Espectrometria Química e Interações com a Luz

Ferramentas capazes de determinar elementos químicos capazes de dizer se tem ou não aquele elemento e quanto tem Tem os métodos clássicos titulação Métodos instrumentais Espectrometria Química É avaliar as interações químicas de um material com a luz Transforma o material em um componente capaz de interagir com a luz com suas propriedades químicas Dessa forma a espectrometria é capaz de a partir do controle dessas propriedades óticas conseguir interagir com o material e com isso consegue entender medir e avaliar essas interações Essas interações com a amostra têm característica um resultado e esse resultado que se mede A luz tem como princípio um fóton pixel um comprimento de onda específico a luz visível estão apenas nessa região pequena de 380 a 800nm Mas a radiação eletromagnética possui outras características comprimento frequência maiores ou menores frequência e isso está extremamente ligado com a energia dela e essa energia que irá entrar em contato com o átomo ou molécula h c h E Portanto radiações eletromagnéticas com menores comprimentos de onda maior frequência como a ultravioleta raio x e raio gama são radiações de maior energia e assim não se usa essas radiações com essas frequências pois ao interagir com a molécula a radiação de raio x e raio gama irá quebrar a moléculadestruir e em um átomo irá fornecer energia para ele e pode se fazer diferentes transições eletrônicas e ele se comportar de outra maneira Assim as radiações trabalham de forma destrutiva Já as radiações de comprimento de onda maiores como onda rádio microondas e infravermelho são ondas que envolve a transição vibração da molécula Em microondas temos a ordenação e desordenação e no infravermelho a movimentação da molécula Assim essas energias são favoráveis mas não são relacionadas diretamente com a quantidade de matéria pois apesar de ter várias vibrações na molécula não se tem uma relação matemática entre a quantidade de luz absorvida ou emitida com o número de elementos químicos ou seja não se consegue quantificar Assim só se consegue quantificar com a luz visível e na ultravioleta alto até 1000nm para poder determinar uma molécula química Então com essa região com o comprimento de onda irá produzir uma energia que vai interagir com o material e vai fazer com que essa matéria seja uma quantidade de matéria baseada na medida Métodos Espectrométricos abrangem um grupo de métodos analíticos baseados na espectroscopia atômica e molecular Técnicas que envolve a medida dessa quantidade Essa energia é uma relação entre a interação entre a radiação com a matéria Essa relação é importante para que consiga entender e medir esses diferentes componentes químicos Os métodos instrumentais espectrométricos se dividem em 4 classes Absorção absorção atômica e molecular a interação luz matéria funciona a partir da absorção de luzabsorbância se o analito for um átomo é a absorção atômica e se o analito for uma molécula é uma absorção molecular Emissão emissão atômica esse átomo tem a característica de absorver uma quantidade de luz e depois liberar essa luzemitir isso pode se dar por excitação de luz ou temperatura Luminescência fluorescência atômica e molecular fosforescência emissão de erro Espalhamento Raman turbidimetria e nefelometria Espalhamento de luz possui mais erros Diferença entre processos espectrométricos e espectroscópicos Processo espectrométricos são aqueles capazes de serem medidos Absorção e emissão enquanto os espectroscópicos são aqueles que não podem ser quantificados Vibração interação do núcleo com a luz refletância do material e refletância difusos especular Processo de absorção da luz Se fornece uma luz com características especificas então seleciona uma parte dessa luz que é colimada para dentro de um reservatório contém o analito Ex se tem o comprimento de onda característico do analito passando pelo material vai ter parte da luz emitida por essa fonte absorvida pelo elemento químico 1 Absorção Molecular moléculas absorvem uma porcentagem da radiação 2 Absorção Atômica átomos no estado gasoso fundamental absorvem a radiação Por que se consegue medir essa energia Quando se fornece energia para esse material parte dessa energia pode ser absorvida e a absorção se dá pela transição eletrônica do elétron de valência O elétron sai do orbital de menor energia e vai para um orbital de maior energia podendo ocorrer de forma térmica ou por fóton A energia proveniente para transitar o elétron é inversamente proporcional ao comprimento de onda então para transitar de uma camada menor para uma maior o comprimento vai ser cada vez menor isso dentro da espectrometria atómica os átomos têm transições quantizadas e portanto eles precisam de comprimento de ondas específicosvantagem Com isso se consegue medir a quantidade de energia absorvida por esse átomo para fazer a transição elétrica parte de absorção Quando ele volta para o estado fundamental ele emite luz parte de excitação ou emissão 3626 Já na espectrometria molecular tem a absorção de níveis diferentes todos esses elétrons da subcamada dos orbitais se consegue ter a transição eletrônica para o orbital de maior energia A transição se dá por diferentes energias o que formam diferentes picos em que vão gerar uma banda então na absorção molecular se tem uma banda de absorção e não um pico como na atômica então se tem vários comprimentos de onda que se juntam e geram uma banda isso acontece tanto na absorção quanto para excitação A volta do elétron pode se dar em diferentes níveis portanto ela gera uma banda de excitação ou em níveis maiores gera outra banda de excitação e essas diferentes bandas de excitação em regiões de espectro diferentes geram bandas espectrais que não se sobrepõem em alguns casos pode caracterizar quem está absorvendo ou emitindo Então as bandas de absorção sejam do átomo ou molécula me diz quem está absorvendo com isso se consegue identificar a estrutura química A intensidade a área desse pico dá a quantificação dessa quantidade absorvida Então dentro da espectrometria atômica caso se tenha diferentes átomos absorvendo terá um átomo absorvendo um comprimento de onda específico outro átomo absorvendo em outro comprimento de onda e assim por adiante Então cada absorção diferente é um átomo diferente fazendo isso Isso não acontece na espectrometria molecular pois nela se dá uma banda largas devido aos vários níveis e subníveis energéticos orbitais moleculares Então aqui não se há uma seletividade tão boa quanto na atômica Absorção molecular no UV Visível Se trabalha nessa região Na Colorimetria um objeto tem a cor correspondente aos comprimentos de onda que ele reflete Cor Observada nm Cor Complementar Ultravioleta 380 Violeta 380 420 Amarelo Violeta azul 420 440 Amarelo laranja Azul 440 470 Laranja Azul verde 470 500 Laranja vermelho Verde 500 520 Vermelho Verde amarelo 520 550 Púrpura Amarelo 550 580 Violeta Amarelo laranja 580 600 Violeta azul Laranja 600 620 Azul Laranja vermelho 620 640 Azul verde Vermelho 640 680 Verde Púrpura 680 780 Amarelo verde Assim se conseguir selecionar a luz que chega ao detector se consegue saber qual o tipo de molécula qual a característica e quais são as propriedades da molécula a partir dos agentes cromóforos e transição química Agentes cromóforos são partes da molécula que interagem com a luz e que por se interagirem com a luz ocorre uma característica dessa luz que irá interagir com esse material Por exemplo se passar o Betacaroteno em diferentes comprimentos de onda quando ele chega em 350 nm ele absorve luz e em 520 ele para de absorver luz então a região do espectro em que ele absorve é de 350 a 520 nm O comportamento entre esses agentes é diferente pois a transição que ocorre nessas interações é diferente Essas caraterísticas da transição química vão dizer os comprimentos de onda que elas vão absorver e as possíveis interações que se tem de acordo com a absortividade A partir dessas informações se consegue medir a absorção da radiação eletromagnética que vem da fonte e encontrar as características desses compostos químicos Absorção da radiação eletromagnética de comprimentos de onda na faixa de 160 a 780 nm Comprimentos de onda inferiores a 150 nm são altamente energéticos que levam à ruptura de ligações químicas Acima de 780 nm atingese o IV próximo onde a energia já relativamente baixa começa apenas a promover a vibração molecular e não mais transições eletrônicas Devido ao grande número de estados vibracionais e rotacionais um espectro de absorção no UVVis apresenta