1 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPrincípios Básicos de Absorção Atômica Os princípios básicos da Espectrofotometria de absorção atômica podem ser expressos em 3 simples passos: Todos os átomos absorvem luz. O comprimento de onda no qual a luz é absorvida, é específico para cada elemento. Se uma amostras contem níquel, por exemplo, mas possui outros elementos como chumbo e cobre sendo expostos à luz do comprimento de onda característico para níquel, somente os átomos de níquel irão absorver esta luz. A quantidade de luz absorvida neste comprimento de onda será incrementada proporcionalmente ao número de átomos do elemento selecionado em um caminho ótico, e é proporcional à concentração de absorção deste átomos. ________________________________________________________________

2 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPrincípios Básicos de Absorção Atômica ________________________________________________________________ A relação entre a quantidade de luz absorvida e a concentração do analito presente em um padrão conhecido pode ser usado para determinar concentrações desconhecidas, através da medida das quantidades de luz absorvida. No espectrofotômetro de absorção atômica estes princípios básicos são utilizados na prática para análises quantitativas.

3 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral De um modo básico, o procedimento analítico geral envolve: 1. Solubilizar a amostra 2. Montar um branco de reagentes 3. Montar soluções de calibração 4. Obter as respostas do branco e dos padrões 5. Montar o gráfico de calibração 6. Atomizar a amostra e obter a resposta 7. Determinar a concentração desconhecida no gráfico de calibração ________________________________________________________________

4 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral O branco de calibração deve ser confeccionado com todos os reagentes que estiverem contidos na amostra. ________________________________________________________________

5 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral As soluções de calibração devem conter quantidades conhecidas do analito de interesse. ________________________________________________________________

6 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral A atomização do branco e dos padrões deve ser realizada para a determinação dos valores de absorbância de cada solução ________________________________________________________________

7 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral O gráfico da curva de calibração é montado com os resultados de absorbância obtidos para cada solução. ________________________________________________________________

8 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral A atomização das amostras e a leitura de absorbância deve ser realizada para a quantificação. ________________________________________________________________

9 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral A concentração da amostra é determinada através da relação da concentração, no gráfico de calibração, obtida para a leitura de absorbância da amostra desconhecida. ________________________________________________________________

10 Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral ________________________________________________________________ Fundamentalmente, a análise por Espectrofotometria de absorção atômica consiste na comparação de sinais de absorbância de um grupo de padrões e das amostras.

11 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralTRAÇOS METÁLICOS ? Procedimento Analítico Geral Química Analítica Clássica: > 0.01% (> 100mg/kg) Traços ug/g Ultratraços < 0.1 ug/g “Qualquer análise na qual a concentração do analito é suficientemente baixa para causar dificuldades na obtenção de resultados confiáveis.” 26

12 LI Espectrofotometria de Absorção AtômicaProcedimento Analítico Geral Limite de detecção é a menor quantidade de um analito em uma amostra que pode ser detectada, mas não necessariamente quantificada com um valor exato. Limite de quantificação é a menor quantidade de um analito na amostra que pode ser quantitativamente determinado com adequada precisão e exatidão. 27

13 REPETIBILIDADE OU REPRODUTIBILIDADEEspectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp REPETIBILIDADE OU REPRODUTIBILIDADE Repetibilidade: medidas no mesmo dia Reprodutibilidade: medidas em dias distintos Exatidão: medidas corretas, próximos do real Precisão: medidas que variam poucos entre elas 29

14 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpERROS Erros sistemáticos: produzidos por passos que é cometido constantemente. Erros Aleatórios: flutuação ao acaso, mas podem ser tratados estatisticamente. 31

15 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp O“ As vezes os elementos parecem que caem do céu.” Poeira em um Laboratório Normal (ug/g): Cd 76 Co 147 Cu Mn 393 Ni Pb 2360 Fe Zn 2400 33

16 BRANCO Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpDefinição: Solução isenta de amostra, mas será tratada como uma amostra (preparação), mas não contém as espécies que serão analisadas. O branco é tão importante quanto a amostra. 34

17 T Espectrofotometria de Absorção AtômicaT Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp IPOS DE BRANCOS Instrumental: Sinal fornecido pelo instrumento e é composto pelo ruído, instabilidade da chama, e efeito memória. Calibração: Solução contendo somente a solução ácida (p.ex. 1%m/v HNO3). Método: Solução isenta do analito e vai passar por todas as etapas de preparação. 35

18 AMBIENTE DO Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp IOItens de influência na precisão e exatidão das leituras: Área de trabalho limpa. Equipamento Limpo. Equipamento e materiais manuseados com cuidado. Laboratório deve conter ar condicionado e limpo. 38

19 A Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpSelecione cuidadosamente o material: use pirex (ou kimax) e limpe meticulosamente. Vidro borossilicato para soluções ácidas ou neutras. Polietileno ou teflon para soluções alcalinas. Armazene os padrões com pH< 2.5 Limpe cuidadosamente o material com 20%v/v HCl e 20%v/v HNO3 Use ponteiras limpas e armazene-as cuidadosamente. 39

