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Prof. Valmir F. Juliano INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS ESPECTROANALÍTICOS – I QUI624.

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1 Prof. Valmir F. Juliano INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS ESPECTROANALÍTICOS – I QUI624

2 Classificação dos métodos analíticos CLÁSSICOS E INSTRUMENTAIS Baseados em propriedades físicas ( químicas em alguns casos ) Chamados de métodos de via úmida Gravimetria Volumetria Espectrométrico Eletroanalítico Propriedades elétricas Propriedades ópticas Cromatográfico Propriedades mistas

3 Natureza ondulatória da Radiação Eletromagnética propriedades tanto de onda quando de partícula 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.

4 E = energia h = constante de Planck (6, J s) = frequência c = velocidade da luz (2, m s -1 ) = comprimento de onda Baixa energiaAlta energia Comprimento de onda e Energia

5 Frequência (m)EnergiaNomeUso a NuclearRaios- Medicina a EletrônicaRaios-X Diagnóstico por imagens a EletrônicaUltra-VioletaHigienização a EletrônicaVisívelIluminação a VibracionalInfravermelhoAquecimento 10 9 a RotacionalMicroondasCozimento 10 5 a Rádio Frequência Comunicação Usos da radiação eletromagnética

6 Uso em Química: Métodos Espectrométricos, Espectrofotométricos, Espectroquímicos ou Espectroanalíticos?!? Tutti quanti

7 Métodos Espectrométricos atômicamolecular 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.

8 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: EmissãoEmissão (emissão atômica) LuminescênciaLuminescência (fluorescência atômica e molecular, fosforescência) EspalhamentoEspalhamento (Raman, turbidimetria e nefelometria) AbsorçãoAbsorção (absorção atômica e molecular) Métodos Espectrométricos

9 Tipo de espectroscopia Faixa de comprimento de onda usual Faixa de número de onda usual, cm -1 Tipo de transição quântica Emissão de raios gama 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 1 x 10 6 a 5 x 10 4 Elétrons ligados Absorção, emissão e fluorescência no UV/Visível 180 – 780 nm 5 x 10 4 a 1,3 x 10 4 Elétrons ligados Absorção no IV e espalhamento Raman 0,78 – 300 m 1,3 x 10 4 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 1,7 x a 1 x Spin de núcleos em um campo magnético Métodos Espectrométricos

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11 275,3341,8396,1 474,95 ABSORÇÃO ATÔMICA ABSORÇÃO ATÔMICA: O espectro é em forma de linhas finas devido aos níveis atômicos sem subníveis energéticos. Métodos Espectrométricos

12 max ABSORÇÃO MOLECULAR ABSORÇÃO MOLECULAR: O espectro de absorção é caracterizado por bandas largas devido aos vários níveis e subníveis energéticos dos orbitais moleculares.

13 E0E0 E1E1 E2E2 Eletrônica ~ 100 kJ mol -1 UV-Vis Vibracional ~ 1 kJ mol -1 IV Rotacional ~ 0,01 kJ mol -1 RMN Métodos Espectrométricos

14 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

15 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

16 Fonte Seletor de comprimento de onda Fotômetro de feixe único para medidas de absorção na região visível Métodos Espectrométricos Transdutor

17 Fonte Seletor de comprimento de onda Transdutor Espectrofotômetro manual de feixe duplo para medidas de absorção na região UV/Visível Métodos Espectrométricos

18 Espectrometria de Absorção Molecular na região do ultravioleta/visível. Espectrometria de Luminescência Molecular. Espectrometria de Absorção Atômica. Espectrometria de Emissão Atômica. Métodos Espectrométricos abordados nesta disciplina

19 Absorção molecular no UV/Vis Mais fácil que botânica....

20 Absorção Molecular no UV/Vis Espectro de emissão da radiação solar

21 Região IV médio 25 a 2,5 m Absorção Molecular no UV/Vis Energia crescente Energia crescente

22 Sensibilidade do olho humano Comprimento de onda Visão diurna (Fotópica) Visão noturna (Escotópica) Absorção Molecular no UV/Vis L U Z V I S Í V E L

23 Absorção Molecular no UV/Vis

24 Cores primárias Cores secundárias COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete. Quando falta uma das cores primárias, obtém-se uma cor secundária. As 3 cores secundárias misturadas dão origem ao preto As 3 luzes (cores) primárias quando misturadas dão origem à luz branca.

