Trabalhos Química Analítica Instrumental

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Centro das Ciências Exatas e das Tecnologias 
Curso de Farmácia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sensores ópticos com detecção no infravermelho 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2021
Introdução 
 
Descoberta em 1800 por um astrônomo inglês, William Herschel, o 
infravermelho, inicialmente denominado “raios caloríficos”, é um tipo de radiação não 
visível no espectro magnético, ainda que não possa ser vista, essa radiação pode ser 
sentida em forma de calor. A utilização do infravermelho é muito comum em 
tecnologias do cotidiano, como: celulares e computadores. Os métodos com 
infravermelho têm como fundamentos os efeitos de absorção de radiação, baseados 
nas propriedades da amostra e o resultado analítico é obtido através da interação da 
radiação eletromagnética com os níveis vibracionais das moléculas. (RODRIGUES, et 
al., 2012). 
Com o avanço econômico e tecnológico nas últimas décadas, diferentes 
medidas ópticas passaram a se tornar mais comumente usadas, e isso possibilitou 
que técnicas como a espectroscopia e suas diversas modalidades ganhassem 
espaço, principalmente nos estudos envolvendo sólidos. A versatilidade, rapidez, e 
processos que não são invasivos e destrutivos com a amostra são uns dos vários 
pontos que dão ainda mais relevância a essas técnicas, e tem sido significativo na 
crescente demanda por tecnologias que adote o conceito de Química Limpa em seus 
experimentos. 
A descoberta e o progresso de estudos no setor do infravermelho levantaram a 
possibilidade de se analisar diversos temas de interesses sociais. Questões 
ambientais, industriais e biológicas passaram a ter um peso cada vez maior em 
pesquisas e estudos, e através dessa demanda o avanço de técnicas com sensores 
químicos com detecção no infravermelho (eletroquímicos e ópticos), se tornaram 
ferramentas importantes no desenvolvimento dessas áreas. Os primeiros sensores 
ópticos são da década de 1930, onde se monitorou continuamente o oxigênio em 
baixas concentrações, utilizando-se métodos baseado na supressão de fluorescência 
da triploflavina e fluoresceína imobilizadas em sílica gel. Em 1975 outro avanço 
importante nessa área, foi desenvolvido por Lübbers, um sensor óptico fluorimétrico 
para a determinação de oxigênio e dióxido de carbono (denominado optodo), 
utilizando pela primeira vez um feixe de fibras ópticas. A partir de então, os sensores 
químicos de fibras ópticas tem tido maior destaque na literatura, podendo-se encontrar 
dispositivos para os mais variados analitos (metais pesados, umidade, espécies 
gasosas, DNA e bactérias). (LIMA, et al., 2009). 
 
 
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Desenvolvimento 
 
Em geral, as medidas geradas nos métodos de sensores ópticos são baseadas 
nas alterações de cor e luminescência de um indicador ou reagente imobilizado. Esses 
sensores podem ser fundamentados em medidas como absorbância, reflectância, 
reflectância total atenuada e fluorescência, entre outras técnicas. Cada técnica dessa 
justifica seu uso a uma determinada área. Esse trabalho não tem como objetivo a 
explicação de cada técnica, mas sim abordar seu uso em áreas biológicas, industrial 
e ambiental. 
Os sensores ópticos tem sido fonte de bastantes estudos para a área biológica, 
com pretensões de criar métodos mais precisos e com custos menores. Umas das 
formas que essa tecnologia vem sendo explorada, é na detecção de compostos 
biológicos como glicose, tirosina, arginina e compostos quirais. 
A praticidade que as tecnologias do infravermelho têm demonstrado ao 
mercado, tem chamado atenção e sido utilizada na indústria, e isso deve-se ao fato 
dessas técnicas possibilitarem um acompanhamento remoto, em condições muitas 
vezes hostis. As ideias para uso dos sensores têm ganhado cada vez mais espaço, 
demonstrando um potencial que pode ser ainda maior. Uma dessas tecnologias que 
podem ser exemplificadas é um sensor óptico que permite medidas simultâneas em 
diferentes pontos para monitorar vazamentos de hidrocarbonetos em tanques e 
tubulações, ideia proposta por Buerck e colaboradores. Outras técnicas envolvem 
medidas em reatores, em desengordurantes industriais, facilitando processos 
industriais. (LIMA, et al., 2009). 
No aspecto ambiental, esses métodos têm se tornado importantes aliados, 
principalmente em temas referentes a contaminação de água por hidrocarbonetos, o 
maior desafio dessa prática é a determinação de hidrocarbonetos aromáticos e/ou 
clorados em águas de forma direta, por conta da baixa concentração e também alta 
absorção no espectro infravermelho. Uma saída para isso foi extrair o analito da fase 
aquosa, retirando a interferência antes relatada. (LIMA, et al., 2009). 
 
 
 
 
 
 
 
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Conclusão 
 
Como foi possível perceber, a tecnologia dos sensores com detecção no 
infravermelho tem sido importante para diversas áreas, seja ela biológica, industrial 
ou ambiental. Essas técnicas acabam por garantir métodos mais rápidos, em que em 
minutos pode-se obter um resultado, mais precisos, devido a seletividade que muitas 
vezes a técnica tem com o analito e com um custo inferior, quando comparado com 
outros métodos convencionais. De todo modo, ainda é uma tecnologia que tem um 
grande potencial para se desenvolver e talvez em alguns anos possa estar mais 
diretamente ligado no dia-a-dia das pessoas, resolvendo e facilitando questões até 
então complexas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS: 
LIMA. Kássio, et al. Sensores ópticos com detecção no infravermelho próximo e 
médio. Química Nova, Vol. 32, No. 6, 1635-1643, 2009. Disponível em: 
https://www.scielo.br/j/qn/a/GJctQLQ46TTw5v3fCmK3JCm/?format=pdf&lang=pt 
 
