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 RADIA ÇÃO ELETROMAGNÉTICA

λυ hc

hE ==

frequência

sJh

energiaE

=⋅=

=−

υ.10626,6 34

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 VibraVibra ççãoão

Uma molecula nãolinear com n átomospossui 3n - 6 modos

vibracionaisfundamentais.

OHC-H alifático

C-H alifático

C=O

DETERMINAÇÃO ESTRUTURAL(GRUPOS FUNCIONAIS)

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 ComposiComposi çção Quão Qu íímica 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 Disco de Newton

4

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 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

RADIARADIAÇÇÃO UVÃO UV EFEITOS DA RADIAEFEITOS DA RADIA ÇÇÃO UVÃO UV

FotoenvelhecimentoFotoenvelhecimentoUVAUVA

QueimaduraQueimaduraUVBUVB

Câncer de PeleCâncer de Pele

E0

E1

ABSORÇÃO ATÔMICA

ET = Ee

Ene

rgia

E3

E4

250 300 350 400 450 500 550

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Abs

orvâ

ncia

λ (nm)

275,

3

341,

8

396,

1

474,

95

ABSORÇÃO ATÔMICA

E0

E1

v0

v1

v2

v3

v0

v1

v2

v3

r1

r2

r3

r4

r5

ABSORÇÃO MOLECULAR

ET = Er + Ev + Ee

Ene

rgia

350 400 450 500 550 600 650 700 750

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Abs

orvâ

ncia

λ (nm)

λmax

ESPECTRO DE ABSORÇÃO

6

OH

OH

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

Abs

orbâ

ncia

Comprimento de Onda (nm)

E0

E1

E2

Ene

rgia

Eletrônica~100 kJ/mol

UV - VIS

Vibracional~1 kJ/mol

IV

Rotacional~0,01 kJ/molRMN, EPR

ABSORABSOR ÇÇÃO 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

Tra

nsm

itânc

ia

Concentração0,0 2,5 5,0 7,5 10,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Abs

orvâ

ncia

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

Abs

orvâ

ncia

λ (nm)

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 ULTRAVIOLETAULTRAVIOLETA

Lâmpada de DLâmpada de D 22

Lâmpada deLâmpada deVapor de Vapor de HgHg

8

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 REDE DE DIFRAREDE DE DIFRAÇÇÃOÃO

VIDRO OU QUARTZO COM VIDRO OU QUARTZO COM RANHURASRANHURAS

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

9

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

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

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

fonte lente

lente

fenda

fenda

cubetadetector

Rede deDifração

11

A B

d

1

2

3

C D

Normalá

rede

1 2 3

iiii

rrrr

RedeRedeEchelletteEchellette

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

CUBETAS (AMOSTRA)CUBETAS (AMOSTRA)

PLPLÁÁSTICOSTICO

VIDROVIDRO

QUARTZOQUARTZO

SSÍÍLICA FUNDIDALICA FUNDIDA

VISVISÍÍVELVEL

UV/VISUV/VIS

TUBO FOTOMULTIPLICADORTUBO FOTOMULTIPLICADOR

DETECTORESDETECTORES

CCÉÉLULA FOTOVOLTLULA FOTOVOLT ÁÁICAICA

FOTOTUBOFOTOTUBO

ILUMINAÇÃO

TUBO FOTOMULTIPLICADORTUBO FOTOMULTIPLICADOR

12

DESVIOS DA LEI DE BEERDESVIOS DA LEI DE BEER

DESVIOS REAISDESVIOS REAIS

DESVIOS APARENTESDESVIOS APARENTES

InteraIntera çção entre centros absorventesão entre centros absorventes

VariaVaria çção do ão do ííndice de refrandice de refra çção 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

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

13

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

DETECTOR DE DETECTOR DE ARRANJO DE DIODOSARRANJO DE DIODOS

14

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

CB

A

Sc/c

x 1

00

Absorvância

ERRO ESPECTROFOTOMERRO ESPECTROFOTOMÉÉTRICOTRICO TITULATITULAÇÇÕES ABSORCIOMÕES ABSORCIOM ÉÉTRICASTRICAS

♦♦♦♦♦♦♦♦ λλλλλλλλ FIXO;FIXO;

♦♦CCÉÉLULA APROPRIADA;LULA APROPRIADA;

♦♦AGITAAGITAÇÇÃO;ÃO;

♦♦CORRECORREÇÇÃO DA ABSORVÂNCIA:ÃO DA ABSORVÂNCIA:

Acor = A V + vV

TITULATITULAÇÇÕES ABSORCIOMÕES ABSORCIOM ÉÉTRICASTRICAS

APLICAAPLICA ÇÇÕES 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 TITULA ÇÇÃOÃO

A

V

Produto da reação nãoabsorve radiação no λλλλutilizado .

Ex.: Titulação de Fe(III) – Ac. SalicílicoCom EDTA

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

15

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULA ÇÇÃOÃO

A

V

Somente o titulante absorve radiação no λλλλ utilizado .

Ex.: Titulação de H2O2 Com MnO 4

-

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULA ÇÇÃOÃO

A

V

Somente o produto da reação absorve radiaç ão no λλλλ utilizado .

Ex.: Titulação de Cu 2+ com EDTA

CURVAS DE TITULACURVAS DE TITULA ÇÇÃOÃO

A

V

Produto da reação nãoabsorve, titulante e titulado absorvemradiação no λλλλ utilizado .

Ex.: Titulação de H+ com OH -, em presença de ver-Melho de metila.

Como se dComo se d áá a absora absor çção 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

-