Relatório - fotometria de emissão em chama

Relatório - fotometria de emissão em chama

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA – CCEN

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ

FOTOMETRIA DE EMISSÃO EM CHAMA

Determinação de Ca2+ em amostras sintéticas e água de torneira

ALUNO: Dariston Kleber Sousa Pereira

MATRÍCULA: 10611464

PROFESSORES: Edvan Cirino da Silva e Mário César Ugulino de Araújo

DISCIPLINA: Química Analítica III SEMESTRE: 2009.1

SUMÁRIO

1 – Introdução­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­________________________________________________________2

1.1 – Fundamentos teóricos______________________________________________2

1.2 – Instrumentação ___________________________________________________4

2 – Objetivos_________________________________________________________6

3 – Materiais e métodos________________________________________________6

3.1 – Instrumento analítico_______________________________________________6

3.2 – Soluções e amostras________________________________________________6

3.3 – Procedimento experimental__________________________________________6

4 – Resultados e discussão ______________________________________________7

4.1 – Curva analítica____________________________________________________7

4.1.1 – Intervalo de confiança e figuras de mérito para as amostras 1 e 2_________8

4.2 – Aplicação do Método por Adição de Padrão (MAP) às amostras 3 e 4 ________9

4.2.1 – Amostra 3_________________________________________________________10

4.2.2 – Amostra 4_________________________________________________________11

4.3 – Erro relativo percentual das medidas _______________________________________ 12

5 – Conclusões_____________________________________________________________ 11

6 – Referências bibliográficas________________________________________________ 12

7 – Apêndice ______________________________________________________________ 12

1 – INTRODUÇÃO

1.1 – Fundamentos teóricos

A fotometria de emissão em chama baseia-se na introdução de uma amostra em solução em uma chama na forma de um aerossol. A chama excita os átomos induzindo a amostra a emitir radiação eletromagnética na região UV-VIS; a intensidade da luz emitida é proporcional à concentração desta espécie química de interesse, ou seja:

I=kC

Os processos mostrados diagramaticamente a seguir ocorrem durante o processo de medida da intensidade de um determinado analito:

A chama exerce um papel muito importante na fotometria de emissão atômica, pois ela é responsável por dessolvatar, vaporizar, atomizar e excitar eletronicamente o átomo em análise. É uma fonte de excitação mais fraca do que o plasma e, normalmente poucas raias de cada elemento são excitadas.

O parâmetro mais importante de uma chama é a temperatura. Ela exerce um papel fundamental na relação entre o número de espécies excitadas e não excitadas. Por exemplo, um aumento de 10K (2500K para 2510K) na temperatura de emissão relacionada à linha de ressonância do sódio produz um aumento de 4% no número de átomos de sódio excitados, e conseqüentemente um aumento no sinal. Este efeito da temperatura sobre o sinal analítico pode ser observado a partir da equação de Boltzmann:

Onde:

- Ne e N0 são os números de espécies excitadas e no estado fundamental respectivamente;

- Pe e P0 são os fatores estatísticos, determinados pelo número de orbitais em cada nível;

- ΔE é a diferença de energia entre os níveis;

- k é a constante de Boltzmann (1,38x10-23J/K);

- T é a temperatura em Kelvin.

Portanto, os métodos analíticos baseados nas medidas da emissão atômica requerem um controle rigoroso da temperatura da excitação.

A chama mais apropriada para análise de metais de baixa energia de excitação como metais alcalinos e alcalinos terrosos é a chama de gás natural/ar, enquanto a chama acetileno/ar proporciona a temperatura para a excitação da maioria dos metais.

Existe um fator que contribui para o ruído e, quando em excesso, reduz os limites de detecção e a precisão das análises. É a radiação emitida pela própria chama na região UV-VIS, denominada radiação de fundo. Esse fenômeno é conhecido como auto-emissão.

