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Química Analítica Instrumental
Universidade Estadual da Paraíba
Centro de Ciências e Tecnologia
Departamento de Química
Espectrometria de
Absorção Molecular UV-VIS
Profª. Sara Regina R. C. de Barros
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Introdução 1
Espécies Absorventes 2
3 Tipos de elétrons
4 Cromóforos Orgânicos
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Medidas de absorção estão baseadas em radiação ultravioleta e visível
encontram vasta aplicação para identificação e determinação de uma vasta
gama de espécies inorgânicas e orgânicas.
Introdução 1
As absortividades molares que variam de zero até um máximo de ordem de 105
são observadas em espectroscopia de absorção molecular no ultravioleta e
visível.
A = x b x c
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Espécies Absorventes 2
Absorção de radiação ultravioleta ou visível por uma espécie atômica ou
molecular, ocorre em duas etapas:
Excitação eletrônica
M + h M*
O produto da reação entre M e o fóton h é uma espécie excitada
eletronicamente, simbolizada por M*
Relaxação
M* M + calor
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
A absorção na região UV-VIS resulta da excitação
de elétrons de ligação, logo os comprimentos de onda
podem ser associados ao tipo de ligação.
É valiosa para identificar grupos funcionais em moléculas.
Valiosa para a determinação quantitativa de compostos contendo grupos
absorventes.
Tipos de transições envolvidas:
(1) elétrons , e n;
(2) elétrons d e f;
(3) transferência de carga
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
A energia associada às bandas normalmente observadas nos espectros UV-
VIS de uma molécula poliatômica compreende:
E molécula = E eletrônica + E vibracional + E rotacional
Vibração dos átomos
em torno das
posições de equilíbrio
nas ligações
Associada a
distribuição
dos elétrons em
torno dos átomos
Rotação da
molécula em
torno do seu centro
de gravidade.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Espécies absorverdoras contendo elétrons , e n
Incluem moléculas e íons inorgânicos, orgânicos e ânions inorgânicos.
Compostos orgânicos são capazes de absorver R.E.M por possuir elétrons
de valência que podem ser excitados a níveis de energia mais altos. Em geral
envolvem comprimentos de onda maiores que 185 nm.
Absorção em comprimentos de ondas maiores está restrito a um número
limitado de grupos funcionais (cromóforos) que contém elétrons de valência
com energia de excitação relativamente baixa.
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Os elétrons que contribuem para a absorção por uma molécula orgânica são:
(1) Os que participam diretamente da ligação entre átomos;
(2) elétrons não ligantes (isolados), geralmente presentes em átomos como
oxigênio, halogênio, enxofre e nitrogênio.
Orbitais moleculares: campos não-localizados entre os átomos que são
ocupados por elétrons , resultante da sobreposição de orbitais atômicos.
Orbital molecular ligante: resultam de dois orbitais atômicos de baixa
energia.
Orbital molecular anti-ligante: resultam de dois orbitais atômicos
de alta energia.
3 Tipos de elétrons
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Quase sempre a energia de um elétron não-ligante situa-se entre os
níveis de energia de um elétrons não-ligantes situa-se entre os níveis de
energia dos orbitais e ligantes e antiligantes.
As energias dos vários tipos de orbitais
moleculares diferem significativamente .
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Compostos contendo
grupo funcional
não - saturado
Ocorre em
hidrocarbonetos
que possuem
apenas ligações
e elétrons
ligantes.
Ocorrem em compostos orgânicos
saturados que possuem átomos com
elétrons tipo n.
Compostos contendo orbitais e
heteroátomo em elétrons não-ligados
para fornecer os orbitais n.
* 4 tipos de transições são possíveis
*
n *
n *
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Transições *
Um elétron de um orbital ligante de uma molécula é excitado ao orbital
antiligante correspondente pela absorção de radiação.
A energia necessária para induzir uma transição * é alta,
correspondendo a frequências nas regiões ultravioleta de vácuo.
