Introdução às Técnicas Espectroscópicas - AQI

Técnicas Espectroscópicas - Análise Química instrumental

1. Introdução às Técnicas Espectroscópicas Análise Química Instrumental

2. Introdução às Técnicas Espectroscópicas Espectroscopia : é um termo geral para a ciência que estuda a interação a interação da luz, ou seja, da radiação eletromagnética com a matéria (Átomos e moléculas do analito). Espectrometria : . Espectrometria e os métodos espectrométricos referem-se às medidas das intensidades das radiações usando transdutores fotoelétricos ou outros tipos de dispositivos eletrônicos e é uma das técnicas analíticas mais utilizadas por apresentar custos relativamente baixos, boa sensibilidade e grande número de aplicações nos mais diversos laboratórios químicos e clínicos. Existem diversos métodos espectroscópicos, tais como: Espectroscopia Raman, Espectroscopia no ultravioleta-visível, Espectroscopia raio X, Espectroscopia emissão, Espectroscopia absorção atômica, Espectroscopia infravermelho, Espectroscopia absorção molecular, Espectroscopia ressonância magnética nuclear e magnética eletrônica.

3. Introdução às Técnicas Espectroscópicas A luz pode se comportar como partícula, como se fosse um conjunto de fótons, ou como radiação eletromagnética, que pode ser representada como uma onda com característica senoidais como na imagem abaixo.

4. Introdução às Técnicas Espectroscópicas A análise de espectroscopia de absorção molecular por UV-Vis está associada a transições eletrônicas que ocorrem pela interação da radiação eletromagnética com o meio absorvente, onde um elétron é promovido do estado de baixa energia para outro de maior energia. A radiação UV-Vis fornece energia necessária para que os elétrons da camada mais externa, ou os elétrons de ligação, sofram a transição eletrônica.

5. Introdução às Técnicas Espectroscópicas As moléculas orgânicas podem sofrer absorção de radiação na faixa de comprimento de onda entre 180 e 780 nm, através das interações resultantes entre fótons e elétrons que estão diretamente ligados à formação de uma reação química ou por estarem localizados sobre átomos como oxigênio, enxofre, nitrogênio e os halogênios. A absorção de um determinado comprimento de onda está relacionada à força de ligação entre os elétrons de uma molécula orgânica. As ligações simples (ou orbitais σ), carbono-carbono ou carbono-hidrogênio, possuem elétrons fortemente presos que necessitam de energia no comprimento de onda do UV no vácuo de 180 nm. As amostras devem ser analisadas em espectrofotômetros sob vácuo com óptica de fluoreto de lítio, porque o quartzo e os componentes atmosféricos absorvem nessa região.

6. Introdução às Técnicas Espectroscópicas As ligações duplas ou triplas (ou orbitais σ e π) nas moléculas orgânicas possuem elétrons que não estão fortemente presos, sofrendo a excitação eletrônica mais facilmente pela radiação. Esses grupos orgânicos que absorvem na região do UV-Vis são denominados de cromóforos .

7. Introdução às Técnicas Espectroscópicas A absorção da radiação UV-Vis depende, em primeiro lugar, do número e do arranjo dos elétrons nas moléculas ou íons absorventes. Como consequência, o pico de absorção pode ser correlacionado com o tipo de ligação que existe na espécie que está sendo estudada. A quantidade de energia absorvida, quando um feixe de radiação monocromática atravessa o meio absorvente, depende da concentração da solução (c), da absortividade molar (e) e do caminho óptico (b). Conforme a luz caminha através da difração ocorrem a passagem pelo feixe incidente, onde parte é absorvida e parte é transmitida, bem como a interação entre perdas com a interface e a dispersão. No final, ocorre a leitura da absorbância pelo equipamento. A sensibilidade do método está entre 10-4 a 10-5 mol l-1 e nos espectrofotômetros atuais pode alcançar 10-6 a 10-7 mol l-1.

