Transcript
"Relatório de Aula Prática e Teórica de "
"Análise Instrumental "
"Espectrofotometria "
" "
"Análises de metais por espectroscopia "
"de absorção atômica (Determinação de "
"cromo em água e leitura de padrões de "
"cromo) "
" "
"Disciplina: Análise Instrumental "
"Professora: Eleonora M.Pereira de Luna "
"Freire "
"Aluno(Ouvinte):Fernando Vasconcelos "
"Figueirêdo "
"Aluno: "
"29/04/2008 "
" "
UFPE
Departamento de Engenharia Química ::::: CTG
Relatório de Aula Prática e Teórica de Análise Instrumental
Número: 07
Título: Análises de metais por espectroscopia de absorção atômica
(Determinação de cromo em água e leitura de padrões de cromo)
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.
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).
Espectrofotometria por absorção atômica
O processo de absorção atômica pode ser representado pela figura:
Átomos no "estado fundamental" são capazes de absorver energia luminosa de
um comprimento de onda específico, alcançando um "estado excitado".
Aumentando-se o número de átomos presentes no caminho ótico pode-se
aumentar a quantidade de radiação absorvida.Medindo-se a variação da
quantidade de luz transmitida, pode-se realizar uma determinação
quantitativa do analito presente.
Na técnica de absorção atômica, fontes especiais de luz conjugadas com
sistemas eficientes de seleção de comprimentos de onda permitem a
determinação específica de elementos.
Aplicações da técnica
Chama: aproximadamente 64 elementos
Forno: aproximadamente 55 elementos
Geração de hidretos: 8 elementos
Vapor frio: 1 elemento (Hg)
Ambiental: solos, águas, plantas, sedimentos...
Clínica: urina, cabelo, outros fluidos...
Alimentos: enlatados...
Industrial: Fertilizantes, lubrificantes, minérios
Composição, velocidade e temperatura para várias chamas utilizadas em AAS.
Emissão Atômica versus Absorção Atômica
A maioria dos equipamentos modernos de espectrofotometria atômica é capaz
de medir tanto a radiação absorvida por uma espécie atômica como a sua
emissão. Desta forma é muito importante para o operador compreender os
processos que ocorrem em cada uma das técnicas.
Como podemos ver, existem algumas diferenças básicas entre as técnicas de
emissão e absorção atômica. Na técnica de emissão, a chama serve para dois
propósitos: (i) ela converte o aerossol da amostra em um vapor atômico
(onde se encontram átomos no "estado fundamental") e (ii) excita,
termicamente, estes átomos, levando-os ao "estado excitado". Quando estes
átomos retornam ao estado fundamental, eles emitem a luz que é detectada
pelo instrumento. A intensidade de luz emitida está relacionada com a
concentração do elemento de interesse na solução.
Na absorção atômica, a única função da chama é converter o aerossol da
amostra em vapor atômico, que pode então absorver a luz proveniente de uma
fonte primária. A quantidade de
radiação absorvida está relacionada com a concentração do elemento de
interesse na solução.
Fontes luminosas – Uma vez que os átomos absorvem luz de comprimentos de
onda muito específicos, em absorção atômica, torna-se necessária a
utilização de fontes que produzam um espectro de emissão composto por
linhas estreitas do elemento de interesse e que não emitam radiação de
fundo ou outras linhas estranhas. Essas fontes de linhas, de alta
intensidade, conferem alta especificidade à técnica de absorção atômica,
fazendo-a praticamente livre de interferências. As principais fontes usadas
em absorção atômica são a lâmpada de catodo oco (LCO) e a lâmpada de
descarga sem eletrodos (EDL).
A lâmpada de catodo oco é uma excelente fonte de linhas para a grande
maioria dos elementos devido à sua estabilidade. Entretanto, no caso de
alguns elementos mais voláteis, as lâmpadas de catodo oco possuem baixa
intensidade de emissão e uma vida útil muito curta. Para estes elementos as
EDL podem ser utilizadas. As fontes EDL emitem radiação mais intensa do que
as LCO, conferindo maior precisão e sensibilidade às análises.
Lâmpada de catodo oco.
