Relatórios de Análise instrumental

Relatórios de Análise instrumental

Santa Maria, 25 de maio de 2009

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

ANÁLISE INSTRUMENTAL I

1) OBTENÇÃO DA CURVA ANALÍTICA PARA O KMnO4 POR COLORIMETRIA

2) DETERMINAÇÃO DE FERRO COM A 1-10-FENANTROLINA POR COLORIMETRIA

3) DETERMINAÇÃO DE pKa DO INDICADOR AZUL DE BROMOTIMOL

4) VERIFICAÇÃO DA LEI DE BEER

5) Determinação do teor de NaCi em Soro Fisiológico por Espectrometria de Emissão Atômica

Andréia Fonseca, Gabrielle Scapin, Jossieli Leimterperger,

Karine Schuck, Roberta Scaravelli, Tanize Fernandes

1) OBTENÇÃO DA CURVA ANALÍTICA PARA O KMnO4 POR COLORIMETRIA

    1. INTRODUÇÃO:

A colorimetria é um método analítico baseado na medida da intensidade da cor, com a finalidade de determinar a concentração de analitos em amostras. Embora seja um método quantitativo, com uma margem de erro analítico relativo entre 2 a 5%, é muito empregado em diversas áreas. Nas estações tratamento de água potável é o método mais empregado para a determinação de cloro e de flúor.

O número de aplicações da fotocolorimetria e da calorimetria visual é muito amplo, pois praticamente todas as espécies químicas que através de uma reação química adequada são capazes de produzir quantitativamente um produto solúvel corado cuja concentração pode ser determinada por colorimetria visual ou fotoelétrica. O instrumento usado é o fotocolorímetro também chamado de fotômetro de filtro1.

Neste trabalho relatou-se como proceder a escolha do melhor filtro, obtêm-se a curva analítica do permanganato dentro da faixa de menor erro de transmitância, usando apenas um fotocolorímetro e duas soluções de KMnO4,com concentrações 0,0002 e 0,0006.

    1. PARTE EXPERIMENTAL:

Primeiramente, escolheu-se o filtro preparando-se uma solução de KMnO4 0,0002 M e fazendo a leitura de transmitância e absorvância em cada filtro. Com base no valor de transmitância obtido para a solução 0,0002 M de KMnO4 usando o filtro escolhido, calculou-se as concentrações limite correspondentes à região de menor erro (entre 15% e 65% de transmitância). Foram preparadas oito soluções com concentrações dentro dessa faixa,a partir de uma solução estoque de KMnO4 0,0006 M e mediu-se a transmitância e a absorvância das mesmas no filtro escolhido.

    1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os valores medidos para a solução KMnO4 0,0002 M para cada filtro são tabelados abaixo.

Filtro (nm)

Transmitância

Absorvância

420

89%

0,05

470

79%

0,10

530

62%

0,20

620

95%

0,02

660

98%

0,01

Tabela 1. Valores de transmitância e absorvância para cada filtro

Escolheu-se o filtro com menor transmitância (530 nm), pois isso acarreta um maior contraste na medida e, conseqüentemente, uma medição mais precisa.

Solução

Volume (mL) de

KMnO4 0,0006 M

Concentração

final

T%

A

1

4,2

5.10-5

77

0,11

2

6

7,2.10-5

70

0,16

3

8

9,6.10-5

64

0,19

4

9

1,08.10-4

60

0,22

5

10

1,2.10-4

57

0,24

6

12

1,44.10-4

54

0,27

7

14

1,68.10-4

46

0,34

8

16

1,92.10-4

43

0,37

Para a confecção da curva analítica, foram preparadas as seguintes soluções a partir da solução estoque de KMnO4 0,0006 M.

Tabela 2. Volume de KMnO4 utilizado, concentração final, transmitância e absorvância para as oito soluções preparadas.

Os valores de absorvância e concentração foram plotados em um gráfico. O resultado encontrado foi o de uma reta com coeficiente angular positivo, o que indica que um aumento de concentração, que acarreta um aumento da absorção pela amostra, o que é esperado, pois quanto maior o número de espécies absorventes, maior será a absorção. O coeficiente de correlação encontrado foi de 0,9917, o que indica a linearidade da curva. O gráfico é mostrado na figura 1.

