Aula 1 - Espectroscopia

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Princípios de Química Analítica 
 Introdução aos Métodos 
Espectroscópicos de Análise 
Universidade de Brasília 
Instituto de Química 
Métodos Espectrométricos de análise 
• Técnica analítica baseada na interação da radiação 
eletromagnética com a matéria (molécula/analito). 
 
 
 
 
 
 
 
• Desta interação é possível obter informações 
QUALITATIVAS ou QUANTITATIVAS muito valiosas 
 
 
Matéria 
 
(Moléculas, átomos, 
íons...) 
Radiação 
Eletromagnética 
 
(Luz Visível, 
Infravermelho, 
ultravioleta, raios-x, 
raios ....) 
Métodos Espectrométricos de análise 
• Análise Qualitativa: 
 
– Informações a respeito da presença ou ausência de 
determinadas substâncias em uma amostra 
 
– Informações a respeito dos tipos de ligação, formas 
geométricas e grupos funcionais presentes em uma 
molécula 
 
• Análise Quantitativa: 
 
– Determinação da concentração de uma determinada 
substância em uma amostra. 
 
Propriedades da Radiação Eletromagnética 
• Para a explicação dos diferentes comportamentos 
que a radiação pode apresentar é necessário 
considerá-la ou como uma onda ou como uma 
partícula (Dualidade Onda-Partícula) 
– Onda senoidal 
• Comprimento de onda 
• Frequência 
• Amplitude 
– Partícula (fóton) 
• Explica fenômenos de absorção/emissão 
• Efeito fotoelétrico 
• Velocidade 
 
Os dois modelos não são 
excludentes, mas sim 
complementares. 
Propriedades Ondulatórias 
• A radiação eletromagnética é composta por um campo 
elétrico e outro magnético que se propagam 
perpendicularmente entre si. 
• Nas técnicas analíticas a serem estudadas neste curso, apenas 
o componente elétrico da radiação será responsável pelos 
fenômenos envolvidos nas medidas. 
 y 
x 
z campo elétrico 
campo magnético 
 
Propriedades Ondulatórias 
• Parâmetros de Onda 
Velocidade de propagação da onda 
(v): 
 
v =  x λ 
 
No vácuo: 
 
v = c (velocidade da luz no vácuo) 
Aproximadamente 3 x 108 m s-1 
 
λ = comprimento de onda (nm = 10-9m) 
 
A = Amplitude 
 
 = frequência ( número de ondas que passam por um determinado ponto por segundo) 
(1 Hz = s-1) 
 
Analogia: vagões de um trem que passam por um ponto por segundo 
Propriedades Ondulatórias 
• Velocidade de propagação: vi =  x i 
– : determinada pela fonte de radiação (fixa) 
– : depende do meio (interação com elétrons) 
 = 500 nm 
 = 6.0 x 1014 Hz 
 = 330 nm 
 = 6.0 x 1014 Hz 
 = 500 nm 
 = 6.0 x 1014 Hz 
Ar Vidro Ar 
Espectro Eletromagnético 
Abrange um enorme intervalo de comprimentos de onda e frequências 
Propriedades Ondulatórias 
• Difração da radiação: processo no qual um feixe paralelo de 
radiação é deformado ao passar por uma barreira de borda 
definida ou abertura estreita. 
– fenda larga: difração pequena 
– fenda estreita: radiação em arcos de 180o 
 
   
x 
y 
x 
y 
xy >>  xy ~ 
difração ocorre devido a fenômenos de interferência 
Propriedades Ondulatórias 
• Difração de radiação monocromática por fendas 
 D 
E 
X 
Y 
O 
B 
C 
A 
Difração é uma consequência da interferência 
Propriedades Ondulatórias 
• Superposição de ondas 
Propriedades Ondulatórias 
• Transmissão da radiação: velocidade na qual a radiação se 
propaga depende do tipo e da concentração de átomos, íons 
ou moléculas do meio 
• Frequência da radiação permanece constante (não ocorre 
transferência permanente de energia) 
 
10-14 - 10-15 s 
Polarização periódica 
deformação temporária da nuvem eletrônica causada 
pelo campo eletromagnético oscilante da radiação 
interferência destrutiva 
se partículas pequenas 
Propriedades Ondulatórias 
• Índice de refração: medida da interação do meio com a 
radiação 
 
 
 
 
 
• velocidade da radiação depende de  
• índice de refração depende de  
• dispersão: variação do índice de refração com  
 
 
ni = c / vi 
ni : índice de refração do meio i 
c : velocidade da luz no vácuo 
vi : velocidade da luz no meio i 
Propriedades Ondulatórias 
• Dispersão: variação do índice de refração com o  
1013 1014 1015 
IV UV freqüência 
anômala 
(prismas) 
Dispersão normal: crescimento gradual no índice de refração com o aumento da frequência 
Dispersão anômala: intervalos de frequência com rápida variação no índice de refração 
2 
1 
1 
2 
2 
1 
v 
v 
 = 
n 
n 
= 
 sen 
 sen 
q 
q 
M1 
M2 
N 
q1 
q2 densidade M1h = 6,63 x 10-34 J s 
c = 3 x 108 m s-1 
Efóton= 6,63 x 10-34 J s x 3 x 108 m s-1 
6 x 10-7 m 
Efóton = 3,31 x 10-19 J 
Espectro Eletromagnético 
Fonte: HARRIS, D. A., WEST, D. M., HOLLER, F.J., CROUCH, S.R., Fundamentos de Química Analítica . 8ª Ed. Thomson Learning, 2006. 
Métodos Espectrométricos de análise 
• Processos de interação 
Métodos de Absorção 
 
São baseados na absorção da 
radiação proveniente de uma 
fonte externa pela espécie de 
interesse (Analito) 
Métodos de Emissão 
 
São baseados na emissão da 
radiação pela espécie de 
interesse (Analito) 
Analito 
Radiação 
Analito 
Radiação 
Métodos Espectrométricos de análise 
• Técnicas analíticas espectroscópicas 
Métodos de Absorção 
 
•Espectrometria de Absorção 
atômica 
 
•Espectrometria de absorção 
molecular UV/Vis 
 
•Espectrometria de absorção 
molecular no infravermelho 
Métodos de Emissão 
 
•Espectrometria de Emissão 
Atômica 
 
•Espectrometria de 
Luminescência Molecular 
Medidas Espectroscópicas 
• Aquisição de informações sobre a amostra por meio 
da absorção da radiação eletromagnética ou por 
emissão de radiação por algum estímulo 
Estado Fundamental (E0) 
Estados Excitados (E1) 
Emissão Absorção 
En
er
gi
a 


hc
hEE ==- 01
Medidas Espectroscópicas 
• Informação da amostra após estímulo térmico, 
elétrico ou químico com emissão de radiação – 
espectroscopia de emissão 
Estímulo 
Radiação Emitida 
Medidas Espectroscópicas 
• Informação da amostra após parte da radiação 
eletromagnética incidente ser absorvida pela 
amostra – espectroscopia de absorção 
Radiação 
Incidente 
P0 
Radiação 
Transmitida 
P 
Medidas Espectroscópicas 
• Informação da amostra pela emissão de fótons após 
absorção da radiação eletromagnética – 
espectroscopia de fotoluminescência 
Radiação 
Incidente 
P0 
Radiação 
Transmitida 
P 
Medidas Espectroscópicas 
• Absorção 
– Atômica 
– Molecular 
• Emissão 
– Atômica 
– Quimioluminescência (estímulo químico) 
• Fotoluminescência 
– Fosforescência 
– Fluorescência