ESPECTROMETRIA
/COLORIMETRIA
Análise Instrumental
Profa. Denise Esteves Moritz
Introdução
Radiação Eletromagnética e Interação com a Matéria:
É uma forma de energia que se propaga no espaço a uma enorme
velocidade - normalmente em linha reta.
manifesta, ao mesmo tempo, propriedades ondulatórias e corpusculares.
Responsável por diversos fenômenos ópticos:
refração,
- Difração
reflexão,
- Polarização
interferência,
- Difração
MÉTODOS ÓPTICOS
•São
método que se baseiam nas interações da radiação
eletromagnética com a matéria.
ABSORÇÃO
•Incide-se
radiação no material e verifica-se as consequências.
EMISSÃO
•Excita-se
o material com alguma forma de energia, por
exemplo, calor, eletricidade, radiação, e verifica-se as
consequências.
Introdução
ao contrário de outros fenômenos ondulatórios a
exemplo do som, a radiação eletromagnética não
requer suporte material para a sua propagação e,
como tal, é transmitida no vácuo.
a interpretação do fenômeno foto-elétrico e de muitas
interações da radiação eletromagnética com o meio
material somente tornou-se possível admitindo que a
radiação consiste de partículas discretas de energia,
chamadas fótons.
Introdução
A onda eletromagnética comporta, pois, um componente
elétrico e um componente magnético; os dois componentes
oscilam em planos perpendiculares ao outro e
perpendiculares à direção de propagação da radiação
eletromagnética.
O que caracteriza a energia luminosa é a energia dos fótons
pelo comprimento de onda (λ- lâmbda), por uma velocidade
de propagação (vi) e por uma frequência () assim
relacionadas:
vi   i ...(1)
PORTANTO, a LUZ é dita onda eletromagnética porque na
física clássica ela foi descrita como uma oscilação de um
campo elétrico se propagando no espaço. Esta aproximação
permite calcular vários fenômenos ondulatórios e, a energia
das partículas da luz
Comprimento de onda λ
•
comprimento de onda λi é a distância
entre dois máximos de onda
sucessivas e tem unidades mais
usadas são a angström (Å=10- 8 cm),
nanômetro (nm = 10 Å = 10-7 cm ) e o
micrômetro (μm=104 Å = 10-4 cm). A
freqüência ν (números de ciclos) tem
unidade em ciclos por segundo (s-1)
ou hertz (Hz).
Espectro eletromagnético
•
•
Espectro eletromagnético se estende desde os raios gama, altamente energéticos,
até as ondas de rádio, fracamente energéticas. A região visível do espectro é
apenas uma pequena faixa de comprimentos de onda dos quais o olho humano é
sensível, que vai aproximadamente de 380 a 780 nm. Abaixo e acima da região
visível do espectro, na escala dos comprimentos de onda, têm-se o ultravioleta e o
infravermelho.
Para saber……….
Para saber…….
A razão entre a radiação transmitida e a radiação absorvida pela amostra
analisada é a transmitância (T). E o equipamento já fornece a medida em
absorbância
(A= -logT ).
Lei de Beer
Para saber…
Os filtros são caracterizados, tecnicamente, pelo seu coeficiente de
transmissão (ou transmitância), pela sua densidade óptica, ou ainda, pela
sua curva de transmissão.
Associação de Filtros
Em algumas situações pode ser conveniente a utilização de dois ou mais
filtros superpostos.
Ex: A atenuação do brilho da Lua cheia com filtros neutros pode requerer o
uso de mais de um filtro, principalmente quando apenas um não produz a
redução requerida. O agrupamento de vários filtros superpostos ou
separados por uma certa distância é chamado de associação de filtros.
Para saber…
Chama-se coeficiente de transmissão ou transmitância T ( ), de um
filtro óptico neutro ou colorido, em um particular comprimento de
onda ( ), a relação entre a intensidade da radiação transmitida ( I )
e a intensidade da radiação incidente ( Io ) sobre ele.
