Espectrofotometria de Absorção Molecular

Espectrofotometria de Absorção Molecular

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Termos e Significados em análises espectrofotométricas UV-Visível

Radiação e Luz : A luz é uma forma de onda eletromagnética que atravessa o vácuo a uma velocidade de 3 x 1010 cm/seg. Ela é classificada em raios infravermelho (IV), visível (VIS) e ultravioleta (UV), de acordo com o comprimento de onda.

Comprimento de Onda: O comprimento de onda da luz é a distância entre duas cristas de onda, medida em direção à progressão de onda, usualmente expressa pelo símbolo l. A unidade usada no UV e Visível é o nanômetro (nm) equivalente a 10-9 metro.

A luz comum é mistura de radiações de diferentes comprimentos de onda e pode ser dispersa por um monocromador em luz monocromática; cada uma delas com estreita faixa de comprimento de onda.

Cor: A luz visível é uma mistura de cores com vários comprimentos de onda entre 400 a 700 nm, idênticas às cores do arco íris.

Luzes com o comprimento de onda inferior a 400 nm (ultravioleta) ou superior a 700 nm (infravermelho) não podem ser observadas pelo olho humano.

Energia da Luz : A equação abaixo expressa as relações entre a energia (E) da luz e o seu comprimento de onda (l):

ch

E = ——— l onde (c) é a velocidade da luz e (h) a constante de Planck (6.624 x 10-27 erg.s)

Isto mostra que quanto mais curto for o comprimento de anda, maior será a energia de luz.

Portanto, a radiação ultravioleta possui maior energia que a visível e esta maior energia que a infravermelha.

Espectro ultravioleta – visível : Quando a luz incide sobre uma substância, uma parte é absorvida seletivamente pela substância conforme a sua estrutura molecular e atômica.

Todas as substâncias possuem um nível de energia que é uma característica específica das moléculas que a constituem.

Quando uma luz que tem energia igual à diferença entre a energia no estado fundamental (G) e a energia no estado excitado (E1,E2,...) incide sobre a substância, os elétrons no estado fundamental são transferidos para o estado excitado e parte da energia da luz correspondente àquele comprimento de onda é absorvida. Os elétrons excitados perdem energia pelo processo de radiação quente retornando ao estado fundamental inicial.

Um espectro de absorção é obtido quando deixamos diferentes luzes monocromáticas golpearem sucessivamente uma substância e medimos o grau de absorção.

Os comprimentos de onda (nm) são plotados na abscissa e os graus de absorção (transmitância ou absorbância) na ordenada.

Análises colorimétricas: O objetivo da análise qualitativa é identificar uma substância ou encontrar os elementos que a compõem. A análise quantitativa é usada para determinar a quantidade (concentração) de um componente específico da amostra. A análise colorimétrica é uma técnica de determinação quantitativa, que compara a densidade de cor da amostra com a do padrão.

A amostra colorida tem características especiais de absorção e desta forma sua cor complementar é absorvida na região do visível. A quantidade ou concentração de uma substância pode ser determinada pela medição do quantum de cor complementar absorvido. Isto é o princípio das análises colorimétricas.

Se a amostra for incolor e transparente, adicionam-se reagentes que através de reações químicas produzem a cor. As substâncias assim coloridas podem ser medidas pela análise colorimétrica, ou se a amostra tiver características de absorção nas regiões do ultravioleta e infravermelho próximo, usa-se essa absorção em análises quantitativas.

Em sentido amplo essa técnica também é chamada de método colorimétrico. Transmitância e Absorbância:

Figura 1: Lei de Lambert-Beer

A figura 1 mostra uma luz incidente de intensidade (I0) que passa através da substância e transmite uma luz de intensidade (It), resultando na equação:

Onde: a = coeficiente de absorção

C = concentração da substância em absorção l = comprimento do caminho ótico da cubeta

It
Io

A transmissão (T) é expressa por: (2)T = ——— E a porcentagem da transmitância (%T) por:

It (3)%T = ——— x 100 Io

Das equações (1) a (3), obteremos:

T = 10-aCle %T = 10-aCl x 100

Elas mostram que T e %T não são proporcionais à concentração (C).