Além do problema da auto-emissão, existem alguns tipos de interferências que podem prejudicar a medida do sinal de emissão do analito, sendo classificadas em:

- Interferências espectrais: Relacionam-se com outros tipos de radiações que ocorrem na faixa de comprimentos de onda isolada para o analito. Durante o processo podem ocorrer interferências espectrais como: Sobreposições de raias ou bandas e/ou radiação contínua, espalhamento da luz, auto-absorção do analito e emissão de radiação de fundo;

- Interferências químicas: São as interações entre o analito e outras espécies presentes na matriz que afetam o sinal analítico. Normalmente ocorrem através da formação de um composto termicamente estável (refratário) envolvendo o analito;

- Interferências físicas: Essas interferências podem ocorrer através de:

  • Ionização do analito: Esta reduz a população de átomos neutros na chama e, conseqüentemente, diminui a intensidade de emissão do analito. A adição de um supressor de ionização pode minimizar este efeito;

  • Interferência ou efeito de matriz: É a influência das propriedades da matriz da amostra sobre o processo envolvido na medida do sinal analítico. Esse efeito faz com que o valor obtido da concentração de um analito seja diferente do valor real.

Na análise quantitativa por emissão atômica, os métodos utilizados são os seguintes:

- Método por curva analítica: Consiste em representar graficamente o modelo de calibração através de uma curva de calibração. A curva analítica deve passar o mais próximo possível dos pontos obtidos experimentalmente, e o método utilizado para se obter a melhor aproximação é o método dos mínimos quadrados.

- Método do padrão interno: Consiste em adicionar às amostras, às soluções-padrão e ao branco, uma quantidade conhecida de uma espécie de referência chamada de padrão interno. Para se construir a curva analítica, é lançada nas ordenadas a razão entre o sinal do analito e o sinal do padrão, e nas abcissas, as concentrações das soluções-padrão do analito.

- Método por adições de padrão (MAP): É um método utilizado para se corrigir o efeito de matriz. Pode-se recorrer ao MAP quando o efeito de matriz não é desprezível e não é possível utilizar o método das matrizes casadas.

O método das adições de padrão pode ser realizado a partir de dois procedimentos:

  • Adições-padrão sem partição da amostra: Consiste em adicionar a uma única alíquota da amostra, alíquotas crescentes de uma mesma solução-padrão. Este método é adequado quando o volume de amostra disponível é limitado. Ele é bastante utilizado nas técnicas voltamétricas e potenciométricas;

  • Adições-padrão por partição da amostra: Consiste em se adicionar a quatro ou cinco idênticas alíquotas de amostra particionadas, idênticas alíquotas de diferentes soluções-padrão, cujas concentrações estão aumentando proporcionalmente dentro da faixa linear de concentração. Neste procedimento pode-se observar que se obtém a mesma diluição da amostra em cada adição de padrão, promovendo um efeito de matriz constante sobre todas as medidas dos sinais analíticos. Obtém-se a concentração da amostra C0 por extrapolação da curva de regressão para o eixo das concentrações, ou utilizando os parâmetros A e B da equação y=A + Bx ajustada aos pontos. O valor de C0 é dado por:

Onde Vs é o volume do padrão e V0 é o volume da alíquota da amostra.

1.2 – Instrumentação

Os instrumentos utilizados para medidas de emissão em chama apresentam os seguintes componentes essenciais:

  • Reguladores de pressão e fluxômetros: Utilizados para controlar a pressão e a vazão dos gases que alimentam a chama;

  • Nebulizador-Combustor-Atomizador: Tem a função de introduzir a amostra na chama na forma de um aerossol (nebulizar), dessolvatar, sublimar, atomizar e excitar eletronicamente o átomo ou íon atômico em análise. Esse esquema pode ser observado na figura abaixo:

Figura 01: Nebulizador de mistura prévia de fluxo concêntrico.

  • Sistema óptico a base de filtro ou monocromador: Tem por função recolher a luz emitida pela chama, isolar a radiação de emissão desejada do analito e focá-la sobre o detector:

  • Detector: Está associado a algum tipo de medidor ou amplificador eletrônico.

Os componentes básicos de um sistema de emissão em chama são mostrados esquematicamente na figura abaixo:

Figura 02: Componentes básicos de um espectrofotômetro de emissão atômica.

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