O software que o acompanha está na versão para Windows, e reflete bem a versatilidade e os múltiplos usos do aparelho. Se você está lendo isto no próprio computador do espectrofotômetro, clicando aqui dá para abrir a parte do help dele que descreve os vários programas, um por um. (O help que acompanha o aparelho foi escrito em HTML, para poder ser visualizado facilmente em qualquer navegador web.) Na minha tarefa de medir a refletância dos materiais, vou usar basicamente só 2 programas: (1) o Scan, para gerar as curvas e (2) o Validate, para testes de calibração.
Muita leitura de manuais, mas sem ligar o aparelho ainda. O modelo 5E, tanto nos manuais como no site da Varian, simplesmente não existe; entretanto, parece ser compatível com o modelo 500 (esse sim fartamente documentado).
Descobri que já existem (1) algumas curvas de calibração feitas pelo rapaz que instalou o aparelho e também (2) algumas curvas de teste feitas pelo pessoal do Nupegel mesmo, além de (3) alguns textos (teses etc) franceses descrevendo resultados muito animadores, do uso da espectrofotometria na caracterização de minerais.
À tarde, liguei o espectrofotômetro "com a supervisão de um adulto", isto é, alguém que já tinha utilizado antes. O acessório para medir a refletância de materiais em pó é uma esfera oca, pintada de Teflon (PTFE) branco por dentro. Ela dispõe apenas uma pequena janela, que é onde "clipamos" o porta-amostra. O porta-amostra, por sua vez, não passa de um cilindro de aço com fundo de quartzo; é este "fundo de quartzo" que fica exposto à janela. O calibrador, usado para obter o background ou curva de baseline é ainda mais simples: um disco do mesmo Teflon.
Minha primeira curva foi o próprio calibrador. Utilizei todos os parâmetros no valor em que estavam, sem alterar nada. Olha só como ficou:
Se você está lendo isto no próprio computador do espectrofotômetro, então basta chamar o programa Scan e abrir o arquivo c:\espectrofotometro\dados\branco.DSW (clicando em File, Open data ou simplesmente teclando CTRL-N) para visualizar este gráfico e todos os parâmetros que eu utilizei.
Continuando a medir o calibrador, parti para variar alguns dos parâmetros que eu tinha deixado ontem em suas posições default. Olhando no manual a configuração sugerida para reflectância, de cara já descobri um erro na minha medida de ontem: curvas de reflectância são obtidas relativamente à curva do "calibrador branco" e não são medidas absolutas, como eu (ingenuamente) produzi. Na prática, isso significa o seguinte: ir no programa Scan, clicar em Setup e, na "orelhinha" (tab) Baseline, colocar Correction (que originalmente está em None) em Baseline correction ou (melhor ainda) em Zero/baseline correction.
A curva de baseline deve então ser obtida, com o calibrador posicionado na janela de amostra. Já para a curva de zero, precisamos bloquear fisicamente a luz que incide (por trás) na esfera oca, e então obtê-la, com qualquer material (não-fluorescente) na posição da amostra. Parece um tanto "manual demais", mas funciona. Depois da obtenção, você decide: gravar para usar novamente depois (com File, Save Method As; o que é mais rápido e cômodo) ou optar por re-obter um par baseline/zero novo a cada dia (o que é mais preciso) ou a cada medida (o que é mais preciso ainda). Uma pequena incoerência do programa Scan: pressionando o botão Baseline, realmente se obtém a dita curva, mas pressionando o botão Zero (imediatamente acima) não se obtém a curva de zero. Apenas "zera-se" o aparelho. A obtenção da curva de zero vem automaticamente, logo após à curva de baseline (ou não, dependendo de qual foi sua opção de correction).
Na seção de Accessories do manual, encontrei tudo
que precisava sobre o kit de reflectância (se você está
lendo isto no próprio computador do espectrofotômetro,
clique em Diffuse
reflectance accessory (internal)): desde a instalação
e alinhamento do kit, até o passo-a-passo das medidas. Só
"sofri" um pouco para conseguir assistir aos filmes AVI que estão
num CD que acompanha o aparelho, porque o Windows MediaPlayer não
reconhecia o formato. Precisei inclusive "baixar" da Internet (e instalar)
uns tais drivers Indeo, da Intel, mas agora tudo funciona.
