Espectroscopia UV-Vis e Fluorescência: Teoria e Aplicações, Slides de Química Analítica

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UV-Vis e

Fluorescência:

teoria e aplicações

Dra. Luciana Assis Terra

Cientista de Aplicação –

Espectroscopia Molecular e Raman

Introdução Espectroscopia é o estudo da interação da matéria com a radiação eletromagnética. Historicamente, a espectroscopia teve origem através do estudo de luz visível dispersa por um prisma (Newton, 1666). Mais tarde, o conceito foi expandido para compor qualquer interação com a energia em função de seu comprimento de onda ou frequência.

Definições Luz

A luz pode ser descrita de duas

maneiras:

• Propriedades semelhantes a ondas

Termos como comprimento de onda e

frequência são frequentemente usados.

• Propriedades semelhantes a partículas

Estes são expressos em termos de

pacotes de energia chamados fótons.

Estes termos são válidos ao longo de todo

o espectro eletromagnético

e não se limitam ao que normalmente é

considerado "luz" (visível, ultra-

violeta, e infravermelho).

A luz é considerada como onda na

natureza, pois consiste em oscilar

campos elétricos (E) e magnéticos (M).

Estes campos estão em ângulos retos

uns aos outros, e viajam a uma

velocidade constante em um

determinado meio. No vácuo, essa

velocidade é 3 x 10^8 ms-^1.

Parâmetros-chave Comprimento de onda e Frequência A energia associada com a radiação eletromagnética pode ser definida da seguinte forma: A frequência está relacionada ao comprimento de onda Por: E Energia (J) H Constante de Planck (6.62 x 10-^34 Js)  Frequência (s-^1 ) C Velocidade da luz (3 x10^8 ms-^1 )  Comprimento de onda (nm) E = h    c = Nota: Na espectroscopia, o comprimento de onda é geralmente expresso em micrômetros, nanômetros ou números de onda (1/  ).

Uma transição eletrônica consiste na passagem de um elétron de um orbital molecular ocupado de maior energia (HOMO) no estado fundamental para um orbital não ocupado de menor energia (LUMO) por absorção de um fóton. Esta figura mostra um exemplo de transições eletrônicas em formaldeído e os comprimentos de onda de luz que as causam. Essas transições devem resultar em bandas de absorbância muito estreitas em comprimentos de onda altamente característicos da diferença nos níveis de energia das espécies absorventes. Transições eletrônicas no formaldeído (metanal) Parâmetros-chave Absorção e Emissão n → π* < π → π* < n → σ* < σ → π* < σ → σ* Energia:

Aqui vemos os níveis de energia vibracional e rotacional sobrepostos aos níveis de energia eletrônica. Como muitas transições com energias diferentes podem ocorrer, as faixas são ampliadas. O alargamento é ainda maior em soluções devido às interações solvente-soluto. Transições eletrônicas e espectroscopia UV-Vis em moléculas Parâmetros-chave Absorção e Emissão

A espectroscopia é um campo amplo com muitas subdisciplinas, que podem ser classificadas pelo tipo de material que está sendo analisado. Introdução Classificações

Átomos

Epectroscopia Atômica

• AAS
• MP-AES
• ICP-OES
• ICP-MS

Moléculas

Espectroscopia Molecular

• UV-VIS
• UV-VIS-NIR
• FTIR
• Raman
• Fluorescência

Cristais

• Raio X

Núcleo

• RMN

Espectroscopia UV-Vis 11 October 28, 2020 DE. 3497453704

Quando a radiação interage com a matéria uma série de processos podem ocorrer:

• Absorbância
• Reflexão;
• Transmissão; Parâmetros-chave Absorção e Transmissão I 0 I T =^100 0          = I I T (Absorção) A = −log 10 T (Transmissão) Quando a luz passa por uma amostra, a quantidade de luz absorvida é igual à razão da radiação transmitida (I) à radiação incidente (Io).

14 October 28, 2020

Lei de Beer-Lambert

Io

I

A quantidade de luz absorvida pela amostra é proporcional a concentração do analito.

A= e bc

Transmitância , T = P / P 0 A= - log T

• ε é o coeficiente de absortividad e molar da espécie ;
• A é a absorbância da amostra;
• c é a concentração molar da espécie DE. 3497453704

Espectroscopia UV-Vis Análise qualitativa e quantitativa A cor é uma propriedade importante de uma substância. A cor da matéria está relacionado à sua absortividade ou refletividade. O olho humano vê a cor complementar àquilo que é absorvido. Fonte: Fundamentals of UV-visible spectroscopy

Espectroscopia UV-Vis Geral

• Lâmpada (fonte) emite luz através de uma gama de comprimento de onda
• Monocromator (dispositivo de dispersão) seleciona um comprimento de onda
• Absorção da luz (área de amostra)
• A luz transmitida é medida (detector)
• Concentração é determinada em comparação com os padrões

Lâmpada Monocromador Amostra Detector

Espectroscopia UV-Vis Fonte de Luz

A fonte de luz ideal produziria uma

intensidade constante sobre todos os

comprimentos de onda com baixo ruído

e estabilidade a longo prazo.

Fontes comumente utilizadas em

espectrofômetros UV-Vis:

• Lâmpada de arco de deutério

Intensidade útil na região ultravioleta

• Lâmpada tungstênio-halogênio →

boa intensidade sobre parte do

espectro ultravioleta e toda a faixa

visível

• Lâmpada xenônio → contínuo

sobre toda as regiões ultravioleta e

visível

Fonte de deutério (acima) e lâmpada tungstênio-halogênio (inferior) usadas com sistemas ultravioleta

Espectroscopia UV-Vis Sistema

Principais aplicações

• Monitorando cinética
• Caracterizando compostos
• Avaliando a pureza do DNA
• Quantificando DNA e proteínas
• Analisando nutrientes na água, alimentos, e agricultura;
• Fármacos Feixe de luz Simultânea correção de referência Lâmpada flash xenon Monocromator