Influência da temperatura da célula de injecção e do caudal do gás de arraste

A resposta do sensor foi avaliada para 5 temperaturas diferentes da célula de injecção: 25 ºC; 50 ºC, 75 ºC, 100 ºC e 120 ºC. Neste conjunto de experiências foi utilizado um sensor constituído por um acoplador óptico direccional de 4 canais, com uma OF revestida numa secção de 13 mm com um filme de PMTFPS depositado por imersão, utilizando uma solução de revestimento de PMTFPS a 0,1 % em DCM. Neste estudo foram efectuadas 3 deposições do material polimérico em intervalos de 1 hora, sendo a temperatura de cura do filme de 70 ºC e o tempo de estabilização de 24 horas utilizando uma corrente contínua de N2. As experiências foram efectuadas a um comprimento de onda do laser de 1550 nm.

A Figura 2.28 mostra os resultados obtidos para injecções de 860
g de tolueno, a cada uma das temperaturas da célula de injecção anteriormente referidas. A diminuição de potência óptica foi consideravelmente mais elevada para aumentos de temperatura da célula de injecção de 25 para 75 ºC. A variação de potência óptica reflectida utilizando uma célula de injecção a 75 ºC foi de aproximadamente 27 dB, valor significativamente mais elevado relativamente às restantes temperaturas da célula de injecção avaliadas. Adicionalmente, e observando o perfil da resposta do sensor, é possível concluir que a resposta analítica do sensor desenvolvido é relativamente mais rápida e definida a 75 ºC (o tempo de resposta para tolueno foi obtido após 15 segundos da injecção do mesmo e o tempo recuperação foi de aproximadamente 7 segundos), do que a temperaturas de 25 e 50 ºC.

Figura 2.28 - Resposta do sensor após injecção de 860
g de tolueno a diferentes temperaturas da célula de injecção (25 ºC; 50 ºC; 75 ºC; 100 ºC e 120 ºC).

Os resultados obtidos evidenciam também que a variação de potência óptica ocorre somente na presença de moléculas de vapor, e temperaturas abaixo de 25 ºC não são suficientemente elevadas para vaporizar adequadamente os compostos orgânicos testados. Estes resultados provam a adequabilidade do sensor óptico desenvolvido para a determinação de vapores orgânicos e demonstram também que, o sensor pode ser utilizado para monitorizar VOCs em ambientes confinados, programando a temperatura de injecção em rampas de aquecimento e registando simultaneamente o valor do decréscimo de potência óptica. Este princípio poderá constituir a base para o desenvolvimento de um

sensor de OF para monitorização de misturas gasosas e determinação da sua composição química em termos de VOCs quer qualitativa quer quantitativamente.

Para temperaturas da célula de injecção superiores a 75 ºC, nomeadamente 100 e 120 ºC, a resposta analítica (potência óptica reflectida) diminui. Tal poderá dever-se ao facto do aumento da temperatura da célula de injecção promover uma vaporização do analito mais rápida, reduzindo o tempo de contacto e a distribuição do vapor na superfície sensível do sensor.

A Figura 2.29 mostra os resultados obtidos no estudo da resposta do sensor de OF, utilizando diferentes caudais do gás de arraste; 5,0; 7,7; 10,6; 14,8; 18,6; 24,3 e 30,0 mLmin-1, para quantidades de 860
g de tolueno e de 435
g de benzeno. A temperatura da célula de injecção foi mantida a 75 ºC. Os perfis da variação de potência óptica vs. corrente de azoto, na determinação de tolueno e benzeno apresentam o mesmo padrão: com o aumento do caudal do gás de arraste aumentam até atingirem um máximo e depois diminuem. O tempo de interacção entre o analito e o filme sensível diminui, com o aumento do caudal do gás de arraste, causando o arraste das moléculas de vapor orgânico pela corrente gasosa e observando-se uma diminuição do sinal analítico para caudais elevados de gás de arraste.

Caudais de gás de arraste muito baixos originam pequenos sinais analíticos tal como se mostra na Figura 2.29. Efectivamente, com a diminuição do caudal do gás de arraste, observa-se uma diminuição da altura do pico (diminuição da variação de potência óptica) e um efeito de alargamento do mesmo. Tal poderá dever-se a um arraste das moléculas de vapor da interface fibra/filme polimérico, mais lenta a caudais de gás de arraste mais baixos.

Os resultados obtidos podem ser explicados tendo em conta que o sinal analítico depende da difusão das moléculas de vapor no filme polimérico, modificando as propriedades físicas, nomeadamente o índice de refracção do filme e consequentemente a potência óptica reflectida.

Figura 2.29 - Resposta do sensor após injecções de 860
g de tolueno e 435
g de benzeno, a diferentes caudais do gás de arraste; a - exemplo do perfil da resposta do sensor; b - decréscimo de potência óptica obtida para 5 injecções efectuadas a cada caudal do gás de arraste.

Tal como se mostra nos dois gráficos da Figura 2.29b, a variação mais elevada de potência óptica, obtida pela diferença entre o valor da potência óptica antes da injecção e o valor mais baixo obtido depois da injecção de analito, foi obtida para uma gama de caudais de gás de arraste entre 10 e 20 mL min-1_{. A Figura 2.29b mostra também que o valor} máximo de variação de potência óptica foi obtido para um caudal de azoto de 14,8 mL min-1, apresentando também o valor mais baixo do desvio padrão obtido para 5 réplicas efectuadas. Na determinação de tolueno, torna-se portanto, recomendável usar um caudal

de gás de arraste de aproximadamente 15 mL min-1 como condição operacional

analiticamente mais adequada.

Na determinação de benzeno o melhor desempenho analítico do sensor de OF foi obtido para um sistema com uma corrente contínua de azoto entre 10 e 20 mL min-1, tal como verificado anteriormente para a determinação de tolueno a diferentes caudais. Porém,

o sinal analítico mais elevado, para 5 injecções efectuadas em cada caudal testado, foi obtido utilizando um sistema com uma corrente gasosa de 10,6 mL min-1, valor de caudal para o qual também se obteve menor desvio padrão. Neste caso, é aconselhável trabalhar a um caudal de gás de arraste de cerca de 11 mL min-1, que não é substancialmente diferente das condições operacionais mais adequadas, em termos de caudal de gás de arraste, obtidas na determinação de tolueno.

Os resultados obtidos neste conjunto de experiências evidenciam que o controlo da velocidade do gás de arraste e do tempo de contacto entre a fase de vapor orgânico e o filme de polímero (componente sensível do dispositivo óptico), constituem um factor determinante na sensibilidade do sistema analítico.

2.3.2 Efeito do comprimento de onda e frequência de funcionamento do laser no