A construção de um espectrofotômetro de baixo custo e sua utilização para determinação de ferro com o-fenantrolina

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ensino de Química

Autores

da Silva, W.R.F. (UFV) ; Reis, C. (UFV) ; Reis, E.L. (UFV)

Resumo

Um espectrofotômetro simples e de baixo custo foi construído e utilizado na determinação de ferro em amostra de calcário dolomítico. O espectrofotômetro é constituído de uma webcam, uma rede de difração e um compartimento para a cubeta posicionados dentro de uma caixa de mdf, e uma lâmpada incandescente como fonte, instalada em compartimento externo. As medidas de absorvância e transmitância foram obtidas por meio de um software livre. O resultado da determinação de ferro com o espectrofotômetro proposto comparado com o resultado obtido utilizando um espectrofotômetro Hitachi U-2000, apresentou uma diferença de apenas 4,89%. Por ser compacto, o espectrofotômetro pode ser levado para sala de aula para demonstrações, tornando a aula mais interessante para os jovens alunos.

Palavras chaves

Espectrofotômetro; Webcam; ortofenantrolina

Introdução

A espectroscopia estuda a interação dos diferentes tipos de radiação com a matéria (SKOOG, HOLLER e NIEMAN, p. 116, 2002). Por meio da interação da luz com a matéria é possível compreender vários fenômenos que tem origem na estrutura íntima dos átomos e moléculas. Na escola secundária, devido ao auto custo de aparelhos destinados a esses estudos, como espectrofotômetros, por exemplo, é raro a presença e sua utilização neste nível de ensino, o que dificulta o desenvolvimento dos conteúdos experimentais sobre temas como espectros eletromagnéticos, fluorescência, absorção, transmitância entre outros, distanciando, ainda mais, a íntima relação que os estudos teóricos, apresentados no conteúdo, tem com o método experimental que, em grande parte, deu origem as teorias (ANDRADE e VIANA, 2017). A proposta de construção de um espectrofotômetro simples e de baixo custo é uma alternativa que pode favorecer a aprendizagem e ajudar no entendimento dos fenômenos presenciados no cotidiano com relação ao conteúdo referente à espectroscopia, e elucidar a íntima relação que há entre a ciência experimental e a teoria apresentada. A medida da absorção da luz por uma solução de uma espécie absorvente em concentrações crescentes, em um determinado comprimento de onda, permite ao estudante verificar experimentalmente a Lei de Beer-Lambert, além de proporcionar a determinação da concentração da espécie em uma amostra, (OLIVEIRA e LEITE, 2016). O objetivo deste trabalho é a construção de um espectrofotômetro simples, de baixo custo e fácil manuseio, para ser utilizado no Ensino Médio e também na Graduação, e a sua utilização na análise quantitativa de ferro em amostra de calcário dolomítico, após reação com o-fenantrolina.

Material e métodos

Tendo em vista os aspectos da construção do equipamento mencionados acima, buscou-se desenvolver um aparelho que possibilitasse precisão nas medidas e uma boa apresentação dos espectros obtidos. Para isso, os materiais utilizados foram uma webcam, uma grade de difração (1000f/mm) que pode ser substituída por um pedaço de CD devidamente preparado, um programa gratuito que possibilita a verificação dos espectros e aquisição de dados (Theremino Spectrometer), uma caixa de mdf (do inglês Medium-Density Fiberboard) com interior preto, uma fenda de entrada de luz acoplada a caixa, confeccionada com lamina de barbear e lata de alumínio, uma base de mdf para o espectrofotômetro, uma lâmpada incandescente (21W, 12V) de motocicleta, uma base de madeira para a lâmpada, uma fonte de notebook de 12V, um notebook e uma cubeta de vidro para colocar a solução a ser analisada. As montagens foram feitas de acordo com a Figura 1. As soluções padrões de Fe(II) nas concentrações de 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 mg/L foram preparadas a partir de padrão de 500 mg/L. As medidas das absorvâncias destas soluções em 520 nm foram feitas para obtenção da curva analítica, após reação com o-fenantrolina. A solução da amostra de calcário foi obtida pela dissolução em HCl concentrado de 0,500 g da amostra e diluída para balão de 100 mL, uma alíquota dessa solução, após reação com o-fenantrolina, foi adicionada na cubeta para leitura. A lâmpada foi fixada no suporte e ligada somente no momento das leituras das absorvâncias, após estabilização da emissão da lâmpada.

Resultado e discussão

Utilizando um aplicativo livre da Theremino Spectrometer, foi obtido o espectro de emissão da lâmpada Philipps incandescente de 21 W que foi utilizada no experimento. A lâmpada incandescente apresenta boa emissão entre 500 a 800 nm, mostrando uma rampa crescente entre 500 e 550 nm, fato que poderia acarretar em dificuldade de estabilização no comprimento de onda do experimento, 510 nm, mas optou-se por essa fonte devido à facilidade de encontrá-la no mercado e pelo baixo preço. Utilizando uma das soluções padrão preparadas, de concentração intermediária, foi obtido, com o espectrofotômetro proposto o espectro visível para o complexo Fe- fenantrolina verificando-se um máximo de absorvância em 520 nm. Com o auxílio de um espectrofotômetro de laboratório, Hitachi U2000, foi feita uma varredura dessa mesma solução para confirmação desse pico e chegou-se ao valor de 521 nm. A proposta do uso do espectrofotômetro para análise quantitativa apresentou bons resultados, principalmente por se tratar de um aparato experimental simples e de fácil execução. Os valores de absorvância obtidos para os padrões foram utilizados para a obtenção da curva analítica (Figura 2) que possibilitou a estimativa da concentração de Fe na solução da amostra. A absorvância da amostra igual a 0,158 corresponde a uma concentração de 3,100 mg/L. A mesma análise foi feita com a amostra utilizando o espectrofotômetro Hitachi U2000 para fins de comparação e foi obtido o valor de concentração de 3,259 mg/L, dando uma diferença percentual de 4,88 %. Vários espectros de emissão de outras lâmpadas foram obtidos com o espectrofotômetro proposto sendo concordantes com os espectros encontrados na literatura.

Curva analítica obtida com o complexo Fe-o- fenantrolina.


Equipamento montado.

Conclusões

Conclui-se que é possível montar espectrofotômetros de baixo custo, de fácil manuseio e aquisição de dados que possibilite obter bons resultados referentes a precisão nas medidas. Pode ser destinado ao uso qualitativo, na interpretação de gráficos de emissão, absorvância, fluorescência e, também, para a análise quantitativa como foi demonstrado, utilizando a Lei de Beer-Lambert. O equipamento pode ser montado em casa, desmistificando o pensamento comum de que os princípios tecnológicos envolvidos na construção de equipamentos científicos são de difícil acesso e despende grandes recursos.

Agradecimentos

À Universidade Federal de Viçosa pela oportunidade oferecida aos seus estudantes de participar do ensino, pesquisa e extensão.

Referências

ANDRADE, R. S., VIANA, K. S. L. Atividades experimentais no ensino da química: distanciamentos e aproximações da avaliação de quarta geração. Ciênc. Educ., Bauru, v. 23, n. 2, p. 507-522, 2017.

OLIVEIRA, P. C. C., LEITE, M. A. P. Espectrofotometria no Ensino Médio: Construção de Um Fotômetro de Baixo Custo e fácil Aquisição. Quím. nova esc., Vol. 38, N° 2, p. 181-184, MAIO 2016.

SKOOG, D. A., HOLLER, F. J., NIEMAN, T. A. Princípios de análise instrumental, 5ª ed., Porto Alegre: Bookman, 2002.