1

ESPECTROFOTOMETRIAESPECTROFOTOMETRIA

PROF. FERNANDO B. EGREJA FILHOPROF. FERNANDO B. EGREJA FILHODQ DQ –– ICExICEx –– UFMG UFMG

QUI 221 QUI 221 –– ANANÁÁLISE LISE INSTRUMENTAL AINSTRUMENTAL A

NATUREZA DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

λυ

hchE ==

frequência

sJh

energiaE

=

⋅=

=

−

υ

.10626,634

RMNRMN

Imagens de RMNImagens de RMN

- Geralmente de 1H (H2O)- Alta resolução s/ radiação- Teor de água de células sadias ≠≠≠≠ cancerosas

Imagens de RMNImagens de RMN

Imagens 3Dalta definição

Estudar o Pensamento?

2

IV IV -- ModosModos de de VibraVibraççãoão

Uma molecula nãolinear com n átomospossui 3n - 6 modos

vibracionaisfundamentais.

OHC-H alifático

C-H alifático

C=O

DETERMI�AÇÃO ESTRUTURAL(GRUPOS FU�CIO�AIS)

IMAGENS COM CÂMERAS IV

(Artísticas)

F 16

(Bélicas)

Medição de temperaturas Uso medicinal

Tumores Cerebrais Circulação Sanguínea

3

infiltração

Imagem em infravermelho mostra as florestas de Carajás em vermelho e a área de mineração em azul.

Outras Utilidades ComposiComposiçção Quão Quíímica mica Fora da TerraFora da Terra

Opportunity

Esferas de Jarosita água

ESPECTROSCOPIA MÖSSBAUER LUZ VISLUZ VISÍÍVELVEL

Sensibilidade Sensibilidade do olho humanodo olho humano

Comprimento de onda

Visão diurnaVisão diurna

((FotFotóópicapica))

Visão noturnaVisão noturna

((EscotEscotóópicapica))

AbsorAbsorçção Molecular no UV/Visão Molecular no UV/Vis

COLORIMETRIACOLORIMETRIA

Um objeto tem a cor Um objeto tem a cor correspondente aos correspondente aos comprimentos de onda comprimentos de onda que ele reflete, mas...que ele reflete, mas...

Depende de quem vê!!!Depende de quem vê!!!

AbsorAbsorçção Molecular no UV/Visão Molecular no UV/Vis

4

Disco de Newton ESPECTRO SOLARESPECTRO SOLAR

ESPECTRO SOLARESPECTRO SOLAR

Distribuição de radiação emitida por um corpo negro

TEMPERATURA ESTELARTEMPERATURA ESTELAR

Diagrama Hertzsprung-Russell (H-R)

Efeito Doppler no somEfeito Doppler na luz

EXPANSÃO DO UNIVERSOEXPANSÃO DO UNIVERSO

5

E0

E1

ABSORÇÃO ATÔMICA

ET = Ee

Energia

E3

E4

250 300 350 400 450 500 550

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Absorvância

λ (nm)

275,3

341,8

396,1

474,95

ABSORÇÃO ATÔMICA

E0

E1

v0

v1

v2

v3

v0

v1

v2

v3

r1r2r3

r4

r5

ABSORÇÃO MOLECULAR

ET = Er + Ev + Ee

Energia

350 400 450 500 550 600 650 700 750

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Absorvância

λ (nm)

λmax

ESPECTRO DE ABSORÇÃO

OH

O H

OOH

OH

OH

OOH

O

FENOLFTALEÍNA

200 300 400 500 600 700 800

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

Absorbância

Comprimento de Onda (nm)

RADIARADIAÇÇÃO UVÃO UV

6

EFEITOS DA RADIAEFEITOS DA RADIAÇÇÃO UVÃO UV

FotoenvelhecimentoFotoenvelhecimentoUVAUVA

QueimaduraQueimaduraUVBUVB

Câncer de PeleCâncer de Pele

E0

E1

E2

Energia

Eletrônica~100 kJ/molUV - VIS

Vibracional~1 kJ/mol

IV

Rotacional~0,01 kJ/molRMN, EPR

ABSORABSORÇÇÃO DE LUZÃO DE LUZ

MICROONDASMICROONDASMICROONDASMICROONDASMICROONDASMICROONDASMICROONDASMICROONDASenergia rotacionalenergia rotacionalenergia rotacionalenergia rotacionalenergia rotacionalenergia rotacionalenergia rotacionalenergia rotacional

