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DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA DE CAFEÍNA E ÁCIDO BENZÓICO EM REFRIGERANTES COM BASE NA PROPRIEDADE ADITIVA DAS ABSORBÂNCIAS DOS COMPONENTES DE UMA MISTURA
Tipologia: Trabalhos
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Compartilhado em 22/03/2021
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DOCENTE: Prof.ª Bruno Ferreira dos Santos
DISCENTES: Fernando Santos Sampaio, Nilo Rodrigues dos Santos Neto,
Wallace Tôrres e Silva
Jequié – Ba,
Abril de 2019
Quando uma solução contém mais de um composto absorvente, admite-se que as
várias espécies se comportam independentemente uma das outras e que a absorbância
total da solução, para um dado comprimento de onda, é a soma das absorbâncias dos
compostos individuais. Nisso se baseia a análise de misturas de componentes possuindo
curvas de absorbância sobrepostas, com a determinação simultânea dos componentes
individuais da mistura. Considere, por exemplo, os espectros de M e N, mostrados na
Figura 1. Observe que não existe um comprimento de onda no qual a absorbância dessa
mistura seja devida apenas a um dos componentes. No entanto, as absorbâncias da
mistura nos dois comprimentos de onda λ
’
e λ
”
podem ser expressas como seguem:
’ =a
’
M b C M + a
’
N bC N (em^ λ
’ )
A”=a
”
M b C M +^ a
”
N bC N (em^ λ
”
)
Fonte: SKOOG, et al, 2002
As quatro absortividades molares (a
’
M;^ a
’
N;^ a”M e^ a
”
N) podem ser calculadas a
partir de soluções padrões de M e N, ou melhor, das inclinações dos seus gráficos da lei
de Beer. As absorbâncias da mistura, A’ e A”, são mensuráveis experimentalmente, do
mesmo modo que b , o caminho óptico da célula. Assim, com duas equações, as
concentrações dos constituintes individuais, CM e CN, podem ser calculadas [1].
Figura 1. Espectro de absorção de uma mistura com dois componentes. Os
comprimentos de onda ótimos λ’ e λ” (máxima absorção) para determinação dos dois
componentes estão indicados pelas linhas verticais tracejadas.
Aplicar a propriedade aditiva entre absorbâncias de componentes de uma
mistura na determinação simultânea do teor de cafeína e ácido benzoico em
amostras de refrigerantes usando-se espectrofotometria de absorção molecular
na região do ultravioleta.
Espectrofotômetro que forneça varredura na região do ultravioleta (entre 200 e
350 nm);
Cubetas de quartzo;
Banho de ultrassom;
Béqueres;
Balão volumétrico de 200,0 mL
Solução de HCl 0,1mol/L;
Amostra de refrigerante de limão que não seja diet (ex.: Sprite);
Solução padrão de cafeína 200 mg/L;
Solução padrão de ácido benzoico 100 mg/L;
Balança analítica;
Solução estoque de cafeína 206 mg L
-
: Pesou-se 20,6 mg de cafeína e diluiu-
se com água destilada para um volume final de 100,0 mL.
Solução estoque de ácido benzoico 100 mgL
- : Pesou-se 10,0 mg de ácido
benzoico e diluiu-se com água destilada para um volume final de 100,0 mL.
Solução padrão de ácido benzoico 2, 4, 6, 8, 10 mgL
-
em HCl 0,010 mol L
-
:
Para preparar a solução padrão de 2 mgL
mL adicionou-se 5,0 mL de HCl 0,1 molL
e 1 mL da solução estoque e diluiu-a
com água até a marca de aferição. Para preparar os outros padrões usou-se 2, 3,
4 e 5 mL da solução estoque seguindo o mesmo procedimento.
