Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Ensino de Química
TÍTULO: O ESPECTROFOTÔMETRO PORTÁTIL EM SALA DE AULA: COMPREENDENDO A ESPECTROFOMETRIA NO ULTRAVIOLETA-VISÍVEL
AUTORES: Catão, A.A. (IFRJ/PCERJ) ; Silva Junior, A.I. (IFRJ) ; Araujo, H.C. (IFRJ)
RESUMO: As disciplinas de Análise Instrumental, ministradas no ensino técnico e superior do IFRJ-Maracanã, apresentam várias técnicas de identificação e quantificação de substâncias em amostras diversas com o auxílio de equipamentos. Dentre elas, a espectrofotometria na região do ultravioleta-visível é das mais difundidas e de fácil realização. Este trabalho visa aprimorar a compreensão teórica da espectrofotometria, fazendo uso de um espectrofotômetro portátil em sala de aula. A exposição deste equipamento no momento da apresentação da teoria permite uma melhor assimilação dos princípios da espectrofotometria, além da interpretação mais correta dos resultados obtidos na investigação analítica de padrões e amostras.
PALAVRAS CHAVES: Ensino; Equipamento portátil; Espectrofotômetro UV-Vis
INTRODUÇÃO: A espectrofotometria na região do ultravioleta-visível (UV-vis) é uma técnica largamente empregada por seu baixo custo e vasta aplicabilidade, seja na determinação direta ou acoplada a outras técnicas (ROCHA, 2004). Os métodos validados apresentam adequada especificidade, linearidade, precisão e exatidão nos resultados, estabelecendo confiabilidade para o uso dessa técnica em indústrias (BORBA et al., 2013).
Dentre as metodologias analíticas abordadas nos cursos de análise instrumental, a espectrofotometria de UV-vis é de fácil realização, mas nem sempre é levada à sala de aula de modo operacional.
No IFRJ-Maracanã, as disciplinas de Análise Instrumental I e II são ministradas em dois ciclos por semestre: o primeiro, em salas de aula convencionais, onde são apresentados os fundamentos das técnicas analíticas; e o segundo, composto por aulas práticas no laboratório, onde os alunos são divididos em grupos e realizam experimentos. Por limitação do número de equipamentos, o segundo ciclo adota um sistema rotativo de práticas em que os grupos de alunos realizam todos os experimentos simultaneamente, com cada grupo reproduzindo um ensaio diferente por semana.
A exposição do conteúdo teórico de maneira prévia e isolada dos experimentos, porém, cria dificuldades na percepção das técnicas, e já está bastante consolidado no ensino de química que atividades mais diversificadas em sala de aula melhoram a assimilação de conceitos. (SIQUEIRA et al., 2011). Este trabalho, portanto, tem como objetivo adotar um espectrofotômetro portátil no suporte ilustrativo à aprendizagem em sala de aula, efetuando experimentos que serão discutidos com os alunos durante a aula teórica do tópico, reforçando o aprendizado, estimulando a análise crítica e a recordação do que foi abordado.
MATERIAL E MÉTODOS: Em sala de aula, na apresentação teórica da técnica de espectrofotometria no UV-visível, foi utilizado um espectrofotômetro portátil (Figura 1), marca Ocean Optics, modelo USB2000, provido de cubetas de plástico, vidro e quartzo, além de detector do tipo CCD-Array. Foram empregados ainda um computador dotado do software de operação SprectaSuite, versão 2.0.162, um projetor e um quadro branco. Duas séries de soluções foram preparadas e armazenadas em cubetas para a utilização conjunta com o aparelho: 1) quatro soluções contendo a mesma concentração de azul de bromofenol, mas com diferentes valores de pH: 2,0, 3,5, 4,0 e 12,0; 2) curva analítica do complexo ferro-ortofenantrolina, nas concentrações 0,01, 0,1, 1,0, 2,0, 4,0, 6,0, 8,0, 10,0, 25,0, 50,0, 100,0 e 200,0, expressas em miligramas de ferro por litro de solução.
Demonstrou-se então a aplicabilidade do equipamento através de dois experimentos simples: (i) análise qualitativa de uma mistura de cromóforos de bromofenol e (ii) análise quantitativa de ferro, por meio de uma curva analítica do complexo ferro-ortofenantrolina.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Excetuando-se o branco, as soluções utilizadas nos experimentos apresentam cor, que variam entre si (i) na tonalidade ou (ii) na intensidade (Figura 2). Experimentos demonstrativos realizados em aulas teóricas e em comprimentos de onda na região do visível levam os alunos a uma melhor interpretação dos resultados. Ou seja, torna-se visual a relação entre a amostra colorida e a resposta fornecida pelo equipamento no quadro branco.
No caso (i), a variação na tonalidade da cor, que vai do amarelo ao azul, é explicada pela presença de dois cromóforos, cujo equilíbrio é alterado em função do pH da solução. Como resultado, os espectros têm formatos diferentes e, quando sobrepostos, têm sua diferença explicada em função da espécie química predominante.
Em (ii), mantida a espécie química em todas as soluções e variando a concentração, percebe-se a manutenção da cor com a mudança na intensidade. A resposta, exposta com espectros sobrepostos, pode ser bem compreendida através da conservação da forma e na variação na altura dos espectros. Nesse ensaio, ainda podem ser abordados interferência de medição por cubeta, sensibilidade, desvios da Lei de Beer, limite de detecção e limite de quantificação.
Um segundo detector, idêntico àquele empregado nos experimentos, porém sem a tampa que protege o seu mecanismo de operação, é útil na demonstração dos componentes do equipamento e suas funcionalidades. Com o auxílio de um conjunto de filtros coloridos e lâmpadas do tipo “led”, demonstra-se ainda o conceito de cores complementares.
O equipamento portátil, além de seu apelo didático, pode ser utilizado para análises no laboratório, pois demonstrou sensibilidade e robustez comparáveis aos aparelhos de dimensão tradicional.
Figura 1: Espectrofotômetro Portátil
Equipamento montado em sala de aula convencional com os resultados apresentados no quadro branco, utilizando computador e projetor.
Figura 2: Soluções e Espetros
Variação na coloração das soluções, tonalidade ou intensidade, explicada através da sobreposição dos espectros projetados no quadro branco.
CONCLUSÕES: A adoção dessa metodologia de ensino, voltada para as aulas iniciais de espectrofotometria da disciplina de Análise Instrumental I, enseja uma melhoria no processo aprendizagem do aluno, uma vez que fundamenta os conceitos teóricos através da sua aplicabilidade. A implementação de aulas teóricas diferenciadas e inovadoras também promove maior interação do aluno com o professor e a disciplina.
AGRADECIMENTOS: Alunos Felipe K. F. de Souza, Jonas F. Mendonça, Nathan de S. Mateus e Yuki T. da C. Rego, equipe de Análise Instrumental e direção do IFRJ-Maracanã.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ROCHA, F. R. P.; TEIXEIRA, L. S. G. 2004 Estratégias para aumento de sensibilidade em espectrofotometria UV-vis. Química Nova, 27:807-812.
BORBA, P. A. A.; RIEKES, M. K.; PEREIRA R. N.; STULZER, H. K.; VECCHIA, D. D. 2013 Desenvolvimento e validação de um método analítico por espectrofotometria uv para quantificação de carvedilol. Química Nova, 36:582-586.
SIQUEIRA, R. M.; SILVA, N. S.; JÚNIOR, L. C. F. 2011 A recursividade no ensino de química: promoção de aprendizagem e desenvolvimento cognitivo. Química Nova na Escola, 33:230-238.