Espectrofotometria na região do visível obtenção de um espectro de absorção, preparação de uma curva de calibração e determinação da concentração

Espectrofotometria na região do visível obtenção de um espectro de absorção,...

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UNIVERSIDADE PARANAENSE – UNIPAR

RECONHECIDA PELA PORTARIA – MEC N° 1580, DE 09/11/93 – DOU 10/11/93.

MANTENEDORA ASSOCIAÇÃO PARANAENSE DE ENSINO E CULTURA – APEC

Espectrofotometria na região do visível: obtenção de um espectro de absorção, preparação de uma curva de calibração e determinação da concentração de uma amostra desconhecida.

Curso: Química – 4° Ano.

Disciplina: Análise Instrumental.

Acadêmicas: Regiane da Silva Gomes RA: 33890.

Alaine de Moura Lino RA: 34229.

José Luiz Banhara Júnior RA: 33875.

Professor: José Gaspar Ferrarezi.

Abril – 2007

INTRODUÇÃO

A espectrofotometria é o método de análise óptico mais usado nas investigações biológicas e fisico-químicas. O espectrofotômetro é um instrumento que permite comparar a radiação absorvida ou transmitida por uma solução que contém uma quantidade desconhecida de soluto, e uma quantidade conhecida da mesma substância. Todas as substâncias podem absorver energia radiante, mesmo o vidro que parece completamente transparente absorve comprimentos de ondas que pertencem ao espectro visível. A água absorve fortemente na região do infravermelho. A absorção das radiações ultravioletas, visíveis e infravermelhas dependem das estruturas das moléculas, e é característica para cada substância química. Quando a luz atravessa uma substância, parte da energia é absorvida: a energia radiante não pode produzir nenhum efeito sem ser absorvida. A cor das substâncias se deve a absorção de certos comprimentos de ondas da luz branca que incide sobre elas, deixando transmitir aos nossos olhos apenas aqueles comprimentos de ondas não absorvidos. O instrumento usado na espectroscopia UV/VIS é chamado de espectrofotômetro. Para se obter informação sobre a absorção de uma amostra, ela é inserida no caminho óptico do aparelho. Então, luz UV e/ou visível em certo comprimento de onda (ou uma faixa de comprimentos de ondas) é passada pela amostra. O espectrofotômetro mede o quanto de luz foi absorvida pela amostra. A intensidade da luz antes de passar pela amostra é simbolizada por I0, e a intensidade da luz depois de passar pela amostra é simbolizada por I. A transmitância da amostra é definida pela razão (I / I0), a qual normalmente é expressa em porcentagem de transmitância (%T). A partir dessa informação, a absorbância de ambos é determinada para esse certo comprimento de onda ou como uma função de uma faixa de comprimentos de onda. Os espectrofotômetros mais sofisticados normalmente fazem isso automaticamente. Existem dois tipos de espectrofotômetros: de feixe simples e de feixe duplo.

Os espectrofotômetros são instrumentos de análise que permitem:

  1. Selecionar o comprimento de onda (lâmbda) da radiação adequado à análise de um determinado componente;

  2. Medir a intensidade I do feixe emergente que corresponde a um determinado feixe incidente I0, convertendo o sinal recebido no detector em medida de Absorbância para o comprimento de onda da análise.

  3. Determinar a concentração de uma espécie em solução a partir do gráfico da variação de absorbância (ou transmitância) em função da concentração de várias soluções-padrão.

