Lei dos Processos de Absorção da Radiação, Notas de estudo de Engenharia de Alimentos

Baixe Lei dos Processos de Absorção da Radiação e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Alimentos, somente na Docsity! C h e m k e y s - L i b e r d a d e p a r a a p r e n d e r w w w . c h e m k e y s . c o m * Autor para contato  Lei dos Processos de Absorção da Radiação Rogério Custodio Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Criado em Abril de 1999 Atualizado em Março de 2000 Lei de Beer Transmitância Absorbância Intensidade da radiação Radiação monocromática UV-Vis Espectrofotômetro Calibração Concentração Em estudos quantitativos envolvendo absorção de radiação, necessita-se de uma medida experimental que caracterize a quantidade de radiação eletromagnética absorvida por uma amostra. Esta quantidade corresponde ao que se chama de potência radiante, ou seja, a quantidade de energia característica da radiação por unidade de tempo. A unidade de potência é o Watt e sua magnitude pode variar com a direção. Desta forma, torna-se conveniente definir a potência radiante em função de um plano perpendicular à direção do fluxo da radiação (Figura 1). Experimentalmente, a radiação absorvida por uma amostra é determinada comparando-se a potência radiante do feixe transmitido na ausência de espécies absorventes L e i d o s p r o c e s s o s d e a b s o r ç ã o d a r a d i a ç ã o Chemkeys. Licenciado sob Creative Commons (BY-NC-SA) dandrade@iqm.unicamp.br I n f o r m a ç õ e s d o A r t i g o Histórico do Artigo Palavras-Chaves R e s u m o A radiação eletromagnética que uma amostra absorve pode revelar algumas de suas características. A Lei de Beer estabelece uma relação linear entre a absorbância e a concentração da amostra, sendo portanto, possível determinar a concentração de uma amostra através de sua curva de calibração (absorbância versus concentração). com a potência radiante transmitida na presença destas espécies. Lauro T. Kubota João Carlos de Andrade* Figura 1 - Feixe de radiação com energia E incidindo perpendicularmente a uma superfície. C h e m k e y s - L i b e r d a d e p a r a a p r e n d e r Chemkeys. Licenciado sob Creative Commons (BY-NC-SA) Embora as medidas experimentais sejam realizadas em função da potência radiante, usualmente encontramos na literatura informações sobre a intensidade da radiação. Estas duas quantidades não correspondem à mesma coisa, mas estão relacionadas entre si. A Intensidade de radiação, I, é definida como a razão entre a potência radiante e o ângulo sólido1 de incidência. Quando a área iluminada, o ângulo sólido1 e o volume do absorvedor são pequenos, que é o caso das medidas para fins analíticos, a potência da radiação pode ser tomada como a sua intensidade. Quando um feixe (monocromático2) de radiação, com intensidade Io, incide sobre uma cubeta contendo uma solução, vários fenômenos podem ocorrer. O efeito mais significativo ocorre quando parte da radiação é absorvida pelo meio que está sendo analisado. Entretanto, este não é o único efeito que pode ser observado. Parte da radiação incidente pode ainda ser refletida, em função do absorvedor ou das diferenças entre o índice de refração do meio onde a radiação se propaga e do meio que está sendo analisado (inclusive pelas paredes da cubeta), enquanto que outra parte poderá ser simplesmente espalhada, caso o meio não seja transparente e homogêneo. Consequentemente, a intensidade do feixe que é medida após a passagem pela amostra (intensidade transmitida, It) será menor que a intensidade inicial, Io. Entretanto, um aspecto extremamente importante, é que todos estes efeitos associados à intensidade de radiação (Figura 2), estão relacionados entre si por uma expressão linear descrita pela equação: Io = Ir + Ie + Ia + It equação (1) Io = Intensidade do feixe incidente, Ir = Intensidade do feixe refletido, resultado das diferenças do índice de refração entre o absorvedor e o ambiente, Ie = Intensidade do feixe espalhado, resultado de um meio não homogêneo (suspensão) e/ou de flutuações térmicas, 1 Um ângulo (q) é definido como a divisão entre o comprimento do arco de uma circunferência (l) pelo raio (r) da mesma: q=l/r. Um ângulo é uma constante adimensional e mede o grau de abertura do arco na superfície da circunferência. Um ângulo sólido (W) é definido como a divisão entre uma área na superfície de uma esfera (A) pelo raio ao quadrado da mesma: W=A/r2. Um ângulo sólido também é uma constante adimensional e mede o grau de abertura da área na superfície de uma esfera. 2 A absorção de radiação e suas leis estão teoricamente relacionados com feixes de radiação monocromáticas (comprimento de onda, l, único e definido). Entretanto, as medidas espectrofotométricas usuais estão geralmente associadas a uma banda de radiação (feixe com vários l). Por isso a palavra “monocromática” será sempre deixada entre parêntesis neste texto. 3 Procedimentos gerais para a calibração de um espectrofotômetro, para medidas usuais de concentração: Quando são usados aparelhos de feixe simples, o procedimento consiste em ajustar o nível de 100% de transmitância (zero de absorbância) do equipamento com uma cubeta contendo todos os componentes da solução a ser medida, menos ao substância de interesse (“branco”), e o nível 0% de transmitância com o obturador do aparelho fechado. As demais medidas serão feitas em relação ao branco, substituindo-o pelas amostras. Para equipamentos de duplo feixe, a radiação proveniente do monocromador é igualmente dividida em dois feixes, que incidem em dois compartimentos, o de referência e o da amostra. O ajuste inicial é feito colocando-se o “branco” nos dois compartimentos e regulando-se o aparelho para absorbância zero, e as leituras são feitas substituindo-se o “branco” do compartimento da amostra pelas amostras a serem medidas. O usuário deverá ler atentamente o manual do seu equipamento para se informar sobre os demais detalhes operacionais. Os termos transmitância e absorbância serão definidos mais ao final deste texto. Ia = Intensidade do feixe absorvido pelo meio It = Intensidade do feixe transmitido. Em medidas analíticas convencionais, o efeito de reflexão da radiação eletromagnética, Ir, pode ser minimizado com o uso de medidas relativas e de cubetas com paredes homogêneas de pequena espessura e de faces paralelas. Em outras palavras, preparam-se duas cubetas, uma contendo a amostra que se deseja analisar e outra contendo todos os componentes da cubeta anterior, menos a substância de interesse. A medida da intensidade do feixe transmitido através da segunda cubeta servirá de referência para calibrar o instrumento, antes da medida da intensidade transmitida através da cubeta contendo o material de interesse. Este procedimento é empregado para se descontar os possíveis efeitos de reflexão observados no experimento. Pode-se, desta forma, perceber a necessidade do uso de cubetas praticamente idênticas, com paredes de pequena espessura e com faces paralelas. O procedimento geral para calibração3 do espectrofotômetro é de fácil execução. Boa parte dos procedimentos envolvendo absorção de luz é realizada com soluções homogêneas e transparentes, de Figura 2 - Fenômenos envolvidos quando um feixe (monocromático) de radiação incide sobre uma cubeta contendo uma solução que absorve no comprimento de onda incidente.