Avaliação da espectroscopia terahertz no domínio do tempo como ferramenta analítica e suas aplicações [recurso eletrônico]
Anna Carolina Pessôa da Costa Trondoli
DISSERTAÇÃO
T/UNICAMP T753a
[Evaluation of terahertz time-domain spectroscopy as analytical tool and its applications]
Campinas, SP : [s.n.], 2016.
1 recurso online (131 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Ivo Milton Raimundo Júnior
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química
Resumo: Esta dissertação tem como objetivo a avaliação da espectroscopia terahertz no domínio do tempo (THz-DT) como ferramenta analítica, para aplicações qualitativas e quantitativas. Foi avaliada a possibilidade de identificar as formas alotrópicas do dióxido de titânio (TiO2), anatase e rutilo,...
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Resumo: Esta dissertação tem como objetivo a avaliação da espectroscopia terahertz no domínio do tempo (THz-DT) como ferramenta analítica, para aplicações qualitativas e quantitativas. Foi avaliada a possibilidade de identificar as formas alotrópicas do dióxido de titânio (TiO2), anatase e rutilo, devido ao potencial da espectroscopia THz-DT para diferenciar polimorfos cristalinos. Os espectros não apresentaram bandas características na região THz, indicando que as diferenças observadas nos espectros das diferentes formas alotrópicas eram provenientes de seus parâmetros físicos. Foi então estudada a influência de parâmetros, tais como tamanho de partícula do analito e espessura e homogeneidade da pastilha nos espectros do TiO2 com a finalidade de avaliar sua interferência nas medidas realizadas. O estudo da homogeneidade das pastilhas, realizado através de microscopia eletrônica de varredura e análise de MEV-EDS, mostrou uma distribuição homogênea do elemento titânio nas mesmas, independentemente do método de homogeneização empregado (almofariz e pistilo ou moinho de bolas). O tamanho de partícula do analito pôde ser relacionado com a magnitude da extinção da radiação THz através da teoria do espalhamento de Rayleigh, que prevê que o espalhamento e, portanto, a extinção da radiação THz, aumenta com o diâmetro da partícula. A maior extinção da radiação provocada pelas amostras contendo TiO2 com menor tamanho de partícula foi então associada a aglomerados do analito presentes nessas pastilhas, que não foram encontrados nas amostras contendo partículas maiores. Tais observações sugeriram que os espectros de extinção sofrem grande influência do tamanho de partícula do analito e da sua dispersão na matriz, de forma que a homogeneização mecânica entre o analito e a matriz mostrou-se uma boa prática para alcançar repetibilidade entre as medidas. Foi observado que a espessura das pastilhas influencia não só a magnitude da extinção da radiação, mas também a frequência e amplitude do etalon. Ainda, a normalização dos espectros de extinção pela espessura da pastilha mostrou-se um método eficiente para melhorar a repetibilidade das medidas. Este trabalho também contempla a determinação de ácido L-ascórbico em pastilhas comerciais de vitamina C, realizada através da construção de uma curva analítica de ácido L-ascórbico, bem como pelo método da adição de padrão. Diferentes estratégias para o tratamento de dados também foram avaliadas. Os resultados obtidos foram comparados com determinações realizadas através de titulação com iodato de potássio. O emprego do método da adição de padrão associado ao tratamento dos dados por meio da suavização Savitzky-Golay e da segunda derivada da região do espectro entre 1,68 e 1,93 THz apresentou os melhores resultados, fornecendo erros relativos de 8,16; 4,25 e 1,97 % para as pastilhas de vitamina C sem açúcar. Para os comprimidos com açúcar, foram obtidos erros relativos maiores, de 111,15 e 43,25 %, já que a sacarose apresenta uma banda de absorção em 1,82 THz, que se sobrepõe à banda do ácido L-ascórbico utilizada para a construção da curva de adição de padrão, localizada em 1,79 THz. Estes resultados indicaram o potencial da espectroscopia THz-DT para a determinação do ácido L-ascórbico em comprimidos comerciais
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Abstract: This dissertation aims to evaluate terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) as an analytical tool for qualitative and quantitative applications. The feasibility of identifying the allotropic forms of titanium dioxide (TiO2), anatase and rutile, was investigated due to the potential of...
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Abstract: This dissertation aims to evaluate terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) as an analytical tool for qualitative and quantitative applications. The feasibility of identifying the allotropic forms of titanium dioxide (TiO2), anatase and rutile, was investigated due to the potential of THz-TDS to differentiate crystalline polymorphs. No characteristic bands were observed in their THz spectra, indicating that the differences in the spectra between different polymorphs were related to their physical parameters. Therefore, parameters such as analyte particle size, pellet thickness and homogeneity were studied in order to evaluate their impact on measured TiO2 spectra. The study of the pellet homogeneity, carried by scanning electron microscopy and SEM-EDS analysis, showed a homogeneous distribution of the titanium element, regardless of the homogenization method (mortar and pestle or ball mill). Both analyte particle size and the magnitude of the THz radiation extinction could be related through the Rayleigh scattering theory, which states that scattering - and hence THz radiation extinction - should increase with particle diameter. The greater radiation extinction measured in samples containing TiO2 with smaller particle size was then associated with analyte agglomerates, which were not observed in the pellets containing larger particles. These observations showed that the extinction spectra are highly influenced by the analyte particle size and its dispersion in the matrix, also suggesting that mechanical homogenization between analyte and the matrix is a good practice to achieve suitable measurement repeatability. It was also observed that the pellet thickness has an impact not only in the magnitude of the radiation extinction, but also in the etalon frequency and amplitude. Furthermore, the normalization of the extinction spectra by the pellet thickness proved to be an effective method to improve measurement repeatability. This work also comprises the determination of L-ascorbic acid in commercial vitamin C tablets, performed either by constructing a calibration curve of L-ascorbic acid or by the method of standard addition. Different strategies for data treatment were investigated. The results were compared with determinations performed by titration with potassium iodate. The method of standard addition combined with data processing through Savitzky-Golay smoothing and second derivative of the spectral region between 1.68 and 1.93 THz provided the best results, yielding relative errors of 8.16, 4.25 and 1.97% for the vitamin C tablets without sugar. For the sugar-containing tablets, larger relative errors were obtained (43.25 and 111.15%), since sucrose has an absorption band at 1.82 THz that overlaps the L-ascorbic acid band at 1.79 THz, used in the standard addition curve construction. These results demonstrated the potential of THz-TDS for the L-ascorbic acid determination in commercial tablets
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Avaliação da espectroscopia terahertz no domínio do tempo como ferramenta analítica e suas aplicações [recurso eletrônico]
Anna Carolina Pessôa da Costa Trondoli
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Anna Carolina Pessôa da Costa Trondoli