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ENGENHARIA QUÍMICA – 5° Semestre – 2011 Análise Química Instrumental

Prof. Ms. Vanderlei I Paula/ contato: [email protected]

Engenharia Química– 5° Semestre – 2014 Análise Química InstrumentalProcessos Químicos – 2015 Análise Química InstrumentalEngenharia de Alimentos – 2018 Análise Química InstrumentalENGENHARIA QUÍMICA – 5° Semestre – 2011 Análise Química Instrumental


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ANÁLISE QUÍMICA INSTRUMENTAL

CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA

Classificação dos métodos analíticos

http://blog.modernmechanix.com/2008/07/31/chemistry-big-laboratory-given-free/

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6°Ed.Cap. 0 Pg.1-9

7°Ed.Cap. 0 Pg.1-9

6°Ed.Cap. 1 Pg.15

Site: Cálculo de cafeína diária.http://www.pregnancytoday.com/articles/nutrition/ caffeine-calculator-6182/

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Os métodos analíticos são classificados como clássicos (via úmida) ouinstrumentais.

Métodos clássicos:-Separação dos componentes (analito)-- precipitação;-- extração;-- destilação-Produtos isolados-- reconhecidos pela cor;-- ponto de fusão;-- ponto de ebulição;-- solubilidades;-- cheiros;-- atividade óptica;-Análise quantitativa-- métodos gravimétricos-- métodos volumétricos




Os métodos analíticos são classificados como clássicos (via úmida) ouinstrumentais.

Métodos instrumentais:Início no século XX inserção de medidas de:-- condutividade,-- potencial de eletrodo,-- absorção ou emissão de luz,-- razão massa/carga,-- fluorescência,Abertura de métodos analíticos alternativos.Substituição dos métodos de destilação, extração e precipitação portécnicas de separação como:-- cromatografia,-- eletroforese.De fato, o crescimento dos métodos instrumentais de análise temocorrido em paralelo ao desenvolvimento da indústria de eletrônicos ede computadores.




TIPOS DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS

Propriedades características Métodos instrumentais

Emissão de radiação Espectroscopia de emissão (raios X, UV, visível, eletrônica, Auger);fluorescência; fosforescência e luminescência (raios X, UV e visível).

Absorção de radiação Espectrofotornetria e fotometria (raios X, UV, visível, IR);espectroscopia fotoacústìca, ressonância nuclear magnética eespectroscopia de ressonância de spin eletrônico.

Espalhamento de radiação Turbidimetria; nefelometria; espectroscopia Raman.Refração de radiação Refratometria; interferometria.Difração de radiação Métodos de difração de raios X e de elétrons.Rotação de radiação Polarimetria; dispersão óptica rotatória; dicroísmo circular.

Potencial elétrico Potenciometria; cronopotenciometria.Carga elétrica Coulometria.Corrente elétrica Amperometria. Polarografia.Resistência elétrica Condutometria.Massa Gravimetria (microbalança de quartzo).Razão massa/carga Espectrometria de massas.Velocidade de reação Métodos cinéticos.Características térmicas Gravimetria e titulometria térmicas; calorimetria diferencial de

varredura, análise térmica diferencial, condutométria térmica.

Radioatividade Métodos de ativação e de diluição isotópica.




Um instrumento para análise química converte informação sobre as características físicasou químicas de um analito em informação que pode ser manipulada e interpretada por umser humano.

Instrumentos para Análises

Resposta numérica ougráfica de estímulos dascaracterísticas físicas ouquímicas do analito.

Amostra em estudo nascondições de análise

Detector de estímulos ou criador de estímulos eletrônicos

Processador dos estímulos em estudo para resposta numérica.

Analista comamostra paraestudo.

Estímulo Resposta

Fonte de energia Sistema em estudo Informação analítica




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Mapa de domínios de dados

Domínios não elétricos

Domínios elétricos

O processo de medidapossuem dispositivos queconvertem a informaçãode uma forma em outra.

Anal. Chem. 1971, 43, 69A

Comprimento, Pressão,Densidade, Composiçãoquímica, Intensidade daluz, e etc

Espectrofotômetros,pHmetro, Coulômetro,Cromatografia, Raio-X,Espectrômetros e etc




Diagrama de blocos de um Fluorímetro




Detectores, transdutores e sensores

Detector refere-se a um dispositivo mecânico, elétrico ouquímico que identifica, registra ou indica uma das variáveisem seu ambiente, como pressão, temperatura, cargaelétrica, radiação eletromagnética, radiação nuclear,presença de partículas ou moléculas.




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Trandutor refere-se especificamente aos dispositivos que convertem ainformação em um domínio não-elétrico em informação nos domínioselétricos e vice-versa.

Exemplos: fotodiodos, fotomultiplicadoras, fotodetectores eletrônicosque produzem uma corrente ou voltagem proporcional à potencia daradiação incidente.




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Sensor refere-se a dispositivos analíticos quesão capazes de monitorar espécies químicasde forma específica, continua e reversível.

Exemplos: eletrodo de vidro, eletrodos deíons-seletivos, eletrodo de oxigênio de Clark,sensores de fibra óptica.

Geralmente sensores estão acoplados atransdutores.

http://www.directindustry.fr/prod/stanford-research-systems/microbalance-a-quartz-7218-54640.html




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Detector tipo CID

Emissor de luzEstímulo




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Sensores Químicos




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Erros Experimentais

Alguns erros de laboratório são maisóbvios do que outros, mas existe umerro associado a todas as medidas.Não é possível medir o valor “real” doque quer que seja.

A repetição de um método de medidavárias vezes nos indica a precisão(reprodutibilidade) da medida.

