Espectroscopia de absorção 
de IV por transformada de 
Fourier

Como visto na Parte 1, em março de 2003 (QD 413, pág. 40), nos espectrofotômetros de IV (infravermelho) dispersivos convencionais a radiação policromática originária da fonte é separada em feixes de radiação “quase” monocromática, com freqüências tão altas 
que o detector não pode discriminá-las. O dispositivo somente responde à intensidade de radiação na faixa espectral de operação e a radiação dispersada é levada de forma seqüencial ao detector, onde se produz um sinal elétrico proporcional à intensidade da radiação monocromática que o atinge. O espectro produzido dessa maneira é o resultado de uma série de medições radiométricas.

Em prosseguimento aos conceitos e avanços da análise no infravermelho, Química e Derivados publica esta segunda parte do artigo do ilustre químico chileno Freddy Cienfuegos, coordenador dos laboratórios da Polibrasil e autor de vários livros, voltada desta vez aos aparelhos dotados de transformada de Fourier (FTIR). Nestes, em contraste com os dispersivos, o sistema óptico interferométrico modifica o sinal policromático em sua totalidade e permite a análise pelo conteúdo de intensidade e freqüência, sem dispersão. O método é baseado no fato de que a relação entre a distribuição da radiação incidente no 
interferômetro e o sinal (interferograma) produzido pelo detector ao receber a radiação proveniente do interferômetro são transformadas de Fourier em função co-seno. 

A transformada de Fourier é o processo matemático pelo qual o interferograma é analisado em seus componentes de freqüência com suas amplitudes correspondentes. Para esse processo ser conseguido rápida e 
eficientemente utiliza-se o chamado algoritmo de Cooley-Tukey, que requer interferograma com número par de pontos capaz de fornecer a metade desse número como pontos no espectro final.

A detecção de uma freqüência a cada instante nos espectrômetros dispersivos é uma solução para os detectores que não são sensíveis à freqüência. Espectrômetros com transformada de Fourier apresentam uma 
segunda solução que tem encontrado aplicação mais extensa. Nesses instrumentos, as freqüências do IV são convertidas em freqüências de áudio, possibilitando aos detectores e à parafernália eletrônica determinar tanto a freqüência quanto a intensidade da luz. Baseando-se nessa teoria, pode-se construir um espectrômetro mais confiável, com maior sensibilidade e precisão. Um espectrômetro FTIR tem três componentes básicos: o interferômetro de Michelson, a fonte e o detector.

O interferômetro de Michelson – No fim do século passado, o físico alemão Albert Abraham Michelson (1852-1931) inventou o interferômetro de duplo feixe. Suas aplicações ficariam limitadas até que as transformadas 
de Fourier passassem a ser utilizadas, com o advento da computação. O nome é agora usado para qualquer interferômetro em que um feixe colimado é dividido e depois recombinado por um divisor de feixe. Os in-
terferômetros preservam a informação de freqüência e intensidade, e substituem o monocromador tradicional.

O interferômetro de Michelson é constituído de um divisor de feixes (beamsplitter), um espelho fixo e um espelho móvel. A figura 1 mostra um diagrama simplificado do espectrômetro FTIR.

O componente essencial de um interferômetro é o sistema para dividir o feixe de radiação em duas partes e posteriormente recombiná-las, causando uma diferença de caminhos. A radiação colimada da fonte de infra-vermelho de banda larga, A, é direcionada para o interferômetro e atinge o divisor de feixes B (figura 1), que é um disco de brometo de potássio recoberto com um filme muito fino de germânio, com reflectância 
aproximadamente igual à transmitância (para gerar e recombinar os dois meios-feixes no interferômetro). No divisor, o feixe é dividido em duas partes de energias aproximadamente iguais, pela transmissão de 50% da 
radiação incidente e a reflexão dos 50% restantes. A fração transmitida atinge o espelho fixo C, enquanto a refletida é direcionada para o espelho móvel D, que introduz a variável da diferença de caminho. Os feixes 
são refletidos nos dois espelhos e recombinam-se no divisor de feixes. Ali, interferências construtivas e destrutivas ocorrem, dependendo da posição do espelho móvel em relação ao espelho fixo (retardamento). O feixe resultante passa através da amostra, onde ocorrem as absorções, e prossegue até o detector. A figura 2 mostra um esquema do interferômetro de Michelson.

No caso de uma fonte policromática, o perfil de interferência é a soma de ondas senoidais para todas as freqüências presentes. O interferograma, como é denominado, consiste de um sinal intenso no ponto onde a 
diferença de caminho é zero, com quedas acentuadas nas laterais desse ponto. O espectro tradicional, mostrando a energia como função da freqüência, pode ser obtido do interferograma pelo processamento 
matemático via transformada de Fourier (figura 3).

Quando não se coloca amostra, obtém-se um espectro de feixe simples,cujo perfil geral é determinado pelas características do divisor de feixe. Normalmente os interferômetros operam memorizando inicialmente este sinal de fundo e em seguida subtraindo-o do espectro da amostra, registrando então a razão entre eles (figura 4).

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