Transcript
"Relatório de Aula Prática e Teórica de "
"Análise Instrumental "
"Espectrofotometria "
" "
"Determinação colorimétrica da "
"concentração de fosfato em uma amostra "
"dada através dos tubos comparadores "
"visuais de "Nessler" e do "
"Espectrofotômetro "Perkinelmer". "
" "
"Disciplina: Análise Instrumental "
"Professora: Eleonora M.Pereira de Luna "
"Freire "
"Aluno(Ouvinte):Fernando Vasconcelos "
"Figueirêdo "
"Aluno:Thiago José Machado "
"18/3/2008 "
" "
UFPE
Departamento de Engenharia Química ::::: CTG
Relatório de Aula Prática e Teórica de Análise Instrumental
Número: 02
Título: Determinação colorimétrica da concentração de fosfato em uma
amostra dada através dos tubos Comparadores visuais de "Nessler" e do
Espectrofotômetro "Perkinelmer".
Data da aula: 18.03.08
Definições Gerais:
Espectrofotometria – é um processo de medida que, basicamente, emprega as
propriedades dos átomos e moléculas de absorver e/ou emitir energia
eletromagnética em uma das regiões do espectro eletromagnético.
Regiões do espectro eletromagnético:
Ultravioleta– está compreendida entre 180 e 380 mm.
Visível– está compreendida entre 380 e 780 mm.
Cubetas/tubos ou celas de amostra – são recipientes usados para
Realizar as medições espectrofotométricas.
Materiais usados na fabricação de cubetas – polietileno (VIS) quartzo
(usadas na região UV porque não absorve energia radiante e no VIS), sílica
(usada na região VIS).
Fontes luminosas – são as lâmpadas utilizadas de acordo com a região do
espectro eletromagnético que se deseja trabalhar.
Região UV – normalmente usa-se a lâmpada de deutério.
Região VIS – utiliza-se as lâmpadas de filamentos de tungstênio e
tungstênio-hologênio (com maior vida útil).
Lâmpada de Deutério
Lâmpada de Tungstênio
Cor – A cor é uma percepção visual provocada pela ação de um feixe de
fótons sobre células especializadas da retina, que transmitem através de
informação pré-processada no nervo óptico, impressões para o sistema
nervoso.
A cor de um material é determinada pelas médias de freqüência dos pacotes
de onda que as suas moléculas constituintes refletem. Um objeto terá
determinada cor se não absorver justamente os raios correspondentes à
freqüência daquela cor.
Assim, um objeto é vermelho se absorve preferencialmente as freqüências
fora do vermelho.
A cor é relacionada com os diferentes comprimentos de onda do espectro
eletromagnético. São percebidas pelas pessoas, em faixa específica (zona do
visível), e por alguns animais através dos órgãos de visão, como uma
sensação que nos permite diferenciar os objetos do espaço com maior
precisão.
Considerando as cores como luz, a cor branca resulta da sobreposição de
todas as cores, enquanto o preto é a ausência de luz. Uma luz branca pode
ser decomposta em todas as cores (o espectro) por meio de um prisma. Na
natureza, esta decomposição origina um arco-íris.
Absorbância – é o inverso da transmitância. Log = 1/T
Transmitância – é a relação entre a luz transmitida (I) e a luz incidente
(I0). O valor máximo que pode emergir é 100%. T = I/I0
Lei de Beer – é a lei que rege a espectrofotometria que estabelece a
relação entre: transmitância, espessura da amostra e a concentração das
espécies que absorvem.
Log10 (I0/I) = a.c.b = A
Onde: a = constante característica do soluto (absortividade)
b = concentração do soluto
c = comprimento do caminho ótico através da amostra
A = absorbância
A α b.c
Diretamente proporcional
Curva de calibração – é a relação entre a concentração e/ou a absorbância
(mais comum) ou transmitância. O resultado dessa curva deve ser uma linha
reta que passa pela origem.
Melhor comprimento de onda – é aquele onde a sensibilidade é alta porque
está com o coeficiente molar máximo (absortividade).
Colorimetria visível – usa-se, geralmente, como fonte de luz, luz branca
natural ou artificial, e as determinações são comumente feitas com
instrumentos simples, chamados colorímetros ou comparadores de cor.
Tubos de Nessler – são tubos de vidro incolor de secção transversal
uniforme e com fundos chatos.
Método comparativo de cor: série de padrões – é o método que utilizamos de
Nessler de igual capacidade de volume e geometria, onde são colocados os
padrões, geralmente com 05 concentrações diferentes. A amostra é colocada
num dos tubos e comparada com os padrões, no suporte de madeira, observando
as intensidades de cor entre eles, com o tubo na vertical. Pela parte
superior. O valor da cor amostra será determinado quando se construir um
novo intervalo de padrões referente à faixa de concentração mais provável
determinada na 1ª série de padrões.
