espectrofotometria

PEREIRA, F. K. P.; FACCIO, M. T.; SANTO, J. A. M; ALMEIDA, C. L. A.; ARAJO, M. L. M; SILVA, R. O; ARAUJO, F. T. S. Construo de curva de

calibrao por padro externo para determinao de teor de cobre em gua potvel da cidade Brejo do Cruz Paraba por Espectrofotometria de Absoro Molecular. In: 5 Congresso Norte-Nordeste de Qumica. Natal RN UFRN.

Construo de curva de calibrao por padro externo para determinao de teor de

cobre em gua potvel da cidade Brejo do Cruz Paraba por Espectrofotometria de

Absoro Molecular

Construction of calibration curve by external standard for determination of copper in

drinking water of the city of Brejo do Cruz - Paraiba by Molecular Absorption

Spectrometry

Construccin de la curva de calibracin estndar externo para la determinacin de cobre

en el agua potable de la ciudad de Brejo do Cruz - Paraiba mediante espectrometra de

absorcin molecular

Franklin Kaic Dutra PEREIRA1, Milena Tarciana FACCIO

1, Jonh Anderson Macdo SANTOS

1, Cludia Las Arajo

ALMEIDA1, Maria Lidiane Macdo de ARAJO

1, Cosme Silva SANTO

1 Rayane de Oliveira SILVA

1 Francisca Tase da Siva

ARAJO1

1 Curso de Licenciatura em Qumica, Universidade Federal de Campina Grande, CES, Cuit-PB. E-mail: [email protected].

RESUMO Espectrofotmetros so instrumentos capazes de registrar dados de absorbncia ou transmitncia em funo do comprimento de onda. Este

registro chamado de espectro de absoro ou de espectro de transmisso, segundo o dado registrado for de absorbncia ou transmitncia,

respectivamente. O espectro de absoro caracterstico para cada espcie qumica, sendo possvel a identificao de uma espcie qumica por

seu espectro de absoro. A caracterstica mais importante dos espectrofotmetros a seleo de radiaes monocromticas, o que

possibilita inmeras determinaes quantitativas. O presente trabalho teve como objetivo preparar uma curva de calibrao por padro externo

e determinar a concentrao de cobre de uma amostra de gua potvel duma cidade do interior Paraibano, Brejo do Cruz.

PALAVRAS CHAVES: Anlise Espectrofotomtrica, Absorbncia e Transmitncia, Anlise Quantitativa da [Cu+2

] em gua de

Brejo do Cruz.

ABSTRACT

Spectrophotometers are instruments capable of recording data in absorbance or transmittance as a function of wavelength. This record is called

an absorption spectrum or the transmission spectrum, the second data is recorded in absorbance or transmittance, respectively. The absorption

spectrum is characteristic for each chemical species, making it possible to identify a chemical species by their "absorption spectrum". The most

important feature of spectrophotometers is the selection of monochromatic radiation, which allows numerous quantitative determinations

governed by Beer's Law. This study aimed to prepare a calibration curve by external standard to determine the concentration of copper in a

sample of drinking water from a city in the interior of Paraba, of Cross Heath, and ascertain whether it is within the standards of potability in

accordance with Ordinance



KEYWORDS: Spectrophotometric Analysis, absorbance and transmittance, Quantitative Analysis of [Cu +2] in water of Brejo do Cruz.

1 INTRODUO

Anlises qumicas so realizadas cotidianamente para

determinao de uma grande variedade de substncias. Anlises

clnicas, nutricionais e controle de qualidade so apenas algumas

das aplicaes da qumica analtica no nosso dia-a-dia. Em

algumas situaes, como por exemplo, nas anlises preliminares

de doping realizadas em atletas, o analista deseja apenas detectar a

presena de uma determinada substncia. Nesses casos, a

determinao denominada qualitativa. Por outro lado, quando

necessrio estabelecer a quantidade exata da substncia a ser

analisada executa-se uma anlise quantitativa.

Alguns dos experimentos comumente propostos

baseiam-se na capacidade que algumas substncias apresentam

para formar compostos coloridos. Segundo VOGEL (1981), o

cido ascrbico (vitamina C), reage com hexacianoferrato de

potssio (K3[Fe(CN)6]) na presena de Fe(III) para formar um

composto colorido, denominado azul da Prssia. A intensidade da

colorao azul da soluo depende da concentrao de cido

ascrbico presente na amostra. Dessa forma, a medida da

intensidade da colorao possibilita a anlise quantitativa desse

composto em uma determinada amostra. Esse procedimento foi

adaptado por Nbrega e Lopes em um sistema de injeo em uxo

com deteco espectrofotomtrica (KAMOGAWA, 2008).