O metano que contém apenas ligações C-H apresenta máximo de absorção
em 125 nm.
O etano apresenta máximo de absorção em
135 nm, surgindo do mesmo tipo de transição
mas os elétrons das ligações C-C também são
envolvido. Como a força de ligação entre C-C é
menos do que a força de ligação C-H, uma
energia menor é necessária para a excitação.
Máximos de absorção
nunca são observados na
região ultravioleta.
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Transições n *
Compostos saturados contendo átomos com pares de elétrons não-
compartilhados (elétrons não-ligantes).
Esse tipo de transição produz radiação entre 150 e 250 nm, com a maior
parte dos picos aparecendo abaixo de 200 nm.
A energia para essas transições depende primeiramente do tipo de ligação
e, em escala menor, da estrutura da molécula.
Os máximos de absorção para as transições n * tendem a se deslocar
para comprimentos de onda menores na presença de solventes polares, como
água e etanol .
O número de grupos funcionais orgânicos com picos
n * na região ultravioleta facilmente acessível é
relativamente pequeno.
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Transições n * e *
A maioria das aplicações da espectroscopia de absorção a compostos
orgânicos está baseada em transições de elétrons n ou pra o estado
excitado * , por que as energias necessárias para esses processos situam-se
em uma região espectral experimentalmente conveniente (200 a 700 nm).
Ambas as transições requerem a presença de um grupo funcional
insaturado para favorecer os orbitais .
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São grupos insaturados covalentes responsáveis pela absorção na
região UV-VIS (ex.: C=C, C=O, NO2, etc)
Cromóforos
Grupos saturados que modificam o comprimento de onda e a
intensidade da banda absorção do cromóforo como se pode verificar na tabela
abaixo.
Auxocromos
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Deslocamentos Batocrômico e Hipsocrômico
Batocrômico bandas de absorção * deslocam-
se para máx. maior
Hipsocrômico deslocamento das bandas de absorção
n * para máx. menor
Efeitos Hipercrômico e Hipocrômico
Efeito hipercrômico aumento da intensidade da
banda absorção
Efeito hipocrômico diminuição da intensidade
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Não conjugados cromóforos separados por mais de
uma ligação simples não sofrem
alteração no de suas bandas
Ex. O sist. H2C=CH–CH2–CH=CH2
apresenta o máx em 185 nm, o qual
é característico de RCH = CHR).
Conjugados cromóforos separados por uma ligação
simples sofrem deslocamento de suas
bandas para um maior. Ex. H2C=CH–CH=CH2 máx em 217 nm
Efeitos intramoleculares nos espectros de absorção
promovidos por multicromóforos
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Exemplos de multicromóforos conjugados
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
A obtenção de espectros de absorção UV-Vis em solução tendem a
remover a estrutura fina espectral como se pode notar nas figuras mostradas a
seguir.
Todavia, ao contrário dos solventes apolares, os polares (tais como água,
álcoois, ésteres, etc) produzem um efeito mais pronunciado devido aos efeitos
vibracionais.
É digno de nota que a utilização de espectros obtidos usando solventes
com polaridades diferentes pode auxiliar a discriminação dos tipos de transição,
assim como ajudar na caracterização das espécies químicas.
Efeito do Solvente sobre os Espectros
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Efeitos do solvente no espectro do acetaldeído
Efeitos intermoleculares devido ao solvente
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Apresentam espectro com três bandas originadas das transições
*. Ex.: O benzeno tem uma banda forte em 184 m (max = 60000) e duas mais
fracas, uma em 204 m (max = 7900) e outra em 256 m (max = 200).
Absorção por sistemas aromáticos
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Absorção por Espécies Inorgânicas
Alguns compostos inorgânicos dos elementos dos blocos s e p
apresentem bandas de absorção na região UV associadas a transições n *
(Ex.: nitrato (máx=313m), nitrito (máx =280 e 360m), carbonato (máx
=217m), etc). Porém, a maioria dos compostos inorgânicos desses elementos
não apresentam absorção na região visível, o que explica o fato deles serem
geralmente incolores.