Espectrofotômetro – são os equipamentos que medem a absorção/transmissão de
radiação de soluções que contém as espécimes absorventes.
Espectrofotômetro feixe simples – um único feixe de luz do monocromador
passa através do compartimento de amostra (cubeta).
Espectrofotômetro duplo-feixe – a radiação proveniente do monocromador é
dividida por um espelho rotatório em dois feixes: o de referência e o de
amostra.
Partes de espectrofotômetro – fonte de luz; lente colimadora ou espelho;
fenda; monocromador ou filtro (fotômetro); Seletor de λ (primas ou grande
difração) dispersão da luz; compartimento de amostra, fenda de saída;
sistema transdutor do detector (fototubos, células de barreira,
fotomultiplicador, malha de amaste de di iodo) transforma a luz em sinal
elétrico.
Filtros de absorção – parte do espectrofotômetro que transmite radiações de
alguns comprimentos de onda, mas absorve total ou parcialmente outros
comprimentos de onda. Eles têm a função de selecionar determinadas faixas
de comprimento de onda. Por exemplo: correspondente ao filtro verde (faixa
de medição – 500 a 540nm).
Fotômetro - é um equipamento que utiliza filtros de absorção para trabalhar
com intervalos estreitos de comprimento de ondas, obtidos pela passagem de
uma luz branca. Só opera na região do visível.
Reagentes:
1-Amostra de fosfato para análise (0208).
2-Água destilada.
3-Solução de Mo + V (Mo = molibdato de amônio e V = vanandato de amônio).
4-Ácido nítrico PA concentrado.
5-Solução padrão estoque de fosfato (PO43-) de 1000 ppm.
Equipamentos, Materiais e Vidrarias:
1-Espectrofotômetro Perkinelmer Coleman 295 que opera na região do visível
de 400 a 700 nm com monocromador.
2-Cubeta cilíndrica de 10 ml.
3-Capela de exaustão.
4-Tubos de Nessler de 100 ml.
5-Béquer de 100 ml.
6-Bureta de 25 ml.
7-Balão volumétrico de 100 ml.
8-Pipeta volumétrica de 5 e 10 ml.
9-Pêra.
10-Proveta graduada de 25 ml.
11-Pipeta graduada de 10 ml.
12-Pisseta.
13-Suporte para tubos de Nessler.
14-Papel lenço.
Cálculos:
Cálculo para diluição dos padrões - fórmula
VPE = VPD x CPD
CPE
Onde:
VPE = volume do padrão estoque de 1000 ppm necessário para preparar o
padrão desejado
VPD = volume do padrão diluído = 100 ml
CPD = concentração de cada padrão diluído = 10 ou 20 ou 30 ou 40 ou 50 ou
60 ppm
CPE = concentração do padrão estoque = 1000 ppm
Tabela do volume do padrão estoque necessário para a preparação dos padrões
"Concentração dos"Volume de "Concentração do "Volume do padrão"
"padrões em ppm "preparação de "padrão estoque "estoque usado "
" "cada padrão em "em ppm "para diluição em"
" "ml " "ml "
"10 "100 "1000 "1 "
"20 "100 "1000 "2 "
"30 "100 "1000 "3 "
"40 "100 "1000 "4 "
"50 "100 "1000 "5 "
"60 "100 "1000 "6 "
Considerações gerais
1) Todo o material e vidrarias utilizados na preparação da solução deverão
estar devidamente limpos e enxaguados com água destilada;
2) Todos os regentes utilizados na preparação da solução deverão ter
purezas elevadas e conhecidas;
3) Todos os reagentes utilizados deverão estar dentro do prazo de validade
contido no recipiente, estabelecido pelo fabricante;
4) Os balões volumétricos deverão estar devidamente calibrado;
5) A temperatura do laboratório deverá ser controlada. Geralmente, o
ambiente de um laboratório deve ter a temperatura de 25 oC.
6) Inicialmente, marcar todos os balões volumétricos com as seguintes
indicações: branco, 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm , 40 ppm, 50 ppm, 60 ppm e
amostra de 10 ml.
7) cuidado ao manusear ácido nítrico concentrado. Utilizar a pêra para
medir os volumes a adicionar amostras de padrões dentro da capela de
exaustão. Pois este ácido é bastante corrosivo e causa queimaduras graves.
