6   Espectrofotometria    6.1    Introdu¸˜o                  ca    Medir ´ basicamente chacoalhar o objeto sob estudo, e v...
6.3. Lei de Lambert-Beer                                                                      2                   Figura 6...
6.4. Instrumenta¸˜o                ca                                                                          36.4   Inst...
6.6. Relat´rio          o                                                                                4  3. Me¸a a abso...
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Espectro 2006

  1. 1. 6 Espectrofotometria 6.1 Introdu¸˜o ca Medir ´ basicamente chacoalhar o objeto sob estudo, e ver o que acontece. Uma maneira boa de cutucar e mol´culas, ´ com radia¸˜o eletromagn´tica (luz). A palavra espectrofotometria designa um m´todo de e e ca e e an´lise baseado em medidas de absor¸˜o de radia¸˜o eletromagn´tica. A t´cnica que aqui se descreve est´ a ca ca e e a restrita a uma pequena regi˜o de comprimento de onda da radia¸˜o eletromagn´tica, que corresponde a ca e ` luz vis´ ou ultra-violeta: ´ a faixa entre aproximadamente 200 e 700 nm (1 nanometro = 10−9 m, a ıvel e 700 nm = 0,7 µm.) 6.2 Absor¸˜o de Radia¸˜o ca ca V´rias coisas podem acontecer com a radia¸˜o luminosa que atinge uma certa substˆncia (ver Figura 6.1) a ca a A radia¸˜o incidente pode sofrer reflex˜o, refra¸˜o, espalhamento ou ser absorvida pelo material. ca a ca Disso resulta que somente uma parte da radia¸˜o incidente ´ transmitida atrav´s do material. ca e e O processo de absor¸˜o ocorre ao n´ molecular. Assim, como acontece num ´tomo, cada mol´cula ca ıvel a e caracteriza-se por possuir n´ ıveis de energia moleculares quantizados, os quais podem ser ocupados pelos el´trons das mol´culas. Por outro lado, a radia¸˜o carrega energia, sendo que o valor dessa energia e e ca depende do comprimento de onda da radia¸˜o. A absor¸˜o da radia¸˜o se d´ quando a energia que ca ca ca a ela transporta ´ igual ` diferen¸a entre dois n´ e a c ıveis de energia da mol´cula; nessa situa¸˜o, a energia da e ca radia¸˜o ´ transferida para a mol´cula e ocorre a chamada absor¸˜o de radia¸˜o. ca e e ca ca Como mol´culas de substˆncias de substˆncias diferentes tˆm diferentes n´ e a a e ıveis moleculares de energia, ocorre que cada substˆncia absorve a radia¸˜o de maneira peculiar. Dito de outra forma, os compri- a ca mentos de onda que uma certa substˆncia absorver˜o s˜o caracter´ a a a ısticos da sua estrutura e outras substˆncias absorver˜o outros comprimentos de onda. Se levantarmos dados referentes ` intensidade de a a a luz absorvida por uma substˆncia, em fun¸˜o dos comprimentos de onda da radia¸˜o, estaremos obtendo a ca ca uma curva chamada espectro de absor¸˜o da substˆncia. O importante ´ que cada substˆncia tem um ca a e a espectro caracter´ ıstico e, desse modo, se queremos identificar um material desconhecido, poderemos fazˆ-lo a partir de sua curva de absor¸˜o, comparada com curvas de substˆncias conhecidas. e ca a Uma vez conhecido o espectro de absor¸˜o de uma dada substˆncia pode-se tamb´m determinar em ca a e que quantidade essa substˆncia se apresenta em uma solu¸˜o analisada. Isso ´ feito atrav´s da medida a ca e e da intensidade de luz que atravessa a amostra, como veremos a seguir. Figura 6.1: Reflex˜o, refra¸˜o, espalhamento e absor¸˜o fazem com que a luz que sai da amostra tenha a ca ca uma intensidade menor do que a luz que incide. 1
