espectroscopia uv vis

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29-10-2009 1 QUÍMICA ANALÍTICA JOSÉ CARLOS MARQUES http://www.uma.pt/jcmarques 16:42 2 www.uma.pt/jcmarques Programa geral Introdução Histórico / aspectos gerais Análise qualitativa / análise quantitativa Análise clássica / análise instrumental Análise espectrofotométrica Introdução à espectroscopia Análise por infra-vermelhos Análise por UV-vis Absorção atómica Técnicas de separação cromatográficas Teoria / critérios de classificação / modelos de equilíbrio / glossário Cromatografia em camada fina Cromatografia Gás-líquido Cromatografia Líquido-líquido Técnicas hifenadas Introdução a EM / NMR GCFTIR / GCMS / LCMS Tratamento de amostras / Tratamento de dados / Segurança

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QUÍMICA ANALÍTICAJOSÉ CARLOS MARQUES

http://www.uma.pt/jcmarques

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Programa geral

� Introdução

� Histórico / aspectos gerais

� Análise qualitativa / análise quantitativa

� Análise clássica / análise instrumental

� Análise espectrofotométrica

� Introdução à espectroscopia

� Análise por infra-vermelhos

� Análise por UV-vis

� Absorção atómica

� Técnicas de separação cromatográficas

Teoria / critérios de classificação / modelos de equilíbrio / glossário

� Cromatografia em camada fina

� Cromatografia Gás-líquido

� Cromatografia Líquido-líquido

� Técnicas hifenadas

� Introdução a EM / NMR

� GCFTIR / GCMS / LCMS

� Tratamento de amostras / Tratamento de dados / Segurança

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Espectroscopia

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Onda electromagnética

� A onda electromagnética resulta da associação de um campo eléctrico alternado com um campo magnético (em planos perpendiculares)

� a componente eléctrica é responsável de grande parte dos fenómenos: transmissão / reflexão / refracção e adsorsão

� a componente magnética é responsável pela absorção de ondas rádio (NMR)

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Propriedades ondulatórias

λλλλ : Comprimento de onda - distância entre dois máximos

νννν : frequência - nº de oscilações por segundo☺ 1 Oscilação / s = 1 hertz (Hz)

☺ 106Oscilações / s = 1 MHz

� ν. λ = c c= velocidade de radiação no meio

� =2,998 x108 m/s; no vácuo

� A velocidade da luz é dependente do meio: c/n (em que n é o índice derefracção)

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Propriedades corpusculares

� Relação entre Energia e frequência

� E = h . νννν h = 6,626 10-34 J.s (constante de Planck)

� E = h . C / λλλλ = h C νννν νννν = 1 / λλλλ (número de onda)

E

λλλλ

νννν

Fotão de alta frequência - elevada energia- pequeno comprimento de onda

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Espectroscopia

� A espectroscopia é o estudo da interacção da radiação electromagnética com a matéria

� Espectro é a representação bidimensional da força da interacção vs. Energia

� Espectroscopia vs espectrometria: informação geral vs. Informação quantitativa

� A espectrocopia está na base do grande desenvolvimento da ciência, desde a química à astronomia

transições

nuclearesexcitação

electrónica

vibração

molecular

rotação molecular

spin electrónico RMN

raios

cósmicosraios gama raios x UV VIS IV micro ondas ondas rádio

λ, cm

e-

internos

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Espectroscopia

� Espectroscopia atómica

� Absorção e/ou emissão de luz por um átomo

� AAS

� AES

� Espectroscopia molécular

� Absorção ou emissão tendo em conta as características da molécula em estudo

� Vibração molecular ; rotação molecular; …

� Espectrofotometria de Infra-vermelhos

� Espectrofotometria de UV-vis

� Espectrometria de RMN

� Espectrometria de Massa

Que diferenças há entre espectroscopia, espectrometria e espectrofotometria?

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Espectrofotómetro

AnalisadorFonte DetectorPo P

Lei de BEER: A ∝ c

apenas aplicável a soluções diluidas (≤ 0,01 M)

� Luz monocromática - um único comprimento de onda

� uso de prismas, grating, filtro

� na prática é impossível de obter (desvios à lei de Beer)

� Transmitância T = P / Po; expressa em %

� Absorvência A = log10 (Po/P) = -log T = log 1/T = ε . b . C� ε - absortividade molar (mole-1 cm-1)

� b - distância (cm)

� c - concentração (mole/l)

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Espectrofotómetro UV - Vis

� Duplo feixe

� Cuvetes de quartzo (UV) ou vidro (Vis) de 1cm (ou mais)� Gama de trabalho: A ≅ 0,4 a 0,9

� Células IV NaCl ou KBr (dispersão em Nujol ou pastilhas)� PE entre 50 e 400 cm-1

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Trabalhos individuais

� Respondi a todos os que enviaram o trabalho

� Algumas descrições demasiado genéricas e não reflectem muito trabalho

� Nalguns casos fico com dúvidas

� Se eu der valores, serão capazes de calcular os LD e LQ?

