1. 6 Espectrofotometria
6.1 Introdu¸˜o
ca
Medir ´ basicamente chacoalhar o objeto sob estudo, e ver o que acontece. Uma maneira boa de cutucar
e
mol´culas, ´ com radia¸˜o eletromagn´tica (luz). A palavra espectrofotometria designa um m´todo de
e e ca e e
an´lise baseado em medidas de absor¸˜o de radia¸˜o eletromagn´tica. A t´cnica que aqui se descreve est´
a ca ca e e a
restrita a uma pequena regi˜o de comprimento de onda da radia¸˜o eletromagn´tica, que corresponde
a ca e
` luz vis´ ou ultra-violeta: ´ a faixa entre aproximadamente 200 e 700 nm (1 nanometro = 10−9 m,
a ıvel e
700 nm = 0,7 µm.)
6.2 Absor¸˜o de Radia¸˜o
ca ca
V´rias coisas podem acontecer com a radia¸˜o luminosa que atinge uma certa substˆncia (ver Figura 6.1)
a ca a
A radia¸˜o incidente pode sofrer reflex˜o, refra¸˜o, espalhamento ou ser absorvida pelo material.
ca a ca
Disso resulta que somente uma parte da radia¸˜o incidente ´ transmitida atrav´s do material.
ca e e
O processo de absor¸˜o ocorre ao n´ molecular. Assim, como acontece num ´tomo, cada mol´cula
ca ıvel a e
caracteriza-se por possuir n´ ıveis de energia moleculares quantizados, os quais podem ser ocupados pelos
el´trons das mol´culas. Por outro lado, a radia¸˜o carrega energia, sendo que o valor dessa energia
e e ca
depende do comprimento de onda da radia¸˜o. A absor¸˜o da radia¸˜o se d´ quando a energia que
ca ca ca a
ela transporta ´ igual ` diferen¸a entre dois n´
e a c ıveis de energia da mol´cula; nessa situa¸˜o, a energia da
e ca
radia¸˜o ´ transferida para a mol´cula e ocorre a chamada absor¸˜o de radia¸˜o.
ca e e ca ca
Como mol´culas de substˆncias de substˆncias diferentes tˆm diferentes n´
e a a e ıveis moleculares de energia,
ocorre que cada substˆncia absorve a radia¸˜o de maneira peculiar. Dito de outra forma, os compri-
a ca
mentos de onda que uma certa substˆncia absorver˜o s˜o caracter´
a a a ısticos da sua estrutura e outras
substˆncias absorver˜o outros comprimentos de onda. Se levantarmos dados referentes ` intensidade de
a a a
luz absorvida por uma substˆncia, em fun¸˜o dos comprimentos de onda da radia¸˜o, estaremos obtendo
a ca ca
uma curva chamada espectro de absor¸˜o da substˆncia. O importante ´ que cada substˆncia tem um
ca a e a
espectro caracter´ ıstico e, desse modo, se queremos identificar um material desconhecido, poderemos
fazˆ-lo a partir de sua curva de absor¸˜o, comparada com curvas de substˆncias conhecidas.
e ca a
Uma vez conhecido o espectro de absor¸˜o de uma dada substˆncia pode-se tamb´m determinar em
ca a e
que quantidade essa substˆncia se apresenta em uma solu¸˜o analisada. Isso ´ feito atrav´s da medida
a ca e e
da intensidade de luz que atravessa a amostra, como veremos a seguir.
Figura 6.1: Reflex˜o, refra¸˜o, espalhamento e absor¸˜o fazem com que a luz que sai da amostra tenha
a ca ca
uma intensidade menor do que a luz que incide.
1

2. 6.3. Lei de Lambert-Beer 2
Figura 6.2: Experimento ao qual se refere a lei de Lambert-Beer.
6.3 Lei de Lambert-Beer
Lambert estudou a transmiss˜o de luz por s´lidos homogˆneos. Beer estendeu o trabalho de Lambert
a o e
ao estudo de solu¸˜es. Pode-se apresentar as conclus˜es dois dois pesquisadores na forma de uma lei
co o
conhecida como a Lei de Lambert-Beer.