LEI DE LAMBERTLEI DE LAMBERT--BEERBEER

b b

A ~ bA ~ b

Cu(II) - EDTA

Fe(Fen)32+

A ~ cA ~ c

b b

COLORCOLORÍÍMETRO DE DUBOSQMETRO DE DUBOSQ

7

0 2 4 6 8 100,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Transm

itância

Concentração

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Absorvância

Concentração

100%00

×=∴=I

IT

I

IT

I

ITA 0loglog =−=

TA %log2 −=

abcA = (g/L)

bcA ε= (mol/L)

LEI DE LAMBERTLEI DE LAMBERT--BEERBEER

0,0 2,5 5,0 7,5 10,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Fe(SCN)6

3-

A480 nm

CFe (mg/L)

350 400 450 500 550 600 650 700 7500.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5 ppm 4 ppm 3 ppm 2 ppm 1 ppm 0,5 ppm 0,1 ppm

Absorvância

λ (nm)

Como se dComo se dáá a absora absorçção de luz?ão de luz?

• Transição σ σ*: UV do vácuo (< 185 nm);

Ex.: metano (λmax = 125 nm)

• Transição n σ*: 150 - 250 nm, ε de 100 – 3000

• Transição π π*: 200 - 700 nm, ε de 1000 – 10.000

• Complexos de transferência de carga ε> 10.000

Ex.: Fe(SCN)n(3-n)+; Fe(fen)3

2+; I3-

Cor Observada λλλλ (nm) Cor Complementar

Ultravioleta < 400

Violeta 400 - 435 Verde amarelado

Azul 435 - 480 Amarelo

Azul esverdeado 480 - 490 Alaranjado

Verde azulado 490 - 500 Vermelho

Verde 500 - 560 Púrpura

Verde amarelado 560 - 580 Violeta

Amarelo 580 - 595 Azul

Alaranjado 595 - 610 Azul esverdeado

Vermelho 610 - 750 Verde azulado

COLORIMETRIACOLORIMETRIA EQUIPAMENTOEQUIPAMENTO

8

ULTRAVIOLETAULTRAVIOLETA

Lâmpada de DLâmpada de D22

Lâmpada deLâmpada deVapor de HgVapor de Hg

FONTES DE LUZFONTES DE LUZ

VISVISÍÍVELVEL

Lâmpada de TungstênioLâmpada de Tungstênio

Lâmpada de Halogênio Lâmpada de Halogênio

LedsLeds coloridoscoloridos

SELESELEÇÇÃO DO COMPRIMENTOÃO DO COMPRIMENTODE ONDADE ONDA

MONOCROMADORES (MONOCROMADORES (λλλλλλλλs bem estreitos)s bem estreitos)

FILTROS DE INTERFERÊNCIA (FILTROS DE INTERFERÊNCIA (λλλλλλλλs mais estreitos)s mais estreitos)

FILTROSFILTROS CCOOLLOORRIIDDOOS S Faixas largas de Faixas largas de λλλλλλλλ

PRISMASPRISMAS

REDES DE DIFRAREDES DE DIFRAÇÇÃOÃO

AbsorAbsorçção Molecular no UV/Visão Molecular no UV/Vis

Filtros Filtros ÓÓpticos de Absorpticos de Absorççãoão

PRISMASPRISMAS

9

REDE DE DIFRAREDE DE DIFRAÇÇÃOÃO

VIDRO OU QUARTZO COM VIDRO OU QUARTZO COM RANHURASRANHURAS

REDES OU GRADES REDES OU GRADES HOLOGRHOLOGRÁÁFICAS (LASER)FICAS (LASER)