25 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.

26 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

27 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.

28 COLORIMETRIA: Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete. Absorção Molecular no UV/Vis

29 COLORIMETRIA Um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete, mas... Absorção Molecular no UV/Vis 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....

30 Porque as nuvens são brancas? Espalha todos os igualmente. 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. Espalhamento Rayleigh: menores se espalham com maior facilidade. Absorção Molecular no UV/Vis

31 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

32 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

33 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. transparente em toda a faixa UV/Vis Quartzo (transparente em toda a faixa UV/Vis) somente visível, absorve muito a radiação UV 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

34 Fonte de luz Região UV: 160 a 380 nm Lâmpada de deutério, xenônio ou vapor de mercúrio Absorção Molecular no UV/Vis Lâmpada de Vapor de Hg Lâmpada de arco de Xenônio Lâmpada de D 2

35 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

36 Fonte de luz Luz negra Absorção Molecular no UV/Vis

37 Como selecionar o comprimento de onda desejado? Filtros ópticos: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

38 Filtros Ópticos de Absorção

39 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.

40 Absorção Molecular no UV/Vis Filtros Ópticos de Interferência

41 Filtro de interferência Filtro de absorção Absorção Molecular no UV/Vis

42 Como selecionar o comprimento de onda desejado? Monocromadores: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

43 Detector Cubeta Fenda Lentes Fenda Rede de difração Fonte luminosa Absorção Molecular no UV/Vis

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45 Cubetas

46 Absorção Molecular no UV/Vis

47 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.

48 Como fazer a leitura do absorção de luz? Transdutores de radiação: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

49 Arranjo linear de fotodiodos (pda - photodiode array) Permite detectar simultaneamente vários comprimentos de onda. Tubo fotomultlicador Muito sensível. Consegue detectar níveis muito baixos de luminosidade. Absorção Molecular no UV/Vis

50 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, e n (moléculas e íons inorgânicos) 2) elétrons d e f (íons de metais de transição) 3) transferência de carga (complexos metal-ligante) Obs reação fotoquímica 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

51 Níveis de energia eletrônica molecular. Absorção Molecular no UV/Vis

52 Comprimentos de onda de absorção característicos das transições eletrônicas. Transição Faixa de comprimentos de onda (nm) Exemplos *< 200C–C, C–H n *160 – 260H 2 O, CH 3 OH, CH 3 Cl *200 – 500 C=C, C=O, C=N, C C n *250 – 600C=O, C=N, N=N, N=O

53 Absorção Molecular no UV/Vis Cromóforo Auxocromos Espectro UV típico 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+ ). Átomo ou grupo de átomos que absorve radiação. Átomo que não absorve radiação. Modifica alguma característica da absorção do cromóforo. Espectro Vis típico [Fe(fen) 3 ] 2+

54 Como melhorar a absorção da luz? seletiva e quantitativamente 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 Fe 3+ ; I - para Bi 3+. 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. Absorção Molecular no UV/Vis Qual a relação entre a absorção e a concentração?

55 Métodos Espectrométricos Potência do feixe incidente Potência do feixe transmitido Caminho óptico

56 Perdas por reflexão e espalhamento com uma solução contida em uma célula (cubeta) de vidro típica. Absorção Molecular no UV/Vis 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.

57 Absorção Molecular no UV/Vis comparada cubeta idêntica 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. Se o material de fabricação da cubeta provocar uma diminuição na potência do feixe luminoso, essa diminuição também será compensada.

