Universidade Federal de Juiz de Fora UFJF Instituto

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Depto. de Química Tópicos em Métodos Espectroquímicos Aula 3 – UV-Vis (parte 3) Doutoranda: Jemima Gonçalves Pinto da Fonseca Juiz de Fora, 2017

Redes • Componente óptico refletivo ou transmissivo com uma série de linhas impressas próximas. Quando a luz é refletida pela rede, cada linha se comporta-se como uma linha de radiação separada. • Regulada por uma série de ranhuras paralelas próximas; Rede Echellette Ranhuras com faces largas Difração eficiente

Redes • Fornece uma difração muito eficiente da radiação. O feixe difratado é refletido com um ângulo r, o qual depende do comprimento de onda da radiação. n= ordem de difração (número inteiro e pequeno) d = distancia entre ranhuras i = ângulo de incidência do feixe r = ângulo do feixe refletido

• Exercício 4. Uma rede Echelette contendo 1450 ranhuras por milímetro foi irradiada com um feixe policromático a um ângulo de incidência de 48° em relação à normal da rede. Calcule o comprimento de onda da radiação que apareceria a um ângulo de reflexão de +20, +10 e 0 graus. Dica: Obtêm-se o valor de d (conversão de mm para nm)

Filtros • Os filtros operam pela absorção de toda a radiação com exceção de uma banda estreita. Os empregados são: filtros de interferência e absorção. Filtro mais simples: vidro colorido!!!!

• Filtros de interferência (absorção): passam a radiação na região de interesse e refletem os outros comprimentos de onda; • Empregados com as radiações UV/Vis e comprimentos de onda de até 14µm no IV; • Baseia-se na interferência óptica para produzir uma banda de radiação estreita (5 a 20 nm de largura); Interferência construtiva da radiação Remoção destrutiva da radiação Camada fina de material dielétrico transparente: isolante + Filme metálico fino t = espessura da camada do dielétrico (transparente) h= índice de refração n = ordem de interferência (número inteiro)

• Filtros de absorção: menor custo e mais robusto, limitados na região do visível. • Placa de vidro colorido que remove parte da radiação incidente por absorção; • Larguras de bandas efetiva na faixa de 30 a 250 nm;

Detectores • Dispositivo que indica existência de fenômeno físico; • Produz um sinal elétrico quando é golpeado por um fóton; • Depende do comprimento de onda dos fótons incidentes; • Transdutor: detector que converte luz, p. H, massa e temperatura em sinais elétricos que podem ser amplificados, manipulados e convertidos em números;

Propriedades dos Transdutores • Responde rapidamente a baixos níveis de energia radiante em uma ampla faixa de λ; • Sinal elétrico fácil de ser amplificado; • Baixo nível de ruído elétrico; • Essencial que o sinal seja proporcional à potência radiante do feixe: • G = Resposta elétrica do detector (A) • K = Sensibilidade do detector (A resposta elétrica/W(potência radiante) • K´= Corrente na ausência de radiação (corrente de escuro – constante de resposta)

Tipos de Transdutores • Foto-emissão: baseados na interação da radiação com uma superfície reativa para produzir elétrons (foto-emissão) = UV, Vis e IV; λ < 2. 000 nm (2µm); Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Título: Desenvolvimento de um Sistema de Detecção de Fótons em Coincidência para Estudos de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET); PET A tomografia por emissão de pósitrons ou PET (positron emission tomograph ) é um dos mais modernos procedimentos de diagnóstico médico, que fornece imagens dos órgãos em atividade (imagens funcionais). Ele é um mapa de distribuição de um radio-fármaco emissor de pósitrons em uma determinada região do corpo.

Dentro do corpo, o pósitron emitido se aniquila com os elétrons do meio, emitindo dois fótons que possuem a energia da massa de repouso do elétron que é de 511 ke. V, na mesma direção, mas em sentidos contrários. Os radio-fármacos emissores de pósitron são normalmente produzidos num acelerador como o ciclotron, e na clínica ou hospital é injetado no paciente, que será submetido ao exame no aparelho de detecção. O sinal detectado é convertido em imagem digital através de modelos matemáticos que fazem a reconstrução de imagens. Para que a aniquilação seja detectada e transformada em imagem, os dois fótons resultantes da aniquilação do par devem ser detectados simultaneamente. Esse sinal é transformado em coordenada geométrica e armazenada no computador.