8) Medir os volumes cuidadosamente necessários para a diluição de cada
padrão, para evitar erros nas concentrações e conseqüentemente gerar uma
curva de calibração com grandes desvios de leitura tanto no
espectrofotômetro como no comparador de Nessler.
Observações:
1) Aferir corretamente o volume nos balões dos padrões e amostras.
2) Se a amostra não ficar com a coloração dentro da faixa dos padrões,
comparados no tubo de Nessler, realizar diluições com 5 ou 20 ml, por
exemplo.
Procedimentos das diluições dos padrões:
Diluição dos padrões
1) colocar um volume de padrão estoque de fosfato de 1000 ppm num béquer
(não devolver para garrafa após o uso) de 100 ml e encher a bureta
volumétrica. Ajustar o volume da bureta e adicionar as quantidades do
padrão estoque em cada balão volumétrico de acordo com a tabela de
preparação.
2) preparar um balão volumétrico com 10 ml da amostra utilizando pipeta
volumétrica.
3) preparar uma solução branco utilizando todos os reagentes usados nos
padrões e amostras.
4) adicionar cerca de 20 ml de água destilada, com a proveta de 25 ml,
usando a pisseta, nos balões de padrões amostras e branco.
5) cuidadosamente, na capela de exaustão, adicionar 0,5 ml de ácido nítrico
concentrado. Tampar e agitar.
6)através de uma proveta graduada de 25 ml, adicionar 20 ml da solução Mo +
V. e completar o volume dos balões volumétricos até a marca com água
destilada.
7) tampar e agitar as soluções de cada balão, para completa homogenização e
reação, e aguardar 5 minutos para desenvolver a cor do complexo
Fosfovanadomolibidato de amônia (coloração amarela).
8) transferir os padrões, amostras e branco para os tubos de Nessler
devidamente identificados.
Leitura dos padrões no Comparador de Nessler
Comparar a amostra com padrões, previamente preparados, sobre as mesmas
condições da amostra. Fazer leituras comparativas da cor da amostra,
observadas com a luz branca a olho nu, pela parte superior dos tubos de
Nessler que devem estar posicionado verticalmente. Anotar o valor da
concentração do intervalo da qual a amostra está compreendida.
Leitura dos padrões e amostra no Espectrofotômetro
Realizar as leituras de absorbância (ABS) e transmitância (%T) no
Espectrofotômetro Perkinelmer Coleman 295 dos padrões e da amostra.
a) ligar o equipamento e aguardar 15 minutos para sua estabilização.
b)ajustar o 100% da escala de transmitância em 470 nm.
c) adicionar a solução branco na cubeta, secar a sua superfície externa com
papel lenço, colocar no compartimento de amostra e zerar o equipamento em
100% de t e de ABS. Ver posição correta da cubeta no compartimento.
d)descartar solução branco, lavar a cube ta com três porções do padrão de
10 ppm, fazer as suas leituras de %T e ABS e anotar sempre secando a
superfície da cubeta e verificando a sua posição.
e) Realizar as leituras dos padrões 20, 30, 40, 50 e 60 ppm e amostra,
seguindo os procedimentos do item d.
f) Analisar os resultados obtidos em ambos os equipamentos. Plotar gráficos
de concentração x absorbância e concentração x percentagem de transmitância
utilizando as leituras do espectrofotômetro.
Tabelas de leituras realizadas no Espectrofotômetro
"Concentração de PO43- "Absorbância (ABS) "% de transmitância (T)"
"(ppm) " " "
"0 " "100 "
"10 "0,03 "93 "
"20 "0,06 "87 "
"30 "0,09 "82 "
"40 "0,11 "77 "
"50 "0,14 "72 "
"60 "0,16 "69 "
"Amostra (0208) v = 10 "0,09 "81 "
"ml fd = 10 " " "
Curva de calibração Concentração de PO43- x Absorbância(ABS)
"Concentração-p"ABS "Cálculo da "Concentração na "
"pm "Y "concentração "curva-ppm "
"X " " " "
"10 "0,03 "y/0,0028 "11 "
"20 "0,06 "y/0,0028 "21 "
"30 "0,09 "y/0,0028 "32 "
"40 "0,11 "y/0,0028 "39 "
"50 "0,14 "y/0,0028 "50 "
"60 "0,16 "y/0,0028 "57 "
"amostra 0208 "0,09 "y/0,0028 "32 "
Curva de calibração Concentração de PO43- x %Transmitância(T)
"Concentração-pp"%transmitância "Cálculo da "Concentração na "
"m " "concentração "curva-ppm "
"10 "93 "(97-y)/0,4857 "8 "
"20 "87 "(97-y)/0,4857 "21 "
"30 "82 "(97-y)/0,4857 "31 "
"40 "77 "(97-y)/0,4857 "41 "
"50 "72 "(97-y)/0,4857 "51 "
"60 "69 "(97-y)/0,4857 "58 "
"amostra 0208 "81 "(97-y)/0,4857 "33 "
Aula Prática :02 Relatório Experimental
1-Qual a faixa de concentração de sua amostra PO43- comparando com as
concentrações dos padrões utilizando os tubos comparadores de Nessler?