um formato alargado banda Instrumentação 1 Fonte de radiação lâmpadas de deutério utiliza com trabalha UV e tungstênio utiliza quando quer trabalha no visível ou de arco de xenônio para toda a faixa de comprimentos de onda UVVis 2 Parte óptica Instrumentos de feixe simples e duplo A diferença consiste basicamente em ter a possibilidade de descontar a perda de potência do feixe que passa pelo solvente branco simultaneamente à medida da amostra Te dá a opção de escolher esse comprimento de onda que vai chegar na sua amostra e com isso tem a formação química do comprimento de onda que está passando pela a sua amostra 3 Compartimento para amostra cubeta Deve ter paredes perfeitamente normais 90º à direção do feixe Quartzo transparente em toda a faixa UVVis Vidro somente visível absorve muito a radiação UV Muito frequentemente utilizamse tubos cilíndricos por questões de economia mas devese ter o cuidado de repetir a posição do tubo em relação ao feixe Tem o compartimento onde se coloca a amostra cubeta tem que ser transparente ao comprimento de onda que está saindo da fonte isso ocorre para não causar erros pois a cubeta pode absorver a luz e atrapalhar na medição correta 4 Detectores Transdutores Dispositivos capazes de converter luz para o domínio elétrico LDR fotodiodos fotocélulas tubos fotomultiplicadores CCD etc É um componente eletrônico capaz de medir a intensidade luz que vem da amostra ou seja que passou da amostra não foi absorvida e correlacionar com a energia que saiu da fonte A diferença entre o que entrou e o que saiu é o quanto de energia foi absorvida pelo meu material Então se tem um fonte de radiação que emite vários comprimentos de onda e ele entra no espectromicomonocromador caixinha Nesse monocromador ele irá receber vários comprimentos de onda e ele separa uma faixa de comprimento de onda que vai sair pela fenda de saída e vai ser colimada e ser direcionada para o compartimento de amostra Monocromador seleciona o comprimento de onda que se quer que passe pela amostra O analito vai interagir com essa luz e absorver uma quantidade de luz e a diferença é o que se chega no detector Como se funciona no geral No sistema se tem 2 lâmpadas uma de Tungstêniovis e uma de Deutério UV Então caso eu queira trabalhar na região ultravioleta acendese somente a de deutério Assim no primeiro jogo de feixe irá ser colimado e vai ser direcionado para o 1 monocromador esse monocromador possui uma fenda que pode ser ajustada esse monocromador vai selecionar os comprimentos de ondas que se quer trabalhar e vai direcionar para grade concova espelho e depois vai ser direcionado para a fenda de saída Esse espelho é o meu seletor de comprimento de onda pois a medida que você muda o ângulo desse espelho vai direcionar um comprimento de onda diferente a fenda de saída Com essa seleção de comprimento de onda o sistema de referência vai receber elepodendo ser um de referência de duplo feixe ou referência de mono feixe No de duplo feixe temos que parte desse comprimento vai para outra linha e outra parte vai para a sua amostra A que não foi para sua amostra é o de referência que é a luz que não foi absorvida pela a amostra Assim a luz que não foi absorvida pela amostra referência vai para o detector e a luz que foi absorvida pela amostra também vai para o detector A diferença entre os dois é o quanto foi absorvido pela amostra pois você sabe o quanto deveria chegar sem absorção da amostra e o quanto chegou o que foi refletido pela amostra Esse detector é um tubo fotomultiplicador que é um compartimento que converte energia luminosa em energia elétrica e a conversão e amplificação disso faz com que se tenha um sinal de quantidade de energia que está chegando no detector Como funciona cada componente Fonte de radiação Lâmpadas de xenônio deutério tungstênio lasers etc Região UV 160 a 380 nm Lâmpada de deutério xenônio ou vapor de mercúrio A lâmpada de deutério pode queimar Região Visível 380 a 780 nm Lâmpada de xenônio UVVis Lâmpada de filamento de tungstênio ou tungstêniohalogênio halógenas No futuro podese utilizar os LEDs pois eles trabalham em regiões muito estáveis e são extremamente baratos O problema é que se precisa ter um arranjo muito grande pois cada LED absorve um comprimento de onda diferente então teria que ter vários LEDs vários sistemas conjuntos trabalhando simultaneamente e isso ainda é caro e ainda está em pesquisa Seletor de comprimento de onda Filtros ópticos mais antigo São placas que que filtram o comprimento de onda assim cada espelho filtra um comprimento de onda diferente Usando de reflexões e interferências destrutivas e construtivas seleciona o comprimento de onda desejado A precisão é muito baixa e possui muita interferência e dependendo com o tempo vai se perdendo a capacidade de resolução Monocromadores Possui dois tipos O primeiro é o que nada mais é que a entrada do feixe com dois espelhos colimadores côncavos esses espelhos colimam para uma grade de refração essa grade se movimenta que define o comprimento de onda que vai mandar para outro espelho e com isso se tem a faixa de onda que vai sair e quais vão ficar presas na fenda de saída O comprimento de onda que saí é o que vai interagir com a minha amostra O segundo é o prisma tem as lentes colimadoras e um prisma e a função é a mesma Colima isso no prisma o prisma abre esse espectro da mesma maneira como a grade de fraçãoanterior e aí se colima apenas 1 que vai sair na fenda de saída Cubetas Depois disso vai se chegar na cubeta que é compartimento onde se está a amostra onde ocorre a absorção da minha luz Quanto maior o caminho óptico mais quantidade de átomos na frente do material tendo mais moléculas na frente do material se terá uma absorção maior A cubeta também pode ser classificada no seu tipo de material e deve ter cuidado para que ela não absorva na região que está trabalhando por exemplo O vidro absorve fortemente os comprimentos de onda da região do UV Abaixo de 300 nm toda a radiação é absorvida O quartzo começa absorver fortemente somente abaixo de 200 nm Acima de 500 pode se trabalhar com plástico Transdutoresdetectores Transdutores de radiação Fotônicos monocanais Células fotovoltáicas Fototubos Fotomultiplicadores Fotodiodos Fotônicos multicanais Arranjo de fotodiodos PDA Dispositivos de transferência de cargas CID e CCD bidimensionais Funcionamento Se tem um fóton de luz e esse fóton vai bater na placa transdutor e vai converter essa energia luminosa em energia elétrica e depois ela vai para um amplificador Cada fóton arranca um elétron e esses elétrons são amplificados e com isso se tem uma corrente elétrica e então esse detector é calibrado Então a intensidade luminosa ela é diretamente relacionada com a intensidade elétrica e aí se faz uma curva onde se tem a intensidade luminosa proporcional a intensidade elétrica Aí o equipamento mostra que a corrente que está passando ela me dá uma intensidade de luz dessa magnitude e assim tem uma correlação matemática a intensidade de luz que se chegou consegue detectar a intensidade de luz que foi emitida e depois se consegue a qualificar a quantificar a quantidade de energia transmitida a diferença entre as duas é a quantidade de luz que foi absorvida pelo analito Para algumas técnicas de emissão serão necessários mais alguns componentes O que fazer quando não se conhece o analito Uma opção é utilizar a varredura modificando a posição do espelho óptico A seleção do comprimento óptico serve para dizer quem está na amostra e a intensidade que chega ao detector serve para dizer o quanto tem Como é realizada a calibração de espectrofotômetro UVVis Primeiro devese realizar a varredura para saber qual comprimento de onda a molécula melhor absorve Com comprimento de onda máximo fixado utilizase várias amostras com diferentes concentrações do analito Através da Lei de LambertBeer sabese que a absorbância está relacionada com a absortividade da molécula com o caminho óptico e com a concentração Como a absortividade e o caminho óptico permanecem constantes é possível obter a curva de calibração Como ocorre a absorção da luz A absorção de radiação UV ou visível por uma espécie atômica ou molecular pode ser considerada como um processo que ocorre em duas etapas M hn M excitação M M calor desprezível relaxação São três tipos de transições eletrônicas 1 elétrons p s e n moléculas e íons inorgânicos 2 elétrons d e f íons de metais de transição 3 transferência de carga complexos metalligante Obs Se M sofrer decomposição ou formar novas espécies o processo é chamado de reação fotoquímica