Espectrofotometria

Espectrofotometria

(Parte 1 de 2)

RELATÓRIO DE EXPERIMENTO 04 ESPECTROFOTOMETRIA

PETROLINA – PE JUNHO. 2010

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 2

1. APRESENTAÇÃO

Este relatório descreve as atividades desenvolvidas pelos alunos Fernando Antônio,

Rafaela Candido e Tairine Medrado, alunos do curso de Licenciatura Plena em Química, no âmbito da parte experimental da disciplina Tópicos Especiais em Físico - Química, durante o 1o semestre/2010.

Serão descritos os objetivos, a parte experimental, os resultados, os cálculos, a discussão e as conclusões referentes ao experimento intitulado Espectrofotometria.

Petrolina, 15 de junho de 2010.

_ Fernando Antônio Gomes S. Júnior

_ Rafaela Alves Candido.

_ Tairine Maria Medrado Santos.

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 3

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Espectroscopia de Absorção Molecular

A espectroscopia de absorção molecular está baseada na medida da transmitância T ou absorvância A de soluções contidas em células transparentes tendo um caminho óptico de b cm, afirma Skoog, em Princípios de Análise Instrumental. De forma comum, a concentração C de um analito absorvente está relacionada linearmente à absorvância, conforme representado pela equação:

A = - log T = log = ebc

VOGEL (Análise Química Quantitativa), afirma que na análise espectrofotométrica a fonte de radiação emite até a região ultravioleta do espectro. Desta radiação selecionam-se comprimentos de onda definidos que constituem bandas, com largura menor que 1nm. Este procedimento necessita de um instrumento mais complicado, e por isso mais caro. O instrumento é um espectofotômetro. Veja a figura abaixo.

Figura 01: Espectofotômetro

Um espectrofotômetro óptico é um instrumento que dispõe de um sistema óptico que pode provocar a dispersão da radiação eletromagnética incidente, e com o qual se

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 4 pode fazer medidas da radiação transmitida num certo comprimento de onda da faixa espectral. Um fotômetro destina-se a medir a intensidade da radiação transmitida ou uma fração desta intensidade. Um espectrômetro e um fotômetro, combinados num espectrofotômetro. Pode gerar um sinal que corresponde à diferença entre a radiação transmitida em um material tomado como referência e a radiação transmitida pela amostra analisada, num certo comprimento de onda. Os espectrofotômetros, em geral, contêm cinco componentes principais: fontes de radiação, monocromador, recipientes para conter as soluções, detectores e indicadores de sinal.

Figura 02: Esquema dos componentes principais de um espectrofotômetro

Fontes de radiação

As fontes de radiação mais comuns baseiam-se na incandescência e são muito práticas no infravermelho e no visível, mas devem atuar em temperaturas elevadas na faixa do ultravioleta. As fontes de radiação são constituídas por filamentos de materiais que são excitados por descargas elétricas com elevada voltagem ou aquecimento elétrico.

Para que uma fonte de radiação seja considerada de boa qualidade deve:

Gerar radiação continua, ou seja, emitir todos os comprimentos de onda, dentro da região espectral utilizada;

Fontes de radiação Monocromado r

Compartimento Amostra/padrão

Sistema detector Dispositivo de processamentos de dados

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 5

Ter intensidade de potência radiante suficiente para permitir a sua detecção pelo sistema detector da máquina;

Ser estável, isto é, a potência radiante deve ser constante. Além disso, deve ter vida longa e preço baixo.

Tipos de fontes de radiação

Lâmpada de filamento de tungstênio: incandescente, produz emissão continua na faixa e 320 a 2500nm. O invólucro de vidro absorve toda radiação abaixo de 320nm, limitando o uso da lâmpada para o visível e infravermelho.

Lâmpada de quartzo-iodo: incandescente, o invólucro de quartzo emite radiação de 200 a 3000nm. Sua vantagem é que pode atuar na região do ultravioleta.

Lâmpada de descarga de hidrogênio ou de deutério: é a mais usada para emissão de radiação ultravioleta. Consiste em um par de eletrodos fechados em um tubo de quartzo ou vidro, com janela de quartzo, preenchido com gás hidrogênio ou deutério. Aplicando alta voltagem, produz-se uma descarga de elétrons que excitam outros elétrons gasosos a altos níveis energéticos. Quando os elétrons voltam a seus estados fundamentais, emitem radiação contínua de 180 a 370nm.

Lâmpada de catodo oco: tipo especial de fonte de linha. É preenchida com um gás nobre, a fim de manter uma descarga de arco. O cátodo tem a forma de um cilindro oco, fechado em uma extremidade, revestido com o metal cujas linhas espectrais se desejam obter. O ânodo é um fio reto ao lado do cátodo. A energia do arco causa ejeção dos átomos metálicos do revestimento do cátodo os quais, excitados, emitem os seus espectros característicos.