Atrav´s dessa lei, intensidades da radia¸˜o incidente e emergente podem ser relacionadas com as
e ca
concentra¸˜es do material presente na solu¸˜o. Vamos discorrer brevemente sobre essa lei, com os
co ca
seguintes esclarecimentos:
1. S˜o considerados desprez´
a ıveis os efeitos de reflex˜o, refra¸˜o e espalhamento.
a ca
2. A radia¸˜o incidente deve ser monocrom´tica, isto ´, conter somente um comprimento de onda.
ca a e
Isto posto, vamos considerar a situa¸˜o ilustrada na Figura 6.2. I0 e I s˜o, respectivamente, as intensi-
ca a
dades da radia¸˜o incidente e transmitida pela amostra. Muitas vezes, a intensidade transmitida decai
ca
exponencialmente com o aumento do caminho percorrido na solu¸˜o (comprimento l da Figura 6.2), e
ca
tamb´m com o aumento da concentra¸˜o c:
e ca
I = I0 10−εlc
sendo c a concentra¸˜o do material em estudo, l o comprimento interno do recipiente que contem a
ca
solu¸˜o, e ε(λ), o coeficiente de extin¸˜o ou absortividade ou coeficiente de absor¸˜o, um fator carac-
ca ca ca
ter´
ıstico da substˆncia absorvedor (e o solvente), que depende do comprimento de onda da radia¸˜o.
a ca
A grandeza que medimos experimentalmente ´ a transmitˆncia T que ´ a raz˜o entre a intensidade
e a e a
incidente e a transmitida:
T = I/I0 (6.1)
Em rela¸ao a essa grandeza, a lei de Lambert-Beer assume ent˜o a forma
c˜ a
T = 10−εlc
A absorbˆncia A ´ definida como
a e
A = − log10 T (6.2)
Assim, em rela¸˜o ` absorbˆncia a lei de Lambert-Beer ´ escrita
ca a a e
A = − log10 T = log10 (1/T ) = log10 (10εlc )
e portanto,
A = εlc (6.3)
Vemos o porque da defini¸˜o da absorbˆncia: nas condi¸˜es da validade da lei de Lambert-Beer ´ uma
ca a co e
quantidade proporcional ` concentra¸˜o. O espectrofotˆmetro se torna um medidor de concentra¸˜o
a ca o ca
seletivo para um determinada substˆncia, atrav´s da rela¸˜o c = A/εl.
a e ca
De uma maneira geral, para uma solu¸˜o de dada substˆncia, em um certo solvente, analisada a
ca a
um certo comprimento de onda da radia¸˜o, pode-se tra¸ar uma curva da absorbˆncia A em fun¸˜o da
ca c a ca
concentra¸˜o c; a partir dessa curva ser´ poss´ determinar a concentra¸˜o de qualquer amostra dessa
ca a ıvel ca
solu¸˜o.
ca

3. 6.4. Instrumenta¸˜o
ca 3
6.4 Instrumenta¸˜o
ca
De maneira global, um espectrofotˆmetro tem trˆs partes:
o e
Fonte de radia¸˜o normalmente ´ uma lˆmpada incandescente. Existe tamb´m um controle de in-
ca e a e
tensidade da radia¸˜o, mas ´ fundamental um meio de controle do comprimento da onda (por
ca e
exemplo, filtros ou monocromatizadores como prismas ou grades de difra¸˜o). No nosso aparelho,
ca
pode-se selecionar o comprimento de onda da luz incidente atrav´s de um controle manual.
e
Amostra deve estar contida em um recipiente apropriado do tipo tubos de ensaio ou cubetas. Como
normalmente medidas comparativas s˜o feitas (uma medida com s´ solvente, outra com solvente
a o
e soluto), as cubetas vˆm emparelhadas. As cubetas s˜o fabricadas o mais igual poss´
e a ıvel. Assim,
no resultado final, somente o soluto faz uma contribui¸˜o ` absor¸˜o.
ca a ca
Detetor ´ um elemento sens´ ` radia¸˜o e que pode nos dar uma medida da intensidade da mesma;
e ıvel a ca
varia desde foto-mol´culas at´ o pr´prio olho. Um indicador no aparelho converte o sinal do
e e o
elemento em um n´mero. Os instrumentos em geral disp˜e de duas indicadores: uma delas nos d´
u o a
a transmitˆncia T (Eq. 6.1) e a outra d´ a absorbˆncia A (Eq. 6.2) direto, evitando a necessidade
a a a
de uma calculadora.