Por outro lado, os compostos inorgânicos dos elementos dos blocos d
e f apresentam bandas de absorção na região visível sendo, por isso, coloridos.
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Absorção por Complexos de Metais de Transição d
O processo de absorção nos compostos de metais de transição “d”
envolve transições eletrônicas que ocorrem nos orbitais d.
Em um íon metálico isolado os cinco orbitais d são degenerados não
ocorrendo estas transições. Contudo, a referida degenerescência é quebrada
quando o íon metálico é perturbado por um campo eletrostático. Isto ocorre em
solução quando da formação de complexos ou compostos de coordenação).
Esse processo é descrito pela teoria do campo cristalino ou do campo ligante.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Absorção por Complexos de Metais de Transição d
O valor de depende da:
carga ou momento dipolar do ligante;
distância metal-ligante;
distância média do elétron d ao núcleo.
Estudos de espectros de absorção estabeleceram uma ordem de valores
de (série espectroquímica):
I-Br-<Cl-<F-<OH-<H2O<SCN-<NH3<etilenodiamina<
<o-fenantrolina<NO2-<CN-
Esta ordem independe do íon metálico e pode ser usada para comparar
as regiões de onde ocorre a absorção de complexos. Em razão das absorções
ocorrerem na região visível, esses compostos são geralmente coloridos.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Absorção por Complexos de Metais de Transição f
Os espectros consistem de bandas estreitas e bem definidas, como se pode
observar na figura abaixo.
Espectros de absorção de íons lantanídeos.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Justificatica:
O fato anterior pode ser explicado considerando que as transições
eletrônicas elétrons de orbitais 4f ou 5f. Estes orbitais internos são muito protegidos
de influências externas pelos elétrons de orbitais elétrons d (mais externos). Como
resultado, são produzidas bandas de absorção estreitas e pouco afetadas pela
natureza das espécies ligantes.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Nesse compostos, um dos componentes é doador de elétron e o outro de
receptor. A absorção relaciona-se com a transição de um elétron do doador a um
orbital de maior energia do receptor. Assim, o estado excitado é o produto de uma
espécie de processo oxidação-redução interna.
Exemplos desse tipo de complexo:
a) [I3]- Iodo molecular (I2) com Iodeto (I-)
b) [Fe(SCN)6]3- Ferro(III) com Tiocianato (SCN-)
c) [Fe(CN)6]3- Ferro(III) com Cianeto (CN-)
d) [Fe(fen)3]2+ Ferro(II) com 1,10 - Fenantrolina
Absorção em Complexos por Transferência de Carga
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Absorção em Complexos por Transferência de Carga
Nesses complexos o íon metálico atua, via de regra, como aceptor de
elétrons. Uma exceção é o complexo [Fe(fen)3]2+, onde a “fen” é o aceptor e o
“Fe(II)” é o doador.
As bandas de absorção por transferência de carga se caracterizam por
apresentar absortividades molares muita altas para os máximo de absorção (máx.
> 10.000).
No complexo [Fe(SCN)6]3-, a absorção resulta da transferência de um
elétron do íon tiocianato a um orbital do íon Fe(III). Assim, o complexo resultante é
uma espécie excitada com predominância de Fe(II) e o radical SCN. Após um breve
período, o elétron retorna a seu estado original
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Espectros de Complexos por Transferência de Carga
Figura - Espectro do complexo Fe-fenantrolina
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Instrumentação
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01. fonte estável de energia radiante;
02. seletor de radiação (filtro ou monocromador);
03. recipiente transparente para amostra;
04. detector de radiação (fototransdutor);
05. transdutor e dispositivo de saída.
