ESPECTROSCOPIA NA LUZ VIS

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ESPECTROSCOPIA NA LUZ VISÍVEL E ULTRAVIOLETA
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ESPECTROSCOPIA NA LUZ VISÍVEL E ULTRAVIOLETA

• 1) Introdução
• Identificação de compostos orgânicos ,
  inorgânicos e íons
• Análise quantitativa de alguns grupos funcionais
  orgânicos
• Determinação quantitativa de espécies orgânicos,
  inorgânicos e biológicos

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• Existem vários métodos espectrofotométricos em
  análise de alimentos
• Colorimetria visa determinar a concentração
  de uma substância, em condições bem definidas,
  pela medida da absorção da luz, tornando
  referência a absorção da substância numa
  concentração definida.

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• Métodos Espectrofotométricos
• Método analítico sensível
• Rápido
• Resultados precisos
• Utilizada na determinação da concentração dos
  constituintes do alimento

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• Métodos Colorimétrico
• Leitura dos valores de absorbância de soluções
  padrões de concentrações conhecidas
• Curva padrão
• Determinação da concentração de uma determinada
  substância presente na amostra

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• 2) Fundamentação Teórica

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• 2.1

Radiação Eletromagnética Ondas eletromagnética
campos oscilantes elétrico (E) e magnético (M)
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• A radiação eletromagnética se propaga numa
  velocidade constante, mas depende do índice de
  refração meio que atravessa
• Equações

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• Requisitos para que uma radiação seja absorvida
  por uma molécula
• A radiação incidente deve ter a mesma
  freqüência da freqüência rotacional, vibracional,
  eletrônica ou nuclear da molécula
• A molécula deve ter um dipolo permanente ou um
  dipolo induzido, isto é, deve haver alguma coisa
  para a energia absorvida fazer DEVE SER FEITO UM
  TRABALHO (TRANSIÇÃO, ROTAÇÃO E VIBRAÇÃO)

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível O espectro de
energia radiante é dividido em várias regiões e
seus limites foram determinados por limites
práticos de métodos experimentais apropriados de
produção e detecção de radiação. Diferentes
regiões espectrais têm significado na interações
físicas.

• A região do espectro do ultravioleta é na faixa
  de 200 a 400 nm e a da luz visível é entre 400 e
  700 nm. Transições dos elétrons de valência

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Em análise, o importante das soluções coloridas
  ou incolores é que a radiação absorvida é uma
  característica da amostra absorvente
• Espectros (UV) e Visível
• resultado de transições eletrônicas (elétrons
  da camada de valência)

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Radiação contínua de luz branca atravessa a
  amostra
• Intensidade da radiação vai decrescer
• A radiação emergente poderá ser colorida
  (região visível, porque na região do visível
  veremos a cor da radiação emergente

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Exemplo amostra absorve luz de comprimento de
  onda da luz azul
• radiação emergente é seu complemento, que é a
  luz amarela.
• Corante TARTRAZINA
• Cor é amarela, pois a solução está absorvendo
  o complemento do amarelo que é o azul (430 nm),
  sendo transparente para as demais cores.

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Qualquer material solúvel pode colorido pode
  ser analisado quantitativamente deste modo
• BASE DA ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO VISÍVEL
• Transformar uma substância incolor ou pouco
  colorida em colorida através de reações químicas
  e analisá-las
• BASE DA COLORIMETRIA

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• COLORIMETRIA
• Exemplo Determinação de Fósforo
• Reação colorimétrica (solução de molibdato de
  amônia metavanadato de amônia)
• Formação de um complexo de cor amarela
• radiação absorvida deve ser complementar a
  amarela, que é a radiação azul com comprimento de
  onda entre 450 480 nm
• leitura da absorbância máxima para este
  complexo será de 470nm