Solução padrão de cafeína 4; 8; 12; 16 e 20 mgL
- em HCl 0,010 mol L - : Para
preparar a solução padrão de 4,12 mgL
, em um balão volumétrico de 50,0 mL
adicionou-se 5,0 mL de HCl 0,1 molL
e 1 mL da solução estoque e diluiu-a
com água até a marca de aferição. Para preparar os outros padrões usou-se 2, 3,
4 e 5 mL da solução estoque seguindo o mesmo procedimento.
Obteve-se a linha de base no ultravioleta com água usando comprimentos de
onda de 350 a 210 nm;
Registrou-se o espectro e ultravioleta para cada um dos 10 padrões. Encontrou-
se o comprimento de onda de máxima absorção para a cafeína e para o ácido
benzoico;
Mediu-se as absorbâncias de cada padrão nos dois comprimentos de onda em
que se observaram as máximas absorbâncias para a cafeína e ácido benzoico;
Traçou-se curvas de calibração para a cafeína e para o ácido benzoico usando o
Excel e encontrou-se o coeficiente angular (absortividade) das curvas;
Pipetou-se 1,00 mL da amostra de refrigerante previamente sonicada para um
balão volumétrico de 100,0 mL. Adicionou-se 5,0 mL de HCl 0,1 molL
e
diluiu-se até a marca de aferição com água destilada;
Repetiu-se o procedimento por mais 3 vezes (triplicata);
Obteve-se as absorbâncias das amostras nos dois comprimentos de onda de
máxima absorção para a cafeína e para o ácido benzoico;
Com base no sistema de equação abaixo, calculou-se o teor de cafeína e
ácido benzoico na solução diluída do refrigerante:
Aλ1= ɛ Caf λ1 b CCaf + ɛAB λ1 bCAB
Aλ2 = ɛ Caf λ2 b CCaf + ɛAB λ2 bCAB
De forma análoga, a adição de ácido clorídrico na solução de cafeína é
necessária, pois o íon H
do ácido ataca o par de elétrons livre do nitrogênio e entra em
associação com este (Fig. 3). Nesta forma, a cafeína protonada adquire uma carga
elétrica positiva, correspondente à carga do próton, adquirindo assim uma característica
mais polarizada, o que facilita sua solubilização em água e sua determinação em meio
ácido.
A maioria das aplicações de espectroscopia de absorção a compostos orgânicos
está baseada em transições de elétrons n ou π para o estado excitado π
, porque as
energias necessárias para esses processos situam-se em uma região espectral
conveniente (200 a 700 nm). Ambas as transições requerem a presença de um grupo
funcional insaturado para fornecer os orbitais π e são estes centros de absorção
insaturados que são chamados de cromóforos. No caso do ácido benzoico e da cafeína,
devido as ligações duplas, elétrons π tornam-se ainda mais deslocalizados por
conjugação e os efeitos dessa deslocalização são um abaixamento do nível de energia do
orbital π
, como consequência os máximos de absorção são deslocados para
comprimentos de onda maiores [1].
Após a preparação das soluções padrão e das amostras a serem analisadas
obteve-se o comprimento de onda de máxima absorção para cafeína e ácido benzoico.
Figura 2. Reação de protonação do benzoato de sódio pelo ácido clorídrico para
formação completa de ácido benzoico.
Figura 3. Reação de protonação da cafeína pelo ácido clorídrico.
Observou-se que o ácido benzóico (AB) apresentou máximo de absorção em 230
nm enquanto a cafeína (Caf) apresentou em 275nm. Sendo assim, estabeleceu-se que as
medidas para determinação de AB e Caf nas amostras fossem realizadas em 230nm e
275 nm, respectivamente e preparou-se o branco que é a solução contendo todos os
reagentes, exceto o analito. Portanto, a Tabela 1 apresenta os valores obtidos das
absorbâncias no ultravioleta para as soluções padrão e amostras.
Tabela 1 - Absorbâncias das soluções padrão e das amostras nos comprimentos de onda
de 230 e 275 nm.
