Como escolher um espectrómetro

Os espectrómetros dividem‑se em dois grupos: os espectrómetros de radiação e os espectrómetros de massa.

Espectrómetro de Raman da marca Horiba

Espectrómetros de radiação

• Espectrómetros de absorção: este tipo de espectrómetros mede a proporcionalidade entre a intensidade da luz absorvida e a quantidade de matéria absorvente. O espectro apresenta picos que representam diferentes comprimentos de onda, sendo cada um destes característico de um elemento presente na amostra. Esta técnica aplica‑se quer a moléculas na fase líquida ou gasosa quer ao vapor atómico, que se obtém através da atomização de amostras líquidas ou sólidas.

• Espectrómetros de emissão: com este tipo de espectrómetros, os átomos da amostra são submetidos a uma fonte de excitação. Ao voltarem ao seu estado fundamental (processo de desexcitação), os átomos emitem a radiação característica do material que constitui a amostra.

• Espectrómetros de Raman: baseiam‑se na dispersão inelástica da radiação incidente na amostra pelas moléculas que a compõem. A diferença entre a frequência da radiação incidente e a frequência da radiação dispersa permite identificar as ligações químicas dessas moléculas. A espectrometria de Raman é, portanto, uma técnica ideal para a análise estrutural, complementarmente à espectrometria de infravermelho e à espectrometria de massa.

• Espectrómetros de ressonância magnética nuclear (RMN): utilizam uma técnica baseada nas propriedades magnéticas dos núcleos atómicos. A RMN vai induzir e detetar a transição de energia dos momentos magnéticos nucleares, do nível de energia mais baixo para o mais alto. Para tal, os átomos a analisar são postos num campo magnético e submetidos a radiação de radiofrequência. A medição da frequência de ressonância deste campo permite, então, a análise das moléculas.

Espectrómetros de massa

Espectrómetro de massa da Thermo Scientific

O princípio de funcionamento dos espectrómetros de massa consiste na separação, em fase gasosa, de moléculas carregadas (iões), de acordo com a relação massa/carga (m/z) que estas apresentam. Os espectrómetros de massa podem ser utilizados para determinar:

• a massa molecular de um composto;
• a massa dos fragmentos deste composto;
• a quantidade de matéria.

A espectrometria tem uma grande diversidade de aplicações. Neste guia de compra, vamos centrar‑nos principalmente na análise de amostras biológicas, na investigação, na indústria farmacêutica e na análise ambiental.

• Análise de amostras biológicas: a espectrometria de massa é a técnica de eleição para a análise de amostras biológicas. Os espectrómetros de massa são utilizados para detetar, por exemplo, biomarcadores em fluidos biológicos.
• Investigação: recorre‑se aos espectrómetros, nomeadamente em biologia molecular, para analisar material genético.
• Indústria farmacêutica: os espectrómetros são usados para monitorizar a composição dos medicamentos, em particular os seus princípios ativos.
• Análise ambiental: os espectrómetros podem ser utilizados para detetar inúmeras substâncias, como pesticidas, compostos orgânicos voláteis e hidrocarbonetos aromáticos.

Espectrómetro de absorção atómica da Agilent

Nesta categoria, encontram-se os espectómetros de absorção atómica, os espectómetros de absorção molecular e os espectómetros de infravermelho, que diferem quanto ao tipo de análise e ao método de excitação.

Espectrómetros de absorção atómica

Como o seu nome indica, os espectrómetros de absorção atómica permitem realizar análises ao nível atómico. Esta técnica requer normalmente uma etapa prévia de atomização, ou seja, a dissociação de uma espécie química em átomos livres. Trata‑se de uma forma de espectrometria de absorção bastante eficiente, tendo, por isso, um vasto leque de aplicações. Permite efetuar medições de alta precisão mesmo que a amostra seja constituída por uma mistura complexa de elementos químicos. Esta é uma técnica de referência para a análise de elementos vestigiais numa grande variedade de amostras, incluindo biológicas. Na área da saúde, por exemplo, recorre‑se à espectrometria de absorção atómica para analisar com precisão amostras de sangue ou de tecido dos pacientes.

Podemos distinguir dois tipos de espectrómetros de absorção atómica:

• Espectrómetros de absorção atómica (AAS): excitação por radiação electromagnética;
• Espectrómetros de absorção de raios X (XAS): excitação por raios X, sem necessidade de atomização prévia.