  2. 2. 6.3. Lei de Lambert-Beer 2 Figura 6.2: Experimento ao qual se refere a lei de Lambert-Beer.6.3 Lei de Lambert-BeerLambert estudou a transmiss˜o de luz por s´lidos homogˆneos. Beer estendeu o trabalho de Lambert a o eao estudo de solu¸˜es. Pode-se apresentar as conclus˜es dois dois pesquisadores na forma de uma lei co oconhecida como a Lei de Lambert-Beer. Atrav´s dessa lei, intensidades da radia¸˜o incidente e emergente podem ser relacionadas com as e caconcentra¸˜es do material presente na solu¸˜o. Vamos discorrer brevemente sobre essa lei, com os co caseguintes esclarecimentos: 1. S˜o considerados desprez´ a ıveis os efeitos de reflex˜o, refra¸˜o e espalhamento. a ca 2. A radia¸˜o incidente deve ser monocrom´tica, isto ´, conter somente um comprimento de onda. ca a eIsto posto, vamos considerar a situa¸˜o ilustrada na Figura 6.2. I0 e I s˜o, respectivamente, as intensi- ca adades da radia¸˜o incidente e transmitida pela amostra. Muitas vezes, a intensidade transmitida decai caexponencialmente com o aumento do caminho percorrido na solu¸˜o (comprimento l da Figura 6.2), e catamb´m com o aumento da concentra¸˜o c: e ca I = I0 10−εlcsendo c a concentra¸˜o do material em estudo, l o comprimento interno do recipiente que contem a casolu¸˜o, e ε(λ), o coeficiente de extin¸˜o ou absortividade ou coeficiente de absor¸˜o, um fator carac- ca ca cater´ ıstico da substˆncia absorvedor (e o solvente), que depende do comprimento de onda da radia¸˜o. a ca A grandeza que medimos experimentalmente ´ a transmitˆncia T que ´ a raz˜o entre a intensidade e a e aincidente e a transmitida: T = I/I0 (6.1)Em rela¸ao a essa grandeza, a lei de Lambert-Beer assume ent˜o a forma c˜ a T = 10−εlcA absorbˆncia A ´ definida como a e A = − log10 T (6.2)Assim, em rela¸˜o ` absorbˆncia a lei de Lambert-Beer ´ escrita ca a a e A = − log10 T = log10 (1/T ) = log10 (10εlc )e portanto, A = εlc (6.3) Vemos o porque da defini¸˜o da absorbˆncia: nas condi¸˜es da validade da lei de Lambert-Beer ´ uma ca a co equantidade proporcional ` concentra¸˜o. O espectrofotˆmetro se torna um medidor de concentra¸˜o a ca o caseletivo para um determinada substˆncia, atrav´s da rela¸˜o c = A/εl. a e ca De uma maneira geral, para uma solu¸˜o de dada substˆncia, em um certo solvente, analisada a ca aum certo comprimento de onda da radia¸˜o, pode-se tra¸ar uma curva da absorbˆncia A em fun¸˜o da ca c a caconcentra¸˜o c; a partir dessa curva ser´ poss´ determinar a concentra¸˜o de qualquer amostra dessa ca a ıvel casolu¸˜o. ca
  3. 3. 6.4. Instrumenta¸˜o ca 36.4 Instrumenta¸˜o caDe maneira global, um espectrofotˆmetro tem trˆs partes: o eFonte de radia¸˜o normalmente ´ uma lˆmpada incandescente. Existe tamb´m um controle de in- ca e a e tensidade da radia¸˜o, mas ´ fundamental um meio de controle do comprimento da onda (por ca e exemplo, filtros ou monocromatizadores como prismas ou grades de difra¸˜o). No nosso aparelho, ca pode-se selecionar o comprimento de onda da luz incidente atrav´s de um controle manual. eAmostra deve estar contida em um recipiente apropriado do tipo tubos de ensaio ou cubetas. Como normalmente medidas comparativas s˜o feitas (uma medida com s´ solvente, outra com solvente a o e soluto), as cubetas vˆm emparelhadas. As cubetas s˜o fabricadas o mais igual poss´ e a ıvel. Assim, no resultado final, somente o soluto faz uma contribui¸˜o ` absor¸˜o. ca a caDetetor ´ um elemento sens´ ` radia¸˜o e que pode nos dar uma medida da intensidade da mesma; e ıvel a ca varia desde foto-mol´culas at´ o pr´prio olho. Um indicador no aparelho converte o sinal do e e o elemento em um n´mero. Os instrumentos em geral disp˜e de duas indicadores: uma delas nos d´ u o a a transmitˆncia T (Eq. 6.1) e a outra d´ a absorbˆncia A (Eq. 6.2) direto, evitando