O Questionário Espectroscopia

“Teaching UV−Vis Spectroscopy with a 3D-Printable Smartphone

Spectrophotometer”

Questão 1: Qual o resultado/produto central desenvolvido pelos autores do artigo?

O resultado/produto central desenvolvido pelos autores do artigo foi um espectrofotômetro DIY compacto que pode ser facilmente montado e ainda manter a capacidade para fazer medições precisas de absorção. Os autores do artigo tinham como objetivo proporcionar um maior acesso a técnicas de espectrometria devido ao baixo custo das partes do espectrofotômetro. E ao manter o dispositivo desenvolvido simples, possibilita aos educadores o planejamento de exercícios de laboratório que ensinam conceitos básicos como resolução espectral e a lei de Beer-Lambert.

Questão 2: Quais as dificuldades, apontadas pelos autores, existem no ensino de espectroscopia e qual a proposta apresentada para sanar ou atenuar tais problemas?

As dificuldades associadas ao ensino de espectroscopia apontadas pelos autores no artigo são a necessidade de treinamento e prática para a utilização da técnica e o custo dos espectrômetros e materiais necessários. O artigo diz que a espectroscopia como técnica de laboratório, requer treinamento e prática para que um aluno se torne proficiente em seu uso. E isso é difícil de conseguir em apenas uma tarde em um laboratório de faculdade, portanto, é importante apresentar os conceitos e práticas aos alunos no início de seu curso e, frequentemente, durante a sua educação. Essa dificuldade se relaciona diretamente com a de custo, porque a falta de recursos que possam ser destinados a esse estudo pode ser a razão pela qual o ensino de espectroscopia em muitas instituições não acontece durante todo o curso. A proposta apresentada para sanar esses problemas são as soluções DIY (faça você mesmo) de baixo custo que foram desenvolvidas. Muitas delas são colorímetros baseados em LED, que relacionam a absorção com a concentração, mas não emitem diretamente um espectro. Isso é bom para muitas aplicações, mas tem desvantagem no ensino dos alunos a ler, compreender e quantificar o espectro visível e suas características. Já outros dispositivos são projetados para exibir um espectro, mas não são ideais para fazer medições de química analítica. Vários outros designs de dispositivos foram publicados onde eles produzem um espectro e possuem os componentes básicos de um espectrômetro de nível de pesquisa capaz de conduzir experimentos de química analítica.  Mas esses modelos têm muitas peças de trabalho, tornando-os mais adequados para projetos especiais de longo prazo com grupos pequenos de alunos. Então a proposta feita pelo artigo é o desenvolvimento de um espectrofotômetro DIY compacto que pode ser facilmente montado e ainda mantém a capacidade de fazer medições de absorção precisas.
Os componentes ópticos necessários para montagem são muito baratos e as impressoras 3D, necessárias para a impressão da estrutura, são facilmente encontrados em faculdades, escolas de ensino médio e bibliotecas públicas.

Questão 3: Na visão dos autores, qual a aplicação mais comum da espectroscopia na região uv-vis?

Na visão dos autores a aplicação mais comum da espectroscopia na região UV-vis é na medição da concentração de compostos em uma amostra. Devido a simples relação existente entre a concentração dos compostos e a quantidade de luz absorvida, a espectroscopia UV−vis tem uma ampla gama de aplicações básicas em laboratórios de química, pesquisas biomédicas e diagnósticos clínicos. É citada uma dessas aplicações no artigo, a utilizada em laboratórios de bioquímica. Onde, por exemplo, os ensaios enzimáticos são frequentemente projetados para rastrear a presença de um composto colorido a jusante da reação, a fim de medir a eficácia da enzima ou a presença de um substrato em particular.

Questão 4: Defina o significado da sigla DIY?

O significado da sigla DIY é do it yourself, que traduz para o português como “faça você mesmo”.

Questão 5: Quais tópicos, citados pelos autores, poderiam ser abordados com o novo espectrômetro desenvolvido?

Os tópicos que poderiam ser abordados com o espectrômetro desenvolvido que foram citados pelos autores são: luz e comprimento de onda, conversão de uma imagem em um espectro, calibração de pixel, largura e resolução de fenda e a lei de Beer-Lambert.

Questão 6: Em que trabalho prévio os autores se basearam para desenvolver o novo espectrômetro? Na visão dos autores, quais desvantagens o equipamento relatado no trabalho anterior apresentaria e como esse novo espectrômetro contornaria esses problemas?

O novo espectrômetro é baseado no espectrômetro de telefone celular descrito por Alexander Scheeline. Para os autores a principal desvantagem do design feito por Scheeline era fazer com que os alunos posicionassem os elementos como grade, cubeta, LED e câmera e eliminassem a luz difusa. Nele tubos de papelão funcionam bem, mas posicionar repetidamente a cubeta e a câmera para medições precisas de absortividade não era prático. Para resolver esse problema, eles projetaram uma caixa para impressão em 3D em torno do caminho óptico. Isso facilitou o posicionamento das peças e proporcionou estabilidade e isolamento de luz.

Questão 7: Apresente o esquema básico de um espectrômetro de absorção UV-Vis, liste os seus componentes e descreva, de forma resumida, as características de cada um.

Os componentes básicos de um espectrofotômetro de absorção UV-Vis são: a fonte de luz, a fenda (slit), a cubeta contendo a amostra, a grade de difração e a câmera de detecção.

Em um esquema básico a fonte de luz entra no espectrofotômetro através de uma fenda que limita a quantidade de luz que incide na amostra na cubeta. A luz não absorvida pela amostra, em seguida, viaja através de uma grade de difração que divide a luz em suas cores componentes, como um prisma, dispersa a luz branca em um espectro de cores. O espectro disperso é então gravado por uma câmera de detecção. A fonte de luz é a fonte que produz uma intensidade de luz estável e um espectro relativamente plano sobre comprimentos de onda visíveis. Geralmente é composta por uma lâmpada de deutério e uma lâmpada de tungstênio. A lâmpada de deutério emite radiação UV e a de tungstênio emite luz visível. A fenda é simplesmente uma placa retangular com uma abertura horizontal cuja  função é limitar a quantidade de luz que incide na cubeta onde está contida a amostra. A cubeta é um pequeno recipiente utilizado para conter o material a ser analisado. As cubetas podem ser quadradas, retangulares ou redondas e são constituídas de vidro, sílica (quartzo) ou plásticas. A grade de difração de transmissão é a parte do espectrofotômetro que contém uma série de linhas em uma densidade particular que refratam a luz nas cores componentes, como um prisma. E a câmera de detecção é um dispositivo que detecta a fração de luz que passou pela amostra e transfere para o visor e para o computador acoplado ao aparelho.

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