Espectroscopia de UV-vis

8/20/2019 Espectroscopia de UV-vis

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Espectrofotometria de absorção

molecular no ultravioleta e visível

Larga aplicabilidade

Usada para análise quantitativa de milhares de analitos

Frequentemente, faz-se reagir o analito com um reagente específico e

mede-se a absorvância do produto formado, o qual absorve na zona dovisível ou do ultravioleta

Sensível

ermite determinar concentra!"es de analito da ordem de #$-% a#$-& '


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Instrumentos usados em espectrofotometria de absorçãomolecular no ultravioleta-visível

(imos quais os componentes básicos dos fot)metros *instrumentos c+selector

de λ filtro e espectrofot)metros *selector de λ monocromador

.lhemos ent/o agora para os instrumentos completos e modo como searran0am esses componentes

1emos os seguintes tipos de instrumentos2

instrumentos de fei3e simples

instrumentos de fei3e duplo

instrumentos multicanal


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'edi!/o envolve2- a0uste de $ 4 15 coloca-se no compartimento da amostra um bloqueador

da radia!/o de forma que n/o passe radia!/o5 *6 corrente negra faz-secorresponder $4 de transmitância

- a0uste de #$$ 4 1, colocando a c7lula com o solvente no compartimentoda amostra- determina!/o de 4 1 para a amostra *coloca-se a c7lula com amostra no

compartimento da amostra

Instrumentos de feixe simples

Fig8 # 9 diagrama de blocos representando o arran0o dos componentes de um instrumento*fot)metro ou espectrofot)metro de fei3e simples5 *sequ:ncia de blocos indicando o percurso daradi!/o


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instrumento de feixe duplo no tempo

;spelho girat)rio desectores *chopper visto defrente2


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Espectrofotómetro de feixe duplo no tempo

or meio de um espelho girat)rio de sectores, =chopper>, o fei3e deradia!/o proveniente da fonte 7 dirigido alternadamente ora para a c7luade refer:ncia ora para a c7lula da amostra

. sinal detectado será do tipoindicado na figura2 alterna entre

um sinal intenso qd o fei3epassa na refer:ncia e um sinalmenos intenso qd o fei3e passana amostra8 ? raz/o entre osdois sinais dá a transmitância

@este tipo de instrumentos como se fazem as medi!"esA#B com as duas c7lulas contendo o branco da calibra!/o *solvente, a0usta-se #$$4 de transmitância *$ de absorvânciaCB retira-se o solvente da c7lula da amostra, substitui-se por amostra e e l:-se a absorvância da amostra


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Espectrofotómetro de feixe duplo no espaço

Diagrama de blocos de um espectrofot)metro de fei3e duplo no espa!o

or meio de um espelho em ( *divisor de fei3e, o fei3e de radia!/o 7 divididoem dois2 um 7 dirigido para a refer:ncia e 7 detectado no detector #5 o outrofei3e passa na amostra e 7 detectado no detector C5 os dois detectores devemser id:nticos8 . processador de sinal compara os dois sinais


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Espectrofotómetro multicanal ou com arranjo de fotodíodos


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Espectrofotómetro multicanal ou com arranjo de díodos

Diode arraE spectrophotometer

? radia!/o proveniente da lâmpada *de deut7rio ou de tungst7nio 7 focada na amostra atrav7s de uma lente8ortanto, todo o espectro de emiss/o da lâmpada incide sobre a amostra8 ? radia!/o que atravessa a amostraestará atenuada nos comprimentos de onda a que a amostra absorve8 ;ssa radia!/o 7 focada numa fenda poronde entra a radia!/o que 7 dirigida para a rede de difrac!/o8 ;sta difracta a radia!/o separando-a nos vários

comprimentos de onda8 ada um desses comprimentos de onda irá incidir sobre um díodo do arran0o8 ;stediodo, ao ser irradiado, produz uma corrente el7trica cu0a magnitude depende da intensidade da radia!/otransmitida pela amostra8


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O arranjo de fotodíodos é capaz de medir intensidade de vrioscomprimentos de onda ao mesmo tempo

!onsegue-se uma resolução de " nm

# possível obter um espectro em menos de "s

Uma vantagem dos espectrofot)metros de arran0o de fotodíodos 7 a rapidez de

obten!/o de um espectro8 Gsso permite registar vários espectros, somá-los efazer a m7dia, aumento, assim, a raz/o sinal+ruído8 Hecorde-se o que dissemosatrás sobre este assunto