20 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpContaminação da água: Remova compostos orgânicos e gases dissolvidos. Remova impurezas metálicas utilizando resinas trocadoras de íons. Água ASTM tipo 1, deve ser utilizada para a análise de traços metálicos. Água pesada deve ser tratada previamente. 40

21 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpReagentes: Utilize reagentes grau ACS. Verifique o nível de contaminação do reagente adquirido. Se necessário, purifique o reagente (Destilação, recristalização ou sublimação à vácuo). 41

22 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp S (1)Utilize pequenos volumes de uma solução estoque de fornecedores confiáveis. Todos os padrões, de trabalho ou estoque, causam imprecisão analítica se armazenados por longo tempo. Água pode migrar através do recipiente plástico. Metais em solução também podem migrar ou ficarem absorvidos no recipiente plástico. 42

23 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpDeve-se tomar cuidado para evitar a contaminação de padrões e amostras que possam ocorrer em função de resíduos em frascos, ou de contaminações externas. Prepare os padrões de trabalho diariamente. A estabilidade dos padrões é limitada. Em geral, todas as soluções devem ser armazenadas em ácido nítrico ou clorídrico em pH < 2.5 43

24 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpA amostra deve ser homogeneizada e ser representativa de uma população. Depois da coleta, é importante que a amostra seja armazenada e transportada em recipiente apropriado. Normalmente, as amostras estão estabilizadas pela adição de 1 a 2% de HNO3. A análise deve ser realizada o mais breve possível. 44

25 PREPARAÇÃO DA AMOSTRA Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpEvite a introdução de contaminantes. Evite a remoção dos elementos de interesse. Prepare a amostra. 45

26 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp (1)Evite perdas através de respingos. Evite a perda de elementos voláteis. As análises são realizadas por amostras líquidas. Os elementos a nível de traços podem se apresentar de formas distintas: Sais inorgânicos Parte de moléculas orgânicas 46

27 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralTRA (2)O método de decomposição a ser utilizado, depende dos elementos de interesse e da matriz. Em todos os métodos de decomposição, as perdas por volatilidade, resíduos ou precipitações, e absorção pelo frasco devem ser verificados. 47

28 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpVOLATILIDADE Muitos compostos halogenados são voláteis a temperaturas relativamente baixas. Temperaturas usuais de secagem ou calcinação podem provocar a perda de elementos. Alguns pontos de ebulição (oC): BiCl SiCl CdCl SnCl4 652 HgCl VCl4 148 SbCl ZnCl4 732 48

29 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico Geralp TO (1)Métodos de pré-concentração podem ser necessários para aumentar a concentração em solução: 1. Evaporação do solvente (utilize porcelana, vidro ou platina) 2. Utilização de Nebulização Ultrasônica. 3. Cromatografia por troca iônica. 4. Cromatografia Líquida 49

30 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralpQuando estiver desenvolvendo um novo método ou analisando uma nova amostra: Você deve conhecer “O que é” a sua amostra. Você deve conhecer os elementos de interesse. Você deve conhecer a concentração aproximada dos elementos. 51

31 Espectrofotometria de Absorção Atômica Procedimento Analítico GeralNCritérios para a seleção de um padrão interno: Não deve estar presente na amostra. Deve ser de alta pureza. Não deve sofrer interferências de massa da matriz. A concentração deverá ser tal, que proporcione uma relação de intensidade de 1 unidade. Deverá sofrer processo de excitação e massa similar ao dos analitos. 53

32 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPrincípios Básicos de Absorção Atômica ________________________________________________________________ Um instrumento básico de absorção atômica consiste das seguintes partes:

33 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________

34 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________ Uma fonte de luz usada para gerar luz nos comprimentos de onda, os quais são característicos para cada elemento. A mais comum é a lâmpada de cátodo oco, que produz um linhas finas e intensas. Outras fontes são lâmpadas de descarga (EDL) ou lâmpadas de descarga amplificada (UltrAA lamp)

35 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________ Um sistema de atomização cria uma população de átomos livre do analito existente na amostra. A fonte de energia para a produção de átomos livres é composta por uma chama. A amostra é introduzida na forma de aerossol na chama, que está alinhada à luz produzida pela lâmpada.

36 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________ Um sistema ótico direciona a luz proveniente da fonte até o monocromador.

37 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________ O monocromador isola um comprimento de onda analítico específico emitidos por uma lâmpada de catodo oco, excluindo linhas não analíticas.

38 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________ Um detector foto-sensível (usualmente um tubo fotomultiplicador - PMT) mede com exatidão a luz e converte a energia luminosa em um sinal elétrico.

39 Espectrofotometria de Absorção AtômicaPartes do instrumento ________________________________________________________________ Um sistema computacional realiza o controle e todos os cálculos necessários para a obtenção dos resultados.