Laser: pelo processo de emissão estimulada, os lasers produzem uma enxurrada de feixes muito estreitos e intensos de radiação. Todas as ondas procedentes ao material emissor estão em fase entre si, e, por isso, praticamente não apresenta dispersão

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 6 quando se propaga. Isso permite uma concentração de energia num ponto muito pequeno, mesmo que esteja numa distância considerável.

Monocromadores

São dispositivos essenciais dos espectrofotômetros e tem como função a seleção do comprimento de onda e que se tem interesse para a análise. È constituído de uma fenda de entrada de um elemento de dispersão de radiação e de uma fenda de saída. O elemento de dispersão pode ser um prisma ou uma rede de difração.

Recipientes

São usados como recipientes cubas ou cubetas retangulares de vidro ou quartzo.

As cubetas de vidro são usadas quando se trabalha na região do visível. Para a região do ultravioleta, devem-se usar as cubetas de quartzo, que são transparentes à radiação ultravioleta, pois o vidro absorve a mesma.

Uma cubeta ideal deve ser de 1 cm, para simplificar os cálculos da expressão da

Lei de Beer. As cubetas também podem ter dimensões diferentes, e esse dado deve ser considerado na hora do cálculo.

Para aplicações industriais, como, por exemplo, no controle de qualidade de lotes de produção, utiliza-se um sistema automatizado em que as amostras circulam em série em cubetas adequadas. Esse sistema é chamado de análise por injeção de fluxo ou FIA (do inglês Flow Injection Analysis)

←1 cm→ Figura 03: Cubeta convencional

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 7

As substâncias têm diferentes padrões de absorção, a espectrofotometria permite identificar substâncias com base no espectro da substancia. Permite também quantificálas, uma vez que a quantidade de luz absorvida está relacionada com a concentração da substância.

A medida da luz absorvida permite inferir sobre a concentração do soluto em determinada solução.

Compostos desconhecidos podem ser identificados por seus espectros característicos ao ultravioleta, visível ou infravermelho.

Quando uma radiação eletromagnética, por exemplo, a luz visível, incide em uma solução, se os fótons da radiação têm energia adequada, a energia associada a essa radiação pode sofrer três diferentes tipos de variações:

Ser refletida nas interfaces entre o ar e a parede do frasco contendo a solução (cubeta); Ser dispersa por partículas presentes na solução;

Ser absorvida pela solução.

Nas aplicações espectrofotométricas, quando se usa energia monocromática em um simples comprimento de onda (λ), a fração de radiação absorvida pela solução, ignorando perdas por reflexão, será função da concentração da solução e da espessura da solução. Portanto, a quantidade de energia transmitida diminui exponencialmente com o aumento da espessura atravessada – Lei de Lambert – e o aumento da concentração ou da intensidade de cor da solução – Lei de Beer. A relação entre energia emergente (I) e energia incidente (I0) indica a transmitância (T) da solução. Em espectrofotometria, utiliza-se a absorbância (A) como a intensidade de radiação absorvida pela solução, seguindo as leis de Lambert-Beer.

A determinação de concentração de um soluto em uma solução-problema por espectrofotometria envolve a comparação da absorbância da solução-problema com uma solução de referência, na qual já se conhece a concentração do soluto. Em geral, é utilizada uma solução-padrão com diferentes concentrações (pontos), que tem sua absorbância determinada. Esses pontos são preparados diluindo-se a solução-padrão na proporção necessária para a obtenção das concentrações desejadas.

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 8

Com os valores de absorbância e de concentração conhecidos, pode-se traçar um gráfico cujo perfil é conhecido como “curva-padrão”. Nesse gráfico, a reta, indica a proporcionalidade entre o aumento da concentração e da absorbância e a porção linear correspondente ao limite de sensibilidade do método espectrofotométrico para o soluto em questão.

A espectrofotometria é utilizada também para a determinação de ferro em amostras de suplementos alimentar.

O Fe(I) e o Fe(II), podem ser determinados espectrofotometricamente. O complexo laranja avermelhado do Fe(I), absorve a 515 nm, e o complexo amarelo do Fe(II) e o complexo do Fe(I) absorvem identicamente a 396 nm, e a absorção é dativa. A solução ligeiramente ácida com ácido sulfúrico, é tratada pela ortofenantrolina e tamponada, no pH 3,9 por solução de hidrogenoftalato de Potássio, a leitura a 396 nm dá o ferro total e a 515 nm, o ferro I.

A reação do Fe(I) com a ortofenantrolina dá-se da seguinte maneira, O Fe(I) reage com a 1,10 – fenantrolina para formar um complexo vermelho alaranjado

[(C12H8N2)3Fe]2+. A intensidade da cor é independente da acidez no intervalo de pH 2 a 9 e é estável durante longos períodos. O Fe(I) pode ser reduzido com o cloreto de hidroxiliamônio ou com o 1,4 – benzenodiol (quinol). Interferem seriamente a prata, o bismuto, o cobre, o níquel e o cobalto, e também os percloratos, cianatos molibidatos.

medido a 515 nm contra um branco do reagente

Complexo de ferro com a fenatrolina pode ser extraído pelo nitrobenzeno e Reação:

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 9

3. OBJETIVOS

Determinar a concentração de uma analíto, ou seja, uma substância desconhecida, através da curva analítica.

