Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 397 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

16 Espectroscopia de emissão atômica

16

 

Espectroscopia de emissão atômica

 

16.1 Introdução

 

Este capítulo descreve os princípios teóricos e experimentais da

espectroscopia de emissão atômica. Após uma discussão geral da técnica, a

primeira parte do capítulo descreve a espectroscopia de emissão de chama.

As Seções 16.6 a 16.11 tratam predominantemente da espectroscopia de

emissão baseada em fontes de plasma, atualmente o modo mais importante

de excitação.

 

16.2 Espectros de emissão

 

Quando certos metais, na forma de sais, são colocados na chama do bico de

Bunsen, surgem cores características. Este procedimento é usado há muito

tempo na determinação qualitativa de elementos. Se a luz produzida pela

chama passar por um espectroscópio, várias linhas de cor característica são

resolvidas. As do cálcio têm cores vermelha, verde e azul, sendo que o

vermelho é dominante e típico da chama deste elemento. A emissão de cada

elemento tem comprimentos de onda definidos e fixos no espectro

eletromagnético. Ainda que as cores da chama de cálcio, estrôncio e lítio,

por exemplo, sejam muito semelhantes, é possível identificar os elementos

pela análise dos espectros, um na presença dos outros. A ampliação dos

princípios da análise qualitativa com o teste da chama levou ao

desenvolvimento das aplicações analíticas da espectrografia de emissão.

Depois da excitação com uma centelha elétrica ou um arco elétrico,

registra-se fotograficamente os espectros com um espectrógrafo. Como os espectros característicos de muitos elementos ocorrem na região do

ultravioleta, o sistema óptico usado na dispersão da radiação é geralmente

feito de quartzo. Estas técnicas, entretanto, foram praticamente substituídas

pela emissão de plasma (Seção 16.6).

A discussão detalhada da origem dos espectros de emissão está fora dos

objetivos deste livro, porém as Seções 15.1 e 15.2 dão um tratamento

simplificado. Existem três tipos de espectros de emissão: os espectros

contínuos, os espectros de bandas e os espectros de linhas. Os espectros

contínuos são emitidos por sólidos incandescentes e, neles, linhas

claramente definidas estão ausentes. Nos espectros de bandas, grupos de

linhas se aproximam cada vez mais até chegar a um limite, a cabeça da

banda. Este tipo de espectro é característico de moléculas excitadas. Nos

espectros de linhas pode-se observar linhas bem definidas, separadas de

modo aparentemente irregular. Este tipo de espectro é característico de

átomos ou de íons excitados que emitem energia na forma de luz de

comprimento de onda bem característico.

A teoria quântica prediz que cada átomo ou íon tem estados de energia

característicos, nos quais os vários elétrons podem permanecer. No estado

normal, ou estado fundamental, os elétrons têm a energia mais baixa.

Quando se aplica energia suficiente, por meio da eletricidade, calor ou

outros modos, um ou mais elétrons podem ser levados a um estado de

energia maior, mais afastado do núcleo. Estes elétrons excitados tendem a

voltar ao estado fundamental e, no processo, emitem a energia, que está em

excesso, na forma de um fóton. Como existem estados bem definidos de

energia, e como, de acordo com a teoria quântica, apenas certas transições

são possíveis, existe um número limitado de comprimentos de onda

possíveis no espectro de emissão. Quanto maior for a energia da fonte de

excitação, maior será a energia dos elétrons excitados e maior o número de

linhas observadas.

A intensidade de uma linha espectral depende principalmente da

probabilidade de que ocorra uma transição ou “salto” com a energia

adequada. Ocasionalmente, a intensidade de algumas das linhas mais fortes

do espectro pode ser reduzida pela auto-absorção devida à reabsorção de energia pelos átomos gasosos frios das regiões externas da fonte. No caso

de fontes de alta energia, os átomos podem ser ionizados com perda de um

ou mais elétrons. O espectro de um átomo ionizado é diferente do de um

átomo neutro. Além disso, o espectro de um átomo monoionizado lembra o

espectro do átomo neutro de número atômico uma unidade menor.

As linhas do espectro de um elemento ocorrem sempre em posições

fixas. Quando quantidades suficientes de vários elementos estão presentes

na fonte de radiação, cada um deles emite seu espectro característico. Esta é

a base da análise qualitativa pelo método espectroquímico. Os elementos de

um espectro desconhecido podem ser identificados por comparação com o

espectro de elementos conhecidos. A Fig. 16.1 mostra uma parte do

espectro do cádmio, do zinco bruto comercial e do zinco. O exame dos três

espectros revela a presença, ou não, de cádmio na amostra de zinco

comercial. Neste exemplo, não se detecta a presença de cádmio na amostra

porque nenhuma das linhas do espectro do cádmio é observada no espectro

do produto comercial.

 

Fig. 16.1 Espectros do cádmio, do zinco comercial e do zinco

 

A análise quantitativa era feita com um arco elétrico ou uma centelha

como fonte de excitação. A luz emitida pela amostra passava pelas fendas

de um espectrógrafo e sofria dispersão em um prisma, para então ser

registrada com uma câmera de longa distância focal em uma chapa fotográfica. Nas mesmas condições de excitação, quando a composição da