Solução
Padrão
Absorbância em 230 nm Absorbância em 275 nm
Ác. Benzoico Cafeína Ác. Benzoico Cafeína
Branco 0,0360 0,0360 0 0
Amostra 1 0,3038 0,
Amostra 2 0,3067 0,
Amostra 3 0,3041 0,
Amostra 4 0,2863 0,
Tabela 2- Absorbâncias das soluções padrão e das amostras nos comprimentos de onda
de 230 e 275 nm corrigidos.
Solução
Padrão
Absorbância em 230 nm Absorbância em 275 nm
Ác. Benzoico Cafeína Ác. Benzoico Cafeína
Branco 0,0360 0,0360 0 0
Amostra 1 0,2678 0,
Amostra 2 0,2707 0,
Amostra 3 0,2681 0,
Amostra 4 0,2503 0,
De posse dos dados espectrais (Tab.1), foi possível obter os Gráficos 1, 2, 3 e 4 e
ajustar as funções lineares às absorbâncias dos padrões e obter, desta maneira, a
equação da reta a ser utilizada para realizar os cálculos das concentrações para cada
0 2 4 6 8 10 12
0
f(x) = 0.01 x + 0
R² = 1
Concentração (mg/L)
Absorbância
0 5 10 15 20 25
0
1
f(x) = 0.04 x − 0
R² = 1
Concentração (mg/L)
Absorbância
Conforme apresentado na Figura 1, quando da análise de soluções binárias
contendo substancias absorvedoras distintas, ocorreu sobreposição dos sinais espectrais
de absorção, sobretudo nas regiões do UV destinadas à quantificação dos analitos. Esse
fato revela a necessidade de se combinar modelos matemáticos de calibração, com o
objetivo de melhor resolver essa interferência espectral e possibilitar a determinação
com exatidão dessas substâncias, quando esses ingredientes se encontram em associação
no refrigerante.
Gráfico 4. Curva analítica da cafeína no comprimento de onda em 275 nm.
Foi possível calcular a concentração do ácido benzóico e da cafeína através de
um sistema linear que constitui na propriedade aditiva das absorbâncias indicado nas
equações 3 e 4, substituiu-se o valor médio obtido das absorbâncias em 230 e 275 nm
das amostras (Tab. 1) e das absortividades (Tab. 2) obtidas da equação linear (Gráficos
1, 2, 3 e 4).
A230 nm = aAB.CAB + aCaf.CCaf (3)
275 nm
= a AB
AB
Caf
Tabela 2. Absortividades (L mg
cm
) para cafeína e o ácido benzóico em dois
comprimentos de onda.
Comprimento de onda: 230 nm 275 nm
Cafeína 0,0880 0,
Ácido benzóico 0,0219 0,
230 nm
= ε AB
AB
Caf
275 nm
= ε AB
AB
Caf
Dessa forma, essa ferramenta matemática caracteriza-se como um método de
calibração convencional que permite calcular a concentração de cada um dos dois
analitos em estudo, cafeína e ácido benzóico, a partir de um espectro ultravioleta
resultante de uma solução de refrigerante contendo essas substâncias em associação.
Como houve uma diluição para adequar à amostra à sensibilidade do aparelho,
multiplicou-se a concentração encontrada pelo fator de diluição, que foi de 100.
Através dos cálculos utilizando as equações supracitadas acima, foi possível
determinar a concentração média de ácido benzóico (
X =1,2818mg¿^ L )^ e de cafeína (
6,482, mg / L ) na amostra de refrigerante e também o desvio padrão de
S = 0,0032 para o
ácido benzóico e de
S = 0,0917 para cafeína.
Diante do exposto, concluiu-se que foi possível aplicar a propriedade aditiva entre
as absorbâncias dos componentes de uma mistura e determinar simultaneamente o teor
de cafeína e ácido benzoico numa amostra de refrigerante, no caso usou-se Sprite,
usando a espectrofotometria de absorção molecular na região do ultravioleta. O
