Espectrofotômetro: Análise de Feixe - Refletido vs Transmitido

Feixe Refletido e Transmitido: Difração e o Comprimento de Onda

Para calcular o Comprimento de Onda pelo Motor de Passo, primeiramente devemos saber como o feixe da luz visível (o que vem da lâmpada) é decomposto nas cores do espectro e que formaram as raias visíveis no anteparo. Ou seja, antes de saber como calcular o comprimento de onda, devemos saber:

"como e porque as raias, que são definidas pelos comprimentos de onda estam ali"

(e depois de saber, calculamos o dito!)

Análise do Feixe: Transmitido vs Refletido

Assim, agora estudaremos como calcular os comprimentos de onda das raias que formam o espectro do feixe que sofreu difração, e de que modo este "desvio" resultará nas raia do espectro. Acontece que a análise do espectro do feixe difratado pode ocorrer com dois tipos de "arquitetura":

• Análise por Feixe Transmitido: 

• o feixe de luz sai da fonte, é convergido por uma lente, e sofre difração em uma rede de difração, a partir do qual será transmitido, até que as raias formadas sejam detectadas pelo sensor (um conversor de frequência, no nosso caso), e sabendo os parâmetros geométricos da montagem (como indicado no esquema da figura, o triângulo retângulo DxL), é possível se calcular os valores angulares, e consequentemente, o comprimento de onda.

Ou

• Análise por Feixe Refletido

• feixe de luz sai da fonte, é convergido por uma lente (na imagem ão está representada, embora seja usada para convergir o feixe), e sofre difração na rede de difração (na imagem, representada por um CD). Esta rede é girada (a partir de um motor, ou em um goniômetro nos equipamentos educacionais), de forma a observarmos o ângulo de difração para cada linha. Com posse deste valor se calcula os valores de comprimento de onda, com o veremos no próximo item.  

Agora sabemos as montagens que podemos utilizar. Devido a questões da estrutura do scanner para ser melhor aproveitado, de forma a se mover o sensor e não a rede de difração, preferimos adotar o primeiro esquema, fazendo a análise do espectro via feixe transmitido. Assim, vamos, ENFIM, aos cálculos do comprimento de onda do espectro.

Cálculo do Comprimento de Onda

No esquema, ponto F representa a fenda, θ representa o ângulo de projeção do feixe difratado, x é a distância entre o ponto central (máximo da interferência construtiva) e as raias do espectro (na região de primeira ordem), e D é a distância entre o CD e o CF-TSL235R. Do ângulo formado entre as distâncias D e L:

senθ = x/L

Pela figura acima, e como mostrado na figura do primeiro esquema (do feixe transmitido), temos:

L = (x² + D²)^1/2

Substituindo na equação do senθ:

senθ = x/(x² + D²)^1/2

E como vimos na seção anterior:

dsenθ =  Nλ
↓
Nλ = d.[x/(x² + D²)^1/2]

Como veremos apenas as raias de primeira ordem, N = 1, ou seja:

λ = d.[x/(x² + D²)^1/2]

Desta forma, basta que saibamos as distâncias x e que seja medido os parâmetros d e D. 

• As distâncias x são obtidas por meio das contagens do giro do motor de passo, e podem ser calculadas também por meio de um ultrassom colocado na posição da cabeça de leitura do scanner: 

ultrassom posicionado na cabeça de leitura, associado ao arduino. Também verifica a posição que se encontra o sensor, apartir do qual se determina a função na programação que começará, se encontra a fenda ou se faz a coleta de dados.

motor de passo, comanda a movimentação da cabeça de leitura, podendo através dele calcular os valores de comprimento de onda. Também associado ao arduino.

• Por sua vez, o parâmetro D  é obtido via medição com régua
• E o parâmetro da rede, d, é obtido via calibração do sistema, como na imagem a seguir:

Em (A), ponteira LASER, (B), o CD, (C) o trilho para ajuste da base do CD, (D) Cabeça de Leitura, (E) Suporte com o Sensor Conversor de Frequência, e (F) Anteparo para visualização dos pontos do feixe LASER que foram difratados (adotamos o central e o da direita da imagem) 

Na etapa de calibração do sistema, se utiliza a mesma ideia apresentada no cálculo de comprimento de onda, porém, para obtendo-se o valor de d, já que nesta etapa de calibração é utilizada uma ponteira LASER, com comprimento de onda conhecido (cor vermelha, cerca de 650nm).

Assim, calculando o valor de d, sabendo o valor D e coletando-se os valores de  x, se calcula (via programação noa arduino), os valores de comprimento de onda λ.

Agora, sabendo como calcular os valores de comprimento de onda, coletando-se os valores de irradiância e sabendo como e o que é difração, difração com muitas fendas e rede de difração, podemos partir para estudar o funcionamento de um espectrofotômetro, suas aplicações e que tipos existem.

Exemplo de espectros coletados por um espectrofotôemtro

OBS: por exemplo, os que funcionam analisando espectro de emissão e outros que analisam o espectro de absorção, mais presente na área comercial, devido ao interesse pela caracterização espectral de certas substâncias. 

Espectrofotômetro de Absorção e Emissão Atômica

Por agora, é só...

Até lá!