O princípio básico da espectrometria é a emissão de um feixe de energia e, conforme a resposta da molécula a essa perturbação, um sinal é gerado, resultando em um espectro. Dessa forma, em cada tipo de técnica espectrométrica se tem uma fonte de energia e um espectro resultante, que a partir dele, o composto será analisado.
Se pensarmos que mais de 90% dos compostos analisados em um laboratório são moléculas orgânicas, podemos focar esse artigo em abranger as principais técnicas espectrométricas para identificação de compostos orgânicos. Dentre esses compostos, podemos citar inúmeros fármacos e seus compostos relacionados, solventes, agrotóxicos/pesticidas, compostos naturais (fitoterápicos), polímeros e até mesmo compostos biológicos, como proteínas.
Seguindo uma ordem de complexidade (e até em escala usual), iremos abordar sobre as técnicas ultravioleta (UV), infravermelho (IR), massas (MS) e ressonância magnética nuclear (RMN).
Muito utilizada como técnica de doseamento de composto, por sua simplicidade, fácil execução e, principalmente pela relação direta entre concentração do analito e sinal (lembram da lei de Lambert-Beer?), a espectrometria no ultravioleta (UV) se caracteriza pela relação entre frequência de absorção UV/vis e estrutura molecular. A fonte de energia emitida é a luz com frequência UV-Visível, a qual, dependendo da estrutura química da molécula, esta pode absorver uma quantidade dessa energia e transmitir o restante, ou seja, tem-se aqui os termos absorbância e transmitância. O resultado dessa quantidade de energia absorvida, em cada comprimento de onda na região UV-Vis, é o espectro UV, onde no eixo x se tem a absorbância/transmitância e no eixo y os valores de comprimento de onda.
A espectrometria no UV é muito utilizada como detector em sistemas HPLC, vale dizer também, que se trata de uma técnica não destrutiva, ou seja, as moléculas, geralmente, saem intactas após serem analisadas. Porém, para que a molécula absorva essa energia emitida pelo feixe de luz, alguns requisitos são necessários, como por exemplo a presença de cromóforo na estrutura química.
Outra técnica simples e bastante usual na identificação de compostos orgânicos é a espectrometria no infravermelho (IR), também utiliza a luz como fonte de energia, porém na região do infravermelho e, o resultado observado, ao contrário da absorbância observada no UV, é a energia vibracional na molécula. Assim, após absorver a energia emitida pela fonte de luz, a molécula, dependendo das massas relativas de seus átomos, de sua geometria e força de ligação, pode vibrar de diferentes maneiras e então, essa energia absorvida capaz de causar a vibração é quantizada, resultando em um espectro, absorbância X número de onda (cm-1), em formato de bandas, pois ocorre um grande número de mudanças de níveis de energia, vibracional e rotacional. Esta técnica é uma boa aliada na identificação de grupos funcionais de um composto orgânico.
A técnica que trataremos agora vem ganhando cada vez mais espaço dentro dos laboratórios analíticos, por ser uma ferramenta extremamente útil na identificação de compostos, além de ser bastante seletiva e sensível, capaz de analisar níveis de traço de compostos em uma matriz complexa. Com os holofotes virados para ela, muitos analistas e pesquisadores estão buscando conhecer e se aperfeiçoar nesta técnica e, com a evolução da ciência, está cada vez mais acessível para os laboratórios. Iremos falar agora da queridinha espectrometria de massas (MS).
A espectrometria de massas possui algumas fontes de energia e alguns tipos de analisadores, mas todos se baseiam na emissão de energia para ionizar a molécula, positiva ou negativamente, e um analisador capaz de mensurar a massa desse íon formado, que irão variar conforme sua sensibilidade e exatidão. Dentre as técnicas de ionização tem-se, impacto de elétrons (IE), ionização química (IC), ionização por eletrospray (ESI), ionização química à pressão atmosférica (APCI) e dessorção a laser assistida por matriz (MALDI). Para os analisadores, podemos citar quadrupolo, captura de íons (trap) e tempo de vôo (TOF). O espectro de massas é a relação da razão massa/carga (m/z) com a intensidade (abundância relativa), formando um gráfico de barras, com a presença do pico do íon molecular (desejável) e suas fragmentações, quando aplicável.
Como dito algumas vezes no parágrafo anterior, essa técnica trata-se de uma análise de compostos iônicos, ou seja, para ser utilizada a MS na identificação/quantificação de alguma molécula, é necessário que ela seja ionizada e, essa forma de ionização não é genérica (vimos que existem alguns tipos de fontes de ionização com energias variáveis), dessa maneira, não se pode dizer que a MS é uma técnica universal. Também por esse motivo, pode ser que uma análise com muitos analitos seja bastante desafiadora ao analista responsável pelo ensaio. Outra particularidade que podemos citar é que, a amostra contendo a(s) molécula(s) ionizada(s) precisa estar vaporizada para entrar no analisador, isso é um ponto que requer bastante atenção por parte do corpo técnico.
Por último, a espectrometria de ressonância magnética nuclear (RMN), resultante da absorção da energia fornecida por um campo magnético, a radiação eletromagnética, com frequência que depende das características estruturais da molécula, resultando em um espectro das frequências dos picos de absorção versus sua intensidade. Os tipos mais comumente utilizados são de hidrogênio (RMN-H1) e carbono (RMN-C13), a técnica é aplicável em um núcleo atômico que contém número determinado de spin, pois se baseia no princípio de que os núcleos atômicos que possuem carga, essa, ao girar, forma um dipolo magnético, e a partir dessa magnitude do dipolo gerada é então obtido o espectro. Então o espectro é referente a um átomo, assim, a maneira como este núcleo atômico está acoplado com os núcleos vizinhos é determinante na obtenção do espectro, possibilitando a identificação estrutural de uma molécula. Esta técnica vem sendo amplamente utilizada na caracterização de substâncias químicas de referência.
Essas quatro técnicas analíticas de identificação espectrométrica de compostos orgânicos formam as peças de um grande quebra-cabeças, no qual a figura final é a molécula, que antes desconhecida, agora com sua estrutura química e espacial determinada e conhecida.
E aí, qual dessas técnicas vocês acham mais interessante? Já trabalham com alguma, ou com qual gostariam de trabalhar? Tem alguma técnica espectrométrica que vocês conhecem e não foi citada aqui? Comente!