= ×

Haz/o sinal+ruído *S+@ dam7dia de n espectros

Haz/o sinal+ruído *Si+@i decada espectro individual


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$ipo de fontes usadas nos fotómetros e espectrofotómetros de absorção molecular no %&-vis

# 'onte de radiação contínua

Fonte contínua2;mite uma banda larga decomprimentos de onda*todos os comprimentos de

onda na regi/o de interesse

Lâmpada de

tungsténio

Lâmpada de

deutério

Emite na zona do

visível Emite na zona do

ultra-violeta


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!O($E($O)E* +, ,O*$),


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Compartimento da amostra

Tipos de células usadas para conter amostras líquidas:


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Janelas de um material transparente na região espectral de interesse

Quartzo – transparente na região do ultravioleta e do visível

Vidro – usado na região acima d 370nm (visível)

Janelas perpendiculares à direcção do feixe para minimizar perdas por reflexão

Gordura, dedadas e outros depósitos afectam características de transmissão

CÉLULAS PARA AMOSTRAS LÍQUIDAS E SUA LIMPEZA

Janelas são as paredes da célulapor onde passa a radiação


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Medição experimental da absorvância

A atenuação da radiação é devida, não

apenas à absorção pela amostra, mas

também a reflexões nas paredes da célulaque contem a amostra e a dispersão da

radiação

Na prática mede-se a intensidade do feixe que passa

através da amostra (Pamostra) e compara-se com a

intensidade do feixe que passa quando a amostra é

substituída pelo solvente (Psolvente). Psolvente corresponde a

P0 (intensidade da radiação incidente)

solvente

amostra

P

PT =


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ara corrigir as perdas de radia!/o por refle3/o e espalhamento redefine-se a transmitância comosendo +$ onde $ 7 a pot:ncia do fei3e que emerge da c7lula quando esta contem o branco*solvente


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A=ε×b×c

Pode determinar-se a concentração de um analito numa solução se seconhecer ε e b e se medir a absorvância, desde que na solução só o analito

absorva

De um modo geral, a determinação da concentração do analito é feitaatravés da calibração por um dos métodos anteriormente referidos

A 580 nm, que é o comprimento de onda do seu máximo de absorvância, o

complexo Fe(SCN)2+ tem uma absortividade molar de 7,00 × 103 dm3 mol-1 cm-1.Uma porçãode 2,50 mL de uma solução amostra que contem Fe(III) foi tratada

com um excesso adequado de KSCN e diluída a um volume final de 50,00 mL. A

absorvância da solução diluída, a 580 nm, numa célula de 2,50 cm, deu 0,0595.

Qual a concentração de Fe(III) na amostra?

Análise quantitativa

Exercício:


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Hesumindo passos da análise quantitativa


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,plicação da lei de .eer a misturas

Várias espécies (n espécies) absorvem a um dado comprimento de onda λ

Essas espécies não interaccionam entre si

Então, a absorvância ao comprimento de onda λ, é dada por:

A = ε1×b×c1 + εCIbIcC J K88J εnIbIcn

;m c7lula de #,$$ cm

$$


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LG'G1?MN;S D? L;G D; O;;H

Limita!"es reais

Desvios aparentes

Desvios químicos

Desvios instrumentais

Devidos a usar radia!/opolicromática

Devidos 6 presen!a de luzparasita


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+esvios /uímicos


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ara casa


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+esvios instrumentais devidos ao uso de radiação policromtica

? lei de Oeer aplica-se a radia!/o monocromática

.s dispositivos instrumentais e3istentes para isolar uma por!/o da radia!/o

contínua emitida pela fonte n/o permitem isolar um Pnico comprimento deonda8

Gmaginemos que a radia!/o incidente na amostra e que chega ao detector 7constituída por dois comprimentos de onda

λQ⇒

λQQ⇒

+

+=

'''log

''

0

'

0

PP

PP A

medida

bc

bc

PPbcP

P A

PPbcPP A

''

0''

''

0

'

0'

'

0

10''''''log''

10'' 'log'

ε

ε

ε

ε

−

−

×=⇒==

×=⇒==


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bcbcmedida

PP

PP A

''

0

'

0

00

10''10'

'''log

ε ε −−

×+×

+=

Ruando εQεQQ ent/o ?medidaεQbc e a lei de Oeer 7 obedecida

Ruando εQ diferente de εQQ ent/o dei3a de haver uma rela!/o linearentre ?medida e c