2 FUNDAMENTAO TERICA

A espectrofotometria o mtodo de anlises ptico mais

usado nas investigaes biolgicas e fisico-qumicas. O

espectrofotmetro um instrumento que permite comparar a

radiao absorvida ou transmitida por uma soluo que contm

uma quantidade desconhecida de soluto, e uma quantidade

conhecida da mesma substncia.

Todas as substncias podem absorver energia radiante,

mesmo o vidro que parece completamente transparente absorve

comprimentos de ondas que pertencem ao espectro visvel.

A gua absorve fortemente na regio do infravermelho. A

absoro das radiaes ultravioleta, visveis e infravermelhas

dependem das estruturas das molculas, e caracterstica para

cada substncia qumica. Quando a luz atravessa uma substncia,

parte da energia absorvida (absorbncia): a energia radiante no

pode produzir nenhum efeito sem ser absorvida. A cor das

substncias se deve a absoro (transmitncia) de certos

comprimentos de ondas da luz branca que incide sobre elas,

deixando transmitir aos nossos olhos apenas aqueles

comprimentos de ondas no absorvidos (Harris, 2005).

2.1 Energia radiante

As formas de energia radiante a que estamos

habituados a luz visvel, produzida pelo sol, ou pelo

aquecimento do filamento de tungstnio de uma lmpada

incandescente comum. Ela designada luz visvel, porque

impressiona a retina do olho humano. Sabe-se, contudo, que

outros animais como as abelhas, por exemplo, percebem outras

radiaes alm daquela. Outras modalidades de energia radiante,

contudo, fazem parte do nosso cotidiano: os raios X empregados

na medicina, as microondas dos fornos domsticos, as ondas de

rdio, os raios infravermelhos, radiaes eletromagnticas, entre

outros (Friori, 2013).

Na Tabela 1 so apresentados os intervalos de

comprimento de onda que caracterizam os diferentes tipos de

radiaes eletromagnticas. Observa-se ainda que, mesmo o que

se denomina luz visvel, pode ser decomposta em uma srie de

radiaes, correspondentes a intervalos de comprimento de onda,

diferenciadas pela colorao que exibem. Essas cores podem ser

percebidas ao se decompor a luz solar por meio de um prisma.

Tabela 1 - Intervalo de comprimento de onda correspondente s vrias radiaes

Radiao

Intervalo de comprimento de

onda

Transies atmicas ou

moleculares envolvidas

Raios X

10-3 - 10 nm Eltrons das camadas K e L

Ultravioleta

10-400 nm Eltrons de camadas

intermedirias e de valncia

violeta 400-465 nm

azul 465-493 nm

Luz verde 493-559 nm Eltrons de

PEREIRA, F. K. P.; FACCIO, M. T.; SANTO, J. A. M; ALMEIDA, C. L. A.; ARAJO, M. L. M; SILVA, R. O; ARAUJO, F. T. S. Construo

de curva de calibrao por padro externo para determinao de teor de cobre em gua potvel da cidade Brejo do Cruz Paraba por Espectrofotometria de Absoro Molecular. In: 5 Congresso Norte-Nordeste de Qumica. Natal RN UFRN.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

400 450 500 550 600 650 700 750 800

Comprimento de onda (nm)

Ab

so

rb

n

cia

Figura 1 - Espectros de absoro de solues cuja

cor das mesmas corresponde a cor da linha FONTE: OLIVEIRA, 2001.

Visvel amarelo 559-580 nm Valncia

laranja 580-617 nm

vermelho 617-750 nm

Infravermelho 750 nm-1mm vibraes moleculares

Microondas 1 mm - 1 m rotaes moleculares

Ondas de rdio 1m-1000 m ---------

FONTE: HARRIS, 2005.

A interao da matria com radiaes de

comprimento de onda entre 450 e 750 nm, denominada luz

visvel, se manifesta atravs das cores das substncias (Harris,

2005). Por que motivo ento, uma soluo de sulfato de cobre

tem cor azul esverdeada, enquanto que uma soluo de

permanganato de potssio vermelho prpura?