Para obter a concentração através da transmitância ou da porcentagem de transmitância é necessário fazer incômodos cálculos logarítmicos. Por isso, recorre-se a determinação da absorbância (A), expressa por:

It
Io

Isto significa que a absorbância (A) é proporcional a concentração (C) desde que o coeficiente de absorção (a) seja constante e o comprimento do caminho ótico sempre o mesmo. Portanto, nas análises quantitativas, onde desejamos obter a concentração da substância, é mais conveniente medir a absorbância do que a transmitância.

A figura 2 mostra o aspecto de absorção do permanganato de potássio em solução aquosa com cinco concentrações diferentes, registrados de 470 a 600 nm.

A amostra (1) tem 66mg/L de concentração. As demais (2),(3),(4) e (5) foram diluídas para 4/5 (0.8), 3/5 (0.6), 2/5 (0.4) e 1/5 (0.2) da concentração da primeira amostra, respectivamente.

Absorbância

Figura 2: Espectro de absorção do Permanganato de Potássio

Curva de Calibração: A relação entre a concentração e a absorbância das cinco amostras a 525 nm é dada na figura 3. O resultado desse estudo é uma linha reta que passa pela origem (figura 3), onde também se pode verificar que as absorbâncias são linearmente proporcionais às concentrações. A curva da figura 2 chama-se curva de calibração.

Se a curva de calibração é determinada em um comprimento de onda de fraca absorção, por exemplo a 565 nm, como na figura 3, o gradiente da curva de calibração será pequeno, pois a mudança de absorção contra a concentração será menor que a 525 nm.

Para obter uma alta sensibilidade, é necessário selecionar um comprimento de onda com coeficiente molar máximo.

Absorbância

Figura 3: Curva de calibração para o permanganato de potássio

525 nm 565 nm

Geralmente, as curvas de calibração em altas concentrações são lineares, caso em que são dadas altas absorbâncias. Entretanto, as curvas de calibração apresentam um desvio para baixo, como mostra a figura 4. Esse desvio é provocado pela radiação extraviada (luz espúria), causada por pequenas porções de luz de outros comprimentos de onda, contidas na luz monocromática.

Absorbância

Figura 4 : Curva de Calibração em Gama de Alta Concentração

Exemplo: Uma luz monocromática de comprimento de onda l0 incide em uma amostra. Esta luz contém 0,1% de radiação extraviada. O valor em absorbância dado por essa amostra é de 2.0, o que corresponde a 1%T.

Neste caso, serão transmitidos somente 1% da luz incidente de l0 e toda a radiação extraviada, de maneira que o valor total de transmitância será 1,1%. A absorbância não será de 2.0 mas de 1.959. Isto mostra que 0,1% de luz espúria causará um erro de 2% em uma amostra com 2.0 de absorbância.

Quando as intensidades de luz monocromática e luz espúria, incidentes na amostra, são indicadas como

(I0l0) e (I0S) respectivamente, e a luz monocromática transmitida como (It), a transmitância (T) é dada pela equação:

visto a luz extraviada (I0S) não ser absorvida totalmente pela amostra.

It

Por outro lado, se a concentração da amostra for muito alta, desde que (I0) > (I0S) e (It) > (I0S), a equação (5) é reescrita como:

Essa equação mostra que a luz espúria (I0S) não é negligenciável em gamas de altas concentrações. E quanto maior for a absorbância, maior será o desvio da curva de calibração para baixo.

Análises Quantitativas: Para determinar a concentração de uma amostra desconhecida, deverá ser construída uma curva de calibração idêntica à da figura 3, usando soluções padrão com concentrações conhecidas. Deverá ser selecionado o comprimento de onda que der o máximo de absorção que, no caso da figura 3, é o de 525 nm.

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