� Sem COPY / PASTE por favor!

� Muitas consultas a sites brasileiros

� Consultar:

� EURACHEM http://www.eurachem.org/

� EMEA http://www.emea.europa.eu/pdfs/human/ich/038195en.pdf

� ICH http://www.ich.org/cache/compo/363-272-1.html

� FDA http://www.fda.gov/downloads/Drugs/GuidanceComplianceRegulatoryInformation/Guidances/ucm122858.pdf

� … Procure métodos oficiais e sites reconhecidos!!!!

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Fenómenos associados à absorção da luz

� R - Relaxação vibracional

� A - Absorção

� F - Fluorescência (mesmo spin)

� P - Fosforescência (spins dif.)

� IC - Conversão Interna (mesmo spin)

� ISC - conversão intersistema (spins dif.)

� P aparece sempre a maiores comprimentos

de onda (< E) que F

� Ambos os fenómenos são raros devido aos

tempos de vida muito curtos

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Limitações da Lei de Beer-Lambert

� A linearidade é limitada

� Os desvios resultam das interacções entre moléculas próximas

� As partículas na amostra causam desvio da luz (scattering)

� As amostras podem apresentar fluorescência ou fosforescência

� Maiores concentrações provocam desvios do índice de refracção

� Não é fácil obter um feixe de luz monocromática

Raramente se pode ultrapassar um valor de absorção acima de 0,7 – 0,8

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Transições

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Transições

� σ to σ *

�Alcanos 150 nm

� π to π *

�Alcenos 175 nm

�Alcinos 170 nm

�Carbonilos 188nm

� n to σ *

�Alcoois, eters 185 nm

�Aminas 195 nm

�Comp. sulfurados 195 nm

� n to π *

�Carbonilos 285 nm

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Bandas de absorção de compostos correntes

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Cromóforos orgânicos

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Definições

� Cromóforo

� grupo covalente não saturado responsável pela absorção electrónica

� Auxocromo� grupo saturado que, quando ligado a um cromóforo, modifica o comprimento de onda e a intensidade

do máximo de absorção

� Efeito batocromo� Desvio das bandas de absorção para comprimentos de onda maiores

� influência do solventes ou de um grupo (cromóforo ou auxocromo) que se junta ou se retira à molécula de referência

� Efeito hipsocromo

� Desvio para comprimentos de onda mais curtos

� Efeito hipercromo� aumento da intensidade da absorção

� Efeito hipocromo

� diminuição da intensidade de absorção

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Ácido Acético

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Tolueno

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fenol

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Ciclohexanol

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Ciclohexanona

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Base 217

Substituição alquílica 3x5 = 15

Total 232

Observado 234

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Base 214

Substituição alquílica 3x5 = 15

Exociclica 5

Total 234

Observado 235

Regras de Woodward-Fieser

� Dienos e polienos conjugados

� cromóforo base = − = 217 nm

� 214 nm (cíclico)

� cada substituição alquílica + 5

� cada dupla ligação exocíclica + 5

� cada dupla adicional + 30

� dupla no mesmo anel (homoanular) + 39

� grupos polares

☺ OR + 6

☺ SR + 30

☺ Cl, Br + 5

☺ NR2 + 60

☺ correcção de solvente + 0

Ligação dupla exocíclica: exterior mas ligada a um anel

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Regras de Woodward-Fieser

� Compostos carbonilo insaturados� cromoforo base

☺ (insaturado α,βα,βα,βα,β,,,, anel 6C, R-alquil) 215 nm

☺ anel 5 C 202

☺ aldeído, R=H 207

☺ acido ou éster R= OH ou OR 193

� alquil em α (β) +10 (+12)

� nova dupla conjugada + 30

� alquil em δ + 18

� dupla exocíclica + 5

� dupla no mesmo anel (homoanular) + 39

� grupos polares

☺ OH em αααα (β)(β)(β)(β) 35 (30)

☺ OR 35 (30)

☺ Cl / Br 15 (12) / 25(30)

☺ NR2 em b + 95

☺ correcção de solvente água -8 / hexano + 11

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Cores

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A não esquecer !!

� A cor de uma solução é sempre a cor complementar da absorvida

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Absorção vs emissão

Bohr:

∆∆∆∆E = Ef-Ei= hνννν

h=6,626 10-34 J.sνννν = frequência

� A energia total da molécula é a soma das energias de:

� ligação Ef-Ei elevado UV-vis

� vibração Ef-Ei médio IV

� rotação Ef-Ei pequeno IV longínquo

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Absorção vs emissão

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Limites de utilização de solventes

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Princípio da sobreposição:

quando duas ondas se cruzam

em qualquer ponto ocorre

interacção e a onda resultante

segue o princípio da

sobreposição:

o deslocamento (em magnitude)

do vector eléctrico em qualquer

ponto e momento é dado pela

adição das magnitudes

instantâneas produzidas

nesse ponto por cada uma das ondas

Interpretação de picos

� Efeito da soma das áreas