e neste caso não será possível fazer a quantificação de M Essas transições possibilitam processos ter a característica de transição para outros elementos químicos e isso está diretamente relacionado com a energia que se vai trabalhar Conhecendo essas estruturas conseguese ter uma seletividade descobrimento o tipo de molécula tem potencial de detecção e qual é o comprimento de onda para esse tipo de molécula Assim se consegue avaliar a potencial estrutura da molécula Então se conseguir selecionar comprimentos de ondas diferentes entre os componentes de uma mistura se consegue quantificar cada um desses compontes se um interferir no outro de maneira A seletividade está relacionada com a diferença de espectro entre diferentes componentes Como melhorar a absorção da luz A maneira mais comum de melhorar a seletividade é mudar o comprimento de onda quando se tem interferência espectral isso se dá utilizando um agente complexante para mudar as características de uma molécula química Quando uma molécula tem muitos agentes cromóforos é difícil de se fazer Uma série de agentes complexantes são usados para determinação de espécies inorgânicas Exemplos SCN para Fe3 I para Bi3 Natureza do solvente pH temperatura concentração de eletrólitos e presença de substâncias interferentes são as variáveis comuns que influenciam o espectro de absorção e evidentemente seus efeitos precisam ser conhecidos Como quantificar essa amostra A maioria dos materiais que se utiliza como solvente tendem a não absorver luz ou muito pouco e para arrumar quando o solvente absorve luz temos que fazer a realização do branco para evitar possíveis interferentes químicos óticos do solvente Para compensar os efeitos da perda de potência do feixe luminoso ao atravessar o solvente a potência do feixe transmitido pela solução do analito deve ser comparada com a potência do feixe transmitido em uma cubeta idêntica contendo apenas o solvente solução solvente solvente solução P P T A P P P P T log log 0 Lei de LambertBeer A quantidade absorvida pelo solvente tem que ser muito pequena para correlacionar com a absorbância do analito e isso é feito a partir da lei Beer Lambert Beer é uma relação empírica que relaciona a absorção de luz com as propriedades do material atravessado por esta Assim de certa forma temos uma correlação entre a capacidade e quantidade de luz absorvida pelo processo com a quantidade de matéria que se tem a frente do feixe Isso resulta em uma relação matemática Assim tem uma relação matemática entre a capacidade de luz que foi transmitida passou pelo material em função da concentraçãogL Quanto maior a concentração da espécie química menor será a energia transmitida ou seja menor será a energia que se chega no detector Assim temos a relação entre a absorbância e a concentração formando uma reta Portanto quanto maior a concentração molL maior será a absorbância A absorbância aumenta conforme aumenta qualquer um dos três e b ou c b é a inclinação de A x C e portanto responsável pela sensibilidade do método Quanto mais inclinado for essa curvareta quanto maior for o b mais sensível é o método assim temos que a sensibilidade está relacionada com o coeficiente angular da reta Quando se faz uma calibração de um material utilizando uma cubeta não se pode alterar para outra cubeta pois isso aumenta o caminho ótico se aumentar o caminho ótico vai se ter muito mais matéria na frente do feixe EX é a mesma coisa que fazer com o balão É analisado utilizando primeira na região de azul mais claro depois muda para a região em baixo automaticamente terá um caminho ótico maior uma quantidade de matéria maior e portanto terá uma sensibilidade e absorbância maior Se ele não for mudado durante a calibração se consegue construir curvas analíticas de diferentes soluções com diferentes concentrações e essas diferentes concentrações Quantos maiores pontos de curva forem feitos mais preciso vai ser a medida mas com 5 pontos é utilizável Feito a curva vai ter diferentes sinais no mesmo comprimento de onda Com o aumento da concentração temos se observa um aumento do sinal analítico e esse aumento vai gerar uma curva de calibração Problema da espectrometria molecular Ela é uma técnica sensível desde que não se tenha uma mistura muito grande de compostos e esse é o grande problema dela Caso se trabalhe com uma mistura esses componentes tiverem características de absorver no mesmo comprimento de onda não se consegue quantificar Exemplo em uma mistura com cafeína aspirina e acetona não se consegue selecionar não se consegue saber quem está absorvendo pois equipamento vai somar as três absorções Espectrometria de Fluorescência Molecular Na foto fluorescência o tempo de emissão é limitado pelo fornecimento de energia ou seja enquanto se está incidindo radiação na molécula está emitindo mas quando se para o fornecimento de energia ela para de emitir Já na fosforescência enquanto se fornece energia ela emite mas quando se para de fornecer energia ela continua a emitindo com algum tempo No estado fundamental os elétrons estão no estado singleto em que os spins estão emparelhados ou seja um é o oposto do outro E quando acontece a transição de um estado de maior energia pode se ter um estado singleto e um estado tripleto No estado singleto o spin do elétron que foi para o nível energético maior ele continua sendo oposto ao elétron que ficou no estado fundamental Esse processo é muito provável de acontecer e acontece muito rapidamente por isso que quando se para o fornecimento de energia não se consegue ver mais a emissão porque essa transição ocorre tão rápido que é quase imediata Já no estado tripleto temos uma mudança no spin ficando desemparelhado com o spin do elétron no estado fundamental ficando na mesma direção tendo a transição do estado excitado tripleto para estado fundamental singleto e esse processo menos provável de acontecer e ocorre mais lentamente Então quando se para o fornecimento de energia ele demora um pouco para a transição e por isso se consegue observar a emissão para mais de um tempo Princípio da técnica Na fluorescência a molécula absorve uma quantidade de energia e passa para um estado de maior energia que é o estado excitado para ela voltar para o estado fundamental ela perde primeiro uma quantidade de energia chamada de relaxaçãotransição não radioativa e ela pode ocorrer por vibração ou transferência de calor para o meio entre outras Após isso que irá ocorrer a emissão do fóton e essa luz é a fluorescência e é baseado nessa emissão que a técnica funciona Na fosforescência ocorre da mesma maneira a molécula absorve a luz perde um pouco perde energia por relaxaçãotransição não radioativa mas ao invés de emitir o fóton ela vai passar por cruzamento entre Intersistemas passando para o estado tripleto então ela vai perder mais ou pouco de energia para só então emitir o fóton Essa energia emitida é com menos energia do que a fluorescência Todas a moléculas que conseguem absorver elas também tem o potencial de florescer mas nem todas as moléculas fazem isso porque a estrutura da molécula faz com que a relaxação não radioativa seja muito mais rápida que a emissão fluorescente então ela perde toda energia por meio dessa relaxação e não consegue florescer então para que a molécula floresça ela precisa ter uma estrutura que diminua a velocidade dessa relaxação não radioativa e favoreça a emissão florescente Para se saber se a molécula é florescente se utiliza o rendimento quântico Esse rendimento é dado pela letra Φ quanto mais próximo de 1 maior é a intensidade da florescência quando se aproxima de 0 ela não é uma molécula florescente Quanto mais rígido maior é a probabilidade de ela florescer pois faz com que a relaxação não radioativa seja diminuída favorecendo a emissão florescente O que interfere na emissão da molécula A emissão é principalmente relacionada a rigidez da molécula quanto mais rígida essa molécula for menos energia será gasta para rotacionar e vibrar e mais energia será emitida Equipamento A única diferença com o de UVVIS é que ele possui um monocromador a mais Fonte Precisa de uma fonte com um pouco mais de intensidade do que a técnica UVVIS porque o quanto foi emitido da lâmpada é diretamente proporcional ao quanto a amostra vai emitir e quanto maior a emissão mais fácil da detecção melhor é a sensibilidade do método Por isso utiliza os Lasers 1 Monocromador Seleciona o comprimento de onda da excitação se a fonte for a laser não precisa utilizar esse primeiro monocromador Amostra absorve a luz 2 Monocromador Seleciona o comprimento