AGRONOMIA

Determinação Espectrofotométrica de Fósforo em soluções aquosas

Heloise Beatriz Quesada

[ Introdução ]

O fósforo é um nutriente essencial ao crescimento vegetal, amplamente utilizado em fertilizantes e corretivos agrícolas. No entanto seu excesso em corpos hídricos promove a eutrofização, um processo que leva à proliferação descontrolada de algas e consequente degradação da qualidade da água, afetando ecossistemas aquáticos e o abastecimento público (Braga, 2021).

Dentre os métodos analíticos disponíveis para a quantificação de fósforo, destaca-se a espectrofotometria UV-Vis, que é uma técnica de absorção molecular utilizada na Química Analítica para medir a concentração de espécies químicas em solução. Esse método baseia-se na absorção de radiação por substâncias que formam complexos coloridos com reagentes específicos (Skoog, 2020). O espectrofotômetro quantifica a luz absorvida por uma amostra ao emitir um feixe em um comprimento de onda específico e medir a intensidade da radiação transmitida após sua passagem pela solução (Figura 1).

Figura 1 – Princípio do funcionamento do espectrofotômetro Uv-Vis

Fonte: Gerado por IA (Chat GPT)

A intensidade da cor desenvolvida é diretamente proporcional à concentração do analito, permitindo sua quantificação com alta sensibilidade e simplicidade (Rocha; Teixeira, 2004). A relação entre a absorbância da solução e sua concentração é descrita pela equação de Lambert-Beer, expressa como A = ε · b · c, onde A é a absorbância (adimensional), ε é a absortividade molar (L/mol·cm), b é o caminho óptico da célula (cm) e c é a concentração da espécie absorvente (mol/L). Essa equação assume que a absorção da luz é linearmente dependente da concentração da substância absorvente em uma faixa adequada, sendo válida em soluções diluídas e homogêneas (Skoog, 2020).

No caso da determinação de fósforo em soluções aquosas, a metodologia utilizada tem como base o método colorimétrico do azul de molibdênio, amplamente consagrado na literatura técnico-científica e recomendado por órgãos de padronização analítica, como a APHA (Standard Methods, método 4500-P E). Esse método permite a quantificação do fósforo inorgânico na forma de ortofosfato (PO₄³⁻), a espécie solúvel mais comum em amostras ambientais.

A metodologia consiste na reação do ortofosfato com molibdato de amônio em meio ácido, formando o ácido fosfomolíbdico. Esse composto é então reduzido pela adição de ácido ascórbico, resultando na formação de um complexo azul intenso conhecido como azul de molibdênio. A intensidade da coloração gerada é proporcional à concentração de fósforo na amostra e é medida por espectrofotometria, usualmente no comprimento de onda de 880 nm, onde o complexo apresenta absorbância máxima.

[ Materiais e
Equipamentos ]

1) Reagentes utilizados:

Solução de Molibdato de Amônio 1% em ácido sulfúrico.
Ácido ascórbico P.A. (C6H8O6).
Fosfato monopotássico P.A. (KH2PO4).
Água deionizada ou destilada.

2) Amostra:

Água contaminada com fertilizante MAP (fosfato monoamônico comercial).

3) Equipamentos:

Espectrofotômetro visível.
Balança analítica.
Agitador magnético.
Cronômetro.
Computador com Excel.

4) Vidrarias:

Um balão volumétrico de 1000 mL.
Dois balões volumétrico de 100 mL.
Um balão volumétricos de 10 mL.
Uma cubeta de vidro.
Duas pipetas volumétricas de vidro de 1 mL.
Uma pipeta graduada de vidro de 5 mL.
Duas provetas de 100 mL.
Três funis de vidro.

5) Materiais diversos:

Um pacote de copos descartáveis de café.
Um rolo de papel macio (higiênico).
Um rolo de papel alumínio.
Um recipiente para descarte.
Três pissetas com água destilada ou deionizada.
Uma barra magnética.
Três espátulas de inox.

ETAPAS

Para execução da aula prática, é necessário seguir os seguintes passos:

1. Preparar a solução padrão de fósforo (100 mg/L de P).

2. Preparar a solução de trabalho de fósforo (10 mg/L de P).

3. Preparar o reagente redutor (ácido ascórbico.

4. Realizar as diluições da solução de trabalho.

5. Conduzir as reações para formação do azul de molibdênio.

6. Realizar as leituras em espectrofotômetro.

7. Construir a curva de calibração em planilha eletrônica.

8. Determinar a equação da concentração de fósforo em solução aquosa.

9. Preparar a amostra de água.

10. Determinar a concentração de fósforo da amostra de água.

PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO

Preparo das soluções:

1.1. Solução padrão de fósforo (100 mg/L de P)

Pesar 0,4390 g de KH₂PO₄ em balança analítica (equivalente a 100 mg de P).
Dissolver em água deionizada e completar o volume para 1 L em balão volumétrico.

1.2. Solução de trabalho (2 mg/L de P)

Diluir 2mL da solução padrão em 100 mL de água deionizada.

1.3. Reagente redutor (ácido ascórbico 0,1mol/L)

Pesar 1,76 g de ácido ascórbico (C₆H₈O₆) em balança analítica.
Dissolver em água deionizada e completar o volume para 100 mL em balão volumétrico.
Preparar no dia do uso e envolver o recipiente com papel alumínio ou armazenar em frasco âmbar.

2. Programação do espectrofotômetro:

Ligar o equipamento na tomada com tensão elétrica adequada.
Selecionar o modo de leitura de comprimento de onda único.
Programar a leitura no comprimento de onda 880 nm.
Transferir um pequeno volume de água destilada em uma cubeta de vidro limpa.
Despejar o conteúdo em descarte.
Transferir novamente a água destilada na cubeta.
Limpar o exterior da cubeta com papel macio (higiênico).
Posicionar a cubeta no leitor do espectrofotômetro, observando se o feixe de luz passará pelo conteúdo.

