Vogel: Análise Química Quantitativa
17.12 Origens do espectro de absorção
Fig. 17.10 Fluorímetro simples
Como a intensidade da fluorescência é proporcional à intensidade da irradiação, a
fonte de luz deve ser bastante estável, a menos que as flutuações possam ser compensadas. Por isso, os instrumentos de feixe duplo são normalmente preferidos. Usa-se um galvanômetro para manter o balanço e as leituras são feitas no potenciômetro que mantém o equilíbrio entre as fotocélulas. Como as fotocélulas têm resposta espectral semelhante, as flutuações de intensidade da lâmpada são reduzidas ao mínimo.
Os fluorímetros mais simples são instrumentos manuais que operam em um único
comprimento de onda de cada vez. Apesar disso, eles são perfeitamente adequados para o trabalho quantitativo, usualmente feito em um único comprimento de onda. Os experimentos listados no fim deste capítulo foram feitos desta maneira. Nos espectrofluorímetros mais complexos, a varredura do espectro de fluorescência entre 200 e 900 nm, aproximadamente, é automatizada e eles fornecem um espectro impresso. Estes espectrofluorímetros também podem ser operados em comprimentos de onda fixos para o trabalho quantitativo, porém sua aplicação usual é na detecção e determinação de substâncias orgânicas em pequenas concentrações.
Alguns espectrofotômetros comerciais têm acessórios de fluorescência que
permitem a irradiação da amostra com uma fonte secundária de radiação e a passagem da fluorescência resultante pelo monocromador para análise.
17.12 Origens do espectro de absorção
As moléculas absorvem radiação porque elas têm elétrons que podem ser excitados a níveis mais altos de energia por absorção de luz. A energia absorvida no processo pode ter comprimento de onda no visível e, neste caso, produz-se um espectro de absorção na região do visível ou pode ter comprimento de onda de absorção na região do ultravioleta. Além da mudança de energia eletrônica que segue a absorção de radiação, também ocorrem variações da energia vibracional dos átomos da molécula e da energia rotacional. Isto significa que quantidades de energia diferentes são absorvidas, dependendo dos níveis vibracionais que os elétrons podem atingir, e o resultado é que não se observa uma linha de absorção, mas uma banda de absorção comparativamente larga.
Os elétrons de uma molécula podem ser classificados em três tipos diferentes:
1. Elétrons que estão em uma ligação simples covalente (ligação σ), fortemente
ligados, que exigem radiação de alta energia (pequeno comprimento de onda) para
a excitação.
2. Elétrons que estão localizados em átomos (pares livres ou isolados) como, por
exemplo, no cloro, no oxigênio ou no nitrogênio. Estes elétrons de não-ligação podem ser excitados por radiação de energia mais baixa (comprimentos de onda maiores) do que os elétrons fortemente ligados.
3. Elétrons em ligação dupla ou tripla (orbitais π) que podem ser excitados com certa
facilidade. Em moléculas que têm ligações duplas alternadas (sistemas conjugados), os elétrons π são deslocalizados e exigem menos energia para a excitação. O espectro de absorção ocorre em comprimentos de onda maiores.
A absorção de uma dada substância é muito afetada se ela contém um cromóforo. Um cromóforo é um grupo funcional que tem absorção característica na região do ultravioleta ou do visível. Estes grupos têm invariavelmente ligações duplas ou triplas e incluem a ligação C=C (e, portanto, o anel de benzeno), a ligação C=C, os grupos nitro e nitroso, o grupo azo e os grupos carbonila e tiocarbonila. Se o cromóforo estiver conjugado com outro grupo do mesmo tipo ou diferente, a absorção é mais
intensa e ocorre em comprimentos de onda maiores. A Tabela 17.3 ilustra muitas destas características e inclui os coeficientes de absorção molar de λ máx.
A absorção de uma dada molécula também pode ser intensificada pela presença de
grupos auxocromos. Os grupos auxocromos não absorvem significativamente na região do ultravioleta, mas têm um profundo efeito na absorção das moléculas. São exemplos importantes os grupos OH, NH2, CH3 e NO2, cujo efeito é deslocar o máximo de absorção para comprimentos de onda maiores, isto é, o deslocamento para energias mais baixas ou para o vermelho. Este efeito está relacionado com as propriedades de doação de elétrons dos auxocromos.
Muitos complexos de metais com ligantes orgânicos absorvem na região visível do
espectro e são importantes em análise quantitativa. As cores se originam em transições d–d do metal, que produzem, usualmente, absorções de pequena intensidade, e em transições n → π* e π → π* do ligante. Um outro tipo de transição, conhecido como transição de transferência de carga, também pode ocorrer. Um elétron se transfere de um orbital do ligante para um orbital vazio do metal ou vice-versa. As bandas de transferência de carga dão origem a absorções intensas e são de importância analítica.
Tabela 17.3 Transições eletrônicas de algumas moléculas orgânicas
Composto Transição 2 λ ε (m·mol–1) (nm)
max
σ – → σ* 122