CAPÍTULO 3. DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO DE BAIXO CUSTO
3.1. Introdução
3.1.1. Instrumentação para detecção de quimiluminescência
Em relação a instrumentação para a detecção de quimiluminescência, esta pode ser resumida em uma cela onde são adicionadas as soluções e um aparato para a quantificação da luz emitida. Os dispositivos de detecção são simples, em comparação com outras técnicas fotométricas, pois não existe uma fonte de radiação e um monocromador usualmente não é necessário, salvo em procedimentos em que se utilizam mais de um tipo de ativador para o sistema peróxi-oxalato.
As configurações dos sistemas para a detecção de quimiluminescência podem ser classificadas de acordo com o método de adição dos reagentes, ou seja em estáticos (batelada) e em fluxo.
Em sistemas estáticos, a amostra é colocada na cela de detecção do luminômetro e o reagente luminescente é adicionado utilizando-se uma seringa ou um injetor automático. A mistura das soluções é obtida pela rápida adição dos reagentes ou através de sistemas especiais de mistura. Apesar da simplicidade, luminômetros em batelada não são adequados para luminescência de curta duração (< 15 s), pois não se obtém resultados reprodutíveis.17 Outros métodos para a mistura das soluções da amostra e dos reagentes em sistemas estáticos são descritos na literatura,52 porém, a presença de componentes mecânicos tornam o sistema complexo.
A utilização dos sistemas em fluxo possibilitou o começo de uma nova era para os trabalhos utilizando quimiluminescência.21 Atualmente, a maioria dos trabalhos envolvendo reações quimiluminescentes utilizam sistemas em fluxo, em especial a análise por injeção em fluxo (FIA), pois esta é uma técnica que permite de forma simples e reprodutível a introdução da amostra e dos reagentes na cela de detecção e também permite realizar em linha, etapas de pre- tratamento, tanto químico quanto físico.53 Com a análise por injeção em fluxo é possível obter ainda uma alta freqüência analítica e um baixo consumo de reagentes, empregando uma instrumentação de baixa complexidade.7
Na literatura, a utilização de sistemas em fluxo para detecção de quimiluminescência foi inicialmente proposta por SEITZ e HERCULES,54, em 1972, para determinação de Fe(II) em baixas concentrações, utilizando a propriedade catalítica deste metal na oxidação do luminol pelo peróxido de hidrogênio. O diagrama de fluxos proposto pelos autores é muito parecido com os diagramas de fluxos apresentado por RUZICKA e HANSEN6,7 em trabalhos de análises por injeção em fluxo (FIA) publicados anos mais tarde. A amostra era introduzida por uma alça de amostragem em um fluxo transportador, que
conduzia a amostra até a cela de detecção, onde também eram introduzidas as soluções de luminol e de peróxido de hidrogênio.
Atualmente, a mistura em fluxo das soluções de amostra e reagentes de quimiluminescência é realizada de forma mais eficiente se feita antes da zona de amostra atingir o detector. A distância da confluência, onde as soluções se encontram, até a cela de fluxo é mantida a menor possível para minimizar perdas de radiação emitida.53
Em relação à cela de detecção, na maioria desses trabalhos é o próprio reator onde ocorre a reação que resulta na emissão de radiação eletromagnética, o qual é colocado em frente à fotomultiplicadora. A cela é construída por um tubo de vidro com 1-2 mm de diâmetro interno, com a geometria em espiral achatada.55
Outra forma que a cela de detecção pode apresentar é a de lâmina, que possui uma grande superfície transversal e uma pequena profundidade. Este tipo de cela de fluxo foi desenvolvida por STIEG e NIEMAM,56 os quais também estudaram parâmetros que influenciam o seu desempenho e desenvolveram um modelo matemático para prever a intensidade da radiação emitida. Os autores concluíram que a intensidade da radiação emitida é aumentada quanto maior for a área transversal e a profundidade da cela, porém dificuldades de limpeza são um fator negativo para o uso em química analítica. Outros fatores que também devem limitar as dimensões da cela são a disponibilidade da solução da amostra e do reagente, pois quanto maior o volume da cela de fluxo maior será o gasto destas soluções.
Segundo LEWIS et al.,53 apesar da cela em lâmina ser menos eficiente que a cela em espiral, ela é mais robusta, sendo possível sua utilização com diferentes sistemas de quimiluminescência, pois "a cela em espiral pode requerer modificações para otimizar o seu volume para diferentes tipos de reação",17 como por exemplo, o número de espirais.
É interessante salientar, que de acordo STIEG e NIEMAM,56 a intensidade de luminescência detectada é apenas uma fração média de toda radiação gerada pela reação, pois os fótons que não são emitidos na direção ao detector, são detectados somente após refletir nas paredes da cela de fluxo. Portanto, a cela de fluxo deve ser capaz de coletar essa luz para melhorar o seu desempenho.
A luminescência é tipicamente medida por luminômetros de bancada, que utilizam fotomultiplicadoras como meio de detecção da radiação eletromagnética gerada na reação. Apesar da alta sensibilidade deste detector de radiação, este aparato está limitado ao laboratório devido ao tamanho, à fragilidade e ao custo. Aplicações que necessitam de medidas de campo, esbarram nesta dificuldade, portanto faz-se necessário o desenvolvimento de luminômetros de baixo custo e que possam ser operados em diferentes ambientes57. Diante destas dificuldades, o número de trabalhos que utilizam fotodiodos para o monitoramento de reações de quimiluminescência é crescente na literatura22,58 e, apesar de não serem tão sensíveis como as celas fotomultiplicadoras, os fotodiodos são fáceis de usar e de pequeno tamanho, podendo ser acoplado à sistemas miniatura de análise.57
Utilizando as vantagens dos fotodiodos descritas acima, neste capítulo, é proposto um dispositivo simples, robusto e de baixo custo para medidas por quimiluminescência em sistemas de análise em fluxo. Visando melhorar a sensibilidade, foi investigado o emprego de dois fotodiodos acoplados à cela de fluxo. O desempenho do dispositivo foi avaliado empregando como modelo a oxidação de luminol por peróxido de hidrogênio em meio alcalino.