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

10

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

A B

d

1

2

3

C D

Normalárede

1 2 3

iiii

rrrr

RedeRede EchelletteEchellette

Diferença de caminho entre 1 e 2 = BDCB +

( )BDCBn +=λ

p/ Interferência construtiva:

(1)

senidCB ⋅=

senrdBD ⋅=

Como:

(2)

(3)

Substituindo-se 2 e 3 em 1:

( )senrsenidn +=λ

Exemplo: Uma rede echellette de 1450 linhas/mm é irradiada com

feixe policromático incidindo a 48º em relação à normal. Calcule os

λs que podem aparecer nos ângulos de reflexão +20, +10 e 0 graus.

linha

nm

mm

nm

linhas

mmd 7,68910

1450

1 6 =×=

Para r = 20 graus:

( ) nmn

sensenn

4,7482048

7,689=+=λ

1712565130

21131663210

24937474820

n = 3n = 2n = 1r (graus)

λλλλ (nm), para

Rede Rede EchelleEchelle

βλ dsenn 2=

d

r

11

CUBETAS (AMOSTRA)CUBETAS (AMOSTRA)

PLPLÁÁSTICOSTICO

VIDROVIDRO

QUARTZOQUARTZO

SSÍÍLICA FUNDIDALICA FUNDIDA

VISVISÍÍVELVEL

UV/VISUV/VIS

TUBO FOTOMULTIPLICADORTUBO FOTOMULTIPLICADOR

DETECTORESDETECTORES

CCÉÉLULA FOTOVOLTLULA FOTOVOLTÁÁICAICA

FOTOTUBOFOTOTUBO

ILUMINAÇÃO

TUBO FOTOMULTIPLICADORTUBO FOTOMULTIPLICADOR DESVIOS DA LEI DE BEERDESVIOS DA LEI DE BEER

DESVIOS REAISDESVIOS REAIS

DESVIOS APARENTESDESVIOS APARENTES

InteraInteraçção entre centros absorventesão entre centros absorventes

VariaVariaçção do ão do ííndice de refrandice de refraçção ão

InstrumentaisInstrumentais

QuQuíímicosmicos

Medidas fora de platôsMedidas fora de platôs

(diferentes valores de (diferentes valores de εεεεεεεε))))))))

DESVIOS DA LEI DE BEERDESVIOS DA LEI DE BEER AJUSTES INICIAISAJUSTES INICIAIS

ZERAR TRANSMITÂNCIA ZERAR TRANSMITÂNCIA –– CORRENTECORRENTEESCURAESCURA

ZERAR ABSORVÂNCIA ZERAR ABSORVÂNCIA –– II00

BRANCOBRANCO

12

Feixe Incidente(I0)

Feixe Transmitido(I)

Perdas com reflexonas interfaces

Perdas com reflexonas interfaces

Espalhamento na solução

PERDAS DO FEIXE INCIDENTEPERDAS DO FEIXE INCIDENTE

EQUIPAMENTOSEQUIPAMENTOS

FOTOCOLORFOTOCOLORÍÍMETROS METROS (FILTROS (FILTROS -- VIS)VIS)

ESPECTROFOTÔMETROS ESPECTROFOTÔMETROS (MONOCROMADORES UV/VIS)(MONOCROMADORES UV/VIS)

F. SIMPLESF. SIMPLES

F. DUPLOF. DUPLO

ARRANJOARRANJODE DIODOSDE DIODOS

ESPECTROFOTÔMETROESPECTROFOTÔMETRODE FEIXE SIMPLESDE FEIXE SIMPLES

LEVANTAMENTO MANUAL DE ESPECTRODE ABSORÇÃO

MAIORES PROBLEMAS COM FLUTUAÇÃODA FONTE

Spectronic 20 Bausch and Lomb

ESPECTROFOTÔMETROESPECTROFOTÔMETRODE FEIXE DUPLODE FEIXE DUPLO

13

DETECTOR DE DETECTOR DE ARRANJO DE DIODOSARRANJO DE DIODOS

trajeto óptico espelho

fibrasópticas

fonte de luz detector

filtro deinterferência

Uso de fibras ópticas

0 20 40 60 80 100Transmitância (%)