RODRIGUES. Ariano De Giovanni, et al. Espectroscopias de infravermelho, Raman e 
de fotoluminescência: potencialidades e complementaridades. Revista Brasileira de 
Ensino de Física, v. 34, n. 4, 4309 (2012). Disponível em: 
https://www.scielo.br/j/rbef/a/LvkPfCR4Xgw7TyJt6BWWHyx/?format=pdf&lang=pt 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Centro das Ciências Exatas e das Tecnologias 
Curso de Farmácia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TÍTULO: RAMAN 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Introdução 
 
Chandrasekhara Venkata Raman, um indiano, nascido em 1888, graduado em 
ciências, demonstrou-se promissor desde seus 18 anos, ganhando medalhas e 
publicando artigos. Venkata Raman foi quem descobriu o efeito conhecido como 
espalhamento de Raman, sendo a primeira pessoa do continente asiático a receber 
um prêmio na área da ciência. Raman observou o efeito quando a luz atravessa um 
material, onde parte dessa luz sofrerá mudanças de onda e amplitude. 
A espectroscopia Raman permite identificar, quantificar e estudar estruturas de 
materiais orgânicos, inorgânicos e biológicos. As amostras avaliadas podem estar na 
forma de sólidos, líquidos ou gases. A técnica usada nesse método é a de 
espectroscopia vibracionais, sendo observado transições vibracionais das ligações 
químicas das amostras. Esse tipo de espectroscopia é feito através do espelhamento 
de luz pela matéria, espelhamento inelástico. Nessa técnica é utilizada uma fonte 
intensa de radiação (feixe), uma parte desse feixe é absorvido pela amostra na forma 
de calor e é possível reparar uma força perpendicular a amostra, que no caso é o 
espalhamento Raman. (PALESTRAS do Nobel , física 1922-1941). 
 
 
 
Desenvolvimento 
 
Quando a amostra é colocada em contato com a radiação, a amostra é excitada 
a um nível vibracional virtual, e ao retornar se encontra em um nível superior que o 
inicial. Nesse processo será emitido fótons, diferentes dos fótons incidentes, a energia 
desse fóton será igual a energia do fóton incidente menos a energia que corresponde 
a diferença de energia de estados de níveis vibracionais. Esse tipo de espalhamento 
é chamado de stokes. Ao submeter a amostra ao feixe, e aamostra não está em um 
nível fundamental, mas sim em um nível superior, ao retornar se encontrará em um 
nível inferior que o inicial. Dessa forma a emissão do fóton vai ter como energia a 
energia do fóton incidente mais a energia de vibração, o fóton emitido tem mais 
energia que o fóton incidente, esse espalhamento é conhecido como anti-stoke. Outro 
fenômeno é visto nas amostras, o fóton incidente promove a excitação da molécula, e 
volta ao mesmo estado inicial. O fóton emitido terá mesma energia que o fóton 
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incidido, esse tipo de espalhamento é conhecido como Rayleigh. (RODRIGUES, 
2012). 
Quando comparadas com outras técnicas de espectroscopia, na de Raman 
como já foi citado, a energia do fóton do feixe e a energia do fóton espalhado vai ser 
igual a diferença dos níveis vibracionais iniciais e de retorno. Já na espectroscopia do 
infravermelho ocorre um fenômeno de absorção, onde a energia do fóton incidente é 
igual a diferença entre níveis vibracionais após a radiação ser absorvida (onde o nível 
vibracional será maior que o anterior). Existe uma similaridade na maioria das bandas 
do infravermelho e no espectro de Raman, mesmo que sejam com intensidades 
diferentes. (RODRIGUES, 2012). 
Nem todas bandas estão presentes nos dois espectros, e isso se deve ao fato 
das regras de seletividade. No infravermelho, para que uma banda apareça em seu 
espectro é necessário que haja uma variação no momento dipolo. Já na raman precisa 
haver uma variação de polaridades, e só assim a banda será visível no espectro. Na 
espectroscopia Raman as bandas com ligações simples estarão na região de 4000 – 
2500 cm-1; duplas 2500 – 1500 cm-1; espectro complexo abaixo de 1500 cm-1; 
grupos inorgânicos, metal-ligante, vibrações de rede menor que 700 cm-1. 
(RODRIGUES, 2012). 
 
 
 
Conclusão 
A espectroscopia é um método que viabiliza de forma substancial o estudo de 
materiais inorgânicos que não conseguem ser analisadas por outras técnicas como 
FRX. Além disso a espectroscopia de Raman tem sido utilizada complementando 
outras técnicas espectroscópicas, como fluorescência de Raio X. Por isso os estudos 
e avanços nesse método tem impacto positivo em diversos estudos. 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS: 
Espectroscopia Raman. Laboratório de Arqueometria e Ciências Aplicadas ao 
Patrimônio Cultural do IFUSP. Portal IF USP. Disponível em: 
https://portal.if.usp.br/arqueometria/pt-br/logotipo. Acessado em 27/08/2021 
 
Das palestras do Nobel , física 1922-1941 , Elsevier Publishing Company, Amsterdã, 
1965. Disponível em: 
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1930/raman/biographical/. Acessado em 
27/08/2021 
 
RODRIGUES. Ariano De Giovanni, et al. Espectroscopias de infravermelho, Raman e 
de fotoluminescência: potencialidades e complementaridades. Revista Brasileira de 
Ensino de Física, v. 34, n. 4, 4309 (2012). Disponível em: 
https://www.scielo.br/j/rbef/a/LvkPfCR4Xgw7TyJt6BWWHyx/?format=pdf&lang=pt 
 
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1930/raman/biographical/