Quando uma mesma grandeza émedida por métodos diferentes e osresultados obtidos concordam entresi, então a exatidão dos resultadospassa ser confiável, o que significaque os resultados estão próximos dovalor “real”.O laboratório entregou os resultados:

John Smith está grávido!!!




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Algarismos significativos

O número mínimo de algarismos necessários para escrever um determinado valor emnotação cientifica sem a perda de exatidão. O número 142,7 possui quatro algarismossignificativos, pois pode ser escrito como 1,427 x 102.

9,25 x 104 possui 3 algarismos significativos ----- 92500

9,250 X 104 possui 4 algarismos significativos ----- 92500

9,2500 X 104 possui 5 algarismos significativos ----- 92500

Um espectrofotômetro possui o sistema de leitura abaixo, escreva no seu caderno osvalores da porcentagem de Transmitância e de Absorbância.




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Tipos de ErrosToda medida possui alguma incerteza, que é chamada de erro experimental.

As conclusões podem ser expressas com um alto ou baixo grau de confiança, mas nuncacom completa certeza. O erro experimental é classificado como sistemático ou aleatório.

Erro SistemáticoSurge devido a uma falha de um equipamento no método utilizado. Ao realizar o métodorepetidas vezes é provável que o erro será reprodutível, mas é possível detectar e corrigir.

Exemplos:Um medidor de pH que foi padronizado incorretamente produz um erro sistemático. Aocalibrar o equipamento a solução tampão que deveria ser 7,00 era 7,08, assim todas asmedidas irão apresentar um erro de 0,08 unidades menores. Uma leitura de pH em 5,60deverá corresponder ao valor real de 5,68. Solução para esse erro é o uso de duassoluções tampão, geralmente usa-se em pH 4,0 e 7,0 ou 7,0 e 10,0.

O uso de uma bureta não-calibrada para o preparo de soluções pode apresentar errossistemáticos, no entanto, esse tipo de erro pode ser sanado com a construção de umacurva de calibração.




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Maneiras para se detectar um Erro Sistemático:

1 – Amostras de composição conhecida, por exemplo, envolvendo materiaisPadrões de Referência, devem ser analisadas utilizando-se um métodoescolhido. Este método deve reproduzir a resposta escolhida.

2 – Amostras em “branco”, que não contém o analito a ser analisado, devem seranalisadas usando-se o método escolhido. Se os resultados forem diferentes dezero, o método é “exageradamente” sensível.

3 – Utilizando-se diferentes métodos analíticos para medir uma mesmaquantidade. Se os resultados não coincidirem, existe um erro associado a um dosmétodos, ou a mais de um.

4 – Amostras do mesmo material podem ser analisadas por pessoas diferentesem laboratórios diferentes (utilizando os mesmos, ou diferentes, métodos).Divergências além do erro aleatório esperado indicam erros sistemáticos.




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Erro Aleatório

Também conhecido como erro indeterminado pois éresultante de variáveis que não estão controladasnas medidas. A probabilidade de o erro aleatório serpositivo ou negativo é a mesma.

O erro aleatório sempre está presente nas mediçõese não pode ser eliminado, mas pode ser diminuídoem uma medida, desde de que a medida sejarealizada de forma mais adequada.

Ruídos elétricos (aleatório) em um instrumentogeram flutuações negativas ou positivas e ocorremcom frequência. Para evitar alguns erros aleatórios,basta repetir várias medidas e averiguar se háreprodutibilidade (precisão).




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Incerteza Absoluta e Relativa

A incerteza absoluta expressa a margem de incerteza associada a uma medida.Por exemplo, a medida de um volume em uma bureta calibrada é de 0,02 mL,chama-se tal grandeza de incerteza absoluta associada a leitura.

A incerteza relativa é uma expressão que compara o tamanho da incertezaabsoluta com o tamanho de suas medidas.

Exemplo: o volume de 10 mL na bureta citada possui incerteza de 0,002

=0,02 mL

10,00 mL0,002=Incerteza Relativa : Incerteza Absoluta

Valor da Medida

Incerteza Relativa Porcentual = 100 x Incerteza Relativa

Para o volume de 10,00 mL = 0,2%

IR=0,02 mL

1,00 mL0,02= IRP = 100 x 0,02 = 2 %IRP = 100 x 0,002 = 0,2%

Para o volume de 1,00 mL = 2%




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Incertezas na Adição e Subtração

Admita que se deseje realizar a seguinte soma, na qual as incertezas experimentais,simbolizadas por e1, e2 e e3, estão entre parênteses:

A resposta aritmética é 3,06. Mas, qual é a incertezaassociada a esse resultado?Para adição e subtração, a incerteza na resposta é obtida apartir das incertezas absolutas das parcelas individuais. Oprocedimento é visto a seguir:

Incerteza na adição e na subtração:

A incerteza absoluta e4 é ± 0,04, e pode se escrever a resposta como 3,06 ± 0,04. Emboraexista apenas um algarismo significativo na incerteza, pode se escrevê-la inicialmentecomo 0,041 com o primeiro algarismo não-significativo sendo o subscrito. A razão paramanter um ou mais algarismos não-significativos é evitar a introdução de erros dearredondamento nos cálculos finais, por isso considera-se o número 0,041.




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Incerteza relativa percentual = 0,041 X 100 = 1,3% 3,06

A incerteza, 0,041, é 1,3% do resultado, 3,06. O algarismo 3 subscrito em 1,3% não é significativo. É aconselhável retirar os algarismos não-significativos agora e representar o resultado final como:

3,06 (±0,04) (incerteza absoluta)

3,06 (±1%) (incerteza relativa)

Incerteza Relativa : Incerteza Absoluta

Valor da Medida

Incerteza Relativa Porcentual = 100 x Incerteza Relativa

Para a adição e a subtração, use a incerteza absoluta. A incerteza relativa pode ser determinada no final do cálculo

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