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SELECÇÃO DO COMPRIMENTO DE ONDA PARA ANÁLISESQUANTITATIVAS

Medições de absorvância são normalmente feitas ao λ do máximo deuma banda de absorção, porque:

1 – maior sensibilidadeA = ε b cε é maior ao λmax

2 – menor risco de haver desvios instrumentais à lei de Beer é menor

A lei de Beer só se aplica a radiação monocromática

A=ε b c

ε é uma constante que depende do comprimento de onda.Mas os selectores de comprimento de onda dos instrumentos usadospara medir absorvâncias não seleccionam um único comprimento deonda; seleccionam uma banda mais ou menos estreita


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A mesma largura debanda do monocromador

Erro pequeno

ε mantem-se praticamente constante em toda agama de comprimentos de onda seleccionada pelo

monocromador

Erro grande

Na zona do máximo dA/dλ é mínimo

Largura de banda do monocromador: em análise quantitativa deve ser a mais

larga possível, dentro das limitações impostas pela largura da banda de absorção


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Erros instrumentais

Absorvâncias baixas

a potência radiante que atravessa a amostra é semelhanteà potência da radiação que atravessa a referência

incerteza relativa grande na relação entre os dois sinais

Absorvâncias altas

a potência da radiação que atravessa a amostra e chegaao detector é muito baixa; a relação sinal/ruido é baixa

Conclusão: as medições espectrofotométricas são mais fiáveis paraabsorvâncias entre 0,4 e 0,9. Em instrumentos de melhor qualidadepodem ir até 2,0


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Transições eletrónicas que podem dar origem a absorção no UV-vis

Os electrões encontram-se distribuídos por orbitais moleculares

Quando a molécula absorve um fotão de radiação ultravioleta ou visível,

um electrão é promovido de uma orbital molecular para outra de maior

energia

Transições mais comuns:

n→π* ou π→π*

Transições σ→σ* requeremmuita energia

Não são normalmente

observadas nas análises porespectrofotometria de UV-vis


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Grupos cromóforos: grupos absorventes numa molécula

C O

R

R’

Ligações π deslocalizadas dão origem a absorção a miores λ


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$ransiç0es d→

d

'uitos i"es de metais de transi!/o, como uCJ ou oCJ, d/o origem a solu!"es coradas

?s transi!"es electr)nicas responsáveis pela absor!/o s/o transi!"es dd

@os i"es isolados as orbitais d t:m todas a mesma energiaRuando o i/o está rodeado de ligandos, as orbitais d separam-se em con0untos com níveis deenergia distintos

or e3emplo, no comple3o u*TC.&CJ *comple3o octa7drico, as orbitais d dividem-se em dois

grupos com energias diferentes

?s transi!"es d→d dão origem a baixas absortividadesmolares


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$ransiç0es de transfer1ncia de carga nos complexos

Um tipo de transi!"es importante por dar origem a elevadas absortividades molares no U(-vis,s/o as transi!"es de transfer:ncia de carga, em que a absor!/o de um fot/o dá origem a um

estado e3citado em que um electr/o passa do i/o metálico para o ligando


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Aplicações a espécies absorventes- compostos orgânicos com grupos cromóforos

Ex: compostos contendo o grupo carbonilo ( –C=O)

- espécies inorgânicas: muitos iões de metais de transição em

solução aquosa, iões nitrato, nitrito e cromato, etc..

Aplicações usando reagentes que dão origem a produtos queabsorventes

Faz-se reagir completamente o analito com um reagente cromófororesultando um produto que absorve fortemente na zona do visível ou doultravioleta.Reagentes inorgânicos

Ex: SCN – (tiocianato) para Ferro, Cobalto e Molibdénio

Reagentes quelantes orgânicos para análise de metais


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Utilização de reagentes quelantes orgânicos na determinação de metais

Reagente: dietilditiocarbamatoQuelato que absorve a umcomprimento de onda específico


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Extracções com ditizona

O catião metálico em solução aquosa pode ser extraído com uma soluçãodo agente quelante num solvente orgânico imiscível com a água.(método usado em análises de metais em quantidades vestigiais; se ovolume de fase orgânica for muito menor do que o volume da fase aquosa ocatião metálico complexado fica mais concentrado)


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;3emplos de aplica!"es


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Variáveis que podem influenciar a absorvância das soluçõesnatureza do solventepH da soluçãotemperaturaelevadas concentrações de electrólito

presença de substâncias interferentes

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