a necessidade a a a de uma calculadora.6.5 ExperimentoA mol´cula guaiazuleno (C15 H18 , 198,31 g/mol) foi isolado originalmente a partir do ´leo essencial e o ´de camomila. E usado como corante em alimentos e cosm´ticos. Temos uma solu¸˜o de 19,8 mg de e caguaiazuleno em 100 ml de ethanol. Queremos levantar o espectro de absor¸˜o no vis´ (de 400 at´ 700 ca ıvel enm) e medir o coeficiente de extin¸˜o ε (no comprimento de onda de maior absor¸˜o). ca caMedida do espectro de absor¸˜o de um corante caA receita para medir o espectro segue: 1. Ligue o aparelho, e espere cinco minutos para o aquecimento e estabiliza¸˜o dos circuitos. ca 2. Ajuste o comprimento de onda para o valor m´ximo (λ = 700 nm). a 3. Em alguns aparelhos, sem cubeta no aparelho, tem um obst´culo entre a lˆmpada e o detetor. A a a transmitˆncia neste situa¸˜o deve ser zero: regule a transmitˆncia T para zero, usando o bot˜o a ca a a apropriado. Em outros aparelhos este ajuste ´ feito de outra forma, ou n˜o precisa ser feito. e a 4. Coloque uma cuba com somente solvente na porta-amostra do aparelho. Nesta situa¸˜o, vamos ca definir a transmitˆncia sendo 100% (T = 1). Portanto, regule a transmitˆncia para 100%, usando a a o bot˜o apropriado. Este ajuste ´ feito para que, ao analisarmos a solu¸˜o, tenhamos eliminado a e ca a absor¸˜o por parte do solvente e a cuba. Ao contr´rio do ajuste do item anterior, a regulagem ca a da transmitˆncia 100% deve ser feita para todo valor de λ, uma vez que o solvente pode absorver a diferentemente em cada λ. 5. Retire a cubeta com o solvente e coloque em seu lugar a que contem a solu¸˜o. O indicador ca dar´ a transmitˆncia T ou a absorbˆncia A, dependendo da posi¸˜o de um bot˜o. Anote os dois. a a a ca a (Verifique com a sua calculadora que o aparelho d´ de fato A = − log T ) a 6. Varie λ a intervalos adequados, repetindo sempre os itens (4) e (5). Levante o espectro entre 400 e 700 nm, com uma resolu¸˜o melhor (me¸a mais pontos) na regi˜o de maior absorbˆncia. ca c a a 7. Fa¸a um gr´fico com dois eixos verticais, um para T , outro para A. c aMedida da curva de concentra¸˜o caVai agora fixar o comprimento de onda e obter dados da absorbˆncia da solu¸˜o em fun¸˜o da concen- a ca catra¸˜o do solu¸˜o, afim de conseguir o coeficiente de extin¸˜o da mol´cula em quest˜o. ca ca ca e a 1. A partir dos dados da parte anterior, fixe o comprimento de onda λ no valor correspondente `a m´xima absor¸˜o. Me¸a o comprimento interno l da sua cubeta. Qual ´ a concentra¸˜o molar da a ca c e ca sua solu¸˜o? ca 2. Coloque o solvente no porta-amostras e fa¸a os ajustes de transmitˆncia zero e 100%, como na c a parte anterior.
  4. 4. 6.6. Relat´rio o 4 3. Me¸a a absorbˆncia, dilua a solu¸˜o e repete, at´ n˜o conseguir medir mais porque a transmitˆncia c a ca e a a (T ) ficou perto de 100% (a absorbˆncia A ficou muito pequena). a 4. Fa¸a o gr´fico dos seus dados (A contra a concentra¸˜o). A proporcionalidade de A com c (Eq. 6.3) c a ca ´ verificada? Tire o coeficiente de extin¸˜o ε a partir da derivada (coeficiente angular) do seu e ca gr´fico. (Qual unidades tem ε? Como poderia estimar a incerteza no seu valor?) a6.6 Relat´rio oVamos se preocupar sobretudo com uma apresenta¸˜o boa dos dados e uma discuss˜o. Descreve tamb´m ca a eeventuais dificuldades que tinha com o seu aparelho. Discute a rela¸˜o entre o seu espectro e a cor da casolu¸˜o que usou. A lei de Lambert-Beer (proporcionalidade entre concentra¸˜o e absorbˆncia) foi ca ca averificada? Coment´rios e sugest˜es s˜o bem vindos: ewout@if.usp.br a o a

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