de onda de emissão e como a emissão ocorre em todas as direções geralmente se mede numa posição a 90 do feixe incidente da fonte para que não tenha interferência desse feixe Detector Converte a energia luminosa em sinal elétrico Saída O computador coleta armazena manipula e analisa e exibe os dados Obs Na fosforescência é semelhante a este equipamento mas precisa de um componente a mais que permita medir a emissão um tempo depois sem a interferência da florescência Espectro Vantagens Alta seletividade sensibilidade maior faixa linear analise não destrutiva Desvantagem Equipamento mais caro menor aplicabilidade Qual a diferença entre absorção molecular e emissão molecular A absorção molecular está relacionada com a energia que determinado composto absorve passando de um estado energético para outro mais excitado Já a emissão molecular ocorre no processo de relaxação do elétron passando do estado mais energético para um de menor energia Aplicação Absorção Molecular UVVis É interessante utilizar esse método para substâncias puras Para misturas é necessário utilizar métodos de separação Cromatografia Seletividade pior comparada com os outros métodos moléculas diferentes podem absorver os mesmos comprimentos de onda Moléculas íons que absorvem luz e complexos Exemplo o Fe iii que não absorve sozinho mas complexado com o Tiocianato absorve Aplicação Fluorescência Emissão molecular ou Luminescência molecular Sempre buscar a maior rigidez da molécula portanto utilizar das reações com os seguintes reagentes 8hidroxiquinolina para 𝐴𝑙3 e 𝐵𝑒2 e outros metais Alizarin Garnet R 𝐴𝑙3 e 𝐹 Flavanol para determinar Zr zircônio e Sn estanho Denzoina para B boro Zn zinco Ge germânio e Si silício Espectrometria atômica São técnicas que envolvem a determinação de um elemento da tabela periódica ou seja se tem que converter aquela espécie química em uma conversão adequada para que se tenha a espectrometria desse elemento A espectrometria atômica trabalha com energias quantizadas de um orbital E0 para um orbital E1 então tem a passagem de um elétron de estado menor energia para um de estado maior energia E esses sistemas só funcionam quando se trabalha com elemento na sua fase gasosa elementar Tem que ser o elementar pois o elemento ionizado pode ter outras características químicas que podem interferir em outros processos químicos Se trabalha com a forma atômica para que se tenha diferentes energias para cada um dos elementos da tabela periódica uma vez que cada elemento no seu estado atômico possui raios diferentes e portanto possui energias diferentes Se trabalhar com diferentes íons eles podem ter diferentes raios que podem sobrepor a outros átomos ou outros íons que tenham raios similares e aí se perde a características da espectrometria atômica a tornando apouco seletiva e pouco eficiente Quando a absorção de energia ocorre o elétron se move para um estado de energia maior energia Tem se a transição do elétron de valência de um orbital estável 3s para um 3p para que ocorra essa transição necessita de uma energia característica uma vez que o sódio possui um raio diferente dos outros raios de outros elementos e a distância entre orbitais será diferente Então como cada elemento da tabela periódica possui um raio diferente portanto uma energia diferente para transitar o elétron para a camada diferente E essa energia é proporcional ao comprimento de onda que se fornece a esse elemento químico Então caso eu forneço essa energia característica de um certo elemento químico numa amostra que possui vários elementos químicos vai haver apenas a transição do elemento específico enquanto os outros por possuírem um raio diferente vai precisar de uma outra quantidade de energia para que se haja a transição Seletividade muito alta pois cada elemento possui sua própria energia de transição Como na espectrometria atômica não são bandas e sim linhas de absorção e a linha de absorção necessita de uma fonte diferente da espectrometria molecular Outro ponto é que aqui necessita que todos os elementos da amostra sejam capazes de gerar o átomo no estado gasoso fundamental então o instrumento precisa de um atomizador onde ele realiza a transformação o elemento químico em átomo no estado gasoso fundamental Esses pontos fazem com que a espectrometria atômica seja uma das mais seletivas e possui uma sensibilidade maior que a espectrometria molecular A espectrometria tem duas características importantes ao fornecer energia para a absorção podendo ser elétrico ou térmico quando esse elétron passar para o estado de maior energia ele volta ao seu estado fundamental estado de menor energia e emite luz Assim se faz a medição de luz transmitida que é proporcional a energia absorvida e essa energia absorvida é proporcional a concentração desse elemento que absorveu a luz Outro jeito é realizando a medição de energia emitida pois na espectrometria atômica se tem as diferenças entre as fontes de energia no caso da emissão a fonte será térmica A fonte de emissão da absorção é elétrica A absorção e a emissão são diferentes processos Na absorção se tem fornecimento de luz que vai ser emitida de uma fonte parte dessa luz vai ser absorvida e parte vai ser transmitida a diferença do que vem da fonte e o que se chega no detector é o processo de absorção Onde o processo de absorção é proporcional a concentração A absortividade que vai variar a inclinação da minha curva uma vez que o b não muda e assim temos que a absorção é proporcional a concentração Kirchoff Identificou que os elementos são capazes de absorver a mesma radiação que eles próprios emitem EAA ou AAS absorção Técnica mais comumente utilizada para análise de metais A introdução da amostra é feita pelas mesmas técnicas já apresentadas nebulização vaporização eletrotérmica etc A atomização pode ser realizada na chama ou em um vaporizador eletrotérmico Átomos neutros no estado gasoso fundamental absorvem radiação característica a cada uma de suas transições A fonte de radiação é uma lâmpada constituída do mesmo elemento a ser analisado LÂMPADA DE CÁTODO OCO Aplicação Os princípios básicos da espectrofotometria de absorção Todos os átomos absorvem luz O comprimento de onda no qual a luz é absorvida é específico para cada elemento A quantidade de luz absorvida neste comprimento de onda será incrementada proporcionalmente ao número de átomos do elemento selecionado em um determinado caminho ótico sendo proporcional à concentração das espécies A intensidade de absorção está diretamente ligada com a concentração A intensidade de absorção está diretamente relacionada com a concentração a partir da Lei de LambertBeer Instrumento Tem se uma fonte de transmissão de linha mas essa lâmpada especifica emiti um único comprimento de onda como ela emite esse comprimento de onda específico não se precisa de um monocromador antes do sistema de compartimento de amostra Assim essa onda especifica vai passar pelo atomizador compartimento responsável por gerar o átomo no estado gasoso fundamental para que se possa jogar a amostra no atomizador contendo o elemento precisase do sistema de introdução de amostra mecânico ele vai jogar a amostra no atomizador Se coloca o monocromador depois do atomizador para limpar a linha se só chegar no detector a linha com o comprimento de onda que se quer medir O que muda na espectrometria em chamas e a de forno de grafite é a parte do equipamento contendo o atomizador a o sistema de introdução de amostra No caso da emissão atômica não se tem uma fonte de linha onde o atomizador vai realizar a excitação do elétron 1º Espectrômetro de Absorção Atômica 1955 Walsh apresentou com sucesso o primeiro protótipo de um instrumento de absorção atômica AA1 1952 Alan Walsh propõe o trabalho inicial com o desenvolvimento do primeiro instrumento de absorção atômica Em 1962 é fabricado o primeiro espectrômetro de absorção atômica em chama comercial fabricado pela PerkinElmer modelo 303 Em 1959 Dr Boris Lvov desenvolve e propõe um novo sistema de atomização para o espectrômetro de Walsh um atomizador eletrotérmico atomizador de grafite Em 1970 é fabricado o primeiro espectrômetro de absorção atômica em forno de grafite comercial fabricado pela PerkinElmer modelo HGA70 Componentes de um espectrômetro 4139 Uma fonte de luz usada para gerar radiação no comprimento de onda característico de cada elemento A mais comum é a lâmpada de cátodo oco A lâmpada de catodo oco é capaz de fornecer um único comprimento de onda com isso ela pode ser chamada de monoelementar As lâmpadas de cátodo oco são constituídas de um cátodo