,2
Absorbância
s
sx  r
B
2
1,0
2
i
i
i
N
 231,5
i
0,8
N
0,6
0,01244 1
( y  0,835) 2
sx 

0,07812 6 0,078122 x 231,5
0,4
0,2
0,0
0
2
4
6
8
10
12
2+
14
[[Fe(fen)3] ], ppb
16
18
20
22
Absorção Molecular no UV/Vis
Exercício:
• A partir do gráfico construído e dos valores obtidos pela
regressão linear, pode-se determinar as concentrações de
Fe2+ nas amostras de uma maneira rotineira, bastando que as
amostras não apresentem interferências de matriz.
• A equação obtida da regressão é:
A = 0,07812 [Fe(fen)3] + 0,01478
• As leituras de 0,143 e 0,068 estão abaixo do primeiro ponto da
curva e portanto não estão adequadas para curva traçada. Observe:
• 0,068  [Fe(fen)3] = 0,681 ppm  s = 0,122 ppm  17,9%
• 0,143  [Fe(fen)3] = 1,64 ppm  s = 0,11 ppm  6,7%
• Os outros dois valores estão adequados e a concentração para cada
um deles é:
• 0,675  [Fe(fen)3] = 8,45 ppm  s = 0,068 ppm  0,8%
• Diluição 5x  [Fe2+] = 42,25 ± 0,34 ppm
• 1,512  [Fe(fen)3] = 19,17 ppm  s = 0,11 ppm  0,6%
• Diluição 5x  [Fe2+] = 95,85 ± 0,55 ppm
Fim da Absorção Molecular
no UV/Visível...
Mas os Métodos
Espectrométricos
continuam...