ESPECTROSCOPIA NA LUZ
VISÍVEL E ULTRAVIOLETA
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

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.

Métodos Espectrofotométricos
-
Método analítico sensível
-
Rápido
-
Resultados precisos
-
Utilizada na determinação da concentração dos
constituintes do alimento

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
2) Fundamentação Teórica
2.1 Radiação Eletromagnética
Ondas eletromagnética: campos oscilantes
elétrico (E) e magnético (M)

A radiação eletromagnética se propaga numa
velocidade constante, mas depende do índice de
refração meio que atravessa

Equações

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)
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
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)
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
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.
2.2 Espectrometria de absorção nas regiões ultravioleta
(UV) e Visível
Qualquer material solúvel pode colorido pode ser
analisado quantitativamente deste modo
BASE
VISÍVEL
DA
ESPECTROMETRIA
DE
ABSORÇÃO
Transformar uma substância incolor ou pouco colorida
em colorida através de reações químicas e analisá-las
BASE DA COLORIMETRIA
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
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
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 (σ) : ligações simples C-C
Ligações muito fortes absorção na região do
UV é difícil
Compostos saturados: propano 135 nm
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)
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 σ são mais difíceis e se dão na
UV do vácuo –
Exemplo: anel benzeno, absorve na região UV (200 – 380
nm)
2.2 Espectrometria de absorção nas regiões ultravioleta
(UV) e Visível
Absorção nas regiões do visível e UV
Ligações dupla conjugadas, com transições
eletrônicas П П
CROMÓFOROS – grupos dos compostos que
possuem estas características e absorvem radiação UV/Visível
* Transições n
П intensidade dos espectro é fraca
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.
2.3 Lei de Beer-Lambert
quadro
2.3 Lei de Beer-Lambert
Considerações:
São consideradas desprezíveis os efeitos
de reflexão, difusão e fluorescência.
Radiação
incidente
monocromática
conter
comprimento de onda.
deve
somente
ser
um
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
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
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)
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)
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.
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)
Análise Quantitativa

Quantidade do composto medida pelo valor
absorvância máxima (topo de um pico de absorção)
de
Razões:
a) A variação na absorvância para uma dada mudança de
concentração será maior, resultando em sensibilidade e
precisão maiores
b) O efeito relativo de outras impurezas é minimizado
c) 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.
Análise Quantitativa

Quantidade do composto medida pelo valor
absorvância máxima (topo de um pico de absorção)
de
Conclusão;
A escolha do comprimento de onda (λ) máximo deve ser
onde
haja
máxima
absorvância
(A)
e,
consequentemente, mínima transmitância (T)
Cálculos da Concentração (C), Utilizando a Lei de
Beer

A) Com valor
conhecido:
de absortividade (a) da amostra
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)
Cálculos da Concentração (C), Utilizando a Lei de
Beer

Com o valor
desconhecido:
de
absortividade
(a)
da
amostra
- 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)
Espectrofotômetro



Instrumento que registra dados
de absorbância em função do
comprimento de onda (λ).
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.
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.
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
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.
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

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.
Monocromador Prismático
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.
Monocromador Reticular
Tipos de Espectrofotômetros para
a Região Visível e Ultravioleta

Espectrofotômetro mono-feixe :
a) Fonte: fonte de radiação
b) 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
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-multiplicadores)
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,

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.

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.

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
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
Espectrofotômetro duplo-feixe
Espectrofotômetro duplo-feixe