feito de um metal monoelementar intensidade maior ou de uma liga de vários metais multielementar menos tempo de vida O interior da lâmpada contém Ar ou Ne em baixa pressão 1 a 5 torr Dentro dele Se tem uma descarga elétrica do anodo essa descarga elétrica arranca elétron do gás inerte neônio esse neônio é extremamente instável e ele é atraído pelo catodo Dentro do catodo na parede dele se tem a deposição de um filme de um metal o metal que se quer determinar Quando este neônio entra no catodo com uma velocidade extremamente alta ele choca com a parede do catodo e arranca um metal esse metal então choca com a nuvem eletrônica que está em volta e é excitado quando ele é excitado ele absorve uma energia com uma quantidade de energia específica para que se sai de um orbital de menor energia para um de maior de energia Em poucos segundos depois ele volta para seu estado fundamental e emite luz essa luz com o comprimento de luz específico com a energia especifica que precisa para que o material que está na minha amostra possa absorver essa energia e vai se medir a absorção Os átomos removidos do cátodo em fase gasosa são excitados por colisões com íons de alta energia e então emitem fótons quando retornam ao estado fundamental Essa radiação emitida tem a mesma frequência que a absorvida pelos átomos do analito na fase gasosa da chama ou do forno O propósito do monocromador posicionado após a chama ou forno é selecionar uma linha emitida pela lâmpada e rejeitar tanto quanto possível as emissões provenientes dos átomos excitados no processo de atomização A medida que vai se utilizando essa lâmpada o metal vai voltar ao estado fundamental ele não volta para dentro do catodo ficando depositado no vidro da lâmpada Isso afeta o tempo de vida lâmpada pois como esse metal vai estar fora do catodo ele não vai participar da excitação e vai chegar uma hora que vai ter pouco metal no catodo e com isso não vai ter metal suficiente para emitir luz Atomizador Emissão x absorção na chama Quando o equipamento tem configuração sem a lâmpada de catodo oco é chamado de fotômetro de chama ele vai medir a intensidade de emissão e aí se relaciona a intensidade de emissão com a concentração Quando ele tem uma fonte de linhas é chamado de absorção atômica e aí tem a medição entre as diferenças entre as energias Para medir a maioria dos metais precisa de lâmpada chama Aqui medi as diferenças de energias Espectrometria de Absorção Atômica em Chama FAAS É uma técnica analítica empregada para a determinação de metais bloco d e alguns semimetais Características da técnica em chama Análise rápida Resultados em 3 a 5 segundos Necessidade de alguns mL de volume de amostra Interferências bem documentadas Limites de detecção adequados para alguns elementos geralmente para níveis de mgL ou menor Por que não se consegue com os ametais Porque é muito difícil depositar esses não metais e alguns actinídeos na lâmpada então não se consegue ter uma lâmpada de catodo oco para ametais o fato disso não está no fato deles não conseguirem atomizar pois a chama consegue fazer isso com todos elementos da tabela periódica mas sim por não ter uma fonte de linha capaz de gerar a linha que esse ametais precisam Como funciona Se um caninho ele colocado dentro da amostra solução e essa solução é aspirada para dentro desse compartimento chamado nebulizador O nebulizador faz com que a solução seja aspirada e transportada para dentro dessa câmara de nebulização Na ponta do nebulizador ele forma uma nevoa formando um spray que irá formar tamanhos de partículasgotículas diferentes As gotículas maiores irão passar pela câmara e vão para dentro do dreno vão ser jogados fora As partículas menores vão subir e vão encontrar a chama e esse é grande problema da absorção em chama pois esse compartimento faz com que apenas 5 a 10 do que está aspirando vai para a chama ou seja 5 a 10 vai formar partículas pequenas então a eficiência desse sistema é muito baixa Qual a função da câmara de nebulização A câmara de nebulização serve para além de misturar os gases com o combustível para a chama ela também é necessária para selecionar as menores partículas que irão queimar na chama As demais e maiores partículas serão direcionadas para o dreno e por isso apenas 5 da amostra acaba sendo aproveitada Na chama se tem a dessolvatação e vaporização são esses processos que são interferidos quando se tem partículas grandes pois se tiver partículas grandes vai perder toda energia da chama dessolvatando e vaporizando Se isso acontecer e não ter tempo para gerar o átomo vai se gerar moléculas vaporizadas Possui dois tipos de nebulizador o do tipo cruzado e o de fluxo concêntrico Meinhard Fluxo concêntrico O gás entra e tem o estrangulamento da vazão 11250 Tipos de chamas empregada ar comburenteoxidante acetileno combustível atinge temperaturas de cerca de 2500 C óxido nitrosocomburenteoxidante acetileno combustível atinge temperaturas de cerca de 3000 C Espectrometria de Absorção Atômica em Forno de Grafite GFAAS Fonte Primária Sistema de Correção de Fundo Sistema de introdução e atomização Sistema de ótico Sistema de Detecção Características da técnica em forno de grafite GFAAS Aquecimento eletrotérmico Adequado para análise de traços capacidade de detectar soluções com concentrações muito baixas Não precisa nebulizar toda a amostra é usada Resultado em 1 a 3 minutos Necessidade de alguns L de volume de amostra Interferências controladas pelo uso das condições STPF Limites de detecção adequados para a maioria dos elementos geralmente para níveis de gL ou menor Possibilidade de análise direta sólidos O compartimento de amostra não é mais a chama e nebulizador é um forno eletrotérmico e o introdutor de amostra é um injetor automático braço mecânico que pega a amostra e a coloco lá dentro Etapas do processo em GFAAS Processo de secagem 1 Se coloca o material lá dentro e vai fazer a dessolvatação e evapora o solvente e aquecer o tubo a uma temperatura controlada em função do solvente que está sendo controlado pois se aquecer muito rápido vai espirrar solução e isso vai levar o metal e ter uma repetibilidade muito ruim Acabado essa etapa o solvente foi todo evaporado e vai ter um resíduo sólido Processo de pirólise 2 Nessa etapa quer destruir a espécie inorgânica que tem junto com o metal e com isso o metal vai poder ser liberado e atomizado Isso é controlado a partir da temperatura de aquecimento E essa característica de pirolise faz com que essa técnica destrua qualquer matéria orgânica sem eliminar meu analito e deixa o meu resíduo de decomposição que tem apenas os elementos de interesse Quebra das ligações 3 Processo de atomização 4 Na atomização não se passa gás argônio e aí pode se gerar até 3000 então se aquece muito rápido o tubo até a temperatura que se forma a nuvem atômica formando a nuvem atômica o feixe passa nesse sentido para direita e vai ter a absorção e o feixe que está saindo é quantidade de luz que não foi absorvido Caso tenha uma nuvem eletrônica de vários elementos químicos atomizados apenas o elemento com o comprimento de onda específico que vai absorver Consequentemente o comprimento de onda que sair vai ter uma menor intensidade do que a que entrou e a diferença é a absorção do chumbo Limpeza 5 Queda de temperatura 6 Espectrometria de emissão atômica A emissão se dá pela energia absorvida por esse material mas no caso para átomos iria se precisar de uma energia muito grande para que todas as espécies químicas fossem excitadas e depois retornasse ao seu estado fundamental e emitisse a luz Então a emissão eletromagnética seria mais limitada então na grande maioria das vezes se consegue uma energia maior com a energia térmica Espectrometria de Absorção Atômica AAS Espectrometria de Emissão Atômica AES ou OES Nos dois métodos há necessidade de atomização da amostra Assim esta é uma etapa de grande importância para a qualidade do método Pois precisa de energia para solvatar A introdução da amostra é outro fator importante e tem sido considerada o calcanhar de Aquiles da espectrometria atômica Ambos atomização e introdução de amostra influenciam diretamente a precisão e a exatidão dos métodos espectrométricos atômicos PRINCÍPIO DA TÉCNICA Átomos neutros excitados por uma fonte de calor emitem luz em ls específicos Iem k c A energia desse sistema é proporcional a quantidade de átomos que se vai ter excitado Essa energia vai depender do elemento específico porque se ele absorver em um comprimento de onda específico ele também emite um comprimento de onda específico E essa quantidade