ANALÍTICA V –2S 2012 Aula 7: 15-01-13 · Aula 7: 15-01-13 ESPECTROSCOPIA Espectrotometria de...
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Prof. Rafael SousaDepartamento de Química - [email protected]
Notas de aula: www.ufjf.br/baccan
ANALÍTICA V – 2S 2012
Aula 7: 15-01-13ESPECTROSCOPIA
Espectrotometria de Absorção Atômica - Parte II
Espectrometria de Emissão Atômica – Parte I
Técnica espectroscópica � determinação elementar, como metais
AtomizadorSistema
ópticoDetector
ChamaTubo aquecidoeletricamente
Monocromatorou
Policromador
FotomultiplicadoraSemicondutores
Amostra
hνProcessador
de sinal
Computadore
Registrador
RELEMBRANDO... ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
Fonte
de luz
hν
Lâmpada
Sistema de introdução
de amostra
Geralmente um nebulizador pneumático(F AAS)
Pipetador automático(GF AAS)
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador
- Ocorre a “queima” da amostra, seguida da atomizaçãodos seus elementos constituintes
- Eficiência do atomizador � temperatura
- Temperatura ideal é aquela que promove a decomposição da matriz e que é suficiente para atomizar o(s) analito(s) de interesse
� Temperaturas diferentes podem e devem ser usadas, checando manuais e protocolos
Para absorção atômica com chama ���� Queimadores
���� Queimador para chamas ar-acetileno- fenda com 10 cm de comprimento
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador
���� Queimador para chamas óxido nitroso-acetileno- fenda com 5 cm de comprimento
- caráter redutor
- adequada para elementos que formam
óxidos refratários (Al, Ba, Ti, V, Si, ...)
C2H2 + 3/2 O2 2 CO + H2O (T ~ 2250 oC)
C2H2 + 3 N2O 2 CO + 3 N2 + H2O (T ~ 2700 oC)
OBS:
Equipamentos modernos permitem o uso de um mesmo queimador para as diferentes chamas
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador
Regiões diferentes compõem a chama ���� Ajustar a posição do queimador frente ao feixe de radiação
Zona primáriaMenos quente
Rica em fragmentos moleculares
Zona internaRegião mais quente
Rica em átomos livres
Zona externaPouco quente
Rica em óxidos e produtos de recombinação
Tubo de Grafite com Plataforma Integrada
Plataforma de L´vov
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador
Tubo (ou forno) de Grafite
Forno THGA Forno HGA
Forno THGA
���� Tubo de grafite geralmente é de grafite pirolítico. Outras características:- pode possuir “plataforma interna” (Plataforma de L´vov)- aquecido eletricamente (transversalmente ou longitudinalmente)- tempo de vida: varia com o tipo de amostra, elemento e
número de ciclos de atomização (consumível)- permite atingir LDs na ordem de µg L-1
TEMPERATURA
RESFRIAMENTO
SECAGEM
PIRÓLISE
ATOMIZAÇÃO
T E M P O
LIMPEZA
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector e de amostra processador
O Programa de aquecimento do forno de Grafite
Figura: cortesia Perkin Elmer (Apresentação “Espectrometria de Absorção Atômica”, Perkin Elmer, 2009)
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector ede amostra processador
Detector(Fotomultiplicadora)
LeituraMonocromador
Lâmpada(catodo oco)
Atomizador(Forno de grafite)
Io It
O MONOCROMADOR isola a radiação com comprimento de onda de interesse (Dispersores: Grades ou Prismas) e a conduz até o detector
O DETECTOR (fotomultiplicadora) converte o sinal luminoso (fótons) em sinal elétrico
Fonte de luz Sistema de introdução Atomizador Sistema óptico Detector ede amostra processador
O PROCESSADOR (computador) permite identificar o sinal analítico na forma de “pico” e compará-lo com o dos padrões
���� Utilizar ÁREA ou ALTURA
No processamento, sinais que não são provenientes do analito (sinais de fundo ou background) precisam ser descontados para minimizar ou
eliminar as interferências espectrais.
