UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA JEQUITINHONHA E MUCURI - UFVJM FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS EXATAS E SOCIAIS APLICADAS - FACESA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - DEQUI DISCIPLINA - QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL DOCENTE: PROFa DRa RITA DE CÁSSIA SILVA LUZ
EXPERIMENTO EXPERIMENTO N 0 02:
DETERMINAÇÃO DE SÓDIO E POTÁSSIO UTILIZANDO UM FOTÔMETRO DE CHAMA
DISCENTE: DISCE NTE:
Eveline Cristine Batista
DIAMANTINA, AGOSTO DE 2009
-0-
DETERMINAÇÃO DE SÓDIO E POTÁSSIO UTILIZANDO UM FOTÔMETRO DE CHAMA
1- Introdução
A fotometria de chama é a mais simples das técnicas analíticas baseadas em espectroscopia atômica. Nesse caso, a amostra contendo cátions metálicos é inserida em uma chama e analisada pela quantidade de radiação emitida pelas espécies atômicas ou iônicas excitadas. Os elementos, ao receberem energia de uma chama, geram espécies excitadas que, ao retornarem para o estado fundamental, liberam parte da energia recebida na forma de radiação, em comprimentos de onda característicos para cada elemento químico
.
Apesar da simplicidade da técnica, diversos conceitos importantes estão envolvidos no desenvolvimento de experimentos usando a fotometria de chama, desde os princípios de espectroscopia até a estatística no tratamento de dados, passando por preparo de amostra e eliminação de interferências. A espectroscopia atômica baseia-se em métodos de análise de elementos de uma amostra, geralmente líquida, que é introduzida em uma chama, na qual ocorrem fenômenos físicos e químicos, como evaporação, vaporização e atomização. Um esquema dos fenômenos que ocorrem na chama é apresentado na Figura 1.
Figura 1. Esquema das reações que ocorrem na chama -1-
A energia eletrônica é quantizada, isto é, apenas certos valores de energia eletrônica são possíveis. Isso significa que os elétrons só podem ocupar certos níveis de energia discretos e que eles absorvem ou emitem energias em quantidades discretas, quando se movem de um orbital para outro. Quando o elétron é promovido do estado fundamental para um estado excitado, ocorre o fenômeno de absorção e quando este retorna para o estado fundamental observa -se o processo de emissão. Uma vez que um átomo de um determinado elemento origina um espectro característico de raias, conclui-se que existem diferentes níveis energéticos, e que estes são característicos para cada elemento. Além das transições entre os estados excitados e o fundamental, existem também transições entre os diferentes estados excitados. Assim, um espectro de emissão de um dado elemento pode ser relativamente complexo. Considerando que a razão entre o número de átomos nos estados excitados e o número de átomos no estado fundamental é muito pequena, pode-se considerar que o espectro de absorção de um dado elemento é associado às transições entre o estado fundamental e os estados de energia mais elevados. Desta forma, um espectro de absorção é mais simples que um espectro de emissão. Átomos na fase gasosa podem ser excitados pela própria chama ou por uma fonte externa. Se forem excitados pela chama, ao retornarem para o estado fundamental, liberam a energia na forma de radiação eletromagnética. Essa é a base da espectrometria de emissão atômica que, antigamente, era conhecida como fotometria de chama [1]. Durante muitos anos, as chamas têm sido usadas para excitar os espectros de emissão para vários elementos, e os modernos espectrômetros de absorção atômica são facilmente adaptados para as medidas de emissão por chama. Entretanto, as chamas não são largamente utilizadas para esse fim porque , para a maioria das determinações monoelementares, os métodos de absorção fornecem resultados tão bons ou melhores em temos de exatidão, conveniência e limites de detecção. Pra análises multielementares, as fontes de plasma são muito superiores às chamas em vários aspectos. Por essas razões, a espectrometria de emissão por chama é pouco usada exceto para a determinação de metais alcalinos e, ocasionalmente, de cálcio. Esses elementos são excitados nas temperaturas relativamente baixas das chamas, fornecendo espectros que são extremamente simples e não sofrem interferências de outras espécies. Os espectros dos metais -2-
alcalinos geralmente consistem de poucas linhas intensas, muitas das quais estão na região do visível e são adequadas para as medidas quantitativas de emissão Devido à sua simplicidade espectral, os elementos alcalinos e alcalinos terrosos podem ser determinados, em análises de rotina, com fotômetros simples de filtro. Uma chama de baixa temperatura é usada para evitar a excitação da maioria dos outros elementos. Como resultado, os filtros de interferência podem isolar uma linha de emissão apropriada [2].
