Testes à transmitância aplicados aos acessórios de quartzo

A perda de transmitância, está relacionada com a quantidade de superfícies que a luz do laser conseguirá atravessar. Estudou-se qual o melhor caminho óptico para a luz de laser de modo a esta não perder grande quantidade percentual de intensidade de luz, em relação à intensidade de luz inicial.

Os valores da transmitância foram medidos por meio de um voltímetro, que mediu o sinal eléctrico, dado pelo detector para a luz de laser, sendo as unidades medidas em volts. Realizando experiências de colocação do laser, tanto horizontalmente como verticalmente, os testes apresentaram valores semelhantes, observando-se no entanto que a posição horizontal é relativamente mais sensível à luz ambiente, podendo dever-se ao ângulo de

recebimento de luz por parte do fotodetector sendo também menos prática de usar, o que levou a escolher a posição vertical para o laser e o detector.

Relativamente à posição vertical, realizaram-se testes à transmitância, colocando o lazer numa posição inferior ao forno e posteriormente numa posição superior, observando-se que os resultados são aproximados. Após os testes às temperaturas de operação dos aparatos ópticos (ver secção 9.2), decidiu-se colocar o laser numa posição inferior.

Mediu-se o valor da perda de intensidade (Tab.7 e Fig.18) à medida que, gradualmente, se colocavam as peças que seriam atravessadas pela luz do laser, ao longo da operação do analisador. Cada peça vai assim servir de obstáculo ao caminho óptico percorrido pela luz entre o laser (L) e o fotodetector (D).

O valor inicial (Io) medido em volts, foi a incidência directa do laser no fotodetector (L – D), com o laser a uma distância de 40 cm do fotodetector.

Esta intensidade inicial, a qual se considerou ser o valor para 100 % de transmitância, foi comparado com os valores de intensidade medidos após adicionar cada uma dos obstáculos ao caminho óptico. As peças foram colocadas pela seguinte ordem: tubo de quartzo (Tb), um filtro com amostra (Fa) e duas varetas de quartzo, sendo colocada primeiro uma vareta entre o detector e o forno de quartzo (Vqsup) e posteriormente, uma vareta entre o laser e o forno (Vqinf).

A transmitância (T) indica a razão entre o valor da intensidade final do laser, I (volts), após a colocação de cada obstáculo e sua intensidade inicial, Io (volts), dado pela fórmula (Harris, 2005) :

T (%) = I / Io x 100 eq. 10 O filtro de amostra é colocado no interior do tubo de quartzo numa posição horizontal e o mais próximo da parede do tubo de quartzo, onde incide a luz do laser, de modo a permitir a passagem da quantidade máxima de luz pelo filtro, após a perda de intensidade devida à reflexão e absorção pelo tubo de quartzo.

Antes de cada teste foi medido o valor da luz de fundo (Rf) de modo a saber se este se manteve constante ao longo do tempo. A luz de fundo engloba as componentes de luz no meio envolvente ao detector, nomeadamente a luz solar ambiente. Os testes foram feitos no mesmo período do dia, de modo a que esta componente se mantivesse constante.

Tabela 7 – Valores da transmitância do material de quartzo medidos com voltímetro em unidades de volt. À temperatura ambiente com laser em modo contínuo.

L – D (V) L - Tb - D (V) L - Tb - Fa - D (V) L - Tb - Fa - Vqsup- D (V) L - Tb - Fa -Vqsup - Vqinf - D (V) Testes Rf L + Rf Rf L + Rf Rf L + Rf Rf L + Rf Rf L + Rf 1 0,014 0,679 0,014 0,632 0,014 0,014 0,014 0,126 0,014 0,027 2 0,014 0,678 0,014 0,632 0,014 0,015 0,014 0,128 0,014 0,029 3 0,015 0,677 0,014 0,632 0,014 0,014 0,014 0,126 0,014 0,027 média 0,678* 0,632 0,014 0,127 0,028 T ( %) 100,00** 93,22 2,11 18,68 4,08 Perca de trans. (%) *** 0,00 6,78 97,89 81,32 95,91

* - Valor da intensidade inicial (Io) * - Valor de transmitância inicial (To)

** - Perca de transmitância relativamente à transmitância inicial

Variação da transmitância 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 L - D ( Io ) L - T b - D L - T b - F a - D L - T b - F a - V qs u p - D L - T b - F a - V q su p - V qi nf - D

Obstáculos ao caminho óptico

T

(

%

)

Figura 18 – Variação da transmitância ao adicionar obstáculos ao caminho óptico. L – Laser;

D – Fotodetector; Tb – Tubo de quartzo; Fa – Filtro com amostra; Vqsup – Vareta de quartzo colocada entre forno e fotodetector; Vqinf – Vareta de quartzo colocada entre laser e detector.

A intensidade do laser ao atravessar o tubo de quartzo reduz-se em 6,78%, indicando que este acessório apresenta uma transparência à luz de comprimento de onda de 635 nm de 94%, à temperatura ambiente. O valor é extremamente alto e aproxima-se do valor indicado pelo fabricante (Tab.5), sendo assim o indicado para a aplicação no analisador termo-óptico.

No entanto a superfície convexa do tubo, onde incide a luz de laser será uma desvantagem, devido à dispersão e reflexão de luz que pode causar.

Colocando uma vareta de quartzo entre o detector e o forno (Fig.6), consegue-se um ganho da transmitância de 17%, relativamente ao valor medido após colocar um filtro com amostra, no entanto este valor varia de filtro para filtro, dependendo da carga de partículas recolhida em cada processo de amostragem. A luz de laser ao atravessar o tubo de quartzo e o filtro com amostra, sofre interferências devido à reflexão de luz nas paredes do tubo e na superfície branca do filtro com amostra, visto que, para não ocorrer alguma perca de amostra, o lado do filtro com partículas é colocado no lado oposto à incidência da luz de laser. Ocorre perca de intensidade, também, devida à absorção dos materiais de quartzo e da massa de partículas. Estas percas são minimizadas ao colocar a vareta de quartzo, ocorrendo uma melhor condução do feixe de luz na direcção do detector, optando-se assim pela sua utilização

A colocação de uma vareta de quartzo entre o laser e o forno condiciona a ocorrência de perda de transmitância. Ao executar testes de estabilidade do laser ao longo de um período de aquecimento, confirmou-se que o sinal do laser se mantém mais estável ao colocar a vareta de quartzo entre o forno e o laser, tendo-se mantido esta vareta ao longo da realização da fase de testes inicial; no entanto, devido á elevada perca de intensidade, tornando o analisador quase inoperável ao aplicar filtros de partículas muito carregados, decidiu-se pela não aplicação desta vareta. O facto de o filtro estar colocado na superfície inferior do forno, também aumenta as perdas. Se fosse colocado mais perto da superfície superior, as perdas seriam provavelmente mais reduzidas. Por outro lado, a aplicação de esta vareta, aumenta as interferências na luz de laser nas fases de temperaturas acima dos 650ºC (ver secção 9.3.2).