Tipos de Transdutores • Fotocondução: promovem elétrons para os estados energéticos, nos quais podem conduzir eletricidade (IV próximo, médio e distante); • Detecção da radiação IV: aumento de T do material escurecido ou mede-se o aumento de condutividade elétrica quando absorve radiação;

Detectores de fótons - Monocanais • Fototubos: fotocátodo em um ânodo em forma de fio, sob vácuo. Dentro do cilindro um metal alcalino (óxido metálico) que emite elétrons quando irradiado com luz de energia apropriada; fotoemissivo Fotoelétrons ejetados por unidade de tempo é Proporcional a potência radiante do feixe incidente

Detectores de fótons: • Fotomultiplicadores: (TFM) Mais sensível, ao invés de um fio no ânodo ele possui uma série de eletrodos (dinodos), produzindo muitos elétrons;

• Fotomultiplicadores: Amplificação do número de elétrons

• Células Fotocondutivas: Também conhecidas como fotorresistores ou resistores dependentes da luz (Light Dependent Resistors – LDR). São dispositivos semicondutores que tem sua condutibilidade variável, em função da incidência de radiação eletromagnética em sua superfície. • Filme fino do material semicondutor (TMC – telureto de mercúrio e cádmio) sobre uma superfície de vidro selado em invólucro a vácuo. • Absorção de radiação por esses materiais promove e- a estados de camadas mais altos, decrescendo a condutividade elétrica; • Útil para IV médio e distante;

• Fotodiodos de Silício: silício cristalino é um semicondutor. Excitação forma vacâncias (buracos). A condução de um semicondutor envolve o movimento de e- e vacâncias em direções opostas; • Tecnologia atual do silício: fabricação do diodo pn que respondem à luz incidente por meio de pares elétron-vacâncias; • Funciona como detector de radiação porque os fótons UV e Vis criam elétrons e vacâncias adicionais. O aumento da condutividade é diretamente proporcional à potência radiante – medido facilmente; Sensibilidade Fototubo < Sensibilidade semicondutores < Sensibilidade Fotomultiplicadora

Detectores de fótons - Multicanais • Arranjo de diodos: fotodiodos de silício em série numa única lâmina; • Vantagens: λ monitorados simultaneamente; • Espectroscopia de alta velocidade (nanosegundos);

Detectores de fótons - Multicanais • Dispositivo de Transferência de Carga: para igualar ou aproximar do desempenho dos tubos fotomultiplicadores; • CID (Dispositivo de injeção de carga): variação de voltagem do movimento da carga é medida; • CCD (Dispositivo de acoplamento de carga): carga é movida para um amplificador sensível;

Detectores Térmicos • Apresenta uma superfície enegrecida que absorve radiação IV, aumentando sua T. O aumento da T é convertido em sinal elétrico, amplificado e medido. • Desvantagem: radiação térmica do ambiente; • Menor precisão; Pneumáticos: câmara com xenônio e membrana enegrecida; Bolômetro: resistência elétrica varia com a T;

Fotômetros e Espectrofotômetros UV-Vis • Espectrômetro: instrumento que utiliza monocromador ou policromador juntamente com o transdutor para converter intensidades radiantes em sinais elétricos; • Fotômetro: filtro para λ, simplicidade, baixo custo e robustez. Aplicação: cromatografia, eletroforese etc. Região do Vis; • Espectrofotômetro: espectrômetros que medem a razão entre as potências incidentes e transmitidas (Absorção). Aplicação: alteração do λ = espectro de absorção. Regiões do UV-Vis e IV próximo;

Instrumentos de Feixe Único Medidas quantitativas de absorção em um único λ Simplicidade, baixo custo e facilidade de manutenção

Instrumento de Feixe Duplo simultaneamente Feixe duplo temporal

Aplicações

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Aplicações

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Busca do diagnóstico na tentativa de evitar a contaminação • O episódio do isolamento do HIV-1 no Brasil e na América Latina, que culmina com a publicação do artigo que descreve o trabalho na revista Memórias do Instituto Oswaldo Cruz em 1987, tem início dois anos antes, de forma bastante pitoresca. Em 1985, o casal de pesquisadores Hélio e Marguerite Pereira – ela, chefe do Laboratório de Saúde Pública de Londres; ele, renomado virologista brasileiro naturalizado inglês – forneceu a Bernardo Galvão duas garrafinhas que abrigavam células humanas infectadas pelo vírus da Aids. O material, cedido a Peggy – como Marguerite era conhecida – pelo pesquisador norte-americano Robert Gallo, envolvido no isolamento do HIV-1 nos Estados Unidos, serviu de base para os estudos que levaram ao isolamento do vírus da Aids na América Latina. • Com o material em mãos, o primeiro passo dos pesquisadores do IOC foi trabalhar para implantar as técnicas necessárias para a identificação sorológica da infecção causada pelo HIV-1, dando início ao processo de desenvolvimento do primeiro kit diagnóstico brasileiro, realizado por imunofluorescência – técnica que sinaliza, por iluminação ultravioleta, a presença de antígenos ligados a anticorpos específicos. “Quando recebemos as amostras de vírus cedidas por Robert Gallo, o HIV-1 já havia sido isolado na França e nos Estados Unidos. O mais urgente, para nós, era desenvolver um método de diagnóstico que permitisse a confirmação da doença em casos suspeitos”, Galvão ressalta.