2- Objetivos
Determinação da concentração de sódio nas amostras de água mineral , água do reservatório do Campus II e de Gatorade ® pela técnica da Espectroscopia de Emissão por Fotômetro de Chama.
33.1
Metodologia
± Materiais e Reagentes
Nesses experimentos foram utilizados os seguintes materiais e reagentes: - Fotômetro de chama com filtro para sódio; - Bomba de vácuo; - Dessecador; - Estufa; - Balança analítica - 05 Balões volumétricos de 50 mL; - 05 Béqueres de 10 mL; - 09 Béqueres de 50 mL; - 01 Balão volumétrico de 250 mL; - 01 Pipeta de 25 mL; - Cloreto de sódio; - Água mineral; - Garotade®; - Água de abastecimento; -3-
3.2
± Procedimento Experimental
3.2.1 ± Preparo de uma solução-estoque de íons sódio:
Pesou-se 0,6357 g de cloreto de sódio, seco em estufa a 200 oC por 3 horas e resfriado a temperatura ambiente, em dessecador. T ransferiu-se para um balão volumétrico de 250 mL e completou-se o volume com água destilada. 3.2.2 ± Preparo das soluções-padrão de íons sódio:
A partir da solução-estoque, preparou-se soluções de concentrações intermediárias (0,100 mg/mL, 0,200 mg/mL, 0,300 mg/mL, 0,400 mg/mL, 0,500 mg/mL, e 0,600 mg/mL) diluindo-se os volumes de 10, 15, 20, 25 e 30 mL para um volume final de 50 mL com água destilada e deionizada. 3.2.3 ± Preparação do Fotômetro de Chama:
Ajustou-se o comprimento de onda para 589 nm para íons sódio e colocou -se os filtros adequados para a determinação desse íon. Zerou-se a escala de medida com água destilada e deionizada. Com o fotômetro já calibrado e zerado, fez-se a leitura das amostras, sempre checando o zero da escala do aparelho com água bidestilada e deionizada, entre as medidas. 3.2.4 ± Leitura das Absorbâncias:
Inicialmente, realizou-se 05 medidas do branco e anotou-se as absorbâncias para cada medida. Calculou-se a média dessas amostras e o desvio padrão entre as medidas. Fez-se as leituras das soluções-padrão, iniciando com a solução mais diluída. Construiu-se a curva analítica e calculou-se a sensibilidade, o limite de detecção e o limite de quantificação. Fez-se as leituras, em triplicata, das amostras de água mineral, água do reservatório do Campus II e do Garotade ® e determinou-se a quantidade de sódio presente em cada uma das amostras. -4-
4-
Resultados e Discussão
Com base nos procedimentos citados, foram obtidos os seguintes valores: 4.1
± Absorbâncias referentes ao branco:
Os valores para as absorbâncias da amostra do branco são dados na Tabela 1: T abela
1 ± Valores das absorbâncias das amostras do branco
Amostra
1
2
3
4
5
Absorbância (589 nm)
0
0
0
-1
0
4.1.1 - Cálculo da média das absorbâncias e do desvio padrão entre as medidas :
Pelo tratamento estatístico das amostras, tem-se que:
4.2
± Absorbâncias das amostras-padrão de cloreto de sódio:
Os valores para as absorbâncias das amostras-padrão de sódio para a construção da curva analítica são dados na Tabela 2 : T abela
2 ± Valores das absorbâncias das amostras-padrão de sódio
Amostra Concentração (mg/mL) Absorbância
1
2
3
4
5
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
121
169
210
238
279
(589 nm)
-5-
4.2.1 - Construção da curva analítica e determinação da equação da reta :