10

8

6

4

2

∆∆ ∆∆c/c

Aótima = 0,4343Tótima = 36,8%

ERRO ESPECTROFOTOMERRO ESPECTROFOTOMÉÉTRICOTRICO

TT

T

c

c

log

4343,0 ∆=

∆

0 1 2 3

0

10

20

30

40

50

C

B

A

Sc/c x 100

Absorvância

ERRO ESPECTROFOTOMERRO ESPECTROFOTOMÉÉTRICOTRICO

14

DESE�VOLVIME�TO DE DESE�VOLVIME�TO DE MMÉÉTODOTODO

• O Paracetamol é um analgésico-antipirético pertencente àclasse dos derivados do p-aminofenol, introduzido no século passado como resultado de pesquisas com acetanilidasubstituída. Outros fármacos dessa classe são a anidoxina, butacetina, etoxazena, fenacetinol, parapropanol e parsalmida. Contratado por uma indústria fabricante de paracetamol genérico, você foi incumbido(a) de montar uma marcha analítica para determinar o teor desse fármaco no “paracetamol gotas” produzido na sua indústria. Após alguma pesquisa bibliográfica, você descobriu que o paracetamol, quando oxidado pelo hipoclorito de sódio, forma o N-acetil-p-benzoquinonaimina, que reage com salicilato de sódio em solução alcalina produzindo um composto azul intenso (N-[phidroxifenil]-p-benzoquinonaimina), conforme o esquema abaixo.

OHNH CH3

O

ONH CH3

O

O N OH

NaClO

NaOHSalicilatoN-acetil-p-aminofenol

(paracetamol)

N-acetil-p-benzoquinonaimina

N-[p-hidroxifenil]-p-benzoquinonaimina(Azul)

• Pede-se: Descreva, com detalhes, quais seriam as etapas do seu trabalho de desenvolvimento de uma marcha analítica espectrofotométrica para determinar paracetamol no medicamento em questão, a partir dos dados levantados na sua pesquisa, de um espectrofotômetro, uma solução padrão de paracetamol e os demais reagentes necessários para a reação acima.

TITULATITULAÇÇÕES ABSORCIOMÕES ABSORCIOMÉÉTRICASTRICAS

♦♦♦♦♦♦♦♦ λλλλλλλλ FIXO;FIXO;

♦♦CCÉÉLULA APROPRIADA;LULA APROPRIADA;

♦♦AGITAAGITAÇÇÃO;ÃO;

♦♦CORRECORREÇÇÃO DA ABSORVÂNCIA:ÃO DA ABSORVÂNCIA:

Acor = A V + vV

TITULATITULAÇÇÕES ABSORCIOMÕES ABSORCIOMÉÉTRICASTRICAS

APLICAAPLICAÇÇÕES QUANTITATIVAS:ÕES QUANTITATIVAS:

♦♦VOL. VOL. ÁÁCIDOCIDO--BASE BASE (Indicadores)(Indicadores)

♦♦VOL. REDOX VOL. REDOX ((ReagReag. Coloridos, Indicadores). Coloridos, Indicadores)

♦♦COMPLEXOMETRIA COMPLEXOMETRIA ((ReagReag. Coloridos, Indicadores). Coloridos, Indicadores)

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULAÇÇÃOÃO

A

V

Produto da reação não

absorve radiação no λλλλutilizado.

Ex.: Titulação de

Fe(III) – Ac. Salicílico

Com EDTA

E o E o P.E.P.E.??

15

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULAÇÇÃOÃO

A

V

Somente o titulante

absorve radiação

no λλλλ utilizado.

Ex.: Titulação de

H2O2 Com MnO4-

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULAÇÇÃOÃO

A

V

Somente o produto da

reação absorve radiação

no λλλλ utilizado.

Ex.: Titulação de

Cu 2+ com EDTA

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULAÇÇÃOÃO

A

V

Produto da reação não

absorve, titulante e

titulado absorvem

radiação no λλλλ utilizado.

Ex.: Titulação de

H+ com OH-, em

presença de ver-

Melho de metila.