A precisão dos comprimentos de onda para análise é chamada de bandas de passagem, mais comum na ordem de 10nm. O espectro da análise mais comum é de 360nm a 1000nm para a faixa visível. Apesar de, as amostras poderem ser sólidas (ou mesmo gasosas), elas usualmente são líquidas. Uma cela transparente (ou seja, que não absorve radiação na faixa de comprimentos de onda usada), comumente chamada de cubeta, é preenchida com a amostra líquida e inserida no espectrofotômetro. O caminho óptico L pela a amostra é então a largura da cubeta. Espectrofotômetros mais simples (econômicos) usam cubetas com a forma cilíndrica (tubos de ensaio), porém os mais sofisticados usam cubetas retangulares, geralmente com uma largura de 1 cm. Para espectroscopia apenas no visível, simples cubetas de vidro podem ser usadas, porém a espectroscopia no ultravioleta requer cubetas especiais feitas de um material que (ao contrário do vidro) não absorva luz UV, como o quartzo. Um espectro ultravioleta-visível é essencialmente um gráfico (ou plotagem) da absorbância versus o comprimento de onda na faixa do ultravioleta e/ou visível. Tal espectro pode facilmente ser produzido pelos espectrofotômetros mais sofisticados. O comprimento de onda é freqüentemente representado pelo símbolo λ. Da mesma forma, para uma dada substância, um gráfico épsilon; vs. λ pode ser feito ou usado se um já está disponível. Para uma dada substância, o comprimento de onda no qual ocorre o máximo de absorção é chamado de λmax (lâmbda máximo).

OBJETIVOS

Preparação de uma curva de calibração e determinação da concentração de uma amostra desconhecida.

MATERIAIS UTILIZADOS

- Balões volumétricos de 25mL;

- Béquer de 50mL;

- Pipeta graduada de 5mL;

- Conta-gotas;

- Água destilada (solvente branco);

- Solução padrão de KMnO4 a 0,002 mol/L;

- Cubetas;

- Espectrofotômetro.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Etapa 1: Primeiramente, pepitou-se 2,5 mL da solução padrão de KMnO4 à 0,002mol/L para um balão volumétrico de 25mL. Completou-se o volume do balão com água destilada, e posteriormente, agitou-se a solução para homogeneizar a mistura. Como a água foi o solvente da solução, utilizada como o branco, colocou-se a mesma em uma cubeta, cuidadosamente, para não danificar a cubeta, e interferir na leitura. No aparelho utilizado, contém 3 compartimentos para o cômodo das cubetas. Em um compartimento, colocou-se a cubeta contendo o branco (água destilada), e em outro compartimento colocou-se a cubeta contendo a solução de KMnO4 diluída. Calibrou-se com o branco o espectrofotômetro, eliminando a diferença de absorbância do branco, promovendo então a leitura real de absorbância da solução. Feito a calibração, configurou-se o aparelho em um comprimento de onda (λ) de 450nm, e com o auxílio de uma alavanca fixa no aparelho, pode-se movimentar as cubetas do compartimento 01(branco) e o compartimento 02(solução de KMnO4) para o feixe de luz, verificando-se a absorbância neste comprimento. Calibrou-se novamente o aparelho, utilizando-se a alavanca para movimentar o compartimento 01(onde se encontra a cubeta com o branco), alinhando-se esta ao feixe de luz, para zerar a diferença de absorbância do solvente. Programou-se o aparelho para detectar a absorbância no comprimento de onda (λ) de 460nm. Com auxílio da alavanca, colocou-se a solução diluída alinhada ao feixe de luz, para medir a absorbância dessa região. O procedimento calibração, aferimento e coleta de dados, foram realizados a cada 10 nm, de 450nm a 600nm.