Figura 1. Gráfico concentração versus absorvância dentro da faixa de menor erro de leitura

A equação da reta é: y 1830x + 0,0202. Essa equação está relacionada com a lei de Beer, A=εbc, sendo que: y é a absorvância (A), x é a concentração (C) e o coeficiente angular (1830) é o produto entre a absortividade molar (ε) e o caminho óptico (b). O coeficiente linear idealmente é igual a zero, mas na medição podem estar presentes ruídos e desvios que o afastam desse valor.

    1. CONCLUSÃO

Com esse experimento simples pode-se confeccionar a curva analítica para o KMnO4 com uma precisão satisfatória, visto que o coeficiente de correlação para a reta obtida foi de 0,9917. Além disso, não foi necessário o uso de um espectrofotômetro, e sim de um colorímetro, o que se traduz em uma análise de menor custo para ser usada em um processo industrial, visto a sua precisão.

    1. REFERÊNCIAS

  1. Vinadé, Maria E. C.; Métodos espectroscópicos de análise quantitativa, Editora UFSM, Santa Maria, 2005.

2) DETERMINAÇÃO DE FERRO COM A 1-10-FENANTROLINA POR COLORIMETRIA

2.1) INTRODUÇÃO

A colorimetria é um método analítico utilizado na determinação da concentração de analitos em amostras a partir da medida da intensidade da cor da mesma.

A 1-10-fenantrolina (C12H8N2) é um ligante bidentado usado como agente quelante para íons metálicos. O Fe(II) reage com a 1-10-fenantrolina em uma estequiometria 1:3(figura 1).

Figura 1. Reação do Fe(II) com 1-10-fenantrolina

O complexo formado apresenta cor alaranjada, que pode ser facilmente medida pelo colorímetro e relacionada à concentração de ferro(II) na amostra.

Para garantir que todo o ferro presente na amostra esteja no estado de oxidação +2, é adicionado cloridrato de hidroxilamina (um agente redutor) a cada solução. Além disso, adiciona-se acetato de sódio às soluções para que o pH das mesmas se mantenha constante.

Nesse experimento escolheu-se o melhor filtro para realizar as medidas de concentração de Fe(II). Com o filtro escolhido e usando soluções de diferentes concentrações, foi confeccionada a curva analítica para o Fe(II). Por fim, determinou-se a concentração de ferro em uma amostra real de medicamento anti-anêmico.

2.2) PARTE EXPERIMENTAL

Preparou-se cinco soluções de Fe(II) (partindo de uma solução estoque de 20ppm de Fe(II)) nas concentrações de 1,2ppm, 2ppm, 2,8ppm, 3,6ppm e 4ppm. A cada balão foi adicionado volumes de Fe(II) de concentração 20ppm (3mL, 5mL, 7mL, 9mL e 10mL respectivamente), 2mL de solução de cloridrato de hidroxilamina 5%, 2mL de solução de acetato de sódio 2M e 4mL de solução de 1,10-fenantrolina 0,25%, completando o volume com água até 50mL.

Para a escolha do filtro a ser usado na determinação, mediu-se a transmitância e a absorvância da solução 2ppm de Fe(II) (concentração intermediária do metal) para os valores de filtros do aparelho.

Após escolhido o filtro, confeccionou-se a curva analítica medindo a transmitância e a absorvância das demais soluções de Fe(II) no comprimento de onda escolhido.

Usando uma amostra de medicamento anti-anêmico contendo Fe (Sulferrol xarope), fez-se uma nova determinação de Fe(II). O rótulo do medicamento informa que 1mL do xarope contém 25mg de sulfato ferroso (FeSO4), logo 1mL conteria 9,2mg de Fe(II). Segundo a informação do rótulo, o xarope contém Fe(II) em uma concentração de 9200ppm. Optou-se por fazer uma diluição 1:1000 (1mL de amostra em 1000mL de solução), resultando em uma solução com concentração aproximada de 9,2ppm e, a partir dessa solução, fazer uma nova diluição 1:2,5 (20mL de amostra diluída em 50mL de solução). Ao final, obteve-se uma solução com concentração aproximada de 3,68ppm, a qual foi usada para medição da transmitância e absorvância.