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Componentes Básicos
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FONTES DE RADIAÇÃO
Esses dispositivos devem preencher os requisitos:
1º) A fonte deve gerar radiação contínua na região de interesse
(UV e/ou Vis) para medidas de absorção;
2º) A fonte deve fornecer um feixe com potência radiante
suficiente para medidas de absorção sejam feitas com precisão
adequada.
3º) A fonte deve ser convenientemente estável de modo que P0
e P mantenham uma certa constância,
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Fontes usadas em instrumentos para espectrometria
molecular.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS Fontes para medidas de absorção molecular no visível
A fonte usual para medidas espectrofotométricas na região
do visível é uma lâmpada com filamento de tungstênio. A
temperatura do filamento varia entre 2000 a 3000K.
Para a lâmpada produzir radiação estável, é necessário
um controle rigoroso da sua fonte de alimentação.
A lâmpada emite uma radiação contínua na região de 320
a 2.400 m (visível e NIR-Near InfraRed), embora a maior parte
da energia se concentre no MIR-Mid InfraRed.
• Lâmpada Incandescente de Tungstênio
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
OBS.:
Pode-se usar também para a região UV-Vis uma lâmpada de
tungstênio-iodo. Trata-se de um lâmpada de tungstênio comum contendo, em
vez de vácuo, o iodo sublimado.
O iodo reage com o tungstênio sublimado formando WI2, que ao se
difundir colide com o filamento quente, decompondo-se com reposição do
metal sobre o filamento.
O ciclo químico confere à lâmpada uma vida útil duas vezes maior
que a de uma lâmpada comum.
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As mais usadas são as lâmpadas de descarga de
hidrogênio ou deutério com janelas de quartzo. Ao
submeter o gás hidrogênio ou deutério a uma descarga
elétrica, produz-se um espectro contínuo na região UV (veja a
figura seguir), cobrindo a faixa de 180m (limite de transmissão
do quartzo) até 380m. Acima de 380m a radiação deixa de
ser contínua (espectro descontínuo: série de Lyman, Balmer,
Paschen, etc).
As lâmpadas de hidrogênio e de deutério cobrem a
mesma faixa espectral, porém a potência radiante da
lâmpada de deutério é maior.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Espectro de emissão de uma lâmpada de
deutério.
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Os espectrofotômetros que operam tipicamente nas regiões UV e
visível utilizam duas fontes:
♦ Uma lâmpada de hidrogênio ou deutério para região
UV (180 a 350m);
♦ Uma de tungstênio para a região visível (350 a
800m).
OBS.:
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SELETOR DE RADIAÇÃO
- Separa as diferentes radiações
Filtros
Ópticos
Fotômetro
Colorímetro
Monocromadores
À base de
prisma ,ou
rede de
difração
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Um sistema monocromador separa a radiação policromática em
bandas espectrais muito estreitas. Ele consiste basicamente de (veja a
figura adiante):
01 - Uma Fenda de Entrada, que recebe a radiação contínua da fonte e
fornece uma imagem ótica estreita;
02 - Uma Lente Colimadora, que torna paralelos os raios propagados através
da fenda de entrada;
03 - Um Elemento de Dispersão (prisma ou rede de difração), que desdobra a
radiação contínua;
04 - Uma Lente de Focagem, para focalizar a radiação desdobrada em uma
fenda de saída;
05 - Uma Fenda de Saída, que isola a linha ou banda espectral
de interesse.
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Tipos de Monocromadores
Monocromadores a base de:
(a) rede (ou grade) de
difração
(b) prisma.
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Prismas
Na construção de prismas, a escolha do material deve levar em
conta:
- a curva de dispersão óptica e
- a transparência
Região visível – prisma de vidro
Região UV – prisma de quartzo
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Rede de difração
É um dispositivo constituído de uma série de ranhuras muito próximas,
paralelas e eqüidistantes, traçadas sobre uma placa de vidro (rede de
transmissão) ou uma placa metálica polida (rede de reflexão).