58 Beer-Lambert Beer-Lambert-BouguerBeer 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. lei de BeerA lei de Beer foi descoberta independentemente (e de diferentes maneiras) por Pierre Bouguer em 1729, Johann Heinrich Lambert em 1760 e August Beer em Absorção Molecular no UV/Vis

59 A = bc A expressão final da lei de Beer é A = bc, a qual pode ser obtida pela integração de: onde S é a área da seção atravessada pela luz e P x é a potencia ao longo do caminho óptico.

60 (g/L) (mol/L) LEI DE LAMBERT-BEER Absorção Molecular no UV/Vis Onde A é a absorbância, a é a absortividade e c é a concentração em g/L Onde A é a absorbância, é a absortividade molar e c é a concentração em mol/L. k k

61 LEI DE LAMBERT-BEER Absorção Molecular no UV/Vis sensibilidade analítica b é a inclinação de A x C e, portanto, responsável pela sensibilidade analítica. A absorbância aumenta conforme aumenta qualquer um dos três: b ou c

62 Absorção Molecular no UV/Vis Aumento do caminho óptico

63 Absorção Molecular no UV/Vis Aumento da concentração

64 Absorção Molecular no UV/Vis

65 Espectros de absorção do complexo [Fe(SCN) 6 ] 3- para várias concentrações. Com os valores de absorbância no comprimento de onda de máxima absorção ( max ) constrói-se a curva analítica.

66 Aplicação da lei de Beer para misturas Aplicação da lei de Beer para misturas propriedade aditivaA 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. A T = A 1 + A A n = 1 bc bc n bc n 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

67 Limitações reais (fundamentais) da Lei de Beer: 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. 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. Absorção Molecular no UV/Vis

68 Desvios Químicos Aparentes (limitações químicas) 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 + + In - cor 1 cor 2 pH [HIn] e vice-versa A ou A. desvio positivo ou negativo HIn InAlém disso, se ambas as espécies absorverem no mesmo comprimento de onda, poderá haver um desvio positivo ou negativo em função dos valores de HIn e In. Absorção Molecular no UV/Vis

69 Desvios Instrumentais com Radiação Policromática Desvios Instrumentais com Radiação Policromática verdadeiramenteA 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

70 Desvios Instrumentais com Radiação Policromática Desvios Instrumentais com Radiação Policromática A dedução deste desvio é dado a seguir: Em cada, tem-se um. A´= log (P o ´/ P´) = ´bc e A = log (P o / P) = bc P o = P o ´ + P o e P = P´ + P A Total = log[ (P o ´+ P o ) / (P´+ P )] < (A´+ A) = log[(P o ´xP o )/(P´xP)] Se ´=, A Total = A´ + A e a lei de Beer é obedecida. Absorção Molecular no UV/Vis

71 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 Desvios Instrumentais com Radiação Espúria Desvios Instrumentais com Radiação Espúria

72 Ruídos Instrumentais Ruídos Instrumentais Um estudo teórico e experimental descreveu várias fontes de incerteza instrumentais, classificando-as em 3 categorias: Caso ICaso I: espectrofotômetros de baixo custo equipados com medidores digitais com resolução limitada. A precisão independe de T, s T = k 1 Caso IICaso 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. s T = k 2 (T 2 + T) 1/2 Caso IIICaso 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. s T = k 3 T Absorção Molecular no UV/Vis

73 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. 0,25 0,75

74 Aplicações: Como já mencionado, são três tipos de transições eletrônicas, de acordo com a espécie absorvente: 1) elétrons, e n (moléculas orgânicas) 2) elétrons d e f (íons de metais de transição) 3) transferência de carga (complexos) Absorção Molecular no UV/Vis Energia n Energia d xy, d xz, d yz d z 2, d x 2 -y 2 d x 2 -y 2 d xy d z 2 d xz, d yz

75 Absorção Molecular no UV/Vis Moléculas Íons Complexos

76 Os métodos espectrofotométricos apresentam características importantes: 1) Ampla aplicação para sistemas orgânicos e inorgânicos; 2) Limites de detecção típicos de a mol/L (podem ser melhorados para a 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

77 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, 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

78 Exemplo: Para determinar Fe 3+ 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 Fe 3+, de concentração 5,553 mg/L, completando-se o volume com água destilada. Determine a concentração de Fe 3+ na amostra. Vp, mLA 0,000,2412 5,000, ,000, ,000, ,001,0052 Absorção Molecular no UV/Vis 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.

