Introdução aos métodos ópticos

Propriedades da Luz:A luz ou radiação eletromagnética pode ser descrita tanto em termos de onda com em termos de partícula, conhecido como princípio dual da radiação eletromagnética.

Princípio da dualidade da matéria de Louis de Brodlie: a Luz apresenta

característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo

uma partícula-onda.   

Em 1923, Louis Broglie mostrou, através de uma equação matemática, que

"qualquer corpo em movimento estaria associado a um fenômeno ondulatório".

Desta maneira o elétron apresenta a natureza de uma partícula-onda,

obedecendo assim, às leis dos fenômenos ondulatórios, como acontece com a

luz e o som.

Onde λ (lambda) é o comprimento da onda associada à partícula de massa m que se move a uma velocidade v,e h é a constante de Planck (~ 6,626 x 10-34 j.s)

λ = h/mv

Para descrever a luz, são utilizados os termos comprimento de onda (λ), frequência (ν) e energia (E). As relações matemáticas entre estas variáveis são:

c = λ.ν (Eq. 1)

E = h. ν (Eq. 2)

Temos então que:

ν = c/λ

substituindo a equação acima na equação da energia:

E= hc/λ

onde: c é a velocidade da luz no vácuo (3×108 m. s-1) e h é a constante de Planck, cujo valor no Sistema Internacional (SI) é 6,627×10-34 J.s

Exercício resolvido

1. Qual a energia associada a uma radiação eletromagnética com comprimento de onda de 250 nm? Dado: n (nano) =10-9

c = λ.ν e E= h. ν

Temos então que:

ν = c/λ

substituindo a equação acima na equação da energia:

E= hc/λ

Prefixo para unidades de medidas

Fundamentos da Espectrofotometria

“Uma maneira boa de cutucar moléculas, é com radiação

eletromagnética (luz)”

A espectrofotometria faz parte da classe dos métodos analíticos que baseiam-se na

interação da matéria com a energia radiante

Luz incidente

Luz emergente

Luz absorvida

Perdas: - reflexões - dispersão -absorção

• Boa sensibilidade• Baixo custo

de análise• Fácil

operação•Equipamento

s robustos

Definição de alguns Termos

• Espectroscopia

Termo geral para a ciência que trata da interação da matéria com vários tipos de

radiação

• Espectrometria / Métodos Espectrofotométrico

Amplo grupo de métodos analíticos que são baseados em espectroscopia molecular e

atômica.

Tratam da medida da intensidade da radiação.

Definição de alguns Termos

• Espectrofotometria

Medição de substâncias químicas baseada em informação espectral de um conjunto de

em um espectrofotômetro.

• Fotometria

Quantificação por intensidade de luz, não necessariamente mantendo a informação

espectral.• Colorimetria

Quantificação em colorímetro.

Num sentido amplo, radiação é aquilo que

irradia (emite raios) de algum lugar.

Em física, o termo refere-se usualmente a

partículas e campos que se propagam

(transferindo energia) no espaço (preenchido

ou não por matéria).

Conceitos teóricos

Radiações eletromagnéticasA representação gráfica do espectro

eletromagnético é mostrada na figura abaixo

Absorção de radiação eletromagnética

Fundamentos da Espectrofotometria

Porque ocorre o fenômeno da absorção? Moléculas que apresentam elétrons que podem

ser promovidos a níveis de energia mais elevados mediante a absorção de energia

◦ TRANSIÇÕES ELETRÔNICAS Níveis discretos de energia são absorvidos devido

à vibrações e rotações das moléculas

◦ ROTACIONAL E VIBRACIONAL Por este motivo não se observa uma linha de

absorção nítida, mas sim uma banda de absorção

◦ ESPECTRO UV-VISÍVEL

Fundamentos da Espectrofotometria

Transições Eletrônicas

Energia Rotacional e Vibracional

Espectro UV-Visível

Distinção das cores.Ao falarmos de cores, temos duas linhas de pensamento distintas: a Cor-Luz e a Cor-Pigmento. Falar de cor sem falar de luz é impossível, mesmo se tratando da Cor-Pigmento, pois ela, a luz, é imprescindível para a percepção da cor, seja ela Cor-Luz ou Cor-pigmento. No caso da Cor-Luz ela é a própria cor e no caso da Cor-Pigmento ela, a luz, é que é refletida pelo material, fazendo com que o olho humano perceba esse estímulo como cor.   Os dois extremos da classificação das cores são: o branco, ausência total de cor, ou seja, luz pura; e o preto, ausência total de luz, o que faz com que não se reflita nenhuma cor. Essas duas "cores" portanto não são exatamente cores, mas características da luz, que convencionamos chamar de cor. 

Cores de Radiação Região do Visível

Para caracterizar as absorções temos a lei de Lambert-Beer:

Transmitância = (I / I0)

% Transmitância = (I / I0) * 100%

I = intensidade de luz transmitida I0 = intensidade de luz incidente

Lei de Beer:

A intensidade de luz absorvida mede-se pelo porcentagem da luz incidente que atravessa a amostra

Para líquidos ou sólidos transparentes O espectro de absorção: é obtido através do monitoramento da

intensidade da radiação incidente (I0) e transmitida (I).

Teoria da Espectrofotometria

Teoria da Espectrofotometria

A absorção é função do número de moléculas que absorvem (concentração).

Absorbância = -log(I / I0) = . b . c

A = . b . c

Esta relação se conhece como Ley de Beer-Lambert e permite corrigir a dependência da concentração e outros fatores operacionais ao comparar distintos compostos:

Onde:

= absorvidade molar (característica da molécula)

c = concentração molar da espécie que absorve

b = espessura da amostra atravessada pelo feixe de luz (habitualmente 1 cm)

Para líquidos ou sólidos transparentes

Calcule a absorbância sabendo-se que a transmitância é:

a) 3,15%b) 0,0290

Calcule a transmitância (%) partindo-se dos seguintes valores de absorbância:

a) 0,912b) 0,027

Exercícios

Lei de Beer-Lambert

A absorbância é muito importante porque ela é diretamente proporcional à concentração, c, de espécies absorventes de luz

na amostra

Desvios da Lei de Beer-Lambert LIMITAÇÃO REAL

◦ A Lei é válida somente para baixas concentrações◦ Altas concentrações = Interação entre as

moléculas afeta a distribuição de carga, alterando o coeficiente de absortividade molar

DESVIO QUÍMICO◦ Surgem quando um analito se dissocia, se associa

ou reage com um solvente para dar um produto que tem um espectro de absorção diferente

Desvios da Lei de Beer◦ DESVIO INSTRUMENTAL

A lei só é válida para radiação monocromática, ou seja, para um único comprimento de onda ()

Como minimizar o desvio? Escolher a região onde o é constante na região

selecionada

Análises Quantitativas

Curva de Calibração ou Curva padrão

Concentração

Absorbância

2,5 5 10

0.200

0.400

0.600

07,5

0.500 AmostraA = 0,50

CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS

1- Introdução da Análise Instrumental

C

A

X1 X2

Y1

Y2

b =X2 – X1

Equação de uma reta: Y = bx + a

Coeficienteangular

Coeficientelinear

Coeficienteangular

Coeficientelinear

b

Y2 – Y1

Introdução à Análise Instrumental Adição de Padrão

Am

Pd Am

Sinal AnalíticoAmostra

Sinal AnalíticoAmostra + Padrão

+

Introdução à Análise Instrumental Padrão Interno

Sinal Analítico

Sinal Analítico

Sinal Analítico

Pd

Bco

Pds

Am