40 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ A concentração de um analito presente em uma amostra pode ser determinada através da medida da quantidade de luz emitida e comparando-se estes valores com a quantidade de luz emitida por padrões conhecidos.

41 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ A configuração básica do instrumento para emissão atômica por chama é essencialmente a mesma para a absorção atômica, com exceção da lâmpada de cátodo oco que não se faz necessária.

42 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica Fontes Quentes de Atomização Mais átomos excitados - sinal mais intenso Mais elementos excitados - mais analitos. ________________________________________________________________

43 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ As fontes de energia mais comuns para a excitação tem sido as chamas de Ar/Acetileno e Óxido Nitroso/Acetileno.

44 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ Os elementos selecionados como Li, Na, K e outros elementos alcalinos são facilmente determinados pela emissão atômica de chama devido ao estado excitado destes elementos poderem ser alimentados com energia fornecida pela chama.

45 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ Entretanto, os tipos de chama disponíveis em absorção atômica produzem suficiente energia térmica para ser efetiva na criação de átomos ou íons excitados.

46 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ Os monocromadores usados nos equipamentos de AA não possuem resolução necessária para isolar os comprimentos de onda de emissão devido a grande quantidade de comprimentos de onda emitidos pela amostra.

47 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica Limitações da Emissão por Chama: Devido à baixa temperatura de atomização, poucos átomos estarão no estado excitado. Espectro de emissão complexo com monocromadores de média resolução. Sinal dependente da temperatura. Interferências espectrais são comuns. ________________________________________________________________

48 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ O desenvolvimento do plasma indutivamente acoplado (ICP), como uma fonte de emissão atômica, tem alterado drasticamente a utilização dos processos de emissão.

49 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ A temperatura de uma amostra em um plasma de argônio de um ICP-AES pode estar entre 5000 a 10000oK. Nestas temperaturas ocorre uma completa ionização dos elementos, minimizando as interferências químicas, e proporcionando um excesso de energia térmica suficiente para excitar os átomos da amostra.

50 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ O desenho da ótica do ICP-AES fornece uma resolução muito maior do que um instrumento de absorção atômica, isolando os comprimentos de onda de emissão de interesse dos demais comprimentos de onda emitidos pelas amostras.

51 Espectrofotometria de Absoção AtômicaEmissão Atômica ________________________________________________________________ O ICP-AES elimina vários problemas de associados às fontes de emissão antecessoras e estão incrementando drasticamente o uso da espectroscopia de emissão como técnica analítica.

52 Espectrofotometria de Absoção AtômicaDistinção entre Absorção e Emissão ________________________________________________________________ Após termos visto vários detalhes sobre emissão e absorção atômica, e que os comprimentos de onda para ambos são os mesmos, porque nós necessitamos isolar o sinal de absorção ?

53 Espectrofotometria de Absoção AtômicaRelação Absorbância - Concentração ________________________________________________________________ Uma vez realizada a medida da absorbância, este valor pode ser relacionado com a concentração de um elemento em solução. A relação entre a luz absorvida e concentração do analito é chamada de Lei de Beer-Lambert.

54 Espectrofotometria de Absoção AtômicaRelação Absorbância - Concentração ________________________________________________________________ As fontes de energia mais comuns para a excitação tem sido as chamas de Ar/Acetileno e Óxido Nitroso/Acetileno.

55 Espectrofotometria de Absorção AtômicaEspectrofotometria de Absorção Atômica Relação Absorbância - Concentração Lei de Beer-Lambert Teórica A = abc A B S Real abc A ________________________________________________________________ CONC

56 Espectrofotometria de Absorção Atômica Ultra Lâmpada________________________________________________________________

57 Espectrofotometria de Absorção Atômica Tubo de Grafite________________________________________________________________

58 Espectrofotometria de Absorção Atômica Tipos de InterferênciaEspectral Absorção não específica (Background) Ionização Química Física ________________________________________________________________

59 Espectrofotometria de Absorção Atômica Interferência EspectralResonance Line Resonance Line Resonance Line Slit Width Calibration Curvature ________________________________________________________________

60 Espectrofotometria de Absorção Atômica Interferência de Background________________________________________________________________

61 Espectrofotometria de Absorção Atômica Interferência QuímicasOcorre devido a presença de um íon presente na matriz reagir com o elemento de interesse alterando a formação de átomo no estado fundamental. A supressão de interferências químicas pode ser feita de 3 maneiras: Mudança da Chama. Adição de modificadores químicos, como Estrôncio e Lantânio (supressores de ionização). Adição de padrão. ________________________________________________________________

62 Espectrofotometria de Absorção Atômica Interferências Físicas / MatrizCausada pela troca da tensão superficial e viscosidade das amostras, como uso de solventes e soluções viscosas. Baixa viscosidade e tensão superficial aumentam a taxa de nebulização. A correção são realizadas pela técnica de Adição de padrão. ________________________________________________________________