79 Exemplo: É possível fazer a determinação traçando o gráfico tanto em volume quanto em concentração do padrão adicionado. Vp, mLA 0,000,2412 5,000, ,000, ,000, ,001,0052 C, mg/LA 0,0000,2412 0,5550,4322 1,1110,6232 1,6660,8142 2,2211,0052 V x = 0,2412/0,0382 V x = 6,31 mL C x = 6,31x5,553/2 C x = 17,53 mg/L Absorção Molecular no UV/Vis C d = 0,2412/0,344 C d = 0,7012 mg/L C x = 0,7012x50/2 C x = 17,53 mg/L

80 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/LA 0,0000,2412 0,5550,4322 1,1110,6232 1,6660,8142 2,2211,0052 Absorção Molecular no UV/Vis C d = 0,2412/0,344 C d = 0,7012 mg/L ½xx1,5x2x

81 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

82 Titulação fotométrica Absorção Molecular no UV/Vis

83 Titulação fotométrica Similarmente à titulação condutimétrica, torna-se necessário corrigir a absorbância em função do aumento de volume (efeito de diluição). A c = A (V i + V a ) / V i 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. bem distantes da região do ponto de equivalência 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

84 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

85 Titulação fotométrica Um exemplo é titulação simultânea de Bi 3+ e Cu 2+ 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. Absorção Molecular no UV/Vis Ponto final Cu Ponto final Bi Enquanto não houver formação do complexo Cu-EDTA, a absorbância não se altera. Quando não houver mais produção do complexo Cu-EDTA, a absorbância torna-se constante.

86 Para refletir e responder: A absorção molecular na região do visível poderia ser utilizada para analisar íons Fe 2+ (a solução Fe 2+, mesmo concentrada, apresenta uma coloração amarelo-esverdeada muito clara)? Caso sua resposta seja positiva, encontre os valores de absortividade molar para solução aquosa de Fe 2+ para corroborar sua afirmativa. Caso sua resposta seja negativa, indique que tipo de procedimento seria necessário para analisar Fe 2+ por absorção molecular na região do visível. Absorção Molecular no UV/Vis

87 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 Fe 2+ nas amostras originais e discuta se as absorbâncias são adequadas para a faixa de trabalho. Absorção Molecular no UV/Vis

88 Exercício: [Fe 2+ ], ppm 4,00 10,00 16,00 24,00 32,00 40,00 [[Fe(fen) 3 ] 2+ ], ppm Absorbância 2,000,164 5,000,425 8,000,628 12,000,951 16,001,260 20,001,582 Preparar a tabela de C x A Concentrações das soluções-padrão Concentrações dos complexos formados e leituras de absorbância

89 Exercício: Traçar o gráfico da concentração do complexo versus absorbância, verificar FLT e determinar a equação da reta. Absorção Molecular no UV/Vis

90 Exercício: A partir do gráfico construído e dos valores obtidos pela regressão linear, pode-se determinar as concentrações de Fe 2+ 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: 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% 0,068 [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% 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 [Fe 2+ ] = 42,25 ± 0,34 ppm 1,512 [Fe(fen) 3 ] = 19,17 ppm s = 0,11 ppm 0,6% Diluição 5x [Fe 2+ ] = 95,85 ± 0,55 ppm Absorção Molecular no UV/Vis

91 Fim da Absorção Molecular no UV/Visível... Mas os Métodos Espectrométricos continuam...


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