de energia é proporcional a concentração igual Lambert Beer O processo energético é muito maior pois agora precisase atomizar e excitar esses atamos para que eles possam voltar ao seu estado fundamental e emitir luz Emissão molecular Espectro de bandas 100 nm Emissão atômica Espectro de linhas 0001 nm Dentro da espectrometria de emissão atômica tem a possibilidade de monitorar diferentes linhas de emissão em diferentes comprimentos de onda Fonte de emissão por chama A chama é responsável por fornecer a energia necessária para a excitação dos átomos A composição da chama combustível comburente proporciona diferentes temperaturas É possível analisar poucos elementos químicos Grupos I e II Usando equipamento com alta resolução óptica muitos outros elementos metálicos podem ser determinados Com a excitação térmica é possível medir elementos da tabela periódica que requerem maior energia Composição da chama O tipo de combustível e o tipo de comburente bem como a proporção de cada um conferem à chama temperaturas diferenciadas Interferências ICPOES Para emissão necessita de uma emissão mais eficiente uma vez que tem que atomizar e acidar utilizando a fonte de plasma é a mistura entre o equilíbrio químico entre o gás inerte o seu íon e o elétron Plasma é uma mistura gasosa condutora de eletricidade que contém uma concentração significativa de cátions e elétrons Quando se forma o plasma e tem a variação do processo de movimentação desses íons dentro do plasma se fornece uma temperatura extremamente alta Os íons argônio uma vez formados em um plasma são capazes de absorver energia suficiente para manter a temperatura em um nível no qual ionizações adicionais sustentam o plasma indefinidamente com temperaturas até perto de 10000K superfície solar 5800K coroa 5000000K núcleo 15700000K Três tipos de plasma de alta temperatura são encontrados ICP Plasma indutivamente acoplado ainda é o mais utilizado DCP Plasma de corrente contínua Possui alguns problemas de estabilidade e formação e conformação desse plasma MIP Plasma induzido por microondas não se tem muita eficiência na estabilização dos plasmas Por que é utilizado gás Argônio no ICPOES e não outro gás O Argônio confere ao plasma maior estabilidade ou seja menor oscilação de temperatura Existem outras configurações que atingem temperaturas maiores no entanto não são estáveis e por isso escolhese o Argônio porque além de ser mais estável atinge temperaturas capaz de excitar quase todos os elementos da tabela periódica senão todos Se tem o plasma onde ele tem a formação de 3 regiões cada um com uma temperatura diferente Assim temos que o equipamento tem o transporte da amostra contendo os analitos pelo sistema que possui na absorção atômica em chama nebulização e essas pequenas gotículas formadas serão jogadas na fonte de excitação plasma essa fonte é capaz de vaporizar solvatar evaporar atomizar e excitar O elemento químico será vai atomizado e excitado quando ele retorna ao seu estado fundamental ele emite luz Só que agora nesse sistema não temos limitado ou seja todos os átomos que tiverem na minha amostra vão ser atomizados e excitados ao mesmo tempo Assim para que haja o selecionamento de comprimento de onda do átomo requerido a seleção do comprimento de onda é feita por um policromador com ele é possível separar as diferentes intensidades de emissão dos diferentes átomos presentes na amostra e se consegue selecionar eles identificar os comprimentos de onda e quantificar a intensidade que foi emitida para poder saber o quanto se tem de cada um deles Assim nesse processo temos uma simultaneidade se consegue selecionar medir e quantificar diferentes comprimentos de onda ao mesmo tempo Como funciona o policromador Assim como o monocromador o policromador se trata de um conjunto óptico No entanto no lugar da utilização da grade de difração agora é utilizada a Grade de Echelle grade esta responsável pela divisão do feixe em X e Y É adicionado também um prisma de Fluoreto de Cálcio 𝐶𝑎𝐹2 o qual é responsável por abrir o feixe em Z Vale lembrar ainda que ao final desse policromador existirá um conjunto de detectores responsáveis por realizar a leitura de cada pacote de luz incidida Como isso é feito Se tem a amostra sendo aspirada vai passar por dentro da tocha que é responsável pela confluência entre a amostra e o sistema de excitação Então a amostra contendo diferentes analitos são aspirados jogála para dentro do plasma vai atomizar e excitar átomos e íons por isso se chama Emissão ótica A emissão vinda do dos átomos e dos íons vão para o sistema de monocromador enriquecido por outra ótica que vai gerar o policromador e depois detectar Se tem a amostra sendo ejetada no plasma dentro da tocha esse plasma tem a característica de emitir várias linhas de emissão cada linha é proveniente de um átomo da amostra Todas essas linhas têm capacidade de ser separadas identificadas e ser quantificadas Tocha do ICP É a fonte de atomização e excitação dos átomos possui 3 tubos concêntricos de quartzo enrolados por uma bobina de rádio frequência No plasma vai ter diferentes regiões com cada um com um tipo de temperatura O tubo interno é responsável pelo transporte da amostra Tubo interno ao tubo maior e externo ao tubo externo é responsável por alimentar o plasma e a ignição do sistema E se tem o tubo maior responsável pelo resfriamento da parede do plasma e configuração desses plasmas e a alimentação continua desse plasma O grande problema desse sistema é o consumo de gás No primeiro momento temos a entrada de argônio no tubo e vai entrar na formo helicoidal e vai ficar na região acima do cone externo Ocorre o acionamento da bobina e em seguida uma descarga elétrica isso irá arrancar um elétron do argônio e forma Ag e elétron Como essa bobina estão ligadas a tendencia é que um lado fique positivo e outro fique negativo argônio vai para o lado negativo e os elétrons vai para o lado positivo então eles ordenam na parede da bobina Como essa bobina é oscilante gerando um campo magnético com velocidade extremamente alta Então esses elétrons e os argônios começam a se chocar no meu sistema e aí tem a formação desse plasma e a estabilização do plasma gerando uma temperatura extremamente alta A vantagem do plasma deitado é que tem a formação do plasma toda excitação do plasma está sendo direcionada para dentro do policromador e assim se tem muito mais intensidade de emissão porém tem muito mais interferências químicas como expectrais matriz e ionização Considerações As amostras são introduzidas no fluxo de argônio através dos nebulizadores pneumáticos ultrasônicos vaporizadores eletrotérmicos etc A atomização ocorre em temperaturas elevadas sendo mais completa e consequentemente surgem menos problemas de interferências químicas Os efeitos de interferência por ionização são pequenos ou inexistem provavelmente devido à concentração muito grande de elétrons proveniente da ionização do argônio A atomização ocorre em um meio quimicamente inerte que tende a aumentar o tempo de vida do analito impedindo a formação de óxidos e aumentando o sinal analítico Grade Echelle Prisma Ca2F 5200 Possibilita quais detectores que irão acender cada um em uma faixa são posicionados em diferentes posições com um comprimento de onda que se quer ler Pode se haver sobreposição espectral sendo na prática não poder medir todos ao mesmo tempo Aplicação Absorção Atômica Técnica restrita aos metais Lâmpada de cátodo oco Forno de grafite o Utilizar quando as quantidades de amostra forem muito restritas Aplicação Emissão Atômica ICP OES É possível determinar ametais por conta da fonte Em absorção a lâmpada de cátodo oco só permitia determinar metais Se for para determinar apenas um elemento escolha outro método ICP é muito caro e compensa mais se utilizado para determinar mais elementos simultâneos Comparar o plasma Emissão atômica com a Fluorescência Emissão molecular A primeira diferença que se tem entre as instrumentações de Emissão Atômica e Emissão Molecular é a presença da fonte luminosa No ICP não existe uma fonte de radiação pelo fato de que o próprio elemento irá emitir sua radiação ao ser aquecido pelo plasma Outra diferença que se tem com relação a instrumentação do ICP é a presença de um policromador garantindo assim a possibilidade de análises simultâneas Técnicas cromatográficas Permite a medição de matérias orgânicas que a espectrometria molecular não é possível Ela tem capacidade de separar diferentes elementos químicos identificar e quantificar diferentes componentes São os processos mais demorados