Apesar da versão do programa Scan descrita no manual não "bater" exatamente com a que está instalada no Nupegel, deu para implementar corretamente todas as configurações acima. Então, depois de medir a baseline e o zero, finalmente obtive minha primeira curva de reflectância (c:\espectrofotometro\dados\primeirona.BSW - com um detalhe: .DSW salva apenas os daddos, mas .BSW saalva também os parametros de configuração. Para os curiosos: D vem de data e B vem de batch)! O gráfico segue abaixo:
Cary tab X mode: Mode Nanometers X mode: Start 700 X mode: Stop 400 Y mode: Mode % R Y mode: Y min 0.00 Y mode: Y max 100.00 Scan controls: Ave time (s) 0.100 Scan controls: Data interval (nm) 1.000 Scan controls: Scan rate (nm/min) 600.00 Options tab SBW/Energy: Fixed SBW ON SBW/Energy: SBW (nm) 2.00 SBW/Energy: Beam mode Double SBW/Energy: Slit height Reduced Source: Lamps UV-Vis Source: Source changeover (nm) 350.0 Baseline tab Correction Zero/baseline correction Autostore tab File Storage: Storage Storage on (Prompt at start)
Para ressaltar os picos obtidos (por exemplo, aquele aprox. a 450 nm) existe, dentro do programa Scan, o recurso matemático de calcular a 2.a derivada a cada ponto. (Geometricamente falando, a 2.a derivada representa a "curvatura instantânea", a cada ponto.) Ainda outro recurso matemático (útil para sinais fracos) é suavizar a curva, usando médias móveis. "Tudo isso e muito mais", voce encontra na opção Calculator, que gera novas curvas como resultado.
Abaixo vemos a mesma curva anterior, acompanhada de sua 2.a derivada. Cada vale (isto é, "máximo negativo de curvatura") da 2.a derivada está associado a um respectivo pico da curva medida (caso do vale situado a 454 nm, associado ao pico já citado acima). Note também o uso da opção Cursor, que permite determinar com exatidão a posição do vale (e consequentemente do pico) em questão.
Diminuir o Data interval de 1 nm para 0.1 nm, e com isso adquirir
10 vezes mais pontos, não produz uma melhora tão significativa
assim nos resultados. Confira você mesmo: c:\espectrofotometro\dados\primeirona10.BSW.
Agora que eu já sei (razoavelmente) medir, chegaram novas amostras "cobaias", para eu verificar a influência da moagem (tamanho de grão) na resposta da reflectância: T2.BT1.34-77 e T2.BW2.142-179 . Antes de medi-las, no entanto, precisei resolver o problema de limpar o porta-amostra. A melhor solução foi descolar a janela de quartzo, limpar tudo, e colar novamente. É mais fácil do que parece; a cola original dissolve fácil, no álcool. (Descobri por acaso!)
Note que eu aumentei a abrangência da varredura, de 400-700 para 200-2500 nm de comprimento de onda. O visível ocupa a faixa de 350-780 nm. Comprimentos menores são ultravioleta, e maiores são infravermelho. As amostras, ambas de coloração avermelhada, divergem principalmente no infravermelho.
Algumas das descontinuidades que os 2 gráficos apresentam devem
ser culpa das mudanças de configuração interna (grade,
sensor etc) que o aparelho executa automaticamente, durante a varredura.
Provavelmente, o melhor jeito de analisar as curvas vai ser por trechos,
"pulando" as descontinuidades.
Recolocando o acessório de reflectância, executei uma nova tomada de baseline/zero, e então medi a amostra T2.BT1.34-77 várias vezes, visando estudar a repetitividade do processo. Deram virtualmente idênticas as medidas. Dentro do nível de ruído. Olha só:
Ia quase esquecendo: Fiz uma pequena modificação, com relação à configuração de ontem: em Setup, na "orelhinha" (tab) Independent, ativei o Independent control (modo Auto), para ver se, permitindo opções diferentes de velocidade, intervalo etc para o infravermelho (do que aquelas já estabelecidas para o par ultravioleta-visível), a descontinuidade entre os 2 espectros diminuiria. Que nada!