Para as regiões UV e visível, uma rede típica tem 1200 a 1440
ranhuras/mm.
A dispersão na rede é um processo que resulta da DIFRAÇÃO e
subseqüente INTERFERÊNCIA. As ranhuras oferecem uma série de fendas para
a transmissão ou estreitos espelhos para a reflexão.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Filtros Ópticos
- de absorção;
- de interferência
Selecionam a faixa espectral relativamente estreita da radiação contínua.
Consistem de um vidro colorido ou um corante suspenso em gelatina e
colocado entre placas de vidro.
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Associação de um filtro de corte com um de absorção
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Recipientes de amostra
* Fotomêtros : cubetas cilíndricas;
•Espectrofotomêtros : Região UV cubetas de quartzo;
Região Visível cubetas de quartzo e vidro
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Detectores
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a) Responder à energia radiante na faixa desejada (veja
figura mostrada a seguir);
b) Ser sensível para baixos níveis de potência radiante;
c) Ter resposta muito rápida;
d) Produzir um sinal elétrico que possa ser amplificado
e) Apresentar um ruído relativamente fraco
f) Apresentar uma relação linear entre a potência radiante
incidente e o sinal elétrico produzido.
Os detectores de radiação são transdutores que convertem a energia
radiante em sinal elétrico. Os fototransdutores devem apresentar as seguintes
características:
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Resposta de um Fotodetector
O sinal elétrico produzido deve guardar uma relação linear com a potência do
feixe incidente, ou seja,
S = k P + Sr (função de transferência do transdutor)r
onde:
- S = sinal elétrico em unidades de corrente, resistência ou tensão.
- k = sensibilidade do detector em termos de resposta elétrica por
unidade de potência radiante.
- Sr = sinal residual apresentado na ausência da radiação, o qual
pode ser eliminados com circuitos compensadores.
Aplicando a expressão, após a compensação do sinal de escuro, à lei de
Beer temos:
A = log (P0 P) = log (S0 / k S / k) => A = log (S0 S)
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Tipos de Fotodetectores
Os fotodetectores (ou transdutores fotônicos) mais usados para medidas
nas regiões UV-Vis são:
(a) Células Fotoelétricas ou Fototubos;
(b) Tubos Fotomultiplicadores ou fotomultiplicadora;
(c) Fotodiodo;
(d) Fototransitor;
(e) Arranjo de fotodiodos.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS Princípio da Fototubo
Neste detector, a energia radiante é transformada em corrente elétrica
pelo efeito fotoelétrico, conforme ilustrado na figura abaixo.
O fototubo é constituído essencialmente de:
- Cátodo (-) emite elétrons quando irradiado;
- Ânodo (+) mantido a um potencial positivo relação ao cátodo
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Princípio da Fotomultiplicadora
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Fotodiodo
O fotodiodo é um diodo semicondutor
de Si com junção pn cuja característica
é operar em polarização inversa na
junção.
Na polarização inversa a
corrente é praticamente nula. Todavia,
se o cristal for devidamente dopado, o
número de portadores aumenta muito
sob luz incidente, pois essa fornece
energia que aumenta o número de
portadores minoritários (responsáveis
pela condução em polarização
reversa).
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Na realidade, um fotodiodo consiste de um diodo
operando no modo de polarização inversa, ou seja:
Polarização do Diodo
Direta Inversa
LEDs Fotodiodos
Fonte Detector
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Fototransistor
O fototransistor é similar ao
fotodiodo, mas permite amplificar
da corrente. Cada curva na figura
encontra-se relacionada a uma
intensidade luminosa. IB é a
corrente de base gerada pela
intensidade luminosa.
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Arranjo de Fotodiodos
É um conjunto de 64 a 4096 fotodiodos (1024 é o mais comum) montados
em uma pastilha semicondutora de Si em que cada fotodiodo responde pelo sinal de
um (veja figura a seguir).