8. Introdução às Técnicas Espectroscópicas O desenvolvimento dessa técnica tem sido muito aplicado nos últimos anos para determinar a quantidade das concentrações de substâncias. A técnica é aplicada na química para compostos orgânicos e inorgânicos e na biologia. A medida da quantidade de energia absorvida é calculada a partir da potência radiante transmitida, conforme a equação: T = P / P0 ou %T = P/P0 .100 Onde: T = transmitância P = potência da radiação transmitida P0 = potência da radiação incidente

9. Introdução às Técnicas Espectroscópicas A Lei de Beer expressa a quantidade de energia absorvida que depende da concentração da espécie, do comprimento do caminho óptico que é atravessado pela luz e das características da espécie para que absorva essa luz, conforme as Equações: A = -log T = -log P/P0 T= P/ P0 = 10-e. b.c , logo A= -log T = ε.b.c Onde: A = Absorbância ε = absortividade molar b = caminho óptico c = unidade de concentração

10. Introdução às Técnicas Espectroscópicas A obtenção de valores exatos dessa grandeza se dá pela linearidade entre a concentração e a absorbância. Esses desvios ocorrem para soluções com concentração superior a 0,01 M e resultam na variação do coeficiente de absorção molar, provocada pelas interações das nuvens eletrônicas. Uma outra causa de desvios à Lei de Beer é a variação do coeficiente de absorção molar com o índice de refração do meio que, por sua vez, depende da concentração de espécie absorvente. Os desvios à Lei de Beer , provocados por essa dependência, não são perceptíveis para concentrações inferiores a 0,01 M.

11. Introdução às Técnicas Espectroscópicas A absorção de radiação UV-Vis por espécie absorvente conduz à absorção de um elétron, que se encontra num nível de energia baixo ou no estado fundamental para um nível maior de energia, medindo a cor dos grupos cromóforos formando os espectros e determinando a concentração dos íons presentes nas substâncias.

12. Espectrometria UV-VIS

13. Introdução à Espectrometria UV-VIS A espectrofotometria ultravioleta e visível é um dos métodos analíticos mais usados nas determinações analíticas em diversas áreas e pode ser aplicada tanto para determinação de compostos inorgânicos como para compostos orgânicos. A absorção da radiação visível e ultravioleta depende, em primeiro lugar, do número e do arranjo dos elétrons nas moléculas ou íons absorventes. Como consequência, o pico de absorção pode ser correlacionado com o tipo de ligação que existe na espécie que está sendo estudada. É uma ferramenta valiosa para a identificação de grupos funcionais na molécula. Extremamente útil para a determinação quantitativa de compostos contendo grupos absorventes ou cromóforos

14. Grupos Cromóforos As substâncias absorverem radiação por causa dos Grupos Cromóforos Cromóforos são os grupos funcionais com absorção característica na região do ultravioleta ou do visível Ex : Carboxila ( : Carboxila (- COOH): 200 – 210 nm Aspartame

15. Fotometria de Chama

16. Fotometria de Chama Os métodos espectroscópicos baseiam-se na interação da luz, ou seja, da radiação eletromagnética com a matéria (Átomos e moléculas do analito). Também conhecidos como métodos

17. MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

18. MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

19. MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS Obtenção da resposta do equipamento para cada solução Espectroscopia absorção atômica Espectroscopia infravermelho Espectroscopia absorção molecular Espectroscopia ressonância magnética nuclear Espectroscopia ressonância magnética eletrônica.

20. Métodos Quantitativos Instrumentais A curva calibração mostra a resposta de um método analítico para quantidades conhecidas de analito

21. Construindo uma curva de calibração Curva calibração mostra a resposta de um método analítico para quantidade conhecidas de analito

22. Construindo uma curva de calibração Obtenção da resposta do equipamento para cada solução Equação da Reta:

23. Vídeos de apoio: Espectroscopia UV-VIS Fotometria de Chama Espectroscopia absorção atômica: https://youtu.be/PKJYXWAgSPM Espectroscopia infravermelho

24. Construindo uma curva de calibração no Excel