Comparação das técnicas de deposição do filme de polímero na superfície da fibra

a) Estudos de superfície por microscopia electrónica

Na Figura 2.9 são mostradas as imagens obtidas por microscopia electrónica (SEM) da superfície da OF revestida com um filme de PMTFPS depositado pelas técnicas de imersão (DC), velocidade constante (CR) e pulverização (SP). Pela observação das imagens obtidas em SEM é possível inferir que, o processo de revestimento da OF com um filme de polímero afecta a textura do filme sensível obtido à superfície da OF. A superfície da OF revestida utilizando a técnica imersão apresenta uma textura irregular com bastante rugosidade, tal como se pode visualizar na expansão da superfície do filme polimérico mostrada na Figura 2.9a. O filme polimérico depositado na superfície da OF pelas técnicas de velocidade constante e pulverização é claramente mais homogéneo e uniforme conforme se pode observar nas Figuras 2.9b e 2.9c. Porém a superfície polimérica obtida pela técnica de velocidade constante (Figura 2.9b) apresenta uma estrutura fracturada que poderá ser devida a uma deposição irregular do filme de polímero na superfície da OF. O filme obtido por pulverização (Figura 2.9c) apresenta uma estrutura perfeitamente lisa e homogénea, revestindo a superfície da fibra de forma uniforme sem qualquer formação de fendas ou cavidades. Pelo que, a técnica de pulverização permite a obtenção de filmes adequados para o revestimento da OF, para aplicação em sensores.

Em resumo e tendo em conta as imagens recolhidas em SEM, é possível verificar que a uniformidade do filme de polímero aumentou à medida que as condições operacionais para deposição do filme de polímero foram sendo melhoradas, pelo que é possível inferir que o controlo da velocidade de deposição do filme e a distribuição do material polimérico na superfície da OF afectam a morfologia do filme sensível e previsivelmente afectam também o desempenho analítico do sensor de OF.

Figura 2.9 - Imagens obtidas em SEM para uma fibra óptica (OF) revestida com um filme de polímero depositado por 3 técnicas diferentes: a - imersão (DC), b - velocidade constante (CR), c - pulverização (SP); OF - fibra óptica revestida com um filme de PMTFPS, PF - expansão para melhor visualização da homogeneidade da superfície do filme polimérico, SS - plataforma do amostrador do microscópio electrónico.

b) Figuras de mérito do desempenho analítico

O argumento de que o controlo da velocidade de deposição do filme e a distribuição do material polimérico na superfície da OF afectam o desempenho analítico do sensor pode ser confirmado pelo estudo dos sinais analíticos obtidos para um sistema constituído por uma OF revestida utilizando cada uma das técnicas acima referidas e cujos resultados são mostrados na Figura 2.10.

A sensibilidade analítica, avaliada pelo declive da resposta do sensor, obtida para o tolueno com um sensor de OF revestido com um filme de polímero depositado pela técnica de SP é consideravelmente mais elevada (304,9 ± 4,4), comparativamente à sensibilidade obtida para sistemas constituídos por fibras ópticas revestidas com PMTFPS usando as técnicas CR (162,5 ± 2,8) ou DC (90,5 ± 1,6) como técnicas de deposição, tal como se

pode verificar na Figura 2.10c. Uma possível explicação relativamente a estas diferenças de sensibilidade poderá consistir nas diferentes morfologias dos filmes poliméricos obtidos pelas diferentes técnicas de deposição testadas (Figura 2.9), sendo que o sistema para o qual foi obtido maior sensibilidade analítica apresenta também um filme polimérico com uma textura mais uniforme. Por outro lado, superfícies não homogéneas originam sinais analíticos mais instáveis e com menor sensibilidade, resultante de uma maior dispersão da luz nestas superfícies.

Os resultados apresentados na Figura 2.10 evidenciam também que a técnica de deposição utilizada para revestimento da superfície da OF afecta o desempenho analítico do sensor, quer em termos de amplitude do sinal analítico (altura do pico) tal como se pode constatar na Figura 2.10a, quer em termos do valor médio da variação de potência óptica e desvio padrão dos sinais obtidos para 5 ensaios efectuados (Figura 2.10b). Sendo a variabilidade (estimada a partir do coeficiente de variação) dos resultados obtidos para um sistema de OF constituído por um filme polimérico depositado por DC relativamente superior (variando de 9,8 % na determinação de 0,03
g de tolueno a 9,4 % na determinação de 0,09
g de tolueno) à variabilidade dos resultados obtidos por exemplo para filmes mais homogéneos, tais como os filmes depositados por SP, cuja variabilidade dos resultados se situa entre 4,6 % na análise de 0,03
g de tolueno a 2,3 % na análise de 0,09
g de tolueno.

Figura 2.10 - Resposta do sensor de fibra óptica (OF) na determinação de tolueno usando uma OF revestida com um filme de PMTFPS depositado por 3 técnicas diferentes (imersão (DC), velocidade constante (CR) e pulverização (SP)); a - resposta analítica para injecções de tolueno de 0,05
g; b - média e desvio padrão obtido para 5 ensaios para cada quantidade de tolueno injectada; c - zona de resposta linear obtida para o tolueno com um sistema analítico constituído por uma OF revestida com PMTFPS e utilizando 3 técnicas diferentes (DC, CR e SP) para deposição do filme.

Os limites de detecção obtidos para os sensores e respectivos intervalos de confiança calculados (95 % com (n-2) graus de liberdade) foram de 39,6 ± 2,2 ng, 39,7 ± 2,2 ng e 40,3 ± 1,8 ng para um sensor com um filme de polímero depositado por imersão, para um

sensor com um filme de polímero depositado por velocidade constante e para um sensor com um filme de polímero depositado por pulverização, respectivamente.

Como nota final relativamente ao cálculo dos limites de detecção para os sensores constituídos por uma OF com material polimérico depositado por 3 técnicas diferentes, salienta-se que os valores obtidos realçam o elevado potencial do sistema analítico desenvolvido para motorização de tolueno a baixas concentrações, ou seja, da ordem das dezenas de ng.