O coeficiente de transmissão está sempre compreendido entre 0 (zero) e 1 (um) ou
entre 0% e 100%. Quanto maior o coeficiente de transmissão, mais transparente é o
filtro para o comprimento de onda (ou intervalo de comprimentos de onda)
considerado.
Transmitância & Absorbância
Perguntas:
Qual a composição química da matéria?
• Qual a concentração de cada componente?
Ex. presença de sais de bário numa amostra
através do teste de chama. De uma forma
bem rudimentar, usando a chama do bico de
Bunsen como fonte de excitação e os olhos
como detector, a visualização de uma
coloração verde-amarelada nos dá uma forte
indicação da presença de Ba2+ na amostra.
•
E quantitativo?
E se….
Tivermos uma mistura de Na+ e Ca2+?
O teste de chama seria não conclusivo, pois
ambos os íons emitem luz de coloração
amarelada e o olho humano não é capaz de
“resolver” a diferença de cores.
•
Para conhecermos as características dos fótons que
foram absorvidos para promover a transição
eletrônica, precisamos de ferramentas que permitam
decompor a radiação incidente nos seus diferentes
comprimentos de onda ou frequência.
• Para a quantidade de Na+ na amostra, precisamos
encontrar uma relação entre intensidade de luz
observada e concentração.
Espectro
Colorimetria Comum!
•
A colorimetria comum baseia-se na comparação visual da
coloração da solução problema com as colorações de soluções
padrões semelhantemente desenvolvidas. Geralmente, é
empregada luz branca, natural ou artificial.
•
A comparação visual é levada a efeito com equipamento muito
simples, mas está sujeita às limitações do olho humano à
dificuldade em distinguir pequenas diferenças de intensidade de
coloração e à reduzida sensibilidade abaixo de 450 nm e acima
de 675 nm.
As aplicações da colorimetria se limitam à determinação de
constituintes menores, na faixa de 10-5 a 1%. As duas
técnicas de comparação mais usadas na colorimetria visual são o
método da escala de padrões e o método
da variação da espessura.
Colorimetria visual
Fundamento dos Monocromadores
A idéia geral de um método instrumental
Métodos espectroscópicos
Métodos eletroquímicos
A trás a informação sobre a
concentração
i trás a informação sobre a
concentração
Métodos espectroscópicos
Tipo de Espectroscopia
Faixa de
comprimento
de onda usual
Faixa de
número de
onda usual/cm-1
Tipo de transição
Emissão de raios-gama
0,005-1,4 Å
-----
nuclear
Absorção, emissão,
fluorescência e difração
de raios-x
0,1-100 Å
-----
Elétrons internos
10 – 180 nm
106-5x104
Elétrons de valência
180-1400 nm
5x104-7x103
Elétrons de valência,
vibração/rotação
molecular
Absorção, emissão no
infravermelho
1,4 - 300m
7x103-33
Rotação/vibração
molecular
Absorção de microonda
0,75 – 3,75 mm
13-2,7
Rotação molecular
Ressonância de spin
eletrônico (EPR)
3 cm
0,33
Spin eletrônico
Ressonância magnética
nuclear (RMN)
0,6 – 10 m
1,7x10-2-10-3
Spin Nuclear
Absorção, emissão no
UV-vácuo
Absorção, emissão no
UV-vis-NIR,
Espalhamento Raman
Difração
Monocromadores – Fendas mecânicas
Fendas mecânicas - As fendas de um monocromador exercem um papel
importante na determinação das características e qualidades do mesmo.
A fenda de entrada age como uma fonte de radiação, cuja imagem será
focalizada no plano focal contendo a fenda de saída. Ou, no caso do uso de um
detector multicanal, ou uma chapa fotográfica, no plano focal da rede de
difração côncava, como a da figura.
Existe uma relação entre o
recíproco da dispersão linear
quando ela é escrita da
seguinte forma:

D 
...(18)
y
1
Onde y pode ser substituído
pela largura da fenda
mecânica, w. Ou seja:
ef  wD ...(19)
1
Onde ef = fenda, ou
resolução espectral.
FIM!
•
Bons estudos!