Esp. Abs. Mol. UV-VIS
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Arranjo de fotodiodos
São pequenos fotodiodos de silício, cada um contendo uma junção pn reversamente polarizada.
OBS: O número de elementos de um chip varia de 64 a 4096
sendo o de 1024 o mais comum.
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Instrumentos
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Os instrumentos podem ser classificados em duas grandes
categorias:
♦ instrumentos não-fotoelétricos (comparadores visuais):
- o comparador de DUBOSCQ;
- os Tubos de NESSLER ;
- os papéis indicadores de pH, etc
♦ fotoelétricos:
- fotocolorímetros, fotômetros ou colorímetros;
- espectrosfotômetros;
Instrumentos para Medidas de Absorção UV-Vis
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Comparador de Duboscq
Se a Lei de Beer é
obedecida:
AA = AP
AbAcA = PbPcP
Uma vez que A = P ,
então:
cA = (bP / bA) cP
OBS.: para uma maior exatidão,
usar uma radiação quase
monocromática para estimular o
sistema.
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Comparador de Duboscq
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
De acordo com o tipo de componente usado para selecionar a
radiação, os instrumentos podem ser classificados em:
fotômetros ou fotocolorímetros*- quando usam filtros ópticos.
espectrofotômetros- quando um monocromador (de prisma
ou rede de difração) for empregado.
Se o critério para classificação for o tipo de feixe de radiação usado,
os instrumentos acima pode ser (veja fig. a seguir) :
feixe único (ou simples);
feixe duplo.
* Quando operam apenas no visível, são denominados colorímetros.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Figura- Instrumentos para medidas de absorção
molecular UV-Vis. (a) feixe único (b) feixe duplo
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Como veremos, a primeira categoria de instrumentos compreende os
mais simples, baratos e de fácil manutenção.
Além disso, eles não:
• costumam operar fora da região visível;
• alcançam o grau de precisão dos espectrofotômetros;
• possibilitam a obtenção de espectros de absorção.
Todavia, eles são normalmente usados quando não requeridas faixas
espectrais muito estreitas (em análises bioquímicas clínicas, por exemplo).
Começaremos a descrição dos tipos de instrumentos
enquadrados no primeiro grupo.
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Medição de Absorbância
a) Problemas: Interferências indesejadas
- reflexão e absorção da REM pelas paredes da cubeta
- espalhamento da REM pelas partículas em suspensão
b) Solução: Correção com o branco, ou seja, faz-se o P atingir
c) 100 % após a REM passar pelo branco, o que equivale a
PLogLogA P
PP 0
SOLUÇÃO
SOLVETE
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A figura abaixo mostra o diagrama de um fotocolorímetro de Feixe Único.
Instrumentos a Base de Filtros
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
i) Ajusta-se o miliamperímetro para 0 % T após bloquear a célula
fotovoltaica fechando a abertura variável;
ii) Regula-se a abertura variável para 100 % T após colocar o branco na
cubeta.
iii) Substitui-se o branco pelas soluções-padrão e a(s) amostra(s).
Uma banda espectral apropriada de um feixe paralelo oriundo de uma
lâmpada de tungstênio é selecionada pelo filtro óptico após passar por uma
abertura variável.
A radiação transmitida pelo filtro atravessa a cubeta e alcança uma
célula fotovoltaica (transdutor de entrada). A corrente gerada é lida em um
miliamperímetro (transdutor de saída) com escala variável de 0 a 100 % de
transmitância.
Para realizar uma análise, as medidas são efetuadas de acordo com
as seguintes etapas:
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Em geral, a escala linear de transmitância é acompanhada de uma
escala logarítmica de absorbância.
O modelo descrito necessita de um funcionamento dos
componentes elétricos em regime estável, enquanto se completam as três
etapas da medida.
A transmitância (T) pode ser medida com uma precisão de cerca de
2 %.