As medidas foram feitas usando um colorímetro Micronal modelo B440.

2.3) RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os valores de transmitância e absorvância medidos em cada filtro para a solução de 2ppm de Fe(II) são listados a seguir:

Filtro (nm)

Transmitância

Absorvância

420

72%

0,14

470

51%

0,28

530

67%

0,18

620

100%

0,00

660

100%

0,00

Tabela 1. Valores de transmitância e absorvância para cada filtro de comprimento de onda

O filtro escolhido foi o de 470nm por apresentar menor transmitância e, portanto, melhor contraste na medição da amostra.

Usando o filtro de 470nm, mediu-se a transmitância e a absorvância das demais soluções. Os valores medidos para as diversas concentrações e a curva analítica correspondente são encontrados abaixo:

Concentração

Transmitância

Absorvância

1,2 ppm

67%

0,18

2,0 ppm

52%

0,28

2,8 ppm

35%

0,45

3,6 ppm

26%

0,60

4,0 ppm

15%

0,83

Tabela 2. Valores de transmitância e absorvância para cada concentração em ppm de ferro(II) no λ=470nm

Figura 2. Gráfico absorvância versus concentração em ppm de ferro(II)

Após a confecção da curva analítica, foram feitas as medidas com a amostra diluída de medicamento. A transmitância medida foi de 25% e a absorvância foi de 0,61. Substituindo o valor de absorvância na equação da curva analítica, encontramos que a concentração de Fe(II) na amostra diluída com a qual foi realizada a medida é 3,37ppm. Portanto, a amostra real apresenta concentração igual a 8425ppm, o que representa 8,43mg de ferro por mL de xarope. O resultado encontrado equivale a 91,58% do indicado no rótulo, ou seja, 8,42% a menos de ferro(II) que a concentração informada no rótulo do medicamento.

2.4) CONCLUSÃO

A partir desse experimento relativamente simples usando um colorímetro, foi possível confeccionar uma curva analítica para a determinação de Fe(II) com 1-10-fenantrolina bastante coerente com o esperado pela Lei de Beer. A partir dessa curva foi possível também medir o teor de ferro em um medicamento.

2.5) REFERÊNCIAS

1. Harris, Daniel C.; Análise Química Quantitativa, LTC, Rio de Janeiro, 2005.

2. Vinadé, Maria E. C.; Métodos espectroscópicos de análise quantitativa, Editora UFSM, Santa Maria, 2005.

3) DETERMINAÇÃO DE pKa DO INDICADOR AZUL DE BROMOTIMOL

3.1) INTRODUÇÃO

A espectrofotometria visível e ultravioleta é um dos métodos analíticos mais usados nas determinações analíticas em diversas áreas. É aplicada tanto para determinações de compostos inorgânicos como para compostos orgânicos1.

Neste trabalho, mediu-se a absorvância para soluções do indicador azul de bromotimol em diferentes valores de pH em dois comprimentos de onda. A partir desses gráficos encontrou-se o ponto isosbéstico (o ponto onde os espectros de absorvância de duas espécies se cruzam).

No ponto isosbéstico, a concentração do indicador na forma ácida é igual à concentração do mesmo na forma básica. Segundo a equação de Henderson-Hasselbach, nessa situação o pH do meio é igual ao pKa da espécie. O aparecimento de pontos isosbésticos numa solução em que está ocorrendo uma reação química é uma evidência que existem somente dois componentes, com uma concentração total constante2.

O indicador azul de bromotimol apresenta coloração amarela em meio ácido, azul em meio básico e verde em meio neutro. A estrutura do azul de bromotimol é apresentada na figura 1.