Espectrómetro UV‑Vis da Espectronic Camspec

Espectrómetros de absorção molecular

Destinam‑se a realizar análises ao nível molecular. Esta é a técnica mais utilizada na análise qualitativa e quantitativa de substâncias. Baseia‑se na emissão de fotões na região do ultravioleta‑visível (UV-Vis) do espectro. A espectroscopia de absorção molecular tem a vantagem de ser rápida, não destrutiva e simples de realizar. No entanto, só é aplicável a amostras pouco complexas, pois a largura das bandas de absorção molecular não permite distinguir todos os componentes de uma mistura complexa.

Dependendo do modo de excitação, temos:

• Espectrómetros UV: comprimentos de onda dos fotões na região do ultravioleta do espectro (100 nm–400 nm);
• Espectrómetros UV-Vis: comprimentos de onda dos fotões nas regiões do ultravioleta e do visível (100 nm–750 nm);
• Espectrómetros Vis: comprimentos de onda dos fotões na região do visível (400 nm–750 nm);

Espectrómetros de infravermelho

Espectrómetro de infravermelho da Bruker

Os espectros de absorção na região do infravermelho permitem determinar a natureza das ligações químicas que compõem uma molécula e, assim, confirmar hipóteses estruturais.

A espectrometria infravermelha é uma técnica de eleição para eliminar ambiguidades quanto à estrutura de uma molécula. Contudo, oferece pouca precisão se a molécula contiver muitos átomos. Isto porque o espectro se torna complexo e a interpretação bastante difícil, especialmente quando se trata de compostos orgânicos. Nestes casos, opta‑se pela espectrometria de absorção atómica.

Os espectrómetros de emissão são sobretudo utilizados para efetuar análises quantitativas e qualitativas ao nível atómico. A amostra em análise é excitada e emite radiação. A medição quantitativa desta radiação, proveniente dos átomos excitados, permite determinar a concentração de uma substância presente na amostra, isto é, do analito.

Estas são algumas das características dos espectrómetros de emissão:

• Faixa de medição bastante ampla e dinâmica;
• Análise qualitativa e quantitativa de vários elementos com uma única medição;
• Precisão e sensibilidade elevadas;
• Alta velocidade;
• Ausência de interferências químicas.

Existem dois tipos de espectrómetros de emissão, que diferem quanto ao modo de excitação e de emissão: os espectrómetros de fluorescência e os espectrómetros de emissão atómica.

Espectrómetros de fluorescência

Espectrómetro de fluorescência da Edinburgh Instruments

A emissão de fluorescência ocorre quando uma partícula é excitada por radiação eletromagnética. A radiação emitida é característica da partícula que está a ser analisada. Esta técnica tem a grande vantagem de ser bastante precisa e específica, o que a torna particularmente adequada para medir concentrações muito baixas. Todavia, é uma técnica mais complexa do que a espectrometria de absorção.

Existem, ainda, espectrómetros de fluorescência de raios X, assim designados porque a excitação é efetuada com raios X.

Espectrómetros de emissão atómica (AES)

Esta técnica baseia-se na excitação térmica dos átomos quando submetidos a uma temperatura elevada. Contudo, a excitação não é seletiva, ocorrendo em todas as partículas que compõem a amostra. Cada linha de emissão corresponde a um elemento e o espectro de emissão permite identificar e quantificar todos os átomos ou moléculas presentes na amostra.

Os espectrómetros de massa são utilizados para determinar a massa molecular de uma substância e obter os dados estruturais da mesma.

Para realizar uma análise por espectrometria de massa, a amostra deve ser vaporizada e ionizada. O ião molecular resultante é dividido em fragmentos, que são separados num analisador de acordo com a respetiva relação massa/carga e depois captados por um detetor. O resultado é um espectro de massa, característico da composição da amostra.

Trata‑se de uma técnica de deteção e identificação extremamente sensível, muito utilizada na análise de proteínas, por exemplo.

As vantagens e as especificidades desta técnica são as seguintes:

• Vasta gama de aplicações, desde a análise de moléculas muito pequenas (peso molecular inferior a 2 000 Da) a macromoléculas (peso molecular superior a 100 000 Da);
• Alta precisão, permitindo determinar o peso molecular com uma margem de erro máxima de 1 Dalton (Da);
• Combinação possível com outras técnicas analíticas (cromatográficas, por exemplo) para se obter uma precisão ainda maior.