aula instrumental

METODOS E PROCESSOS INSTRUMENTAIS EM FARMACIA

Introduo

Definio: a anlise instrumental a parte da qumica analtica que trata de mtodos para a determinao da composio qumica de amostras.

Qumica Analtica Quantitativa

Qumica Analtica Qualitativa

Introduo

Mtodo qualitativo: fornece informaes sobre a identidade das espcies atmicas ou moleculares da matria.

Mtodo quantitativo: fornece informaes numricas, tais como as quantidades relativas de um ou mais componentes

Anlise quantitativa

Mtodo: A escolha do tipo de mtodo que ir empregar dever visar:o tipo de elemento a ser determinado (alguns mtodos se destinam a alguns elementos), tipo de amostra, custo, limite de deteco do mtodo e outros parmetros a serem considerados.

Classificao dos mtodos analticos: instrumentais

Medidas de propriedades fsicas do analito.

Condutividade

Potencial de eletrodo

Emisso ou absoro de luz

Razo massa/carga e fluorescncia

Mtodos Instrumentais

Espectroscopia de emisso, fluorescncia , fosforescncia e luminescncia.

Turbidimetria

Refratometria

Potenciometria

Condutimetria

Gravimetria

Instrumentos para anlise

Um instrumento para anlise qumica converte a informao armazenada nas caractersticas fsicas ou qumicas do analito em um tipo de informao que pode ser manipulada e interpretada pelo homem.

um dispositivo de comunicao entre o sistema de estudo e o investigador.

Instrumentos para anlise

Para se obter a informao desejada do analito necessrio fornecer um estmulo.

ESTIMULO SISTEMA EM ESTUDO RESPOSTA

Fonte de energia Sistema em estudo Informao analtica

Seleo de mtodo analtico 1)Que exatido necessria? (Tempo)

2)Qual a quantidade de amostra disponvel? (sensibilidade)

3)Qual a concentrao do analito? (Intervalo de concentraes)

4)Que componentes da amostra causaro interferncia? (seletividade)

5)Quais so as propriedades fsicas e qumicas da amostra? ( gasosa, lquida, etc.)

6)Quantas amostras sero analisadas?

(Economia)

Caractersticas a serem consideradas na escolha do mtodo

Velocidade

Facilidade e convenincia

Habilidade requerida do operador

Custo e disponibilidade do equipamento

Custo por amostra

Caractersticas de Eficincia dos Instrumentos

Preciso: o grau de concordncia mtua entre os dados que foram obtidos do mesmo modo. A preciso fornece uma medida do erro de um anlise. calculada atravs do desvio padro relativo, coeficiente de variao e varincia.


Tendncia: Fornece uma medida do erro sistemtico. A determinao da tendncia envolve a anlise de um ou mais materiais-padro de concentrao conhecida.

Tendncia: - Xv : a mdia da populao para a concentrao de um analito em uma

amostra que tem uma concentrao verdadeira igual a Xv


Sensibilidade: a sensibilidade de um instrumento uma medida de sua habilidade em discriminar entre pequenas diferenas na concentrao de um analito.


Limite de Deteco: a concentrao ([ ]) ou massa mnima de um analito que pode ser detectada em um nvel conhecido confivel.

Faixa Dinmica: faixa que se estende da menor [ ] nas quais as medidas quantitativas so realizadas at a [ ] na qual as concentraes se afastam da linearidade.


Seletividade: refere-se ao grau que o mtodo est livre de interferncia de outras espcies contidas na matriz da amostra. Nenhum mtodo est totalmente livre de interferncia de outros analitos, porm estes efeitos devem ser minimizados.

Calibrao de mtodos instrumentais

Todos os mtodos analticos requerem calibrao.

A calibrao um processo que relaciona o sinal analtico medido com a concentrao do analito.

Os tipos mais comuns de calibrao so: Curvas de Calibrao, Mtodo de Adio de Padro e Mtodo do Padro Interno.