Figura 1: estrutura do azul de bromotimol

3.2) PARTE EXPERIMENTAL

Foram preparadas dez soluções do indicador (A.B.) em diferentes valores de pH. Para ajustar o pH foram usadas diferentes proporções de fosfato de sódio dibásico (Na2HPO4) e fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4). A composição de cada solução é dada na tabela a seguir.

Solução

Vol. de A.B. 0,1% (mL)

Vol. de NaOH 4M

Vol. de HCl 4M

Vol. de Na2HPO4 0,1 M(mL)

Vol. de NaH2PO4 0,1 M (mL)

1

1

-

12 gotas

-

-

2

1

-

-

-

5

3

1

-

-

1

5

4

1

-

-

5

10

5

1

-

-

5

5

6

1

-

-

10

5

7

1

-

-

5

1

8

1

-

-

10

1

9

1

-

-

5

-

10

1

12 gotas

-

-

-

Obteve-se o espectro de absorção entre 380 nm e 750 nm das soluções 1 (ácida), 5 (neutra) e 10 (básica). A partir desses espectros foram escolhidos dois comprimentos de onda onde a absorção das formas básica e ácida são máximas. Por fim, mediu-se o pH e a absorvância de todas as soluções nos dois comprimentos de onda escolhidos anteriormente.

3.3) RESULTADOS E DISCUSSÃO

Solução

PH

A434

A615

1

2,5

1,00

0

2

4,5

0,99

0

3

6,8

1,05

0,2

4

7,5

0,96

0,55

5

7,7

0,83

0,88

6

7,9

0,66

1,3

7

8,4

0,43

1,95

8

8,6

0,35

2,1

9

9

0,36

2,14

10

12,6

0,19

2,5

Pela análise dos espectros obtidos para as soluções 1, 5 e 10, constatou-se que a absorção máxima para a forma ácida (amarela) ocorre a 434 nm, e para a forma básica (azul), a 615 nm. Os valores medidos de pH e absorvância para todas as soluções são mostrados a seguir.

Com esses valores é possível construir um gráfico relacionando a absorvância com o pH do meio.

Para achar com exatidão o ponto isosbéstico, foi traçada uma reta na região intermediária de cada gráfico.

pH

λ434nm

6,8

1,05

7,5

0,96

7,7

0,83

7,9

0,66

8,4

0,43

8,6

0,35

9

0,36

12,6

0,19

pH

λ434nm

6,8

0,2

7,5

0,55

7,7

0,88

7,9

1,3

8,4

1,95

8,6

2,1

9

2,14

12,6

2,5

As equações das retas foram igualadas e chegou-se ao pH do ponto onde elas se cruzam, isto é, o pH no ponto isosbéstico. No ponto isosbéstico, o indicador na forma ácida e o indicador na forma básica encontram-se na mesma concentração. Devido a essa igualdade, o termo logarítmico da equação de Henderson-Hasselbach é igual a 1 e, portanto, o valor de pH do meio é igual ao valor do pKa da espécie em solução. O valor encontrado para o pH no ponto isosbéstico é igual a 6,6454, logo o pKa encontrado para o indicador é 6,6454.

3.4) CONCLUSÃO

Após a execução da técnica, foi possível determinar que o indicador azul de bromotimol possuía pKa igual a 6,6454, sendo que o valor encontrado na literatura é de 7,10. O valor encontrado nesse experimento corresponde a 93,60% do valor da literatura. Aponta-se como causas dessa diferença de valores, erros durante a preparação das soluções, e durante a medição do pH e da absorvância.

3.5) REFERÊNCIAS

1. Vinadé, Maria E. C.; Métodos espectroscópicos de análise quantitativa, Editora UFSM, Santa Maria, 2005.

2. Harris, Daniel C.; Análise Química Quantitativa, LTC, Rio de Janeiro, 2005.

4) VERIFICAÇÃO DA LEI DE BEER

4.1) INTRODUÇÃO

A espectrofotometria baseia-se na medida da intensidade de luz absorvida por uma amostra para determinar a concentração de um determinado analito na mesma. O espectrofotômetro emite uma luz monocromática com energia radiante P0, que passa pela amostra. A energia radiante do feixe que deixa a amostra é P. A amostra pode absorver parte da luz, portanto P ≤ P01.