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Substâncias incolores
• Podem ser analisadas diretamente sem nenhuma
  reação colorimétrica através de radiação
  ultravioleta (UV)
• BASE PARA RADIAÇAO ULTRAVIOLETA
• Exemplo Conservantes de alimentos
• ácido benzóico e ácido sórbico são incolores
  e não existe nenhuma reação colorimétrica para
  torná-los coloridos

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Radiação das regiões do visível e UV
• Suficiente apenas para causar a excitação dos
  elétrons das camadas externas (de valência)
• - Sigma (s) ligações simples C-C
• Ligações muito fortes absorção na região do
  UV é difícil
• Compostos saturados propano 135 nm

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Radiação das regiões do visível e UV
• Suficiente apenas para causar a excitação dos
  elétrons das camadas externas (de valência)
• Pi ligações dupla C C
• Ligações mais fracas possuem grande absorção
  nas regiões do visível e UV
• Ex Carotenóides absorvem na região do visível
  (380 700 nm)

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Radiação das regiões do visível e UV
• Suficiente apenas para causar a excitação dos
  elétrons das camadas externas (de valência)
• Elétrons que não são de ligação os orbitais
  atômicos elétrons não ligantes (n) elementos
  como O, S etc.
• Transição de n s são mais difíceis e se
  dão na UV do vácuo
• Exemplo anel benzeno, absorve na região UV
  (200 380 nm)

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2.2 Espectrometria de absorção nas regiões
ultravioleta (UV) e Visível

• Absorção nas regiões do visível e UV
• Ligações dupla conjugadas, com transições
  eletrônicas ? ?
• CROMÓFOROS grupos dos compostos que possuem
  estas características e absorvem radiação
  UV/Visível
• Transições n ? intensidade dos espectro é
  fraca

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2.3 Lei de Beer-Lambert

• - Lambert estudou a transmissão da luz por
  sólidos homogêneos.
• - Beer estendeu o trabalho de Lambert ao
  estudo de soluções.
• Através dessa lei
• intensidade da radiação incidente e emergente
  podem ser relacionadas com as concentrações do
  material presente na amostra.

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2.3 Lei de Beer-Lambert

• quadro

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2.3 Lei de Beer-Lambert

• Considerações
• São consideradas desprezíveis os efeitos de
  reflexão, difusão e fluorescência.
• Radiação incidente deve ser monocromática
  conter somente um comprimento de onda.

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Espectroscopia de Absorção

• É preciso determinar a quantidade de luz que a
  amostra irá absorver, sendo descrito pela Lei de
  Beer-Lambert que é a relação entre a intensidade
  da luz incidida na solução (P0) e a intensidade
  da luz saindo da solução (P).
• -log (P/Po) A abc
• A absorvância
• a absortividade molecular ou coeficiente de
  extinção
• c concentração do material absorvedor
• l espessura da amostra através da qual a luz
  passa (largura da cubeta)
• Pela Lei de Beer podemos concluir que a
  absorvância de uma solução é diretamente
  proporcional à concentração da espécie absorvente
  quando se fixa o comprimento

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Espectroscopia de Absorção

• -log (P/Po) A abc
• A absorvância
• a absortividade molecular ou coeficiente de
  extinção
• c concentração do material absorvedor
• b espessura da amostra através da qual a luz
  passa (largura da cubeta)
• Pela Lei de Beer podemos concluir que a
  absorvância de uma solução é diretamente
  proporcional à concentração da espécie absorvente
  quando se fixa o comprimento do percurso e
  diretamente proporcional ao comprimento do
  percurso quando se fixa a concentração

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Espectroscopia de Absorção

• Assim a definição da absorvância nas condições da
  validade da lei de Lambert-Beer é uma quantidade
  proporcional à concentração. O espectrofotômetro
  se torna um medidor e concentração seletivo para
  uma determinada substância, através da relação
• C A/ab
• A absorvância
• a absortividade molecular ou coeficiente de
  extinção
• c concentração do material absorvedor
• b espessura da amostra através da qual a luz
  passa (largura da cubeta)

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Desvios da Lei de Beer-Lambert

• Desvios Químicos
• Mudanças na concentração da solução por
  interação das moléculas do soluto entre si e com
  o solvente, através dos efeitos de associação ou
  dissociação.
• Pode ser evitado trabalhando com soluções
  diluídas (0,01M)

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Desvios da Lei de Beer-Lambert

• Desvios Instrumentais
• A iluminação não é monocromática, isto é, de um
  único comprimento de onda
• O sinal do detector não é linear nem
  proporcional a concentração da solução.