"Lâmpada "Esquema da lâmpada "
" " "
Lâmpadas de Descarga sem Eletrodos
As EDLs são fontes empregadas em absorção atômica, alimentadas com energia
na faixa das freqüências de rádio. Elas produzem espectros intensos, de
linhas estreitas, com pouca auto-
absorção. Nas EDLs, uma pequena quantidade do elemento ou de um sal do
elemento (ou ainda a combinação das duas coisas), é selada dentro de um
bulbo de quartzo ou de vidro junto com uma pequena quantidade de um gás
inerte. Este bulbo é então colocado dentro de um cilindro cerâmico que é
envolvido por uma bobina helicoidal ressonante, que irá gerar a energia
empregada para o processo de atomização. Quando um campo de
rádiofreqüência é aplicado (10 a 3000 MHz), através da bobina helicoidal, a
energia gerada por este campo ioniza o gás inerte e excita os átomos
metálicos dentro do bulbo que, quando voltam ao estado fundamental, liberam
esta energia absorvida, emitindo luz com o espectro característico do
elemento.
"Lâmpada "Esquema da lâmpada "
" " "
Lâmpadas Multi-elementares
O catodo de uma LCO deve ser construído a partir do metal puro, de modo que
o espectro de emissão desta lâmpada contenha somente as linhas de emissão
do elemento de interesse. Entretanto, é possível construir um catodo a
partir de uma liga contendo diversos metais. A lâmpada resultante, dita
multi-elementar, pode ser usada como uma fonte eficiente para a
determinação de todos os metais constituintes do catodo. Existem,
atualmente, 17 tipos de lâmpadas multi-elementares disponíveis no mercado.
Nem todos os metais podem ser usados em combinações devido a limitações
metalúrgicas e espectrais. Certos elementos não formam ligas ao serem
combinados, ou possuem raias importantes que se sobrepõe.
Espectrofotômetro – são os equipamentos que medem a absorção/transmissão de
radiação de soluções que contém as espécimes absorventes.
.
Partes de espectrofotômetro
Os instrumentos empregados na técnica de Absorção Atômica
possuem cinco componentes básicos :
1 - Fonte de radiação ou fonte de luz, que emite o espectro do elemento de
interesse(Monocromática X Policromática)
2 - A "célula de absorção" ou Atomizador, na qual os átomos da amostra são
produzidos(Chama X Tubo de grafite X Superfícies metálicas),
3 - O monocromador, para a dispersão da luz e seleção do comprimento de
onda a ser utilizado,
4 - O detector, que mede a intensidade de luz, transforma este sinal
luminoso em um sinal elétrico(Fotomultiplicador X Detector de estado
sólido)
e o amplifica.
5 - Um display (ou registrador) que registra e mostra a leitura depois do
sinal ser processado.
Técnicas de análise (Sistemas de atomização)
Sistema nebulizador-queimador
A função da célula de absorção é converter a amostra em átomos no estado
fundamental,no eixo ótico do sistema de absorção atômica, obtidos de
maneira reprodutível, de modo que os
dados obtidos sejam quantitativos. A amostra deve encontrar-se,
inicialmente, na forma líquida.
O processo de nebulização é responsável pela conversão da amostra em
pequenas gotículas, que são direcionadas para a chama, onde o solvente é
evaporado, produzindo partículas secas. As partículas secas são fundidas e,
posteriormente, vaporizadas. No último estágio os átomos são dissociados,
produzindo as espécies absorventes. Alguns processos indesejáveis podem
ocorrer, como (i) excitação dos átomos pela chama, com a conseqüente
emissão da energia de excitação; (ii) átomos excitados podem reagir com
outros átomos e moléculas na chama produzindo espécies moleculares e/ou
radicais, que produzem espectros moleculares; (iii) ionização dos átomos.
"nebulizador-queimador "Câmara de nebulização "
" " "
Forno de grafite
Amostra é inserida em um tubo de grafite, aquecido eletricamente
Maior tempo de residência do vapor atômico
Maior sensibilidade
Pequenos volumes de amostra
Amostras sólidas
Programa de temperatura do forno
Secagem (50-200 oC)
Eliminação do solvente
Calcinação (200-800 oC)
Eliminação da matriz (mineralização)
Atomização (2000-3000 oC)
Produção de vapor atômico
Utilização de gases de purga (argônio)
Remoção de gases produzidos na secagem e calcinação
Reduzir a oxidação do tubo
Evita a produção de gases tóxicos durante a atomização
Sistema de geração de hidretos
Sistema de vapor frio
Hg (volátil)
Processo de absorção atômica
Átomos no "estado fundamental" são capazes de absorver energia luminosa de
um comprimento de onda específico, alcançando um "estado excitado".