F AAS
� Análise rápida(Resultados em menos de 1 min)
� Utiliza alguns mL de volume de amostra
� Interferências bem documentadas
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
GF AAS
� Análise “demorada”(Resultados entre 1 e 5 min)
� Utiliza pouca quantidade de amostra, 10 – 50 uL
� Interferências bem documentadas mas que dependem das condições instrumentais (otimização)
INTERFERÊNCIAS ESPECTRAIS E NÃO-ESPECTRAIS
���� MATRIZ (viscosidade)
���� QUÍMICA
(Ex: PO43- x Ca2+ ; recombinações)
���� IONIZAÇÃO (Ex: Na, K, Ca e Li)
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
F AAS
�Limites de detecção adequados para muitos elementos em diversas amostras
Geralmente níveis de mg/L ou menor
GF AAS
�Limites de detecção na ordem de ug/L ou menor, principalmente para elementos voláteis como As e Se
CÁLCULO DO LIMITE DE DETECÇÃO INSTRUMENTAL (LOD):
LOD = (3 δ branco)/ S
MASSA CARACTERÍSTICA (m0):
Conc. padrão x V padrão x 0,004m0 =
Absorbância do padrão
CONCENTRAÇÃO CARACTERÍSTICA (C0)
Conc. Padrão x 0,004C0=
Absorbância do padrão
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
APLICAÇÕES
Determinação de elementos inorgânicos em diversos tipos de amostras
���� Análises clínicas: sangue, urina, cabelo
� Análises forenses: - Pb (identificar projéteis)
- Elementos tóxicos (envenenamentos)
���� Amostras ambientais: águas, solos e ar atmosféricos (chaminés)
���� Materiais metalúrgicos: ligas (pureza ou presença de contaminantes)
���� Alimentos naturais, processados e aditivos para alimentos
� “Concepts, Instrumentation and Techniques in Atomic AbsorptionSpectrometry”
R. D. Beaty, J. D. Kerber; Perkin-Elmer Corporation, 1993
� “Atomic Absorption Spectrometry”B. Welz, M. Sperling; 3rd ed., Wiley-VCH, 1999
� “Análise Instrumental”F. Cienfuegos, D. Vaitsman; Editora Interciência, 2000
� “Principles of Instrumental Analysis”D.A. Skoog, FL Holler, T.A. Nieman; 6th ed., Cengage Learning, 2006
� Tutoriais da Perkin-Elmer
Literatura consultada
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
1- Por que é necessário construir uma curva analítica antes da medida da absorção atômica de um elemento em uma determinada amostra?
2- Como você explica a baixa sensibilidade da F AAS quando comparada com a modalidade de GF AAS?
3- Descreva as principais interferências encontradas na F AAS.
4- Descreva as principais etapas do processo de aquecimento em G FAAS.
Questões para estudo
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA (AAS)
Espectrometria de
Emissão Atômica (AES)
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Analítica V
EMISSÃO DE RADIAÇÃO
� NaCl
1859 Kirchoff e Bunsen
identificaram que sais
diferentes produziam
cores diferentes em
uma chama
Emissão de radiação
NO LABORATÓRIO
Emissão de radiação
NO DIA A DIA
excitação seguida da
relaxação eletrônica
(estado gasoso)
PRINCÍPIO FÍSICO: O processo da emissão de luz pelos átomos
Excitação
Energia
Decaimento
h= constante de Plank
c= veloc. luz no vácuo
λ= comprimento de onda
(característico dos elementos)
� ∆E é inv. prop. ao λ
∆E = E1 – E0 = hν = h.c / λ
Modelo matemático:
Figura retirada de material didático da Profa Elisabeth de Oliveira
ATOMIZAÇÃO (Etapa Importante):necessária para se obter o espectro de emissão
M(H2O)+X-aq
dessolvatação
MX s
MX g
sublimação
atomizaçãoM g + X g
excitação
relaxação(EMISSÃO ATÔMICA)
M*g + X*g
Excitação
ocorre com a transferência de energia térmica proveniente de uma chama, plasma
ou descarga elétrica
Instrumentação básica das técnicas de emissão
AtomizadorSistema
ópticoDetector
ChamaCorrente elétrica
Plasma
Monocromadorou
Policromador
FotomultiplicadoraSemicondutores
Amostra
hν Processador
e
Registrador
Computador
1752: Melville (Na) Fotometria de chama - �
- emissão de átomos (Na, K, Li e Ca)
- interferências químicas:
C2O42-, SO4
2-, PO32- e AlO2-
Chama de ar/GLP ou ar/acetileno
-T= 1700 – 3000 0C
- amostras líquidas
Na e K em fluídos biológicos
Técnicas analíticas e suas fontes de atomização e excitação
“Prática 7” (Determinação de Na e K em Bebida Isotônica)
A Técnica de Fotometria de Chama
• BASEIA-SE na excitação de átomos neutros de Na, Li,Ca e K obtida pelo uso de uma chama
• Os átomos excitados voltamao seu estado fundamentalcom emissão de um fóton deradiação que pode seridentificado e medido
Chama: sistema composto por gases à alta temperatura
Ar-GLP (1700 – 1900 oC)
ou Temperatura:
Ar-acetileno (2125 – 2397 oC) proporção entre os gases
Ca (422,7 nm), Na (589,0 ou 589,6 nm), K (766,5 nm) e Li (670,8 nm)
Na K Li
O equipamento: fotômetro de chama
• Preço (06-09-10): ~ R$ 3800,00*• Faixa linear: até 100 mg L-1
• Boa repetibilidade média: RSD 1%• Volume de amostra: de 3-5 mL• Tempo de leitura: 6-8 s
QUIMIS Analyser
Na, K, Li e Ca
� Laboratórios clínicos (unidade em meq/L)
� Laboratórios de controle de qualidade
- alimentos
- produtos agrícolas
http://www.medsteel.com.br/loja1, acessado em 02-11-12
COMPONENTES do Fotômetro de Chama
Instrumentação básica para um fotômetro de chama
Continua na próxima aula...
29-01-13
(aula teórica + TVC lab)