Vogel: Análise Química Quantitativa
Colorimetria
Fig. 17.14 Espectroscopia derivativa: medidas da altura dos picos
Colorimetria
17.14 Considerações gerais
Na maior parte das determinações, os métodos visuais foram praticamente substituídos por métodos que dependem de células fotoelétricas (fotômetros ou absorciômetros de filtro e espectrofotômetros), que reduzem os erros experimentais. O colorímetro fotoelétrico, relativamente barato, é um instrumento de rotina dos laboratórios. O uso dos espectrofotômetros permitiu determinações na região ultravioleta do espectro e a adoção de registradores gráficos libertou o analista da necessidade de trabalhar em um comprimento de onda fixo.
A escolha do procedimento colorimétrico para a determinação de uma dada
substância depende de certas considerações como:
(a) Um método colorimétrico é mais acurado em baixas concentrações do que os
procedimentos titulométricos ou gravimétricos correspondentes. É, em geral, mais simples de executar.
(b) Pode-se, freqüentemente, usar métodos colorimétricos em condições em que não
existem procedimentos gravimétricos ou titulométricos adequados como, por exemplo, na análise de certas substâncias biológicas.
(c) O uso de procedimentos colorimétricos nas determinações de rotina de amostras
semelhantes é muito conveniente porque as amostras podem ser preparadas rapidamente. A acurácia da determinação não é muito menor do que a dos procedimentos gravimétricos ou titulométricos, desde que as condições experimentais sejam controladas rigidamente.
Uma análise colorimétrica deve satisfazer seis critérios:
Especificidade da reação colorida Poucas reações são específicas para uma dada
substância, porém muitas delas dão cores características com um pequeno grupo de substâncias, isto é, são seletivas. Pode-se, entretanto, utilizar compostos formadores de complexos para alterar o estado de oxidação e, controlando o pH, chegar muito perto da especificidade. Voltaremos a este ponto adiante.
Proporcionalidade entre a cor e a concentração Nos colorímetros visuais, é
importante que a intensidade da cor aumente linearmente com a concentração da substância que está sendo determinada. Isto não é essencial nos instrumentos fotoelétricos porque é sempre possível construir uma curva de calibração que relaciona a resposta do instrumento com a concentração da solução. Em outras palavras, é desejável que o sistema obedeça à lei de Beer mesmo com colorímetros fotoelétricos.
Estabilidade da cor A cor produzida deve ser suficientemente estável para permitir a
leitura acurada. Isto também se aplica às reações nas quais as cores tendem a atingir um máximo após certo tempo. O período em que o máximo de cor permanece estável deve ser suficientemente longo para que uma medida precisa possa ser feita. É necessário conhecer a influência de outras substâncias e das condições experimentais (temperatura, pH, estabilidade no ar etc.).
Reprodutibilidade O procedimento colorimétrico deve dar resultados reprodutíveis.
Não é necessário que a reação seja quantitativa ou estequiométrica.
Limpidez da solução A solução deve estar livre de precipitados, se a comparação for
feita com um padrão límpido. A turbidez provoca o espalhamento e a absorção da luz.
Alta sensibilidade A reação colorida deve ser muito sensível, principalmente quando
a quantidade de substância a ser determinada é muito pequena. É também desejável que o produto da reação absorva fortemente no visível, de preferência no ultravioleta. A interferência de outras substâncias é usualmente mais pronunciada no ultravioleta.
Diante do caráter seletivo de muitas reações colorimétricas, é importante controlar o procedimento operacional para que a cor seja específica para o componente que está sendo determinado. Isto pode ser conseguido pelo isolamento da substância mediante os métodos usuais da análise inorgânica. A precipitação dupla é freqüentemente necessária para evitar erros devidos à oclusão e à co-precipitação. Estes métodos de separação química podem ser tediosos e demorados, e a manipulação de pequenas quantidades de analito pode levar a perdas apreciáveis devidas à solubilidade, à supersaturação e à peptização. Qualquer um dos processos mencionados a seguir pode ser usado para tornar específicas as reações coloridas ou para separar as substâncias de interesse.
(a) Supressão da ação de interferentes por formação de íons complexos ou de
complexos não-reativos.
(b) Muitas reações só ocorrem dentro de limites bem-definidos de pH, logo pode-se
aumentar a especificidade pelo ajuste do pH.
(c) Remoção das substâncias que interferem por extração com um solvente orgânico,
às vezes após o tratamento químico adequado.
(d) Isolamento da substância de interesse por formação de um complexo orgânico
que pode ser removido por extração com um solvente orgânico. Este procedimento pode ser combinado com (a), impedindo que o íon interferente forme um complexo orgânico solúvel por transformação em um íon complexo
que fique retido na camada de água (Cap. 6).
(e) Separação por volatilização, uma técnica de aplicação limitada, mas que dá bons
resultados. Um exemplo é a destilação de arsênio como tricloreto na presença de ácido clorídrico.
(f) Eletrólise com um catodo de mercúrio ou um catodo de potencial controlado. (g) Uso de métodos físicos como a absorção seletiva e as separações cromatográficas
e por troca iônica.
Curvas padrões
O uso de um fotômetro de filtro ou de um espectrômetro exige, geralmente, a construção de uma curva padrão (curva de referência ou de calibração) para a substância a ser determinada. Usa-se uma quantidade apropriada do constituinte de interesse que é tratado da mesma forma que a solução-teste para o desenvolvimento da cor. Mede-se a transmissão (ou absorbância) no comprimento de onda ótimo. Quando a absorbância, log(I0/It), é lançada em gráfico contra a concentração, obtém-se uma reta se a lei de Beer for obedecida. O gráfico pode ser então usado para as determinações futuras do constituinte nas mesmas condições experimentais. Quando a absorbância é diretamente proporcional à concentração, um número relativamente pequeno de pontos é necessário para estabelecer a posição da reta. Se a relação não é linear, um número maior de pontos é necessário.
A curva padrão deve ser verificada periodicamente. Quando se usa um fotômetro de
filtro, as características do filtro e da fonte de luz podem mudar com o tempo. Quando se desenha a curva, usualmente se atribui ao branco o valor de transmissão 100% (solução do reagente em água). Isto corresponde à concentração zero do constituinte. Algumas soluções coloridas têm um coeficiente de transmissão que depende da temperatura, logo as temperaturas da solução-teste das soluções usadas para preparar a curva padrão devem ser aproximadamente as mesmas.