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Análise Qualitativa

• A identificação do composto é feita através da
  comparação com padrões do valor do comprimento de
  onda
• O solvente escolhido deve ser transparente na
  região escolhida (máximos de absorção afetadas
  pela natureza do solvente)

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Análise Quantitativa

• Quantidade do composto medida pelo valor de
  absorvância máxima (topo de um pico de absorção)
• Razões
• A variação na absorvância para uma dada mudança
  de concentração será maior, resultando em
  sensibilidade e precisão maiores
• O efeito relativo de outras impurezas é
  minimizado
• A mudança da absorvância com o comprimento de
  onda é menor devido ao espectro de absorção médio
  ser relativamente plano no topo do pico. Logo a
  medida não é seriamente afetada por pequenos
  erros de ajuste do comprimento de onda.

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Análise Quantitativa

• Quantidade do composto medida pelo valor de
  absorvância máxima (topo de um pico de absorção)
• Conclusão
• A escolha do comprimento de onda (?) máximo deve
  ser onde haja máxima absorvância (A) e,
  consequentemente, mínima transmitância (T)

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Cálculos da Concentração (C), Utilizando a Lei de
Beer

• A) Com valor de absortividade (a) da amostra
  conhecido
• Usar a Lei de Beer-Lambert
• A abc, e tirar o valor de c
• A absorvância
• a absortividade molecular ou coeficiente de
  extinção
• c concentração do material absorvedor
• b espessura da amostra através da qual a luz
  passa (largura da cubeta)

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Cálculos da Concentração (C), Utilizando a Lei de
Beer

• Com o valor de absortividade (a) da amostra
  desconhecido
• - Fazer a curva padrão
• - Leva-se o valor da máxima absorvância da
  amostra para uma curva padrão construída com
  concentrações diferentes e tira-se a concentração
  do composto analisado.
• - Importante verificar a linearidade da resposta
  em relação à curva padrão pois, acima de uma
  certa concentração , a relação AxC deixa de ser
  linear (o gráfico é uma reta)

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(No Transcript)
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Espectrofotômetro

• Instrumento que registra dados de absorbância em
  função do comprimento de onda (?).
• A característica mais importante do
  espectrofotômetro é a seleção de radiações
  monocromáticas.
• O espectro de absorção é característico para cada
  espécie química, sendo possível a identificação
  de uma espécie química através do seu espectro de
  absorção.

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Esquema dos principais componentes de um
espectrofotômetro

• A amostra deve estar em um recipiente (cubeta) de
  quartzo quando a radiação for na região espectral
  do ultravioleta. Quando for na região da luz
  visível usa-se os de vidro por ter uma melhor
  dispersão.
• Os detectores devem ser altamente sensíveis.
• Os dados obtidos pelo detector são enviados para
  um dispositivo de processamento de dados.

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Fontes de Radiação

• As fontes mais comuns baseiam-se na
  incandescência, mas devem atuar em temperaturas
  elevadas para ter uma cobertura apreciável no
  ultravioleta.
• São constituídas por filamentos de materiais que
  são excitados por descargas elétricas com elevada
  voltagem ou aquecimento elétrico.
• Tipos
• Lâmpada com descarga de hidrogênio utilizada
  na região UV
• Lâmpada de tungstênio utilizada na região
  visível

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Fontes de Radiação

• Condições para uma fonte ser de boa qualidade
  para atuar nessa faixa
• ? gerar radiação contínua
• ? ter intensidade de potência radiante
  suficiente para permitir a sua detecção pelo
  sistema detector
• ? ser estável.
• Além disso deve ter um tempo de vida longo e
  preço baixo.