3. Diluição da solução de trabalho:

Para que o método analítico tenha uma precisão adequada, a curva de calibração deve ter no mínimo 6 pontos, ou seja, é necessário realizar a leitura da absorbância de no mínimo oito soluções, com diferentes concentrações do analito na faixa desejada. Para preparar soluções com diferentes concentrações de fósforo a partir de uma solução de trabalho com concentração conhecida (10 mg/L), utilizamos o princípio da diluição, descrito pela seguinte fórmula:

C1 V1 = C2 V2

Em que:

C₁ = concentração da solução inicial (10 mg/L de P).

V₁ = volume da solução inicial a ser utilizado.

C₂ = concentração desejada da solução final (ex.: 1,0 mg/L).

V₂ = volume final da solução diluída (10 mL, fixo).

Dessa forma, tem-se o procedimento:

Realizar a diluição da solução padrão, pipetando volumes variados para balão volumétrico de 10 mL e completando com água, conforme tabela a seguir:

Tabela 1 – Volumes a serem pipetados para curva de calibração

Fonte: a autora.

4. Leitura em espectrofotômetro

Transferir cada solução para copos de café limpos e adicionar 1 mL da solução de molibdato de amônio 1% em H₂SO₄ e 1 mL da solução de ácido ascórbico 0,1 mol/L.
Homogeneizar e deixar reagir por dez minutos em temperatura ambiente.
Enxaguar a cubeta com uma pequena porção da solução preparada, descartando o conteúdo.
Transferir um volume maior para a cubeta e limpar o exterior da cubeta com papel macio.
Realizar a leitura da absorbância em 880 nm, utilizando o espectrofotômetro.
Anotar o valor de absorbância correspondentes a cada concentração.

5. Plotagem da curva de calibração:

Construir uma tabela no Excel contendo os valores de Concentração de Fósforo (mg/L) e absorbância (Abs).
Plotar um gráfico de dispersão contemplando no eixo x o valor de concentração de fósforo e no eixo y o valor de absorbância.
Selecione as duas colunas com os dados.
Vá em Inserir → Gráficos → Dispersão (X, Y) → escolha “Dispersão com apenas marcadores”.
Clique em qualquer ponto do gráfico.
Clique com o botão direito e selecione “Adicionar Linha de Tendência…”.
Na lateral direita, marque as opções:

✅ “Exibir equação no gráfico”.

✅ “Exibir o valor de R² no gráfico”.

Certifique-se de que a tendência seja linear (essa é a opção padrão).
Interpretar a equação da reta.

6. Interpretação da equação da reta

A equação aparecerá no gráfico com a forma:
A=m.C+b

Em que:

A é a absorbância (eixo Y).
C é a concentração de fósforo (eixo X).
m é o coeficiente angular (inclinação) — representa a sensibilidade do método (quanto a absorbância varia por unidade de concentração).
b é o coeficiente linear (intercepto) — representa o desvio da linha no ponto zero (idealmente próximo de zero).

7. Preparação da amostra de água

Pesar aproximadamente 150 mg de MAP comercial e diluir em 100 mL de água de torneira.

8. Análise da concentração de fósforo em solução aquosa:

Pipetar 10 mL da amostra de água em um béquer limpo.
Adicionar 1 mL da solução de molibdato de amônio 1% em H₂SO₄ e 1 mL da solução de ácido ascórbico 0,1 mol/L.
Homogeneizar e deixar reagir por dez minutos em temperatura ambiente.
Transferir para a cubeta e ler a absorbância a 880 nm no espectrofotômetro.
Substituir o valor da absorbância encontrada na equação da curva de calibração para determinar a concentração de fósforo.

ENTENDENDO O EXPERIMENTO

O presente método analítico utiliza a formação do complexo azul de molibdênio a partir da reação entre íons fosfato, molibdato de amônio, ácido sulfúrico (meio acidificante) e ácido ascórbico (agente redutor). Inicialmente, os íons fosfato reagem com o molibdato de amônio em meio ácido, formando o complexo fosfomolibdato, que é incolor ou levemente amarelado:

Em seguida, o ácido ascórbico atua como agente redutor, convertendo parte dos átomos de molibdênio do estado de oxidação +6 para +5, o que promove a formação de um composto de coloração azul característica, conhecido como azul de molibdênio. Essa transformação pode ser representada de forma simplificada por:

Essa coloração passa a absorver radiação no espectro visível, especialmente na faixa do infravermelho próximo, com máximo de absorção típico em 880 nm. A intensidade da coloração azul desenvolvida é diretamente proporcional à concentração de fósforo presente na amostra, permitindo a leitura da absorbância em espectrofotômetro UV-Vis.

Resumidamente, o papel de cada reagente está disposto na tabela a seguir:

Tabela 2 – Reagentes utilizados para determinação de fósforo em amostras aquosas

Fonte: a autora.

[ Na Prática ]

[ Referências ]

APHA – AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 23rd ed. Washington: Apha, 2017.

BRAGA JR, B. P. F. et al. Introdução à engenharia ambiental: o desafio do desenvolvimento sustentável. São Paulo: Pearson, 2021.

MURPHY, J.; RILEY, J. P. A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Analytica Chimica Acta, Amsterdam, v. 27, p. 31-36, 1962.

ROCHA, F. R. P.; TEIXEIRA, L. S. G. Estratégias para aumento de sensibilidade em espectrofotometria UV-VIS. Química nova, v. 27, p. 807-812, 2004.

SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, J. Fundamentos de química analítica. Barcelona: Reverté, 2020. v. 2.

Page updated

Google Sites

Report abuse