Etapa 2: Foram utilizados 5 balões volumétricos de 25mL, numerados de 1 a 5. No balão n.º 1, pipetou-se 1,5mL de KMnO4 e transferiu-se para um balão, e completou-se o volume, com o auxílio de um conta-gotas, até ao menisco com água destilada. Em seguida, pipetou-se 2,0mL de KMnO4, e transferiu-se para o balão n.º 2, e completou-se seu volume com água destilada. No balão n.º 3, foram adicionados 2,5mL de KMnO4 e completou-se seu volume com água destilada. No balão n.º 4, adicionou-se 3,0mL de KMnO4 e completou-se seu volume com água destilada. E finalmente no balão n.º 5, adicionou-se 3,5mL de uma amostra de KMnO4 e completou-se seu volume com água destilada. Em seguida, analisaram-se as amostras dos 5 balões no espectrofotômetro. Como a água foi o solvente da solução, utilizada como o branco, colocou-se a mesma em uma cubeta, cuidadosamente, para não danificá-la, afim de não comprometer a leitura. No aparelho utilizado, havia apenas um compartimento para a leitura rente ao feixe de luz, onde foi colocada a cubeta com o branco (água destilada), para a calibração, eliminando-se a diferença de absorbância do branco e promovendo então a leitura real de absorbância da solução. Feito a calibração, configurou-se o aparelho em um comprimento de onda (λmáx.) de 520nm (lâmbda máxima encontrada na análise da Etapa 1 – ver Fig. 01). Retirou-se a cubeta com o branco do aparelho, e em uma outra cubeta, adicionou-se uma quantidade da solução contida no balão n.º 1, e colocou-a no aparelho para medir sua absorbância. Anotou-se o valor obtido, e retirou-se a cubeta do aparelho. Calibrou-se o aparelho novamente, colocando-se a cubeta do branco no aparelho, zerando a diferença de absorbância, para analisar a próxima amostra. Posteriormente, preparou-se outra cubeta com a amostra da solução contida no balão n.º 2 e colocou-a no aparelho, obtendo-se assim o valor de absorbância da mistura. O procedimento calibração, aferimento e coleta de dados, foram realizados em todos os balões. Feito isso, mediu-se também a absorbância da amostra problema, e anotou-se o resultado.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com os dados coletados na etapa 01, pode-se construir uma tabela demonstrativa (Tab. 1) dos dados referentes à absorbância da solução de KMnO4.

Tab. 1 - Leitura da absorbância da solução de KMnO4.

Comp. de onda ( λ ) nm

Absorbância

450

0,012

460

0,013

470

0,014

480

0,016

490

0,021

500

0,027

510

0,031

520

0,036

530

0,035

540

0,034

550

0,028

560

0,019

570

0,016

580

0,011

590

0,007

600

0,006

A tabela acima permite observar os valores de absorção da solução de KMnO4 em um intervalo de 10 nm, cobrindo a faixa de 450 a 600nm. Analisando os valores de absorção obtidos, foi possível identificar comprimento de onda máximo (λmáx.), esboçado graficamente (Fig. 1) para melhor visualização:

Fig. 1- Varredura da Absorção de KMnO4 a 0,002 Mol/L.

No gráfico acima esboçado, é possível observar o valor comprimento de onda máximo (λmáx.) encontrado foi de 520 nm, para uma absorbância de 0,036.

Na etapa 2, foram analisadas as soluções dos cinco balões (de concentrações distintas), a fim de verificar seus respectivos valores de absorbância, no comprimento de onda de 520 nm (λmáx.),como se observa na tabela abaixo:

Tab.2 – Leitura da absorbância x λ máximo.

Balão

  Comp. de onda ( λ ) nm

Absorbância

1

520

0,026

2

520

0,031

3

520

0,037

4

520

0,043

5

520

0,050

* Amostra Problema

520

0,046

O valor do comprimento de onda máximo (λmáx.) 520 nm utilizado na tabela acima para medir a absorbância das cinco soluções, foi encontrado na etapa 1. Na etapa 2, foi medida também a absorbância de uma amostra problema (*), de concentração desconhecida. Posteriormente, pode-se calcular as concentrações finais dos cinco balões analisados:

Balão 1:

1,5 ml solução KMnO4 0,002 mol/L

C1. V1= C2 . V2

0,002 . 1,5 = C2 . 25

C2 = 1,2x10-4 mol/L

Balão 2:

2,0ml solução KMnO4 0,002 mol/L

C1. V1= C2 . V2

0,002 . 2,0 = C2 . 25

C2 = 1,6x10-4 mol/L

Balão 3:

2,5ml solução KMnO4 0,002 mol/L

C1. V1= C2 . V2

0,002 . 2,5 = C2 . 25

C2 = 2,0x10-4 mol/L

Balão 4:

3,0ml solução KMnO4 0,002 mol/L

C1. V1= C2 . V2

0,002 . 3,0 = C2 . 25

C2 = 2,4x10-4 mol/L

Balão 5:

3,5ml solução KMnO4 0,002 mol/L

C1. V1= C2 . V2

0,002 . 3,5 = C2 . 25

C2 = 2,8x10-4 mol/L

Depois de encontrados os valores das concentrações finais das soluções dos cinco balões analisados, pôde-se montar a seguinte tabela demonstrativa:

Tab.3 – Tabela demonstrativa de dados.

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