O processo de separação Os componentes da amostra são arrastados por uma fase móvel através de um leito de fase estacionária As espécies são separadas por interações com a fase móvel e estacionária partição adsorção troca iônica exclusão por tamanho etc Ele percebeu que quando se colocava um pigmento em uma coluna preenchida com material sólido e jogava por cima um solvente esse solvente percolava esse material sólido e arrastava com ele os diferentes elementos químicos que se tinha nessa mistura de pigmentos e ele percebia que diferentes pigmentos de cores diferentes surgia e tinha interações diferentes ocorrendo isso fazia com que diferentes componentes se separasse e tivessem tempos diferentes de percolação na coluna e saíssem em tempos diferentes ou seja se consegue separar os diferentes componentes por tempo que permaneceram nessa coluna e saíram dessa coluna Se pensou um equipamento que se utiliza esses conceitos então pensaram em uma coluna recheada com essa fase estacionaria e dentro dela se passa uma fase móvel empurrada por um sistema Então com esse material sendo empurrado para dentro da coluna se tem o movimento helicoidal desse material e esse sistema faz com que as interações químicas que ocorram entre o material fase móvel e estacionaria faz com que se tem a separação desses componentes Componentes que tem mais interação com a fase móvel vão sair primeiro e componentes que possui uma maior interação com a fase estacionária vão sair depois E com isso há a separação dos componentes Com esse tipo de materialesférico a formação de espaços dentro desses materiais quando se cria espaços começar a ter interações não tão eficientes Outro problema é que se trabalha com a gravidade então dependendo da viscosidade desse líquido e interação pode demorar muito tempo Com esse tipo se tem um gráfico que se tem a avaliação de interação avaliação de separação e avaliação de identificação o nome desse gráfico é cromatograma É um sinal no eixo y em função do tempo Com esse gráfico montado consegue separar esses diferentes componentes o tempo que leva sair e a área desse gráfico é proporcional a concentração O tempo de retenção é o tempo que leva para cada componente sair da coluna A saída é registrada e é através dela que identificamos o elemento ou composto não é mais pelo comprimento de onda Se este tempo for aumentado ele melhora a resolução da coluna O tempo de injeção é o t0 Na destilação Os pratos realmente existem onde o vapor passa através de uma fase líquida Diz se aquela coluna cromatográfica é eficiente Durante esta mistura ocorre o equilíbrio entre as fases A altura de um prato pode ser diretamente medida na maioria das vezes Em uma coluna empacotada os pratos não podem ser observados e são chamados de pratos teóricos Se os pratos podem ser observados podese medir a sua altura Se os pratos não podem ser observados podese calcular a altura equivalente a um prato teórico HETP ou h Este conceito foi aplicado à explicação do processo cromatográfico Defina pratos teóricos para a cromatografia Os pratos teóricos são estados hipotéticos de equilíbrio entre as fases adsorvida e dessorvida Esse parâmetro serve para estipular a eficiência da colona ou seja quanto maior for o número de pratos teóricos maior será a capacidade de separar mais componentes de uma mesma amostra influenciando diretamente no tempo de retenção e na largura de cada pico do cromatograma O maior número de pratos teóricos está relacionado com a maior eficiência do tempo de retenção com a menor largura base Wb Planar não analíticas não instrumentais que não servem para identificação e quantificação Coluna Instrumentais FM fase móvel Quais medidas você poderia tomar para aumentar a resolução de forma a obter uma separação ao nível da linhabase O que se utiliza para melhorar a resolução dos sistemas cromatográficos é a modificação do fator de retenção k de modo a otimizálo Tendo isso como base nas cromatografias gasosas o k é modificado através da alteração de temperatura do sistema enquanto para as cromatografias líquidas de alta eficiência o que permite essa otimização é a alteração na concentração da fase móvel Cromatografia Gasoso CG Tem se uma mistura de componentes vai ter um fluxo onde vai empurrar esses componentes e separando até chegar cada um no detector Gás inerte só tem a função de empurrar a amostra Esse sistema tem como característica um sistema onde se tem um gás inerte esse gás é recomendado que fique fora do reservatório para evitar acidentes por causa do torpedo Um sistema de introdução de amostra 2 um separador 3 e um detector 4 E assim com um computador você pode controlar Para inserir a amostra geralmente é uma agulha ou amostrador automático Para que isso aconteça corretamente a amostra deve estar no estado gasoso assim esse sistema tem que ser capaz de volatilizar o analito visto que a maioria das amostras são liquidas Os componentes precisam ficar em um tempo maior nesse separador por isso que ele é enroladoenovelada Quais misturas podem ser separadas por CG Para uma substância qualquer poder ser arrastada por um fluxo de um gás ela deve ser dissolver pelo menos parcialmente nesse gás sem viscosidade Misturas cujos constituintes sejam VOLÁTEIS evaporáveis DE FORMA GERALCG é aplicável para separação e análise de misturas cujos constituintes tenham PONTOS DE EBULIÇÃO de até 300oC e que termicamente estáveis Vantagens Sem solvente Pequenas massas Análise rápida Desvantagem Somente compostos voláteis e estáveis termicamente Injeção split com divisão Vai ser inserido a amostra no reservatório e vai aquecer essa amostra até 300 e então essa amostra vai ser evaporada e volatilizada e assim o gás de arraste vai empurrar a amostra para dentro da coluna cromatográfica fio azul Injeção 1 Ponta da agulha da micro seringa é introduzida no início da coluna 2 Amostra injetada e vaporizada instantaneamente no início da coluna 3 Plug de vapor de amostra forçado pelo gás de arraste a fluir pela coluna Como ocorre a injeção da amostra na cromatografia gasosa Através de um septo de silicone a amostra é injetada com uma seringa de maneira automática ou manual Antes da liberação da fase móvel a amostra passa por um processo de aquecimento para ser transformada em seu estado gasoso Por este motivo a amostra deve ser volátil PE até 300C e ser termicamente estável Como o equipamento mantém a temperatura 50C acima da temperatura de ebulição do composto menos volátil é interessante que a temperatura de deterioração do composto seja pelo menos 50C mais alta que sua própria temperatura de ebulição 1 Septo silicone 2 Alimentação de gás de arraste 3 Bloco metálico aquecido 4 Ponta da coluna cromatográfica Colunas O problema dessas primeiras colunas era que era um material muito grande novela era difícil decidiram colocar um sistema capilar Quando se novela o gás se choca com a parede a todo momento fazendo um ziguezague então isso só precisa ter na parede da coluna Com isso conseguiu diminuir de mais o diâmetro da coluna e com isso deu para aumentar o tamanho da coluna Com um material só na parede foi capaz de aumentar o enrolamento A partir desse sistema capilar foi capaz ter uma melhor eficiência de separação precisão rapidez e mais eficiente para a separação de compostos maiores Como foi possível alcançar colunas cromatográficas maiores para o CG Por se tratar de um gás a coluna não precisa ser empacotada por inteiro Isso fez com que a coluna ficasse mais flexível e pudesse ser enrolada em forma de espiral garantindo assim um maior comprimento em um menor espaço físico Temperatura da coluna É utilizado em maiores temperaturas para que esse gás não fundo e volte para a fase liquida e isso pode grudar e para tirar vai ter que prejudicar o equipamento O equilíbrio químico é alterado mudando a temperatura Não pode ter picos muito próximo para que não saiam tudo no tempo próximo Detectores Dispositivos que examinam continuamente o material eluido gerando sinal quando da passagem de substâncias que não o gás de arraste Fases estacionarias DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA DCT OU TCD Variação da condutividade térmica do gás de arraste Com a mudança da condutividade térmica pela presença desse analito vai se ter um sinal quando for outro analito a condutividade será outra DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA DIC OU FID Íons gerados durante a queima dos eluatos em uma chama de H2 ar Cada molécula tem uma capacidade de formação iônica diferente e com isso se identifica e quantifica com os íons formados nesses