09/04/2015
ANÁLISE QUÍMICA INSTRUMENTAL
ESPECTROFOTÔMETRO - EQUIPAMENTO
6°Ed.
Cap. 1
Pg.1-28
6°Ed.
Cap. 13
Pg.351-380
6°Ed.
Cap. 25
Pg.703-725
09/04/2015
2
1
09/04/2015
Componentes dos instrumentos
(1) uma fonte estável de energia radiante;
(2) um seletor de comprimento de onda que isola uma região limitada
do espectro para a medida;
(3) um ou mais recipientes para a amostra;
(4) um detector de radiação, o qual converte a energia radiante para
um sinal elétrico mensurável;
(5) uma unidade de processamento e de leitura do sinal, geralmente
constituída por um circuito eletrônico e, nos instrumentos
modernos, por um computador.
09/04/2015
3
Esquema de equipamento de UV-Vis
Na figura acima é mostrado o arranjo para as medidas de absorbância.
Observe que a radiação de comprimento de onda selecionado atravessa por
meio da amostra e a radiação transmitida é medida na unidade de
detecção/processamento de sinal/leitura. Em alguns instrumentos, as
posições da amostra e do seletor de comprimento de onda são invertidas.
09/04/2015
4
2
09/04/2015
Esquema de equipamento de fluorescência
A figura acima indica a configuração para as medidas de
fluorescência. Aqui, dois seletores de comprimento de
onda são necessários para selecionar os comprimentos de
onda de excitação e da emissão. A radiação da fonte é
selecionada e incidida na amostra e a radiação emitida é
medida, geralmente em ângulo reto para evitar o
espalhamento.
09/04/2015
5
Esquema de equipamento de emissão atômica
A figura acima indica a configuração para a espectroscopia de
emissão. Aqui, uma fonte de energia térmica, como uma
chama ou plasma, produz um vapor do analito que emite uma
radiação isolada pelo seletor de comprimento de onda e
convertida a um sinal elétrico pelo detector.
09/04/2015
6
3
09/04/2015
Materiais Ópticos
Os vidros comuns são
bons na região do
visível, enquanto sílica
fundida ou quartzo
são necessários na
região do UV(380 nm).
Os sais haletos (KBr,
NaCl,
AgCl)
são
empregados na região
do IV, mas tem
desvantagens de ser
de custo alto e ser
solúvel em água.
09/04/2015
7
Fontes Espectroscópicas
A fonte deve gerar um feixe de radiação que seja suficientemente potente para
permitir fácil detecção e medida. Além disso, sua potência de saída deve ser
estável por períodos razoáveis de tempo.
Fontes contínuas (a), as quais emitem
radiação cuja intensidade se altera
lentamente em função do comprimento
de onda.
Fontes de linhas (b), as quais emitem um
número limitado de linhas espectrais, cada
uma delas abrangendo uma região muito
limitada de comprimento de onda.
Uma fonte contínua fornece uma distribuição de comprimentos de onda ampla dentro de
uma faixa espectral em particular. Essa distribuição é conhecida como contínuo espectral.
09/04/2015
8
4
09/04/2015
Lâmpada de tungstênio
Espectro da lâmpada de tungstênio 
09/04/2015
9
09/04/2015
10
5
09/04/2015
Lâmpada de Deutério
Espectro da lâmpada de deutério
Lâmpada de Deutério/Hidrogênio
Observe que o máximo de intensidade ocorre a
225 nm. Tipicamente, os instrumentos trocam
de fonte de deutério para tungstênio a 350 nm.
09/04/2015
11
Seletores de Comprimentos de Onda
Instrumentos empregam um monocromador ou um filtro para
isolar a banda de comprimento de onda desejada de forma que
somente essa banda de interesse é detectada e medida.
Monocromadores e Policromadores
Os monocromadores geralmente possuem uma rede de difração para dispersar a
radiação sem seus comprimentos de onda constituintes. Girando-se a rede, os
comprimentos de onda diferentes podem ser dirigidos para uma fenda de saída.
Instrumentos antigos empregavam prismas para esse propósito.
A faixa do comprimento de onda selecionada por um monocromador é denominada
banda de passagem espectral ou largura de banda efetiva e pode ser menor
que 1 nm para os instrumentos de custo moderadamente alto ou maior que 20 nm
para os instrumentos de baixo custo.
09/04/2015
12
6
09/04/2015
Monocromador de rede
desenho de
Czerny-Turner,
no caso λ1> λ2
09/04/2015
Monocromador
de
prisma
segue
o
desenho de Bunsen. No
caso λ1> λ2
09/04/2015
13
Um monocromador é um dispositivo que possui uma
fenda de entrada e uma fenda de saída. Essa última é
usada para isolar uma banda estreita de comprimentos de
onda. Uma banda é isolada a cada vez e diversas bandas
podem ser transmitidas seqüencialmente
14
7
09/04/2015
A
largura
de
banda
efetiva
do
monocromador, a qual é definida na figura,
depende do tamanho e qualidade do
elemento de dispersão, das larguras das
fendas e da sua distância focal. Um
monocromador de alta qualidade vai exibir
uma largura de banda efetiva de poucos
décimos de nanômetros ou menor na região
do ultravioleta e visível. A largura efetiva de
banda de um monocromador que é
satisfatória para a maior parte das aplicações
quantitativas se situa em torno de 1 a 20 nm.
