o mbém a avaliação de estruturas miniaturizadas, quanto à adsorção e/ou catálise.
.7.1 Avaliação dos filmes
r-se adsorvente.
Sistemas de admissão em fluxo também são usados em microbalanças de quartzo (QCM). Um sistema de baixo custo foi proposto por Matos [127] e desenvolvido para uso em QCM por Nascimento [128] para fluidos líquidos. O sistema de admissão de líquidos possui um compressor de ar que empurra a água, mantida em um recipiente, até a estrutura sob análise e também o detector, no caso baseado na técnica de QCM. A admissão da amostra utiliza seringas descartáveis. Santos [129] utilizou tal arranjo também para reagentes gasosos, no c
n
Neste item aborda-se não só a avaliação de filmes, ou superfícies, com ta
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Para avaliar o comportamento dos filmes finos, e possível uso em catálise, pode-se usar Microscopia Raman, Microbalança de quartzo e Espectrometria de Massas. Microscopia Raman pode ser utilizada no filme adsorvente exposto ao produto sob análise, muitas vezes sem a necessidade de preparação de amostras. Microbalança de quartzo é uma técnica de análise que permite detectar, entre outras coisas, pequenas variações na concentração de um reagente em solução líquida ou gasosa [130]. Portanto, esta técnica pode ser utilizada para avaliação quantitativa de adsorção e indicação da possibilidade de catálise. Espectrometria de Massas é uma
técnica que pode analisar on line pequenas porções de amostra determinação da estrutura de um composto; deste modo esta técnica pode ser utilizada para
valiação da reação de catálise com ou sem aquecimento no sistema.
.7.2 Avaliação das estruturas
ossibilidades e o sensor comercial escolhido são mbém brevemente descritos.
.7.2.1 Arranjo experimental do QCM
CM, normalmente designada como cela, é fundamental para a operação do sistema. a
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Este trabalho utilizou dois detectores distintos para avaliar as estruturas quanto à catálise: microbalança de quartzo e espectrometria de massas, com maior ênfase à primeira; portanto, o fundamento teórico desta é brevemente descrito a seguir. Muito embora equipamentos que utilizem a microbalança de quartzo possam ser projetados para ter pequenas dimensões [131], para a produção de um sistema miniaturizado, ou pelo menos portátil, é comum o uso de outros sensores, de menor custo. Assim, algumas outras p
ta
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Microbalança de Quartzo é uma técnica bem conhecida [132,133,134], que Varela [135] recentemente revisou, baseada na oscilação mecânica de um cristal piezelétrico. Para ocorrer a oscilação, um campo elétrico é aplicado entre dois depósitos metálicos sobre as faces do cristal. A aplicação de um campo elétrico alternado produz a oscilação, que está confinada à região do cristal definida pela superfície do filme metálico depositado [135]. Esta configuração permite situar o cristal em uma célula, por exemplo, montada entre anéis com alta resistência química e elasticidade (silicone ou viton). A Figura 2.8 apresenta o cristal utilizado e a cela miniaturizada proposta por Michalzik para uma microbalança de quartzo. O diâmetro dos anéis utilizados deve ser maior que a superfície ativa (definida pelo diâmetro do filme metálico depositado) para evitar a produção de tensão mecânica na zona de oscilação do cristal. Este fenômeno define as características do desenho para adequar o cristal à célula. Portanto, a região onde é mantido o Q
Figura 2.8:Esquema da microbalança de quartzo[135].
Ainda segundo Varela [135], as variações na freqüência que correspondem a uma adição ou subtração de massa podem ser descritas utilizando a equação de Sauerbrey (Equação 3). m K m A f F c C Δ − = Δ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = Δ ρ μ 2 0 2 Equação 3
Onde, ΔF é a variação de freqüência de ressonância em Hz, A é a área geométrica piezeletricamente ativa, definida pela projeção dos filmes metálicos depositados sobre o cristal, f0 é a freqüência fundamental do cristal, μc e ρc são
massa reduzida e densidade do fluido e Δm a variação de massa. Portanto, a variação de freqüência é proporcional (K) à variação de massa.
Algumas condições são importantes:
• Os filmes devem estar rigidamente ligados ao metal;
• As variações de freqüência devem ser menores que 2% da freqüência de ressonância;
• Variações na viscosidade do meio ou do filme, assim como variações na tensão mecânica sobre o cristal, produzem variações na freqüência fundamental.
Existem inúmeros filmes adsorventes que podem ser utilizados para melhorar a sensibilidade da técnica; no presente caso utilizou-se filme obtido pela polimerização por plasma de hexametildissilazana [136].
2.7.2.2 Outros detectores
Sensores de pequenas dimensões são comuns e atualmente já estão se apropriando dos desenvolvimentos da nanotecnologia [137]. Alguns desses sensores utilizam a catálise, como mencionado anteriormente, etc.
O presente trabalho contou com o uso de um sensor a base de óxido de estanho por este apresentar, entre outras vantagens, baixo custo e características compatíveis com os propósitos do trabalho. É composto por um óxido fino que é depositado em um substrato cerâmico contendo eletrodos de ouro. No lado reverso do substrato, uma camada de RuO2 é depositada, cuja função é servir como
aquecedor do elemento sensível [138]. Fios de metal proporcionam contato elétrico entre o óxido e o resto das partes eletrônicas. Quando o óxido de metal é aquecido, moléculas de O2 são adsorvidas na superfície. Elétrons são transferidos para o
oxigênio adsorvido, deixando uma carga positiva na camada de óxido. As cargas positivas do SnO2 agem como uma barreira ao fluxo de elétrons e aumenta a
resistência do sensor. Na presença de gases combustíveis – como, por exemplo, etanol – a razão de oxigênio disponível diminui, fazendo com que haja menos oxigênio para aceitar elétrons do SnO2, o que implica em uma diminuição da
resistência do sensor.
A combinação temperatura/composição metal-óxido rende respostas diferentes para vários gases combustíveis. Este sensor apresenta alta sensibilidade a gases combustíveis, além de apresentar longa durabilidade. No entanto, sua sensibilidade é afetada pela presença de água e a seletividade é baixa, além de sofrer envelhecimento (“aging”) ou envenenamento. A Figura 2.9 apresenta esquema do sensor utilizado e do diagrama elétrico necessário para sua instalação.
A B