Entretanto, por eu ter esquecido de "zerar" o sistema hoje (e não
ontem), esta série de repetições deu uma reflectância
sistematicamente menor do que a obtida ontem, para a mesma amostra. Conclusão:
cuidado para não esquecer de pressionar o botão de Zero,
depois de feito o Setup.
Depois, medi o porta-amostra (aquele, com a janela de quartzo) sem amostra dentro nem tampa traseira. A intenção era fazer com que o fundo escuro do espectrofotômetro imitasse um sistema de "radiação do corpo negro". Creio que esta medida possa substituir (e com vantagens) aquele procedimento, "manual demais", de se obter a curva de zero bloqueando fisicamente a lâmpada. Note como, nos extremos inferior e superior do espectro, o quartzo chega a dar mais 1% de reflectância:
Agora sim, posso fazer os estudos de granulometria sossegado. Já tomando o zero do jeito acima, fiz a amostra BT1, separada por peneiras de 100, 150 e 200 mesh. A "cara" da curva não muda, mas a diferença de reflectância é surpreendentemente alta. Note que a variação não é linear com a granulometria. A curva 100-150 (isto é, do material que passou na peneira de 100 mas ficou na de 150) é que é a mais "escura". Aliás, nota-se isso até visualmente, olhando dentro dos frascos. Não tenho explicação imediata para o fato.
A amostra BW2 apenas confirmou a tendência. Mas a principal informação
é que, apesar de variarem de tamanho, todos os picos continuam no
mesmo lugar, o que de certa forma é um alívio. Uma última
coisa: quem for bom observador, vai notar que a ordem das curvas se altera,
no ultravioleta (extremidade esquerda do gráfico). Mais uma "pista"
para desvendar o mistério!
Precisa dizer mais alguma coisa? E eu achando muito a diferença de 1%, entre os zeros com e sem quartzo! Portanto, toca refazer todas as medidas que já fiz. E agora, a tomada da baseline vai passar a ser feita com a janela de quartzo interposta à referência de PTFE, vulgo Teflon. (Obviamente, o Teflon "puro" continua tendo sua utilidade: serve de baseline para materiais expostos diretamente à luz, isto é, lâminas maciças que não necessitam do porta-amostra com janela de quartzo. Ficou claro?)
Depois de tudo isso, segue abaixo a velha amostra BT1, agora seguindo o novo procedimento:
No geral, a reflectância aumenta. E alguns "vales" da zona do
infravermelho (>900 nm) se suavizam, indicando talvez uma diminuição
no "teor de quartzo" da amostra.
Infelizmente, o texto trata apenas do infravermelho distante, que vai de 300 a 4000 cm-1. (A faixa UV-Vis-NIR, do espectrofotômetro Cary 5E, começa aproximadamente a 4000, indo até 50000 cm-1.) De qualquer modo, como tenho 2 goethitas naturais: Go4 e Go8 para medir, vou usar este mineral para ilustrar o tipo de informação que o livro traz. Para os hidróxidos de ferro (a goethita é um deles), ele apresenta as seguintes curvas:
Eu também traduzi a parte sobre goethita, da descrição das figuras acima: "O espectro infravermelho dos oxi-hidróxidos de ferro: goethita e lepidocrocita (Figs. 2.24(a) e (b)) são fáceis de distinguir. A vibração [de alongamento] do OH mais fortemente ligado, da goethita, absorve a 3153 cm-1, enquanto que o da lepidocrocita, mais fraco, absorve a 3175 cm-1. Bandas de deformação OH ocorrem a 893 (no plano) e 794 (fora do plano) cm-1 para a goethita, e a 1154, 1022 (no plano) e 742 (fora do plano) cm-1 para a lepidocrocita. Tanto bandas de deformação como bandas de rede de frequência mais baixa são mais difíceis de identificar no espectro de argilas ricas em silicatos, embora as bandas de alongamento sejam geralmente diagnósticas, depois que se elimina a água adsorvida (através de um aquecimento). Entretanto, torna-se mais difícil distinguir entre goethita e lepidocrocita nestas circunstâncias."
Seguem abaixo as curvas UV-Vis-NIR, obtidas das amostras Go4 e Go8. Note que existem várias absorções, parecidas com as do livro, também na faixa NIR (4000-11100 cm-1), mas que a região Vis-UV tem um comportamento diferente (mais "suave").