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Monocromadores

• Função seleção do comprimento de onda em que se
  tem interesse para a análise.
• Constituição
• ? fenda de entrada de um elemento de dispersão
  de radiação
• ? fenda de saída
• Tipos
• ? prismático
• ? reticuladores

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Monocromador Prismático

• A radiação policromática vinda da fonte de
  radiação passa pela fenda de entrada e incide
  sobre a face de um prisma, sofrendo um desvio.
• Os vários comprimentos de onda terão diferentes
  direções após a incidência no prisma. Se for
  realizado um ajuste rigorosamente controlado da
  fenda de saída, pode-se selecionar o comprimento
  de onda desejado.

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Monocromador Prismático
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Monocromador Reticular

• O principal elemento dispersante é a rede de
  difração. Essa rede consiste em uma placa
  transparente ou refletora com muitas ranhuras
  paralelas e equidistantes.
• Dispersão resultante desta rede é linear. Os
  vários comprimentos de onda dispersos são
  igualmente espaçados, por isso a fenda de saída
  isolará uma banda de radiação de largura
  constante.
• A resolução é muito mais elevado que os prismas.

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Monocromador Reticular
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Tipos de Espectrofotômetros para a Região Visível
e Ultravioleta

• Espectrofotômetro mono-feixe

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a) Fonte fonte de radiaçãob)
Monocromador selecionar uma banda ou um único
comprimento de onda c) Cela para a amostra
cubetas Região visível material transparente
como vidro ou plástico Região ultravioleta
não pode ser de vidro, porque ele absorve
radiação nesta região, sendo utilizada a cubeta
de quartzo, que é mais cara
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d) Detector Fotocélulas que
detectam a quantidade de radiação transmitida
após a passagem pela amostra, porém o resultado
pode ser convertido em quantidade de radiação
absorvida pela amostra.e) Amplificador
Amplificação da resposta (fótons-multiplicadore
s) Fóton da radiação passa pelo amplificador e é
registrado com maior número de elétrons f)
Registrador Registrador transforma o sinal
elétrico que chega ao detector e amplificador em
energia mecânica fazendo o registrador mover-se,
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• Solvente
• Região visível
• qualquer líquido que não tenha cor, e o mais
  usado é água estilada.
• Região UV
• qualquer solvente que não absorva nesta região,
  que não tenha duplas ligações conjugadas, como,
  por exemplo, a água ou hidrocarbonetos saturados.
  

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• Etapas
• 1º) Coloca-se o solvente (branco) no caminho
  ótico e mede-se a intensidade da energia
  radiante,que atinge o detector
• 2º) Substitui-se o recipiente com o solvente
  (branco) pelo recipiente com a amostra e faz- se
  a determinação propriamente dita da absorbância.

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• Espectrofotômetros mono-feixe
• - Não são cômodos pois a amostra e o branco
  tem que ser colocados alternadamente no único
  feixe de radiação
• - mais simples e baratos
• - não registra espectro

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Espectrofotômetro duplo-feixe

• Dois feixes de radiação são formados no espaço,
  por um espelho que divide o feixe vindo do
  monocromador em dois. Um feixe passa através da
  solução referencia (branco) até o transdutor e
  outro, ao mesmo tempo, passa através da amostra
  até o segundo transdutor.
• As duas correntes serão determinadas e mostradas
  no indicador de sinal. Com o auxílio de um
  dispositivo apropriado, calcula-se a diferença de
  transmitância entre os dois feixes, essa
  diferença será mostrada no indicador de sinal
  como absorvância
• REGISTRA APENAS O ESPECTRO DA AMOSTRA

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Espectrofotômetro duplo-feixe
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Espectrofotômetro duplo-feixe