Não obstante a boa precisão com que as medidas de T ou A podem
ser realizadas, esses instrumentos são muito sensíveis a problemas de
flutuação da fonte e do detector.
Esses inconvenientes podem ser minimizados utilizando fotômetro
de feixe duplo como o descrito a seguir.
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Diagrama esquemático de um fotômetro de feixe duplo
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No fotômetro apresentado, o feixe de luz transmitida pelo filtro é
desdobrado por um espelho, sendo que:
- uma das partes segue seu percurso normal: passa
pela cubeta contendo a amostra e alcança o detector;
- a outra parte passa pela cubeta do branco e atinge o
detector de referência.
A corrente da célula indicadora (i) é comparada com a de referência (i0),
com o auxílio de um circuito ponte. Obtém-se assim, a transmitância (T = P/P0)
por meio de:
T = i / i0
onde i e i0 são medidos simultaneamente de modo que as flutuações (fonte,
detector, etc) são canceladas no quociente.
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Apesar de eficientes, os fotômetros de feixe duplo apresentam uma
série de limitações, a saber:
banda espectrais largas, sobretudo quando se usam filtros
de absorção. Isto afeta a resolução e pode produzir curvas
analíticas não-lineares (desobediência à lei de Beer);
pouca versatilidade quanto à região espectral de trabalho.
De fato, para operar em diferentes regiões do espectro é
necessária a troca de filtro;
não permitem a obtenção de espectros por não possibilitar
a implementação de um sistema de
varredura de comprimentos de onda.
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Instrumentos a Base de Monocromador
Na figura abaixo, é ilustrado um espectrofotômetro de feixe único
em que a radiação é selecionada pelo giro de um came. Um filtro
suplementar é empregado para reduzir radiação estranha.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
A figura abaixo ilustra um tipo de espectrofotômetro de duplo feixe baseado
em rede de difração.
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Além de permitirem a correção de flutuações dos sinais, os
espectrofotômetros de feixe duplo superam as limitações dos fotômetros
similares. Contudo, o modelo descrito não permite obter espectros de absorção
como os instrumentos descrito a seguir.
Os espetrofotômetros de duplo feixe são mais caros que os
correspondentes de feixe único. Podem ser encontrados no comércio a um
preço que varia de US$ 4000 a US$ 15000.
Espectrofotômetro de Varredura
Esses instrumentos podem ser classificados como sendo de dois tipos:
varredura mecânica;
varredura eletrônica.
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Espectrofotômetro de Varredura Mecânica
Esses equipamentos possuem um mecanismo que faz variar o
comprimento de onda do feixe a partir de rotação do prisma ou da rede. Nos
aparelhos antigos, essa rotação era sincronizada com o propulsor do papel
de um registrador potenciométrico.
Um exemplo desse tipo de instrumento pode ser encontrado na
última figura.
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Esp. Abs. Mol. UV-VIS
Espectrofotômetro Multicanal com Varredura Eletrônica
A figura abaixo exemplifica um espectrofotômetro multicanal de varredura
baseado em um arranjo de diodos.
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Nesse instrumento, o feixe colimado passa na amostra, colocada num
compartimento aberto e antes de atingir o arranjo de fotodiodos (“photodiode
array”), passa por uma rede de difração holográfica onde é dispersado. Isto
permite acesso simultâneo a todos os (190 a 820 m) e uma grande
diminuição do tempo de varredura (0,1s) do espectro.
A relação sinal/ruído pode ser melhorada varrendo-se o espectro
durante 1s ou mais e armazenando os dados no microcomputador para o
posterior cálculo da média.
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Sistema de Titulação Fotométrica (ou Espectrofotométrica)
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Pode-se demonstrar a partir da lei de Beer que:
TTlogT
4343,0
c
c
c/c = Incerteza relativa na concentração
T = transmitância medida
T = erro fotométrico (geralmente: 0,2 – 1,0 %)
Erro Fotométrico
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Erro Fotométrico
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