QUI 070 Química Analítica V Análise Instrumental - ufjf.br ?· Aplicações da Espectroscopia UV-VIS…

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    05-Jun-2018

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  • Aula 4 Espectrometria Molecular UV-VIS

    Julio C. J. Silva

    Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Cincias Exatas

    Depto. de Qumica

    Juiz de For a, 2013

    QUI 070 Qumica Analtica V Anlise Instrumental

  • Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

  • Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

  • Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

  • Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

    Busca do diagnstico na tentativa de evitar a contaminao

    O episdio do isolamento do HIV-1 no Brasil e na Amrica Latina, que culmina com a publicao do

    artigo que descreve o trabalho na revista Memrias do Instituto Oswaldo Cruz em 1987, tem incio

    dois anos antes, de forma bastante pitoresca. Em 1985, o casal de pesquisadores Hlio e Marguerite

    Pereira ela, chefe do Laboratrio de Sade Pblica de Londres; ele, renomado virologista brasileiro

    naturalizado ingls forneceu a Bernardo Galvo duas garrafinhas que abrigavam clulas humanas

    infectadas pelo vrus da Aids. O material, cedido a Peggy como Marguerite era conhecida pelo

    pesquisador norte-americano Robert Gallo, envolvido no isolamento do HIV-1 nos Estados Unidos,

    serviu de base para os estudos que levaram ao isolamento do vrus da Aids na Amrica Latina.

    Com o material em mos, o primeiro passo dos pesquisadores do IOC foi trabalhar para implantar as

    tcnicas necessrias para a identificao sorolgica da infeco causada pelo HIV-1, dando incio ao

    processo de desenvolvimento do primeiro kit diagnstico brasileiro, realizado por

    imunofluorescncia tcnica que sinaliza, por iluminao ultravioleta, a presena de antgenos

    ligados a anticorpos especficos. Quando recebemos as amostras de vrus cedidas por Robert

    Gallo, o HIV-1 j havia sido isolado na Frana e nos Estados Unidos. O mais urgente, para ns, era

    desenvolver um mtodo de diagnstico que permitisse a confirmao da doena em casos suspeitos,

    Galvo ressalta.

  • Espectrometria de Absoro Molecular no Ultravioleta/Visvel

    Regio do espectro 160 780 nm

    Medidas de absoro da radiao UV-Vis ampla aplicao na quantificao de espcies inorgnicas e orgnicas

    Espectrometria UV-Vis Transmitncia (T), Absorvncia (A), Clulas transparentes, Caminho tico (b)

    Concentrao (c) relao linear com A

  • Transmitncia

    Po P

    b

    c

    Quando um feixe de radiao monocromtica atravessa uma soluo contendo uma espcie absorvente, uma parte dessa energia absorvida, enquanto a outra transmitida Transmitncia atenuao sofrida pelo feixe de radiao incidente Absorvncia depende do nmero de centros absorventes (concentrao)

    absorbncia:

    transmitncia: 100 x %T ou

    o o P

    P

    P

    P T = =

    log log log P

    P

    P

    P T A o

    o

    = - = - =

  • feixe incidente, Po

    feixe emergente, P

    reflexo espalhamento

    Medidas de Transmitncia e Absorbncia

    P P

    P

    P A o

    solu

    solvente log log o

    =

    0 %T: realizado na ausncia de radiao, compensar a corrente de escuro

    100 %T: compensar absorbncia do solvente

  • Distribuio Espectral

    Transmitncia ou Absorvncia versus

  • Lei de Lambert-Beer A quantidade de radiao monocromtica absorvida por uma

    amostra descrita pela lei de Beer-Bernard-Bouguer-Lambert

    Bouguer e Lambert quando a energia absorvida a energia transmitida decresce exponencialmente com o caminho tico.

    T = P/Po = 10-kb

    LogT = logP/Po = -kb

    Beer e Bernard lei similar para a dependncia da T com a concentrao

    T = P/Po = 10-kc

    LogT = logP/Po = -kc

  • Lei de Lambert-Beer Combinando as duas equaes:

    T = P/Po = 10-abc

    LogT = logP/Po = -abc

    Como a A = -logT, temos:

    A = -LogT

    A = - LogT = logP/Po = abc

    A concentrao diretamente proporcional a concentrao

    A constante a chama de absortividade e dependente do e da natureza do material absorvente

    a = coeficiente de absortividade (L g-1 cm-1)

    = coeficiente de absortividade molar (L mol-1 cm-1)

  • Lei de Lambert-Beer

    Representao grfica da Lei de Beer, para solues de KMnO4 em l = 545 nm e um caminho ptico de 1 cm.

    a) Em %Transmitncia %T versus c b) Em Absorbncia A versus c

  • Desvios reais: Lei de Beer obedecida para solues diludas (C 0,01 mol L-1) conc. maiores ocorre interao entre as espcies absorventes: - espcies muito prximas - alterao na distribuio de cargas - alterao na capacidade de absoro Solues diludas, com alta concentrao de eletrlito inerte: - interaes eletrostticas - alterao no coeficiente de absortividade molar Coeficiente de absortividade molar varia com o ndice de refrao da soluo (solues coloridas)