sistemas DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS DCE OU ECD Supressão de corrente causada pela absorção de elétrons por eluatos altamente eletrofílicos Se passa uma corrente elétrica essa corrente elétrica ioniza e gera elétrons nesse sistema e vai medir a quantidade de elétrons formados de cada gás Cada gás devido a sua polaridade e estrutura química gera elétrons de maneira diferente e essa diferenciação é capaz de medir pois a quantidade de elétrons produzido é proporcional a quantidade de gás que se tem no meio reacional Cromatografia Líquida HPLC É um sistema pressurizavel para empurrar os líquidos Temos reservatório líquido que é aspirada por uma bomba e essa bomba vai pressurizar esse sistema e jogar dentro da coluna onde vai ocorrer a separação Então nos temos um solvente sendo aspirado esse solvente é pressurizado por uma bomba cromatográfica No caminho para a coluna a amostra será injetada nesse caminho e ele será pressuriazavel e será separado na coluna Quando separado ele vai sair em uma temperatura ambiente para o detector tipos absorbância florescência eletroquímico ou massa Depois disso irá para o descarte que será armazenado e tratado Existem dois tipos de bombas a bomba recíproca ou a bomba seringa A bomba seringa possui uma menor capacidade relativa e está livre de pulsos enquanto a bomba recíproca possui um fluxo contínuo porém com pulsos Por esse motivo utilizase amortecedores de pulsos para garantir um fluxo estável de fase móvel A bom recíproca é a mais utilizada por já estar pronta para utilização de eluições por gradiente A amostra vem injetada em um percurso líquido a amostra encontra esse liquido e vai para dentro da coluna onde vai ter todo o processo de separação Se trabalha com 4 sistemas o sistema de fase normal o sistema de fase reversaconvencional fase iônica e por peneiramento Na fase normal temos uma coluna fase estacionaria com característica polar com bastante OH e a fase móvel é apolar Na fase reversa fase estacionaria é apolar e fase móvel é polar temos na estrutura sólida pressa partículas onde se tem carbono e hidrogênio ela é mais utilizável pois o processo de separação se dá por muito mais em função da fase móvel e o solvente da fase móvel são muito mais baratos e menos tóxicos Atuação das colunas As colunas trabalham com sistemas de empacotamentos então são partículas onde se tem com ela partículas pressas ou hidróxidos Também pode se utilizar íon paralelamente iônica em que se trabalha com cátions em que se separa anios característica apolar ou colunas recobertas com ácidos carboxílicos servem como uma coluna de troca catiônica característica polar Tipos interações possíveis no HPLC i Por partição A fase estacionária se trata de um segundo líquido imiscível no solvente Sendo assim as interações ocorridas nesse caso são do tipo líquidolíquido mais fracas e líquido com fase ligada mais forte ii Por adsorção Passagem da fase móvel líquida através da fase estacionária sólida iii Por troca iônica Utilização de um eletrólito como solvente fazendo interações por meio das respectivas cargas do analito Sendo assim esse método pode utilizar supressores coluna posterior para estabilizar as cargas e diminuir interferências no detector ou coluna única utilização de eletrólitos menos fortes fazendo a separação mais suave iv Exclusão por tamanho Se baseia na difusão da massa de solvente por meio da fase estacionária sólido poroso Compostos muito grandes não se difundem e saem com a fase móvel compostos muito pequenos se perdem em meio aos poros e seu tempo de retenção é maior v Por afinidade É realizada a variação do pH para que em um certo pH parte do analito fique retido na fase estacionária enquanto o restante está saindo com o a fase móvel E depois em outro pH o restante do analito que havia ficado fixado na fase estacionária é liberado vi Quiral Utilização de um agente de resolução quiral que separa um enantiômero em detrimento de outro Colunas As colunas possuem diferentes tamanhos em que colunas mais finas são colunas analíticas onde se tem tamanho de partículas menores e precisam de empacotamento maior e uma capacidade de amostra maior As colunas preparativas são recheadas com material com um volume de amostra maior Convencionais Modernas Alto conteúdo de íons metálicos Sílica ultrapura Superfície ácida alto nível de grupos silanóis livres Menor nível de grupos silanóis livres end capped Baixa reprodutibilidade Maior reprodutibilidade Baixa robustez Aumento da vida útil da coluna Necessidade frequente de usar aditivos modificadores orgânicos Menor necessidade de aditivos orgânicos Encaudamento de picos para substâncias ácidas e básicas Melhor simetria de picos para compostos ácidos e básicos O que são précolunas Existem dois tipos de colunas as colunas de guarda e as colunas Scavenger As colunas de guardas são como uma salva guarda preenchida com a mesma composição das colunas analíticas porém em um tamanho menor Isso fará com que particulados sólidos ou outros problemas possam chegar até a coluna principal danificandoa Já a coluna Scavenger serve para saturar minha fase móvel diminuindo as chances de arraste da fase estacionária Fast HPLC Menor tempo de análise Menor consumo de solventes Menor geração de resíduos Resolução menor O que determina isso é o tamanho desse material essa qualidade de separação dentro da cromatografia Injetores Para que possa inserir essa amostra liquida nesse sistema de alta pressão é a partir da válvula Rheodyne Primeiramente se liga a válvula no sistema O solvente é entrado pela seringa você inseriu a quantidade de amostra para preencher esse loop Quando acabar de injetar a válvula será acionada e com isso cano ligado na seringa vai ser ligado ao cano de descarte De modo que o solvente ele encontra a amostra ele vai empurrar a amostra que estava no loop e vai levála para a coluna onde irá ocorrer o processo de separação A coluna de saída é ligada a um detector passa pelo caminho ótico e sai para o descarte Como é a válvula utilizada para injeção da amostra no HPLC Devido à alta pressão utilizada no processo a amostra não poderia ser simplesmente inserida na frente da passagem da fase móvel Por esse motivo foi criado a válvula Rheodyne Essa válvula possui dois chaveamentos onde o primeiro serve para que a amostra seja inserida de maneira manual ou automática e fique reservada em um canal diferente daquele que está passando a fase móvel Ao mudar a chave para a segunda posição o canal por onde estava passando a fase móvel será conectado ao canal onde está armazenada a minha amostra e então arrastada para dentro da coluna Tipos de detectores iDetector utilizado espectrometria molecular por absorção UVDAD Ele consegue converter um sinal luminoso em sinal elétrico Esse sinal luminoso é equivalente a diferença de luz proveniente da fonte e a luz que passa pela amostra Para converter o sinal luminoso em elétrico um cátodo presente no detector libera um elétron excitado por conta da incidência de luz um amplificador é então utilizado para ampliar esse sinal elétrico ii Detector utilizado na Fluorescência Flu Esse detector funciona da mesma maneira do anterior o que muda aqui é o que ele está medindo Ao mudar a posição desse detector com relação a posição da amostra o sinal luminoso recebido é equivalente a emissão da amostra e não mais uma relação para a absorção ocorrida iii Detectores eletroquímicos Eles medem a mudança de condutividade ocorrida em seu sistema de detecção Obs A diferença entre os detectores i e ii com os detectores utilizados nos sistemas espectrométricos é que agora no lugar da cubeta é utilizado um tubo em U já que agora se trata de um processo contínuo de entrada e saída de amostra Comparando as duas cromatográficas GC HPLC Colunas mais utilizadas Capilares 1530m x 025mm x 025m Fases 100 dimeltilpolissiloxano 5 50 fenil dimetilpolissiloxano polietilenoglicol Empacotadas 15 25cm 46 cm x partículas 35m Fases C18 CN Phe Injetores Splitsplitless Válvula 6 posições Detectores FID ECD TSDNPD FPD PFPD MS UVDAD Flu MS eletroquímico Qual a diferença entre a fase móvel utilizada no CG e no HPLC A fase móvel utilizada no CG é um gás inerte ou seja não possui interação com a o analito Por ser um gás a coluna cromatográfica pode ser do tipo capilar o que possibilita que ela possa ser enrolada alcançando comprimentos maiores para compensar a não interação da fase móvel Já no HPLC a fase móvel é um líquido e possui interação com o analito Por ser um líquido a coluna deve empacotada e por este motivo não pode ser dobrada