30 e 40 ppm
2-O que diz a lei de Lambert e Beer e como ela foi utilizada para estimar a
concentração do item anterior?
Quando uma luz monocromática passa através de uma solução, onde contém uma
espécie absorvente, parte da energia radiante é absorvida pelo meio e a
outra é transmitida.
Absorbância e transmitância da amostra (espessura do caminho óptico em cm)
e da concentração da amostra:
A = abc
% de T= I
I0
A lei de Lambert e Beer foi utilizada através da construção de uma curva de
calibração com padrões de fosfato de concentrações conhecidas, obtendo-se
as leituras de ABS e % de T que foram correlacionadas em gráficos:
Concentração de PO43- x absorbância
Concentração de PO43- x % de transmitância
3-Qual a concentração de PO43- da sua amostra obtida no espectrofotômetro?
Compare com a estimada nos tubos de Nessler. Quais os componentes básicos
de um espectrofotômetro?
Através da leitura da absorbância no espectrofotômetro e correlação com a
curva de calibração dos padrões (Concentração de PO43- X
Absorbância)obtive um valor de 32 ppm de fosfato. A concentração real de
fosfato na amostra foi encontrada multiplicando-se o valor da curva de
calibração pelo fator de diluição da amostra, ou seja, a amostra tem 32 ppm
x 10 = 320 ppm.
Através da leitura da % de Transmitância no espectrofotômetro e correlação
com a curva de calibração dos padrões (Concentração de PO43- X % de
Transmitância)obtive um valor de 33 ppm de fosfato. A concentração real de
fosfato na amostra foi encontrada multiplicando-se o valor da curva de
calibração pelo fator de diluição da amostra, ou seja, a amostra tem 33 ppm
x 10 = 330 ppm.
Nos tubos de Nessler obtivemos uma leitura estimada na faixa de 30 – 40
ppm, cujo valor mais provável , seria de aproximadamente 30ppm.
Correlacionando os valores de PPM de PO43- obtidos nas três metodologias
podemos concluir que:
1) O Coeficiente de correlação entre as concentrações obtidas nas
metodologias de análises no espectrofotômetro (Concentração de PO43- X
Absorbância)/ (Concentração de PO43- X %Transmitância) é de : 32 ppm /
33 ppm = 0,9697
2) O Coeficiente de correlação entre as concentrações obtidas na
metodologia de análise no espectrofotômetro de (Concentração de PO43- X
Absorbância) e nos tubos de Nessler é de:
32 ppm / 30ppm = 1,0667
2) O Coeficiente de correlação entre as concentrações obtidas na
metodologia de análise no espectrofotômetro de (Concentração de PO43- X
%Transmitância) e nos tubos de Nessler é de : 33 ppm / 30ppm = 1,1000
Componentes básicos de um espectrofotômetro – fonte de luz; lente
colimadora ou espelho; fenda; monocromador ou filtro (fotômetro); Seletor
de λ (primas ou grande difração) dispersão da luz; compartimento de
amostra, fenda de saída; sistema transdutor do detector (fototubos, células
de barreira, fotomultiplicador, malha de amaste de di iodo) transforma a
luz em sinal elétrico.
Considerações finais
1) O Espectrofotômetro Perkinelmer Coleman 295, trabalha na escala de
absorbância até 0,900.
2) Pela leitura de absorbância obtida no padrão com concentração de 30 ppm
de PO43- que foi de 0,09 a curva pode ser estendida até 300 ppm, não
considerando a precisão da leitura de abs. do equipamento. A concentração
de 300 ppm daria uma leitura de aproximadamente 0,900 abs.
3)Os íons de ortofosfato reagem com o vanadato de amônio e o molibdato de
amônio formando o complexo de cor amarela, cuja intensidade é diretamente
proporcional à concentração. A absorbância é medida em comprimento de onda
entre 460 e 480 nm.
4)Fórmulas químicas
Vanadato de amônio – NH4VO3
Molibdato de amônio – (NH4)6Mo7O29.4H2O
Referências Bibliográficas
Análise Inorgânica Quantitativa – VOGEL 4ª editora Guanabara dois
Análise Instrumental – Freddy Cinfuegos/ Delmo Valtsman editora
Interciência.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cor
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