Quando a luz solar, ou a de uma lmpada, incide

sobre a soluo de sulfato de cobre, radiaes de todas as cores

penetram no seu interior, mas, praticamente, apenas as radiaes

de comprimento de onda acima de 600 nm so absorvidas

(Siebald, 2005). As radiaes que no so absorvidas,

correspondentes basicamente s cores: violeta, azul, verde e

amarelo, constitui somada, a colorao azul esverdeada da

soluo que percebida pelos nossos olhos. A cor que uma

substncia exibe corresponde, portanto, frao da luz visvel

que ela no absorve. A absoro de radiaes ultravioletas

abaixo de 400 nm no detectada pelo olho humano, e

percebemos as radiaes infravermelhas como calor (Vogel,

1981).

2.3 Espectros

Submetendo uma molcula, ou tomo, a radiaes

eletromagnticas, cujos comprimentos de onda variam

continuamente, e registrando a frao de energia absorvida,

obtm-se um espectro de absoro. Podem ser obtidos tambm

espectros de emisso, quando se registra a emisso de energia

radiante em funo do comprimento de onda (Haken, 1995). Na

Figura 6, so mostrados dois espectros de absoro na regio

visvel; um para uma soluo azul de sulfato de cobre e outro

para a soluo vermelha do indicador vermelho de metila.

Pode-se observar que a soluo azul absorve

comprimentos de onda correspondentes cor vermelha, de modo

que as cores no absorvidas combinadas, azul, violeta, verde,

amarelo e alaranjado resultam na cor azul da soluo.

Os espectros moleculares se apresentam tipicamente

como os exibidos na Figura 1, ou seja, como bandas contnuas.

Espectros atmicos so muito mais simples que espectros

moleculares, exibindo em geral algumas linhas, pois os tomos

no apresentam nveis de energia rotacional ou vibracional e s

podem absorver energia para alterar seu nvel de energia

eletrnica (HANKEN, 1995).

2.3.1 Uso analtico da absoro ou emisso de

energia radiante

Os itens discutidos anteriormente servem de base

para compreender os fundamentos de mtodos analticos muito

importantes: a espectrofotometria, fotometria de chama de

emisso e espectrometria de absoro atmica. Para isso, temos

que relacionar a absoro de energia radiante com concentrao

da espcie responsvel por esse processo.

2.4 Espectrofotometria na regio do visvel

Voltando ao nosso exemplo da soluo de sulfato de

cobre, intuitivo que, quanto mais azul ela for, maior ser sua

concentrao nesse sal. Imagine-se agora, que uma espcie

qumica cuja concentrao queremos determinar colorida, ou

pode produzir um composto colorido por uma reao qumica. Se

tivermos um meio de expressar numericamente a intensidade da

colorao, estamos a um passo de determinar sua concentrao.

Isso poder ser obtido medindo-se a absoro de energia por essa

espcie, pois j sabemos que se ela colorida ela est absorvendo

alguma frao da luz visvel.



Figura 2 - Esquema simplificado de um sistema medidor de

absoro de energia radiante por uma soluo (para identificao

das partes ver texto)

FONTE: Prpria, 2013.

2.4.1 Medida da absoro de energia

Se quisermos quantificar a absoro de energia

radiante, temos primeiramente que dispor de uma fonte de

radiao (A). Trabalhando na regio visvel do espectro, com

espcies que produzem solues coloridas, uma lmpada

incandescente de filamento de tungstnio serve perfeitamente aos

nossos propsitos, pois emite radiaes de comprimento de onda

entre 400 e 750 nm. De todas essas radiaes (comprimentos de

onda) temos de selecionar aquele que absorvido

preferencialmente pela espcie qumica de interesse, o que se

consegue por meio de um sistema monocromador (B).

Direcionado, por exemplo, um feixe luminoso sobre a face de um

prisma, promovendo a decomposio da luz, podemos coletar

radiaes de comprimento de onda definidas, atravs de

mecanismos de lentes e espelhos. Essa seleo de comprimento

de onda pode ser feita com redes de difrao ou com um filtro

que nada mais do que um pedao de vidro colorido. claro que

os filtros so sistemas selecionadores de comprimento de onda

bem menos eficiente que grades de difrao, pois ser

selecionado um intervalo relativamente largo de comprimentos

de onda. A radiao selecionada ento direcionada de modo a

atravessar a soluo contida em um tubo de vidro transparente, a

cubeta (C). A potncia do feixe de radiao incidente diminuda

ao atravessar a soluo contida na cubeta, devido ao processo de

absoro. Um sistema detector (D), como uma vlvula

fotomultiplicadora, capaz de medir a potncia da radiao,

indicando o resultado atravs de um sistema de leitura (E). Esses

so essencialmente os componentes de um espectrofotmetro

empregado para medidas de absoro na regio visvel do

espectro, esquematizado na Figura 2. Costuma-se designar como

colormetros os equipamentos onde a seleo de comprimento de

onda feita por meio de filtros (Kamogawa, 2008).

