Efeito da temperatura de cura do filme de polímero

(sensibilidade e limite de detecção de ~ 305 dB
g-1 e 1,4 ng, respectivamente). Tal como já referido anteriormente, os cálculos dos limites de detecção assumem que o modelo linear é válido para além da região linear demarcada. Também neste caso tal hipótese não é verdadeira e os valores dos limites de detecção servem apenas para estabelecer termos comparativos entre o efeito de 1 e 3 ciclos de deposição.

O sistema analítico constituído por uma OF com um filme de polímero de aproximadamente 2 nm (obtido com 1 ciclo de deposição) apresenta um tempo de resposta mais rápido (a diminuição do sinal óptico ocorre após 18 segundos da injecção de tolueno) relativamente ao tempo de resposta obtido para um sistema com um filme de 8 nm de espessura (a diminuição do sinal óptico ocorre após 22 segundos da injecção de tolueno). Em resumo os resultados obtidos sugerem que a utilização de filmes poliméricos extremamente finos de aproximadamente 2 nm, permite melhorias significativas no desempenho analítico do sensor de OF. Neste estudo não foram testados revestimentos com espessura inferior a 2 nm, considerando-se este valor como mínimo em termos de espessura do filme de revestimento, uma vez que a obtenção de filmes mais finos é um processo mais complexo, sendo a determinação da espessura final tecnicamente mais difícil e menos rigorosa.

2.2.4.6 Efeito da temperatura de cura do filme de polímero

Após a deposição do material polimérico pela técnica de pulverização, a OF foi colocada a 25 ºC, a 70 ºC e a 140 ºC para a fase de cura do filme de revestimento. A superfície da OF obtida nestas experiências foi caracterizada por SEM (Figura 2.22) e termogravimetria (TG). Nas imagens de SEM mostradas na Figura 2.22a obtidas para um filme de polímero curado a 25 ºC é possível verificar que a superfície do filme é muito irregular e não uniforme. Tal como verificado anteriormente este tipo de filme, cuja cura é inexistente ou é efectuada a temperaturas relativamente baixas, apresenta uma estrutura pouco uniforme. Para além disso estes filmes apresentam maior susceptibilidade a contaminações tal como sugere a observação da Figura 2.22a.

Por outro lado, as imagens de SEM revelam que temperaturas mais elevadas (140 ºC) relativamente à cura do filme de polímero, também não produzem uma superfície com

morfologia adequada para utilização em sensores de OF, especialmente em termos de uniformidade tal como se mostra na Figura 2.22c. O cordão óptico apresentou danos estruturais devido à exposição a temperaturas de 140 ºC durante 24 horas, que podem diminuir a resistência do cordão, bem como causar perdas de luz por dispersão do feixe luminoso. O filme mais homogéneo foi obtido a uma temperatura de cura de 70 ºC (Figura 2.22b).

Figura 2.22 - Imagens de SEM da superfície da OF revestida com um filme de polímero curado às seguintes temperaturas: 25 ºC (a), 70 ºC (b) e 140 ºC (c); OF - fibra óptica revestida com um filme de PMTFPS, PF - superfície do filme polimérico, SS - plataforma do amostrador do microscópio electrónico.

Comparativamente aos sistemas com filmes poliméricos curados quer a 25 ºC quer a 140 ºC, este sistema analítico (constituído por uma fibra óptica revestida com polímero curado a 70 ºC) apresenta uma sensibilidade analítica mais elevada, bem como um valor de desvio padrão (obtido para 5 ensaios efectuadas para cada quantidade de tolueno analisada) relativamente menor, tal como mostram as Figuras 2.23 e 2.24.

Figura 2.23 - Decréscimo de potência óptica (média e desvio padrão) obtido para 5 ensaios efectuados para cada quantidade de tolueno analisada, usando filmes poliméricos curados a 25 ºC, 70 ºC e 140 ºC.

Figura 2.24 - Calibração linear obtida para o tolueno usando filmes poliméricos curados a 25 ºC, 70 ºC e 140 ºC.

O limite de detecção calculado para um sistema constituído por uma OF revestida com um filme de polímero curado a 70 ºC foi de 40,3 ± 1,1
g, 59,3 ± 4,1
g para um filme de polímero curado a 25 ºC e 79,4 ± 5,7
g para um filme de polímero curado a 140 ºC. O cálculo do limite de detecção foi efectuado com base no primeiro ponto da recta de calibração, para o qual se estimou o intervalo de confiança 95 % com (n-2) graus de liberdade.

Para avaliar a estabilidade térmica do filme de polímero, foi realizada uma análise termogravimétrica (TG) de fibras ópticas revestidas com PMTFPS, usando um equipamento Shimadzu, modelo TGA-50. A amostra de aproximadamente 1,5 mg foi submetida a um programa de temperaturas a uma taxa de 3 ºC por minuto, sob um caudal de azoto de 20 mL min-1. A análise do branco foi efectuada utilizado uma OF decapada e sem filme polimérico. A Figura 2.25 mostra os resultados de TG obtidos para uma OF com um filme de PMTFPS e para o branco.

Figura 2.25 - Análise de TG de uma OF revestida com um filme de PMTFPS e do branco (OF sem revestimento polimérico).

O filme de polímero mostra elevada estabilidade térmica, não tendo sido registada qualquer perda de massa significativa em toda a gama de temperaturas usadas para a cura do filme polimérico. No entanto, o valor da temperatura de cura do filme constitui um parâmetro importante relativamente ao desempenho analítico do sensor, tal como se mostra

nas Figuras 2.23 e 2.24 afectando a morfologia, textura e padrão de distribuição do filme na superfície da OF, tal como evidenciam as imagens de SEM da Figura 2.22.

2.2.4.7 Efeito do comprimento da zona sensível da fibra óptica (OF)

A Figura 2.26 composta por vários gráficos resume os resultados dos estudos sobre o comportamento do sensor usando diferentes comprimentos da zona sensível, ou seja a secção de fibra óptica revestida com um filme de PMTFPS.

Figura 2.26 - Efeito do comprimento da zona sensível no desempenho analítico do sensor na análise de 0,06
g de tolueno; CC - gama linear de resposta do sensor.

Os resultados obtidos indicam que o comprimento da zona sensível afecta consideravelmente o desempenho analítico do sensor de OF.

O sinal analítico obtido durante a determinação de 0,06
g de tolueno é cerca de 2 vezes superior quando o comprimento da zona analítica aumenta de 5 mm para 15 mm,