6.5 Experimento
A mol´cula guaiazuleno (C15 H18 , 198,31 g/mol) foi isolado originalmente a partir do ´leo essencial
e o
´
de camomila. E usado como corante em alimentos e cosm´ticos. Temos uma solu¸˜o de 19,8 mg de
e ca
guaiazuleno em 100 ml de ethanol. Queremos levantar o espectro de absor¸˜o no vis´ (de 400 at´ 700
ca ıvel e
nm) e medir o coeficiente de extin¸˜o ε (no comprimento de onda de maior absor¸˜o).
ca ca
Medida do espectro de absor¸˜o de um corante
ca
A receita para medir o espectro segue:
1. Ligue o aparelho, e espere cinco minutos para o aquecimento e estabiliza¸˜o dos circuitos.
ca
2. Ajuste o comprimento de onda para o valor m´ximo (λ = 700 nm).
a
3. Em alguns aparelhos, sem cubeta no aparelho, tem um obst´culo entre a lˆmpada e o detetor. A
a a
transmitˆncia neste situa¸˜o deve ser zero: regule a transmitˆncia T para zero, usando o bot˜o
a ca a a
apropriado. Em outros aparelhos este ajuste ´ feito de outra forma, ou n˜o precisa ser feito.
e a
4. Coloque uma cuba com somente solvente na porta-amostra do aparelho. Nesta situa¸˜o, vamos
ca
definir a transmitˆncia sendo 100% (T = 1). Portanto, regule a transmitˆncia para 100%, usando
a a
o bot˜o apropriado. Este ajuste ´ feito para que, ao analisarmos a solu¸˜o, tenhamos eliminado
a e ca
a absor¸˜o por parte do solvente e a cuba. Ao contr´rio do ajuste do item anterior, a regulagem
ca a
da transmitˆncia 100% deve ser feita para todo valor de λ, uma vez que o solvente pode absorver
a
diferentemente em cada λ.
5. Retire a cubeta com o solvente e coloque em seu lugar a que contem a solu¸˜o. O indicador
ca
dar´ a transmitˆncia T ou a absorbˆncia A, dependendo da posi¸˜o de um bot˜o. Anote os dois.
a a a ca a
(Verifique com a sua calculadora que o aparelho d´ de fato A = − log T )
a
6. Varie λ a intervalos adequados, repetindo sempre os itens (4) e (5). Levante o espectro entre 400
e 700 nm, com uma resolu¸˜o melhor (me¸a mais pontos) na regi˜o de maior absorbˆncia.
ca c a a
7. Fa¸a um gr´fico com dois eixos verticais, um para T , outro para A.
c a
Medida da curva de concentra¸˜o
ca
Vai agora fixar o comprimento de onda e obter dados da absorbˆncia da solu¸˜o em fun¸˜o da concen-
a ca ca
tra¸˜o do solu¸˜o, afim de conseguir o coeficiente de extin¸˜o da mol´cula em quest˜o.
ca ca ca e a
1. A partir dos dados da parte anterior, fixe o comprimento de onda λ no valor correspondente `a
m´xima absor¸˜o. Me¸a o comprimento interno l da sua cubeta. Qual ´ a concentra¸˜o molar da
a ca c e ca
sua solu¸˜o?
ca
2. Coloque o solvente no porta-amostras e fa¸a os ajustes de transmitˆncia zero e 100%, como na
c a
parte anterior.

4. 6.6. Relat´rio
o 4
3. Me¸a a absorbˆncia, dilua a solu¸˜o e repete, at´ n˜o conseguir medir mais porque a transmitˆncia
c a ca e a a
(T ) ficou perto de 100% (a absorbˆncia A ficou muito pequena).
a
4. Fa¸a o gr´fico dos seus dados (A contra a concentra¸˜o). A proporcionalidade de A com c (Eq. 6.3)
c a ca
´ verificada? Tire o coeficiente de extin¸˜o ε a partir da derivada (coeficiente angular) do seu
e ca
gr´fico. (Qual unidades tem ε? Como poderia estimar a incerteza no seu valor?)
a
6.6 Relat´rio
o
Vamos se preocupar sobretudo com uma apresenta¸˜o boa dos dados e uma discuss˜o. Descreve tamb´m
ca a e
eventuais dificuldades que tinha com o seu aparelho. Discute a rela¸˜o entre o seu espectro e a cor da
ca
solu¸˜o que usou. A lei de Lambert-Beer (proporcionalidade entre concentra¸˜o e absorbˆncia) foi
ca ca a
verificada?
Coment´rios e sugest˜es s˜o bem vindos: ewout@if.usp.br
a o a