ESPECTROFOTOMETRIA

Ondas Eletromagnticas

E=hc/l

Regio/Comprimento de onda

Regio Comprimento de onda

Ultravioleta distante 100-200 nm

Ultravioleta 200-380 nm

Visvel 380-700 nm

Infravermelho 700-3000 nm

Infravermelho 3,0-15 um

Infravermelho 15-300 um

Mtodos Espectrofotomtricos

Um conjunto de tcnicas relacionadas com a interao da radiao eletromagntica e a

matria. Existem vrios tipos de mtodos

baseados em interaes atmicas:

Absoro ( FAAS GFAAS) Emisso (Fotometria de Chama (ICP-AES)

Fluorescncia (XRF

Mtodos Espectrofotomtricos

Dois tipos de interaes so exploradas como base dos mtodos que devero ser tratados a

seguir: Absoro a luz absorvida por um tomo, on

ou molcula indo para um estado energtico mais elevado.

Emisso a emisso de um fton peloatmo, on ou molcula, retornando para um estado

energtico mais baixo (inclui a fluorescncia)

Introduo

UV VIS: cobre a regio de comprimento de onda de 100 800 nm.

Baseia-se: na energia de excitao necessria para a transio de eltrons entre orbitais moleculares.

Quando dois tomos formam uma molcula, seus orbitais

combinam-se dando lugar a novos orbitais moleculares que

eltrons.

moleculares

alojaro os

A espectroscopia de absoro UV-VIS envolve a absoro de luz UV/VIS

por uma molcula promovendo o espao de um eltron desde um orbital

molecular fundamental a um orbital excitado.

Absoro da radiao ultravioleta ou visvel

excitao dos eltrons.

transies eletrnicas.

Transies eletrnicas promoo dos eltrons

(estado

energia

de valncia do estado de baixa energia

fundamental) para estados de mais alta

(estado excitado).

Natureza das Transies eletrnicas

Os eltrons de valncia podem , geralmente,

em um dos seguintes tipos de orbitais :

ser encontrados

orbitais

orbitais

orbitais

ligantes simples ,

ligantes (duplas e triplas ligaes)

no-ligantes (par isolado de eltrons)

Orbitais ligantes tendem a ter uma energia menor que os

orbitais ligantes, os quais, por sua vez, tm energia menor que os orbitais no-ligantes.

Quando a radiao eletromagntica de comprimento de onda

correto absorvida, uma transio ocorre destes orbitais para

um orbital vazio, usualmente um orbital anti-ligante * ou *

Transies Eletrnicas

Estados

Excitados

> *

>

>

>

*

*

* Estados

Fundamentais

Tipos de transio

Espectro UV tpico

Os mximos de absoro devem-se a presena de cromforos na

molcula. (Neste exemplo temos duas absores em 190 e 270 nm)

tomo que no absorve radiao.

Modifica alguma caracterstica da

absoro do cromforo.

tomo que absorve radiao.

Auxocromos

Cromforo

Cromforos simples na Espectroscopia UV

De acordo com as transies eletrnicas anteriores temos

os seguintes cromforos simples:

Eltrons

implicados

Ligaes

transio

max (nm)

Eltrons

C-C, C-H

->*

150

-O-

n->*

185

-N-

n->*

195

Eltrons n

-S-

n->*

195

C=O

n->*

290

C=O

n->*

190

Eltrons

C=C

->*

190

Para lquidos ou slidos transparentes

O espectro de absoro: obtido atravs do monitoramento

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

Para caracterizar as absores devemos lembrar a

Lambert-Beer:

Lei de Beer:

lei de

A intensidade de luz absorvida mede-se pelo

incidente que atravessa a amostra

porcentagem da luz

% Transmitncia = (I / I0) * 100%

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

Para lquidos ou slidos transparentes

A absoro funo do nmero de molculas que absorvem (concentrao).

Absorbncia = -log(I / I0) = e.c.l

Esta relao

dependncia

se conhece como

da concentrao

Ley de Beer-Lambert e permite corrigir a

comparar e outros fatores operacionais ao

distintos compostos:

Onde:

e = absorvidade molar

c = concentrao molar da espcie que absorve

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

Espectroscopia ptica Consiste na interao de radiao (na faixa do UV, Vis e IR) com a matria (slido, lquido ou gs).