A intensidade com que a luz é absorvida pela amostra pode ser expressa pela transmitância (Equação 1) ou pela absorvância (Equação 2).

(Equação 1) (Equação 2)

A equação que expressa a relação entre a absorvância e a concentração de uma amostra é conhecida como Lei de Lambert-Beer ou simplesmente Lei de Beer (Equação 3).

(Equação 3)

Para confeccionar a curva analítica, geralmente escolhe-se o comprimento de onda no qual a espécie apresenta máxima absorção, pois nessa região o equipamento apresenta maior sensibilidade e essa região apresenta formato achatado, o que indica causa uma pequena variação na medida de absorvância no caso de o monocromador estar ligeiramente deslocado. A Lei de Beer é seguida mais rigorosamente se a absorvância é praticamente constante na região do comprimento de onda selecionado.

Nesse experimento verificou-se a Lei de Beer para soluções de nitrato de cromo (III) (Cr(NO3)3) de diferentes concentrações em quatro comprimentos de onda, cada um correspondendo a uma diferente região no espectro de absorção do Cr(NO3)3.

4.2) PARTE EXPERIMENTAL

Obteve-se o espectro de absorção de uma solução 0,05 M de Cr(NO3)3 medindo sua absorvância a cada 10 nm entre os comprimentos de onda de 400 nm e 800 nm. A partir do espectro foram escolhidos quatro comprimentos de onda em diferentes regiões do espectro (uma região de máxima absorção, uma região de mínima absorção, uma porção ascendente e uma porção descendente do espectro).

Mediu-se a absorvância de soluções de Cr(NO3)3 de concentrações 0,002 M, 0,01 M, 0,02 M, 0,03 M e 0,04 M para os quatro comprimentos de onda escolhidos.

As medidas foram realizadas em um espectrofotômetro Biospectro modelo SP-220.

4.3) RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os valores de absorvância obtidos e gráfico correspondente na obtenção do espectro da solução 0,05 M de Cr(NO3)3 são mostrados a seguir:

λ (nm)

A

λ (nm)

A

400

0,823

610

0,652

410

0,850

620

0,550

420

0,829

630

0,430

430

0,817

640

0,283

440

0,802

650

0,206

450

0,789

660

0,151

460

0,409

670

0,128

470

0,278

680

0,090

480

0,226

690

0,057

490

0,232

700

0,037

λ (nm)

A

λ (nm)

A

500

0,269

710

0,025

510

0,328

720

0,017

520

0,409

730

0,012

530

0,48

740

0,009

540

0,537

750

0,006

550

0,643

760

0,004

560

0,747

770

0,004

570

0,839

780

0,003

580

0,844

790

0,003

590

0,819

800

0,003

600

0,750

A partir desse espectro foram escolhidas quatro regiões: uma região de máxima absorção (580 nm); uma região de mínima absorção (480 nm); uma porção ascendente (530 nm); e uma porção descendente (640 nm).

A absorvância das demais soluções foram medidas nesses comprimentos de onda. Os dados obtidos bem como as curvas analíticas correspondentes são mostradas abaixo:

Conc. (M)

480 nm

530 nm

580 nm

650 nm

0,002

0,016

0,021

0,039

0,018

0,01

0,051

0,083

0,152

0,062

0,02

0,126

0,197

0,346

0,136

0,03

0,157

0,293

0,592

0,194

0,04

0,170

0,356

0,804

0,232

0,05

0,244

0,519

0,844

0,336

Curva analítica para 480 nm

Curva Analítica para 530 nm

Curva Analítica para 580 nm

Curva Analítica para 650 nm

Para cada comprimento de onda pode-se traçar uma reta que representa o comportamento previsto pela Lei de Beer para aquele comprimento de onda. Os coeficientes das retas são mostrados na tabela a seguir:

Comp. de onda (nm)