A largura de banda efetiva para um
seletor de comprimento de onda é a
largura da banda de radiação em
unidades de comprimento de onda
tomada à meia altura do pico.
09/04/2015
15
A largura de banda efetiva para
um seletor de comprimento de
onda é a largura da banda de
radiação em unidades de
comprimento de onda tomada
à meia altura do pico.
09/04/2015
16
8
09/04/2015
09/04/2015
REDES DE
DIFRAÇÃO
17
Mecanismo de difração de uma rede
tipo ecchelette. O ângulo i a partir da
normal à rede é aquele do feixe
incidente; o ângulo r é o do feixe
refletido. A distância entre as ranhuras
sucessivas é indicada pela letra d.
300 a 2.000 ranhuras/mm
09/04/2015
18
9
09/04/2015
09/04/2015
19
Filtros de Radiação
Os filtros operam pela absorção
de toda a radiação de uma fonte
contínua com exceção de uma
banda estreita. Há dois tipos de
filtro em espectroscopia:
Filtros de interferência e filtros
de absorção.
Os filtros de interferência são
tipicamente
utilizados
para
medidas de absorção, sendo que
eles geralmente transmitem uma
fração muito maior de radiação
nos seus comprimentos de onda
nominais do que fazem os filtros
de absorção.
09/04/2015
20
10
09/04/2015
09/04/2015
21
Esquema
de
uma
secção
transversal de um filtro de
interferência. Note que o desenho
não está em escala e que as três
camadas centrais são muito mais
estreitas do que é mostrado.
Esquema
indicando
as
condições para interferência
construtiva.
09/04/2015
22
11
09/04/2015
Detectando e Medindo a Energia Radiante
Um detector é um dispositivo que indica
a existência de algum fenômeno físico.
Um transdutor é um tipo de detector que
converte vários tipos de grandezas
químicas e físicas em sinais elétricos, tais
como uma carga elétrica, uma corrente
ou uma voltagem.
09/04/2015
23
Um fototubo e circuito complementar.
A fotocorrente induzida pela radiação
produz uma voltagem por meio do
resistor de medida; essa voltagem é
amplificada e medida.
09/04/2015
24
12
09/04/2015
09/04/2015
25
Tubo fotomultiplicador (TFM)
Uma das maiores vantagens dos fotomultiplicadores está na sua amplificação interna
automática. Cerca de 106 a 107 elétrons são produzidos no ânodo para cada fóton que
atinge o fotocatodo de um tubo fotomultiplicador
09/04/2015
26
13
09/04/2015
Cada elétron que atinge o dinodo D1 produz entre dois e quatro elétrons secundários. A
amplificação resultante no ânodo pode ser de 106 ou maior. A amplificação automática
interna constitui uma grande vantagem dos tubos fotomultiplicadores. Com o uso de
instrumentação moderna, os pulsos individuais de fotocorrente podem ser detectados e
contados em vez de serem medidos como uma corrente média. Essa técnica, denominada
contagens de fótons, é vantajosa em níveis muito pouco intensos de luz.
09/04/2015
27
Células Fotocondutivas
sulfeto de chumbo; telureto de mercúrio e cádmio (TMC) ou antimoneto de índio,
Fotodiodos de Silício e Arranjos de Fotodiodos
09/04/2015
28
14
09/04/2015
09/04/2015
29
Seção transversal
de um dos pixels
de um dispositivo
de transferência de
carga. A vacância
positiva produzida
pelo fóton hn é
coletada sob o
eletrodo negativo.
Em um detector de dispositivo de injeção de carga (CID) do inglês charge injection
device, a variação de voltagem que surge do movimento da carga da região sob um
eletrodo para a região sob o outro é medida. Em um detector e dispositivo de
acoplamento de carga (CCD) do inglês charge coupled device, a carga é movida para um
amplificador sensível à carga para medida.
09/04/2015
30
15
09/04/2015
Células ou janelas de
amostras
09/04/2015
31
Espectrofotômetro
09/04/2015
32
16
09/04/2015
09/04/2015
33
O esquema acima mostra um instrumento de feixe duplo espacial. Nesse caso, a
radiação vinda do filtro ou monocromador é dividida em dois feixes que passam,
simultaneamente, pela célula de referência e da amostra antes de atingir dois
detectores casados.
09/04/2015
34
17
09/04/2015
No instrumento de feixe duplo temporal o feixe é alternadamente enviado através das
células de referência e da amostra antes de atingir um único fotodetector. Somente poucos
milissegundos separam os feixes quando eles passam pelas duas células.
09/04/2015
35
Diagrama
de
um
espectrômetro multicanal
baseado
em
um
espectrógrafo de rede com
um detector de arranjos
de fotodiodos.
09/04/2015
36
18
09/04/2015
09/04/2015
37
09/04/2015
38
19
09/04/2015
Aparelho SMART (faculdade)
•
•
•
•
•
•
09/04/2015
Comprimento de onda:
350 a 1000 nm
Precisão: 2%
Gama de transmitânicia:
0 a 125%
Gama de absorvânica:
0,1 a 2,5 A
Fonte de emissora:
lâmpada de halogéneo de
quartzo;
Parâmetros de medida préprogramados em memória:
80
39
20