Esta interao pode ocorrer via absoro, espalhamento, emisso ou reflexo da luz incidente.

IR IT

Io IE

Amostra

Io: Intensidade Incidente IR: Intensidade Refletida

IT: Intensidade Transmitida

IE: Intensidade Espalhada

I =I +I +I +I o T R E A

Intensidade

Absorvida

Esquema de um Espectrofotmetro

Elementos bsicos: Fontes de luz: laseres e lmpadas

Elemento dispersor: grade de difrao ou prisma

Detector: fotodiodo, fotomultiplicadora, CCD

Amostra: slido, lquido ou gs.

Laser

Monocromadores

Para muitos mtodos espectroscpicos necessrio, ou desejvel, ter a capacidade de variar o comprimento de onda continuamente ao longo de uma faixa considervel.Esse processo chamado varrer um espectro.

Os monocromadores so projetados para varredura espectral.

So usados para radiao UV, visvel e IV.

Monocromadores: Componentes

Fenda de entrada: fornece uma imagem ptica retangular;

Lente colimadora (espelho): produz um feixe paralelo de radiao;

Prisma ou Rede Reflectora: dispersa a radiao e seus comprimentos de onda;

Elemento de foco: reforma a imagem da fenda de entrada e a focaliza sobre uma superfcie plana, chamada plano focal.

Fenda de sada: situada no plano focal, isola a banda espectral desejada.

Alm disso, possui janelas de entrada e sada, que tm funo de proteger os componentes da poeira e dos gases corrosivos dos laboratrios.

Monocromador de Prisma

Prismas podem ser usados para dispersar a radiao UV, visvel e IV.

Os materiais usados para sua construo diferem, entretanto, para cada regio de comprimento de onda (ex: vidro, quartzo, slica fundida, KBr, etc).

O Elemento Dispersivo:Monocromador

sena + senb = mDl

Poder de resoluo da

rede:

l/Dl=mN

N b

a

Tipos de Prisma

Prisma de Cornu : quando o material o quartzo cristalino, o prisma formado pela juno de dois prismas de 30,sendo um fabricado com quartzo destrgiro e outro com quartzo levgiro. Desta forma o quartzo opticamente ativo no polariza a radiao emitida.

Tipos de Prisma

Prisma de Littrow : um prisma de 30, espelhado na parte de baixo. A refrao neste tipo de prisma feita duas vezes na mesma interface, de modo que suas caractersticas de desempenho so similares s dos prismas de 60.

Monocromador de rede

A disperso da radiao UV, visvel e IV pode ser provocada pelo direcionamento de um feixe policromtico atravs de uma rede de reflexo.

As redes replicadas que so usadas na maioria dos monocromadores so feitas partir de rede-mestre.

Fontes de luz Lmpadas: Espectro contnuo

Emisso de

Corpo Negro

Lei de Planck

Recipiente das amostras

As clulas ou cubetas que contm as amostras devem ser feitas de material transparente radiao na regio espectral de interesse.

Na regio UV devem ser usados quartzo ou slica fundida; ambas as substncias so transparentes tambm na regio visvel e at 3um, na regio Infravermelho.

Vidros de silicato podem ser usados na regio entre 350 e 2000nm.

Recipientes de plstico tambm tm aplicao na regio visvel.

Tipos de Amostras: 1) Slidos

Eg > 5eV Eg < 1eV Eg entre ~1eV

e

5eV

Eg

Eg Eg E=hc/l

Isolante Metal Semicondutor

BV

BV

BV

BC

BC

BC

tomo de Bohr

Absoro e Emisso

Faixas de Energias da Espectroscopia ptica

Nveis

Eletrnicos

~1eV

UV-VIS Nveis Rotacionais

Nveis Vibracionais

~10 - 100meV

IR

< 10 meV

TCNICA DE ABSORO E REFLETNCIA

IT

Absorbncia (A): A=logIo/IT

Refletncia R: =IR/Io

Transmitncia (T): T=IT/Io

Lei de Beer: IT(l)=Io(l)e-a(l)L

a=A/(Llog(e))

L IO

R=IR/Io

IR

Histria

Obrigado a Todos !!!!

Prof. Luiz F. Moreia

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