Aumentando-se o número de átomos presentes no caminho ótico pode-se
aumentar a quantidade de radiação absorvida. Medindo-se a variação da
quantidade de luz transmitida, pode-se realizar uma determinação
quantitativa do analito presente. Na técnica de absorção atômica, fontes
especiais de luz conjugadas com sistemas eficientes de seleção de
comprimentos de onda permitem a determinação específica de elementos.
Inicialmente, temos a amostra em solução em forma de íons( Usa-se o ácido
clorídrico e o nítrico para fazer a digestão da amostra )(. Os ânions não
são dosados.
Processo-1 Nebulização ( M+ + A-) = AEROSOL
Processo-2 Desolvatação ( M+ + A-) = Dissociação e vaporização
Processo-3 Liquefação( MA) e Vaporização(MA)
Processo-4 Atomização ( Mo + Ao) = ESTADO FUNDAMENTAL
Processo-5 Excitação ( M*) = Devido à lâmpada
Processo-6 Radiação de ressonância
Alan Walsh and the First Atomic Absorption Spectrometer
Alan Walsh foi o criador e desenvolvedor do método de análise química por
absorção atomic das quais revolucionou a análise quantitativa entre 1950 e
1960.
Reagentes:
1-Água destilada.
2-Soluções padrão de Cromo 2, 4, 7, 10 e 15 ppm.
3-Solução padrão de Cromo de 2,5 ppm ( usada como amostra)
Equipamentos, Materiais e Vidrarias:
1-Espectrofotômetro de Absorção Atômica Varian Modelo AA240FS
2-Queimador com cabeça de titânio
3-Sistema de exaustão.
4-Arsintético
5-Acetileno
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.
Ligando o equipamento e as Leitura dos padrões e amostra no
Espectrofotômetro
Realizar as leituras de concentração no Espectrofotômetro de absorção
atômica da Varian AA240FS.
a) Abrir os cilindros de gases: arsintético e acetileno.
b) ligar o equipamento e ajustar os parâmetros de leitura no SpectrAA 5.0.1
software.
c)Colocar a lâmpada de catodo oco multielementar ( determina: cromo, ferro,
cobalto, cobre, manganês e níquel), suporte de lâmpada pré-selecionado.Este
equipamento possui 04 suportes para lâmpadas.
d) Ajustar a Corrente da lâmpada : 10 ma , fenda : 0,2mm e comprimento de
onda = 357,9 nm
e) Alinhar o feixe de luz da lâmpada de catodo oco com o cartão Varian, no
centro do queimador( chama apagada).
f) Ajustar , mecanicamente ,o ganho da lâmpada.
g) Quando a chama estiver acesa, zerar o equipamento com água destilada,
aspirando através do nebulizador.
h)realizar as leituras de absorbâncias dos padrões de cromo , seguindo a
ordem de menor à maior concentração para evitar erros leitura durante uma
calibração e depois, analisar o padrão de 2,5 ppm de cromo ( padrão usado
como amostra).
Tabelas de leituras realizadas no Espectrofotômetro
"Concentração de "Absorbância (ABS) "% de precisão "
"cromo(ppm) "357,9 nm " "
"Branco a água "0,0036 " "
"destilada " " "
"2 "0,0446 "1 "
"4 "0,0931 "1 "
"7 "0,1527 "1 "
"10 "0,2017 "0,9 "
"15 "0,2897 "0,9 "
" " " "
" " " "
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 :07 Relatório Experimental
1-Construir a curva de calibração de cromo com os dados obtidos?
2-Calcular os erros da leitura do padrão que foi usado como amostra de 2,5
ppm de cromo ?
Leitura obtida= 1,92 ppm
Concentração teórica= 2,5 ppm
Considerações finais
1) O Espectrofotômetro Perkinelmer Coleman 295, trabalha na escala de
absorbância até 0,900.
Referências Bibliográficas
Análise Inorgânica Quantitativa – VOGEL 4ª editora Guanabara dois
Análise Instrumental – Freddy Cinfuegos/ Delmo Valtsman editora
Interciência.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cor
Introduction -- Atomic absorption spectroscopy (AAS) is the measurement of
an absorption of optical radiation by atoms in the gaseous state. The
original equipment was developed by Walsh . The following is a general
discussion of AAS or basic protocols for the P-E 3030B.