A curva analítica para as amostras-padrão de sódio é dada pelo Gráfico 1:
300 280 260 240 a 220 i c n â 200 b r o s 180 b A
160 140 120 100
0,2
0,3
0,4
Concentração de
0,5
0,6
dio m m
Gráfico 1: Concentrações das amostras de sódio vs. Absorbância
Os parâmetros encontrados para o Gráfico 1, foram: Y=A+B.X Parâmetro B
Valor A
Erro 49,40
385
8,00125
18,85913
Coeficiente de Correlação
0,99642
Desvio Padrão
2,56989 x 10 -4 -6-
A partir do Gráfico1 obteve-se a seguinte equação da reta
que foi usada para os cálculos das concentrações de sódio para cada amostra analisada, onde:
Portanto,
4 .3
± Cálculo da sensibilidade da curva analítica:
Como a sensibilidade da curva é dada pela inclinação da reta, ou seja, pelo coeficiente angular desta, temos que, sendo a equação da reta:
A sensibilidade ( K ) é igual à: K = 385
4 .4
± Cálculo do Limite de Detecção (LOD)
O sinal analítico mínimo que se pode obter na ausência do analit o, ou seja, o limite de detecção, é dado por:
-7-
Com isso,
4.5
p
± Cálculo do Limite de Quantificação (LOQ)
A quantidade mínima de analito possível de ser quantificada, ou seja, o limite de quantificação é dado por:
Com isso,
4.6
p
± Absorbâncias das amostras de água mineral comercial:
Os valores para as absorbâncias das amostras de água mineral comercial são dados na Tabela 3: T abela
3 ± Valores das absorbâncias das amostras de água mineral comercial
Amostra
1
2
3
Absorbância (589 nm)
174
178
176
4.6.1 - Cálculo das concentrações de sódio nas amostras de água mineral comercial:
Amostra 1:
-8-
Amostra 2:
Amostra 3:
A Tabela 4 apresenta os dados das absorbâncias a 589 nm e as concentrações referentes ao sódio presente nas amostras de água mineral comercial. T abela
4 ± Valores das absorbâncias das amostras de água mineral comercial e
suas concentrações obtidas.
Amostra
1
2
3
Absorbância (589 nm)
174
178
176
Concentração (mg/mL)
0,3236
0,3340
0,3288
4.6.2 - Cálculo do valor médio das concentrações:
é
é
é
4.6.3 - Cálculo do Desvio Padrão (S) das Amostras:
Obteve-se o seguinte valor para o Desvio Padrão das amostras: -9-
S = 0,0052
4.6.4 - Cálculo do Desvio Padrão Médio (S médio ) das Amostras:
Sendo o Desvio Padrão Médio dado por:
±
Então: ±
±
4.6.5 - Cálculo do Fator de Confiança (FC):
Para um nível de confiança de 95%, tem-se que t = 4,303. Portanto,
FC = 0,0129 mg/mL
Tem-se, contudo, o valor da concentração final de sódio na água mineral comercial, que é dada por:
final
= ± ± FC
= ( 0,3288 ± 0,0129 ) mg/mL
- 10 -
4.7
± Absorbâncias das amostras de água do reservatório do Campus II :
Os valores para as absorbâncias das amostras de água do reservatório do Campus II são dados na Tabela 5:
T abela
5 ± Valores das absorbâncias das amostras de água do reservatório do
Campus II
Amostra
1
2
3
Absorbância (589 nm)
199
194
194
4.7.1 - Cálculo das concentrações de sódio nas amostras de água do reservatório do
Campus II:
Amostra 1:
Amostra 2:
Amostra 3:
A Tabela 6 apresenta os dados das absorbâncias a 589 nm e as concentrações referentes ao sódio presente nas amostras de água do reservatório do Campus II . - 11 -
T abela
6 ± Valores das absorbâncias das amostras de água do reservatório do
Campus II e suas concentrações obtidas.