3. METODOLOGIA

Para a elaborao da curva de calibrao, foi-se

utilizado uma soluo padro de Sulfato de Cobre a 0,1 mol.L-1

para calibrar o equipamento. O padro (CuSO4) foi preparado em

balo volumtrico de 100,0 mL. Inicialmente, as amostras foram

diludas para que as concentraes dos analitos de interesse

estivessem dentro da faixa de linearidade da curva de calibrao

como mostra a Tabela 2.

Tabela 2 - Valor das concentraes de CuSO4 aps diluio

da soluo 0,1M

Soluo [CuSO4]diludo

1 0,2 mol.L-1

2 0,4 mol.L-1

3 0,6 mol.L-1

4 0,8 mol.L-1

Fonte: Prpria da Pesquisa, 2013

Para esta anlise instrumental empregaram-se

Espectrofotmetro SP-220 (Biospectro), cubeta de quartzo de 10

mm de caminho ptico (Equilab), para validar o mtodo

proposto. Em todos os parmetros foram utilizadas balanas e

vidrarias analticas.

Realizado as diluies e calibrao do equipamento

descrito metodologia acima, foram realizadas as leituras em

espectrofotmetro a 420 nm, utilizando-se todos os reagentes

anteriores (padro) como soluo-branco para zerar o aparelho.

Todos os solventes e reagentes utilizados so de grau analtico ou

adequados aos mtodos espectrofotomtricos, desde que

disponveis comercialmente. Todas as solues aquosas

utilizadas neste estudo foram preparadas com gua deionizada.

Na metodologia utilizada para elaborao da curva de

calibrao e anlise das amostras empregou-se uma razo molar

de 0,1 mol.L-1 de CuSO4. A identificao e quantificao

desconhecida da concentrao do metal da alquota da gua foi

realizado por comparao entre absorbncia e concentrao

obtidos com padres previamente injetados.

4. RESULTADOS E DISCUSSES

Ao utilizar a tcnica analtica instrumental, pde-se

obter alguns resultados, principalmente o que estava a procura.

Tem-se ento uma forma de expressar numericamente a relao

da concentrao de uma espcie colorida e absoro de luz. Na

Tabela 2 so mostrados os valores de absorbncia e de %

transmitncia para diferentes concentraes de cobre. As medidas

foram efetuadas no comprimento de onda de 750 nm, pois nessa



regio que ocorre a mxima absoro de radiao pela soluo

considerada.

Tabela 3. Valores de Transmitncia (%T) e da Absorbncia de soluo de cobre de diferentes concentraes, exceto da amostra de

concentrao desconhecida

Soluo Concentrao molar de Cu2+ % Transmitncia Absorbncia

1 0,000 -- 0,000

2 0,200 93,7 0,214

3 0,400 90,7 0,319

4 0,600 89,0 0,430

5 0,800 86,4 0,266

6 X ? ?

FONTE: Prpria da Pesquisa, 2013.

Analisando num espectrofotmetro a amostra de concentrao desconhecida, encontra-se um valor quantitativo para a

absorbncia e a % Transmitncia, no qual est representado na Tabela 3, a concentrao, a qual se busca nesta trabalho, ser encontrada de

acordo com uma Regresso Linear.

Tabela 4. Valores de Transmitncia (%T) e da Absorbncia de soluo de cobre de diferentes concentraes.

Soluo Concentrao molar de Cu2+ % Transmitncia Absorbncia

1 0,000 -- 0,000

2 0,200 93,7 0,214

3 0,400 90,7 0,319

4 0,600 89,0 0,430

5 0,800 86,4 0,566

6 X 79,7 0,640


Qual seria o valor da concentrao da soluo 6?

Examinando-se os valores de absorbncia, fcil perceber que

deve estar entre 0,400 0,300 M Cu2+,, mas qual o valor exato?