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1 MATERIAIS E REAGENTES

Materiais Pipetas Volumétricas (5, 10 e 50 mL) Balões volumétricos (100, 50 e 25 mL) Proveta Graduada 100 mL Béquer 250 mL Cubetas para espectrofotrometria

Reagentes:

Água destilada

Sulfato ferroso FeSO4 Ácido ascórbico 1% (m.v-1);

Orto – fenantrolina 0,25% (m.v-1); Acetato de amônio 2,0 mol L-1.

4.2 Método Experimental

(FeSO47H2O)

Preparo da solução estoque padrão – Sulfato ferroso hepatahidratado

Foi preparada a solução estoque de Fe(I) de concentração 1000 mg.L-1. Para isto, foi pesado 0,498 g de sulfato ferroso heptahidratado e logo após foi completado com água destilada para 100 mL em balão volumétrico.

Então, preparou-se uma solução padrão de Fe(I) intermediária de concentração 20 mg.L-1 a partir da solução estoque preparada anteriormente. Para isto, foi utilizado um balão volumétrico de 100 mL.

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 12

Preparo da solução estoque padrão

Vi =2000 Vi = 2 mL
(FeSO47H2O)

Preparo das soluções padrões – Sulfato ferroso hepatahidratado

A partir da solução intermediária, foram preparadas soluções padrão com 0,124 mg.L-1, 0,248 mg.L-1, 0,50 mg.L-1, 1,0 mg.L-1, 1,50 mg.L-1 e 2,0 mg.L-1 de Fe(I). Para isto foram utilizados 6 balões de 25 mL e foi transferido para cada balão, com o auxílio de uma pipeta, os volumes necessários da solução de 20 mg.L-1 Fe(I), para que fossem obtidas as concentrações desejadas.

Em seguida, adicionou-se 1 mL de ácido ascórbico 1% m.v-1, 1 mL de ortofenatrolina 0,25% m.v-1 e 5 mL de acetato de amônio 2 mol.L-1. Os volumes foram completados com água destilada e foi preparado também uma prova em branco [todos os reagentes, exceto Fe(I)]

V1 =3,1 V1 = 0,15 mL P1= 0,124 mg.L-1
V1 =6,2 V2 = 0,31 mL P2 = 0,248 mg.L-1

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 13

V1 =12,5 V3 = 0,625 mL P3 = 0,500 mg.L-1
V1 =25 V4 = 1,25 mL P4 = 1,0 mg.L-1
V1 =37,5 V5 = 1,875 mL P5 = 1,500 mg.L-1
V1 =50 V1 = 2,5 mL P6 = 2,0 mg.L-1

OBS: Na prática foram utilizados somente 5 padrões, por falta de balões volumétricos de 25 mL, sendo q se utilizou os balões de 25 mL pois os balões de 50 mL não eram suficientes para todas as equipes.

Preparo da amostra

A amostra foi preparada em duplicata, bem como um branco em paralelo às amostras. Este branco foi feito seguindo os mesmos passos para a decomposição das amostras, porém sem empregar a amostra.

Inicialmente foi colocado m comprimido de vitamina que contém ferro em um béquer de 100 mL. Então o ferveu suavemente (em uma capela) com 25 mL de solução de HCl 6mol.L-1 por 15 minutos. Logo após, a solução foi filtrada em um béquer. Então o

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 14 béquer foi lavado cuidadosamente para não ultrapassar o volume de 100 mL. O esperou esfriar e o transferiu para um balão volumétrico de 100 mL. O volume do balão foi completado até a marca do menisco, então misturou bem a solução. Em seguida, diluiuse 5,0 mL dessa solução até 10 mL em um novo balão volumétrico.

Leitura das amostras

Ligou-se o equipamento e procedeu ao ajuste do espectrofotômetro para o comprimento de onda onde o complexo Fe(I) - ortofenantrolina pudesse apresentar o maior coeficiente de absorção (510 nm).

Ajustou-se o 0% e 100% de transmitância, empregando a solução da prova em branco. Então, foram feitas as leituras a partir da solução diluída para a mais concentrada e, em seguida, foi feita a leitura da amostra e do branco.

A cubeta foi lavada com a solução que ia ser medida, e suas paredes foram enxugadas com um papel absorvente macio.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

De inicio foram preparadas uma solução estoque, e uma solução intermediária e a partir desta foram preparadas as soluções padrão, pois a solução tem que ficar mais clara para não atrapalhar na absorção, como mostra as figuras.

Figura 04: Solução estoque; Figura 05: Solução intermediária

Relatório de Experimento No 04: Espectrofotometria

Alunos: Fernando Antônio; Rafaela Candido e Tairine Medrado

Disciplina: Tópicos Especiais em Físico – Química. 15

(Parte 1 de 2)

Comentários