Laboratório e Análises

Análise instrumental: Conceitos e avanços da análise no infravermelho

Quimica e Derivados
24 de março de 2003
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    O feixe de radiação produzido pela fonte é dividido por dois espelhos. Em seguida, cada um dos feixes é focalizado na área de amostras, com o auxílio de outros dois espelhos. No compartimento, os feixes atravessam células, uma correspondendo a um material de referência, e outra à amostra desconhecida. Obturadores montados no compartimento da fonte permitem bloquear um ou outro feixe, independentemente. A área de amostras de um espectrofotômetro permite acomodar uma grande variedade de acessórios para a medida de gases, líquidos e sólidos, que incluem desde células de gás de grande caminho ótico até microcélulas.

    Após incidir na referência e na amostra, a fração de radiação transmitida é comparada no fotômetro, a parte do aparelho responsável por indicar a diferença de energia entre amostra e referência, através da radiação pulsante. No fotômetro também são equalizadas as energias dos dois feixes, através da cunha óptica. Quando os dois feixes são de mesma intensidade, o instrumento está no zero ótico. A pena do registrador está neste momento a 100% de transmitância, desde que não haja amostra no feixe correspondente.

    Um pente no feixe da amostra permite que se obtenha um balanceamento adequado. O atenuador desloca-se para dentro e para fora do feixe de referência, em resposta ao sinal criado no detector pelo feixe da amostra. Assim, quando o feixe é absorvido pela amostra, o atenuador é dirigido para dentro do feixe de referência até que sua intensidade seja a mesma do feixe da amostra.

    A maior parte das análises espectroscópicas deve utilizar radiação composta por um pequeno conjunto de comprimentos de onda, de modo a conferir ao método instrumental a sensibilidade e a seletividade necessárias, entre outras propriedades. Para isso, o equipamento utiliza um monocromador, que dispersa a luz proveniente da fonte em diferentes comprimentos de onda. O dispositivo permite isolar bandas de comprimento de onda geralmente muito mais estreitas que as obtida por filtros, sendo formado por um elemento de dispersão, que pode ser um prisma ou uma rede de difração, junto com duas fendas estreitas que servem como aberturas de entrada e de saída de radiação.

    Quanto menor a largura das fendas, maior será a resolução obtida. Na maior parte dos instrumentos, a largura das fendas é programada de modo a aumentar quando a energia emitida pela fonte diminui, mantendo a energia do feixe de referência constante. Obtém-se um máximo de resolução usando-se as redes apenas em suas faixas de maior poder de dispersão; nos instrumentos modernos de alta resolução, é costume a utilização de duas ou mais redes.

    O monocromador também tem como funções principais dispersar a radiação em seus comprimentos de onda, selecionar o comprimento de onda particular da radiação a ser transmitida ao detector, e manter aproximadamente constante a energia no detector para todos os comprimentos de onda. Durante a varredura, filtros são inseridos automaticamente no caminho da radiação, para eliminar toda radiação indesejável, inclusive as harmônicas da freqüência medida, provenientes da rede.

    A medição da energia radiante é feita através do detector, que utiliza o efeito térmico da radiação para quantificá-la. Após deixar a fenda de saída do monocromador, o feixe é refletido por um espelho plano para um espelho elipsoidal, cujos focos estão na fenda de saída e no detector. Os detectores podem ser divididos em duas classes gerais: seletivos e não seletivos. Os seletivos respondem em função do comprimento de onda da radiação incidente (placas fotográficas, fotocélulas e celas de fotocondutividade); os não seletivos, mais adequados para trabalhos espectroscópicos, respondem em função da energia da radiação incidente. Os dois tipos comuns de detectores não seletivos são o termopar e o bolômetro. No caso dos termopares, a energia radiante aquece uma das duas junções bimetálicas do dispositivo, produzindo uma força eletromotriz proporcional ao aquecimento. Os bolômetros baseiam-se na medida da variação da resistência com o aquecimento. O detector é montado como um dos braços de uma ponte, de modo que a mudança de temperatura provoca um desequilíbrio no sinal através do circuito, que pode ser amplificado e registrado ou, ainda, utilizado para ativar um servomecanismo para restabelecer o balanço.

    Como o detector recebe alternadamente o feixe de referência e o da amostra, qualquer mudança na intensidade da radiação devida à absorção de energia é detectada como um sinal diferente de zero. O sinal assim obtido é amplificado, e usado para posicionar o atenuador óptico de modo que a radiação dos feixes de referência e de amostra mantenham-se na mesma intensidade. A quantidade de atenuação necessária é uma medida direta da absorção pela amostra – o movimento do atenuador é registrado, então, pela pena do instrumento.

    A formação do espectro – As fontes utilizadas em equipamentos comerciais emitem radiações com comprimentos de onda variando entre 2,5×10-4 cm até 1,5×10-3 cm, ou seja, com número de onda desde 4.000 cm-1 a 200 cm-1. Suponhamos que uma amostra possa absorver energias correspondentes aos números de onda 3.100 cm-1, 1.550 cm-1, 1.080 cm-1 e 610 cm-1. A amostra, após o preparo, é colocada na posição adequada e inicia-se a análise. A fonte começa a irradiar a amostra e a referência, simultaneamente, com fótons de 4.000 a 200 cm-1. Porém, nem todos esses números de onda chegam simultaneamente ao detector, pois caso isso ocorresse, a análise ficaria prejudicada. Essa é justamente a função da rede de difração.



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