Coef. angular

Coef. linear

Coef. de correlação

480

4,4862

-0,01368

0,9816

530

10,0266

-9,1741x10-3

0,9934

580

18,3189

-1,2467x10-3

0,9881

650

6,3508

-2,1129x10-3

0,9931

4.4) CONCLUSÃO

O espectro obtido para a solução 0,05 M de Cr(NO3)3 apresentou boa resolução, as curvas analíticas mostraram um desvio relativamente pequeno em relação à Lei de Beer, visto que seus coeficientes de correlação ficaram entre 0,98 e 0,99. Prováveis causas de erros acontecem na diluição das amostras, uma vez que o Cr(NO3)3 em solução apresenta uma coloração suave. Essa coloração fraca gera um contraste pequeno na medida de absorvância e faz com que os ruídos e erros, mesmo que pequenos, influenciem significativamente o valor medido.

4.5) REFERÊNCIAS

1. Harris, Daniel C.; Análise Química Quantitativa, LTC, Rio de Janeiro, 2005.

5) Determinação do teor de NaCi em Soro Fisiológico por Espectrometria de Emissão Atômica

5.1) INTRODUÇÃO

Na espectroscopia atômica, as amostras são vaporizadas no intervalo entre 2000K e 6000K, decompondo-se em átomos. A espectroscopia atômica é uma das ferramentas mais importantes da química analítica devido à sua alta sensibilidade, à sua capacidade em distinguir um elemento de outro em uma amostra complexa, à possibilidade de se analisar simultaneamente vários elementos e à facilidade com que várias amostras podem ser analisadas automaticamente.

Numa análise em espectroscopia atômica uma amostra líquida é aspirada (sugada) para dentro de uma chama, em alta temperatura. O líquido evapora e o sólido restante é atomizado (decomposto em átomos) na chama, que substitui a cubeta da espectrofotometria convencional.

A combinação mais comum de combustível e oxidante é a de acetileno e ar, que produz uma chama com temperatura de 2400-2700K.

5.2) PARTE EXPERIMENTAL

Nesta técnica foram realizadas varias medidas de concentrações das soluções através de espectroscopia por chama. Calibrou-se o aparelho com água (branco) e com a solução padrão de Na+ 140 mmol/L e K+ 5 mmol/L, diluída 100 vezes. Fez-se, então, a diluição da amostra de 200 vezes, obtendo como concentração 70 mmol, não ultrapassando a concentração da amostra padrão. Como amostra utilizada usamos uma Solução Fisiológica de Cloreto de Sódio a 0,9%, provinda da Empresa Tayuyna Ltda. Fez-se cinco medidas da amostra sempre calibrando com o branco entre as amostras.

5.3) RESULTADOS E DISCUSSÃO

Depois da calibração do aparelho, fizeram-se as medidas das amostras, obtendo os valores expressos na tabela abaixo:

Medidas

Na+(mmol)

K+(mmol)

1

0,83

0,5

2

0,84

0,4

3

0,84

0,2

4

0,85

0,2

5

0,84

0,2

Tabela1. Concentrações de sódio e potássio

A partir desses dados obtivemos como média um valor de 0,84 mmol como concentração para o sódio. Como o fator de diluição foi de 200 vezes, temos que a concentração do sódio é de 168 mmol/L (200 x 0,84 mmol).

De acordo com o rótulo da amostra (0,9% de Cloreto de Sódio), teríamos um total de 153 mmol de Sódio e Potássio, porém, através de nossas analises obtivemos um valor de 168 mmol de Sódio, um pouco mais que o apresentado pela empresa.

5.4) CONCLUSÃO

Aplicando-se a espectroscopia de chama foi possível obtermos a concentração de sódio presente numa amostra de soro fisiológico de cloreto de sódio. Através de nossa analise pode-se perceber que podem ocorrer erros com relação aos valores apresentados nos rótulos dos produtos.

Como essa diferença foi de apenas 14 mmol, pode-se considerar satisfatório o valor apresentado no rótulo visto que podemos ter cometido erros na preparação das diluições, e até mesmo na calibração do aparelho.

5.5) REFERÊNCIAS

1. Harris, Daniel C.; Análise Química Quantitativa, LTC, Rio de Janeiro, 2005.

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