Atravs interpolao matemtica, usando os dados de

absorbncia, pode-se deduzir que 0,223 M. Desse exemplo

pode-se inferir que, disps-se de alguns dados que relacionem

concentraes conhecidas e suas respectivas medies de

absoro de luz, pode-se determinar concentraes

desconhecidas, se medirmos a absoro de luz dessa soluo

problema. Em segundo lugar, a absorbncia o parmetro mais

indicado para essa finalidade, porque apresenta uma relao

linear com a concentrao, e no logartmica como ocorre com a

transmitncia. O conjunto de solues de nmeros 1 a 6 constitui

o que se denomina curva de calibrao ou curva padro, e o

nosso referencial indispensvel para determinar a concentrao

de qualquer soluo, desde que se conhea sua absorbncia. Ela

pode ser representada em um grfico de coordenadas cartesianas

como uma reta, o que j era indicado pela Lei de Beer, que

permite calcular concentraes graficamente, conforme indicado

na Figura 3 (Alcantara, 2012).

Com os valores encontrados da absorbncia e da %

transmitncia, descritos na Tabela 3, pode-se calcular a Mdia, e

o Desvio-padro das solues conhecidas e da soluo

desconhecida, que consta na tabela 4, para ajudar a encontrar a

concentrao do Cu+2 da alquota.

Tabela 5. Valores de Transmitncia (%T) e da Absorbncia de

soluo de cobre de diferentes concentraes.

Soluo % Transmitncia Absorbncia

1 -- 0,000

2 93,7 0,214

3 90,7 0,319

4 89,0 0,430

5 86,4 0,566

6 79,7 0,640

Mdia 73,25 0,3655

Desvio-Padro 5,2957 0,2359




Para calcular a concentrao da alquota desconhecida,

utiliza-se de um clculo, que vai de acordo com a Lei de Beer.

Neste clculo, usa-se uma propriedade estatstica que chama-se

regresso linear, que segundo Regazzi (2003), um mtodo para

se estimar a condicional (valor esperado) de uma varivel y,

dados os valores de algumas outras variveis x. A regresso, em

geral, trata da questo de se estimar um valor condicional

esperado.

Para o clculo da concentrao de Cu da amostra

desconhecida, plotou-se um grfico linear, como mostra a Figura

3 abaixo, pode-se observar que o prepara da diluio das solues

com concentraes conhecidas, estavam de acordo com os

clculos, concluindo que houve exatido no procedimento, j que

o desvio-padro resultou em nmeros esperados. O mais

importante deste grfico, a equao, que ele nos fornece, pois

a partir desta equao de 2 grau que podemos calcular a

concentrao. O grfico disponibiliza tambm o valor de R que

o valor do coeficiente angular.

Grfico 1 - Curva de calibrao por padro externo dos valores

de absorbncia versus concentrao de Cu+2 das substncias

conhecidas

FONTE: Prpria da Pesquisa, 2013

Assim, com construo do grfico, chegou a seguinte

equao 2 e ao coeficiente angular (), respectivamente:

y = 0,575x + 0,175 (eq. 2), e

R = 0,9886

sendo y a absorbncia e x a concentrao, e o coeficiente

angular, que quanto mais prximo a 1, as solues estavam bem

preparadas, assim para calcular a concentrao da amostra usa-se

a equao e o valor da absorbncia descoberta na anlise no

espectrofotmetro:

y = 0,575x + 0,175

x= 0,331 mol. L-1

Por fim, aps fazer todos os passos, encontrou-se o

valor quantitativo ao qual buscava-se, um valor exato, no qual

esperava-se, que igual a 0,48 mol.L-1, j que a concentrao

dada pela quantidade da matria dividida pelo volume.

5 CONCLUSO

Com base nos resultados obtidos, pde-se concluir que

a curva de calibrao est de forma linear com os pontos obtidos

das concentraes das solues analisadas, e que a margem de

erro foi pequena considerando as concentraes, e o desvio-

padro, considerando tambm, que o coeficiente linear

apresentou-se num valor muito prximo de 1, aproximadamente

0,999. Contudo, imprescindvel ressaltar que para se obter uma

curva de calibrao perfeita, com menor margem de erro

possvel, deve-se estar atento a todos os procedimentos

experimentas, tais como, a diluio das solues, no qual

acredita-se que se apresentar pontos desprezados, que estejam

muito fora da reta, ocorre-se devido ao acrscimo, ou recuo de

gua destilada.

Esse experimento pode ser adotado em cursos de

anlise instrumental e possibilita uma discusso mais ampla sobre

espectrofotometria de absoro molecular, considerando-se a

fonte de radiao e o tratamento de dados.

5 REFERNCIAS

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www.universidadefederaldopara.com.br . Acesso em

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espectrofotometria

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