    Limitaes da Lei de Beer

  • Desvios aparentes: Causa fsica relacionados as limitaes dos instrumentos:

    - Faixa espectral isolada (radiao policromtica) - Radiao estranha (espria) - Instabilidade da fonte - Resposta no linear do detector

    Causa qumica -Associaes e dissociaes moleculares - Deslocamento de equilbrios (ex. Cr2O7 e CrO4)

    Limitaes da Lei de Beer

  • desvio qumico: ocorre devido dissociao, reaes com solvente

    Desvio da Lei de Beer para soluo no-tamponada de um indicador HIn

    HIn H+ + In-

    cor 1 cor 2

  • ponto no qual duas espcies em equilbrio qumico possuem o mesmo coeficiente de absortividade molar

    Ponto isosbstico do azul de bromotimol (501 nm):

    (A) pH 5,45 (B) pH 6,95 (C) pH 7,50 (D) pH11,60

    Ponto Isosbstico

  • radiao espria geralmente tem comprimento de onda muito

    diferente do selecionado no , portanto, absorvida pela soluo

    desvio instrumental: efeito da radiao espria

  • Efeito da largura da fenda

    fendas mais estreitas: - melhor resoluo - menor potncia de radiao

    vidro de didmio

  • Display

    Ajuste de Zero

    Ajuste de 100 %

    Seleo de

    Compartimento da cubeta

    Instrumentos

  • Fonte de Radiao Espelho colimador

    Rede de difrao Detector

    Cela de amostra

    Instrumentos

  • Tipos de Instrumentos

    Figura Diagrama de blocos de um espectrofotmetro

  • Todos os espectrofotmetros envolvem alguns componentes bsicos

    Uma fonte de energia radiante

    Um dispositivo para isolar o de interesse (monocromador)

    Um mdulo de recipiente para a amostra

    Um detector que converte a energia radiante em sinal eltrico

    Um dispositivo para medir a grandeza do sinal eltrico

  • Fonte de Energia radiante

    Deve gerar radiao contnua, estvel na regio do espectro e alta intensidade

    Lmpada com filamento de tungstnio 350 a 750 nm (visvel)

    Lmpada de tungstnio-iodo (visvel)

    Lmpada de descarga de hidrognio (U.V.) 185 a 375 nm

    Emissor de Nernst e oglobar (I.V.)

  • Fonte de Energia radiante

  • Monocromadores Um monocromador consiste de:

    Lentes e espelhos focalizar a radiao

    Fendas de entrada e sada restringir radiaes desnecessrios

    Elementos de resoluo separar o comprimento de onda de interesse (filtros, prismas, redes de difrao)

    Figura - Diagrama de um monocromador

  • Recipientes para a amostra

    Cubetas ou celas cilindricas devem apresentar caractersticas de transparncia, forma e tamanho apropriado

    - Plstico: regio visvel

    Vidro borossilicato: 380 2000 nm

    Quartzo ou slica fundida: regio UV

  • Detectores

    Detector ideal:

    Alta sensibilidade

    Alta razo sinal/rudo

    Resposta constante para ampla faixa de

    Resposta rpida

    Sinal 0 na ausncia de radiao (dark current)

  • Detectores Clulas fotovolticas

    Clulas fotoeltricas

    Tubos fotomultiplicadores:

    Registradores Galvanmetros, Multmetro, Microampermetro ou

    Registrador

  • fotmetros: filtro (ou fonte radiao monocromtica)

    espectrofotmetros: monocromador (manual ou automtico)

    feixe simples: amostra e referncia so alternadas

    feixe duplo: compensa variaes da fonte e detector

    - mais complexo

    multicanal (com arranjo de diodos):

    - monocromador fixo

    - deteco simultnea

    - eletronicamente mais complexo

    - radiao policromtica incida na amostra

    (mnima fotodecomposio - medida rpida)

    Tipos de Instrumentos

  • Espectrofotmetros Monocanais feixe simples

  • Espectrofotmetros Monocanais (duplo feixe)

  • Espectrofotmetros Multicanais (arranjo de fotodiodos)

    amostra

    fonte

    fenda

    arranjo de fotodiodos

    rede cncava

  • Aplicaes da Espectroscopia UV-VIS

    poucas aplicaes em anlises qualitativas

    importante em anlises quantitativas

    - compostos orgnicos e inorgnicos

    - limite de deteco 10-4 - 10-5 mol L-1

    - seletividade moderada a alta

    - boas exatido e preciso (1 - 3 %)

    Determinao da Concentrao:

    curva analtica: Absorbncia x concentrao

    mtodo da adio de padro

    titulao espectrofotomtrica

  • minimizar/eliminar o efeito de matriz

    adio de quantidades crescentes de padro sobre a amostra

    NO melhora o