Amostra
1
2
3
Absorbância (589 nm)
199
194
194
Concentração (mg/mL)
0,3886
0,3756
0,3756
4.7.2 - Cálculo do valor médio das concentrações:
é
é
é
4.7.3 - Cálculo do Desvio Padrão (S) das Amostras:
Obteve-se o seguinte valor para o Desvio Padrão das amostras: S = 0,0075
4.7.4 - Cálculo do Desvio Padrão Médio (S médio ) das Amostras:
Sendo o Desvio Padrão Médio dado por:
±
Então: ±
±
4.7.5 - Cálculo do Fator de Confiança (FC):
Para um nível de confiança de 95%, tem-se que t = 4,303. - 12 -
Portanto,
FC = 0,0186 mg/mL
Tem-se, contudo, o valor da concentração final de sódio na água do reservatório do Campus II , que é dada por:
4.8
= ± ± FC
final
= ( 0,3799 ± 0,0186 ) mg/mL
± Absorbâncias das amostras de Gatorade ® :
Os valores para as absorbâncias das amostras de Gatorade ® são dados na Tabela 7: T abela
7 ± Valores das absorbâncias das amostras de Gatorade
®
Amostra
1
2
3
Absorbância (589 nm)
159
159
160
4.8.1 - Cálculo das concentrações de sódio nas amostras de Gatorade® :
Amostra 1:
- 13 -
Amostra 2:
Amostra 3:
A Tabela 8 apresenta os dados das absorbâncias a 589 nm e as concentrações referentes ao sódio presente nas amostras de Gatorade ®. T abela
8 ± Valores das absorbâncias das amostras de Gatorade ® e suas
concentrações obtidas.
Amostra
1
2
3
Absorbância (589 nm)
159
159
160
Concentração (mg/mL)
0,2847
0,2847
0,2873
4.8.2 - Cálculo do valor médio das concentrações:
é
é
é
4.8.3 - Cálculo do Desvio Padrão (S) das Amostras:
Obteve-se o seguinte valor para o Desvio Padrão das amostras:
- 14 -
S = 0,0015
4.8.4 - Cálculo do Desvio Padrão Médio (S médio ) das Amostras:
Sendo o Desvio Padrão Médio dado por:
±
Então: ±
±
4.8.5 - Cálculo do Fator de Confiança (FC):
Para um nível de confiança de 95%, tem-se que t = 4,303. Portanto,
FC = 0,0037 mg/mL
Tem-se, contudo, o valor da concentração final de sódio n a amostra de Gatorade ®, que é dada por:
final
= ± ± FC
= ( 0,2856 ± 0,0037 ) mg/mL
4.8.6 - Cálculo do Erro Percentual (E%): - 15 -
Como o E% é dado por:
× ×
Portanto:
5- Conclusão
Através da prática realizada, pode-se concluir que a Espectrofotometria de Emissão utilizando Fotômetro de Chama é um método eficiente e sensível para determinação de íons sódio em amostras de água e Gatorade ®, uma vez que os resultados encontrados apresentaram um erro relativo baixo e uma boa proximidade entre os valores de concentração de cada replicata. Conclui-se ainda que as amostras de água mineral apresenta m concentração de íons sódio de 0,3288 ± 0,0129 mg/mL enquanto as amostras de água referentes ao reservatório de água do Campus II foi 0,3799 ± 0,0186 mg/mL. Já as amostras de Gatorade ® apresentaram
uma concentração de 0,2856 ± 0,0037 mg/mL, valor esse superior ao fornecido pelo fabricante que é de 0,180 mg/mL apresentando um erro de 58,67%.
6-
Bibliografia
[1] - http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext& pid=S0100-404220040050026 Data de Acesso: 27 de agosto de 2009 [2] - HOLLER, F.James; SKOOG, Douglas A.; CROUCH, Stanley R. Princípios de Análise Instrumental . 6 a Ed. Porto Alegre: Bookman, 2009 .
- 16 -
