Historicamente, o fenˆomeno da fosforescˆencia foi menos explorado em relac¸˜ao `a fluo- rescˆencia. Isto se justifica, uma vez que as substˆancias fosforescentes inicialmente descobertas
tinham que ser resfriadas `a -196o C, necessitando ainda da exclus˜ao do oxigˆenio e outras im-
purezas do meio (GEWEHR; DELPY, 1993a). Al´em disso, o desenvolvimento do LASER e dispositivos eletrˆonicos de alta velocidade, viabilizaram a medic¸˜ao de tempos muito curtos relativos `a fluorescˆencia. No entanto, t´ecnicas baseadas no tempo de vida de fluorescˆencia exi- gem uma instrumentac¸˜ao complexa, tendendo a um custo mais elevado. Assim, a detecc¸˜ao da intensidade de fluorescˆencia tem sido muito utilizada, apesar de ser fortemente influenciada por fatores como: fotodegradac¸˜ao do indicador, flutuac¸˜oes na intensidade do feixe luminoso de excitac¸˜ao, alterac¸˜oes no caminho ´optico, posicionamento do elemento sensor, espalhamento de luz devido `a turbidez da amostra e variac¸˜oes de absorc¸˜ao de luz pela amostra; sendo, portanto, considerado um m´etodo de menor estabilidade que a medida dos tempos de vida (GEWEHR;
DELPY, 1993a; JAKUBIAK, 1997; CAPIT ´AN-VALLVEY; PALMA, 2011).
O prolongado tempo de vida da fosforescˆencia torna o seu processo de extinc¸˜ao, frente ao oxigˆenio molecular, bem mais sens´ıvel que a fluorescˆencia. Consequentemente, a t´ecnica
da fosforescˆencia possibilita uma maior sensibilidade na detecc¸˜ao do O2(GEWEHR; DELPY,
1993a). O emprego das metaloporfirinas irregulares, sobretudo na d´ecada de 80, propiciou uma nova oportunidade para o desenvolvimento de sistemas baseados em fosforescˆencia. Tais compostos s˜ao porfirinas associadas mais comumente `a Platina e ao Pal´adio, cuja principal caracter´ıstica ´e o elevado rendimento quˆantico na formac¸˜ao dos estados tripletos, e consequen- temente, forte fosforescˆencia mesmo `a temperatura ambiente. As intensidades de luz exibidas destas metaloporfirinas, associadas aos seus longos tempos de decaimento, possibilitam o uso de uma instrumentac¸˜ao menos sofisticada quando da utilizac¸˜ao do m´etodo da fosforescˆencia resolvida no tempo (AMAO, 2003; GEWEHR; DELPY, 1993a).
Considerando-se que apenas um tipo de mol´ecula extintora est´a presente, bem como n˜ao h´a sobreposic¸˜ao do sinal de excitac¸˜ao com a luminescˆencia, os decaimentos das emiss˜oes corres- pondem a uma equac¸˜ao monoexponencial t´ıpica:
onde Ip(t): intensidade instantˆanea de fosforescˆencia para um dado tempo; Ip(max): intensidade
inicial de fosforescˆencia, e τ: tempo de vida de fosforescˆencia de acordo com a concentrac¸˜ao
de O2presente (representa a velocidade de decaimento do fenˆomeno, correspondendo ao tempo
necess´ario para que a intensidade atinja 1/e de seu valor inicialmente considerado).
A figura 5 apresenta o sinal de tens˜ao el´etrica correspondente ao decaimento da fosfo- rescˆencia de uma metaloporfirina, PdTFPP, imobilizada em PVC. Neste exemplo, na ausˆencia
de O2 a amplitude m´axima do sinal atinge 13,8 V, com um tempo de vida de 965 µs. Quando
a concentrac¸˜ao do extintor ´e elevada para 10%, a amplitude m´axima cai para 8,80 V, e o tempo de vida para 604 µs (DE MORAES FILHO et al., 2012). De acordo com a teoria anteriormente
apresentada, um aumento de O2 resulta na reduc¸˜ao da intensidade e tempo de vida do sinal de
emiss˜ao.
Figura 5: Decaimento do sinal de fosforescˆencia da PdTFPP imobilizada em PVC para duas concentrac¸˜oes de O2
Fonte: De Moraes Filho et al. (2012).
A equac¸˜ao 11 evidencia a possibilidade da utilizac¸˜ao de sinais de transduc¸˜ao correspon-
dentes aos valores de Ip(max) ou τ. A detecc¸˜ao das intensidades ´e conhecida como m´etodo
est´atico (Steady State), j´a para os tempos de vida, duas t´ecnicas para a sua determinac¸˜ao tˆem sido aplicadas:
(a) An´alise temporal (dom´ınio do tempo): consiste na gerac¸˜ao de um pulso de luz para a excitac¸˜ao das mol´eculas, e o posterior monitoramento do decaimento da emiss˜ao (con- forme apresentado na figura 5); tal metodologia ´e denominada de excitac¸˜ao pulsada. O tempo de vida correspondente ´e determinado atrav´es do c´alculo da constante de de- caimento da curva exponencial detectada. Desde simples regress˜oes exponenciais, at´e m´etodos mais refinados como a determinac¸˜ao r´apida do tempo de vida, RLD, tˆem sido
reportados (BORCHERT et al., 2011; NAGL et al., 2009). ´E importante que a durac¸˜ao
o tempo de vida a ser mensurado, evitando a sobreposic¸˜ao do sinal de excitac¸˜ao com o sinal de luminescˆencia. No caso da fluorescˆencia, tempos de excitac¸˜ao da ordem de pi- cossegundos, ou at´e inferiores, s˜ao necess´arios, o que exige normalmente a utilizac¸˜ao de um LASER. Como resultado, uma instrumentac¸˜ao cara e complexa, consistindo de um LASER pulsado e sistemas de aquisic¸˜ao de alt´ıssima velocidade, ´e requerida. Conforme citado anteriormente, a fosforescˆencia resolvida no tempo possibilita a utilizac¸˜ao de uma instrumentac¸˜ao menos sofisticada em virtude de seus longos decaimentos (GEWEHR; DELPY, 1993a; SCHNEIDER, 1995; JI et al., 2009);
(b) Deslocamento de fase (dom´ınio da frequˆencia): o sinal de excitac¸˜ao ´e modulado por um sinal senoidal cujo per´ıodo deve ser o mais pr´oximo poss´ıvel do tempo de decaimento da luminescˆencia. Assim, o sinal de luminescˆencia acompanha o sinal de excitac¸˜ao com um certo atraso. Obtendo-se a defasagem angular entre os dois sinais, o tempo de vida pode ser obtido atrav´es da equac¸˜ao 12 (GEWEHR; DELPY, 1993a; SCHNEIDER, 1995):
τ =tanΦ
2π f (12)
onde Φ: defasagem angular entre o sinal de excitac¸˜ao e luminescˆencia, e f : frequˆencia de modulac¸˜ao.
A construc¸˜ao de um dispositivo pertinente a este m´etodo, implica no uso de um circuito para modulac¸˜ao optoeletrˆonica de alta velocidade, um amplificador LOCK-IN, e uma unidade de processamento de sinal com ampla largura de banda (JI et al., 2009).