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Desenvolvimento de métodos analíticos baseados em espectroscopia terahertz e construção de um espectrômetro terahertz baseado em lasers contínuos

Processo: 13/00502-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de junho de 2013
Vigência (Término): 31 de julho de 2016
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
Pesquisador responsável:Celio Pasquini
Beneficiário:Francisco Senna Vieira
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):14/10125-8 - Desenvolvimento de um espectrômetro terahertz baseado em lasers contínuos para análise de gás natural, BE.EP.DR
Assunto(s):Espectroscopia terahertz

Resumo

A espectroscopia terahertz é caracterizada pela radiação eletromagnética com frequências de 0,1 a 20 THz (~3,3 a 667 cm-1). Esta região do espectro encontra-se na fronteira entre as regiões conhecidas como microondas e infravermelho distante. Durante muito tempo não foi possível explorá-la devido a limitações instrumentais. A energia correspondente à radiação THz é responsável por transições entre níveis energéticos vibracionais, geralmente associadas a modos intermoleculares. Assim, a espectroscopia THz permite obter informações associadas a diversos processos que dependem de interações intermoleculares, como por exemplo, a investigação estrutural de biomoléculas como polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. Transições vibracionais de longo alcance em sistemas cristalinos - as vibrações de fónons - também apresentam energia nesta região do espectro.Atualmente, existem diversas maneiras de se gerar e detectar radiação THz, sendo o uso de antenas fotocondutivas, em conjunto com lasers com pulsos de 10 - 100 fs, a forma mais empregada. Os espectrômetros baseados neste princípio realizam medidas no domínio do tempo (THz-DT). Na espectroscopia THz-DT, a incidência do pulso de femtossegundos em uma antena fotocondutiva de GaAs gera um pulso THz, usualmente contendo frequências na faixa de 0.1 a 4.0 THz. Instrumentos com a tecnologia High Speed Asynchronous Optical Samplig (High-Speed ASOPS) fazem uso de dois lasers de Ti:Safira, e representam as melhores condições em termos de relação sinal/ruído, resolução e sensibilidade com aquisição rápida de dados, em uma faixa espectral ampla (0,3 a 6,0 THz). Infelizmente, esta tecnologia ainda apresenta um custo muito elevado, e a operação do instrumento é complexa demais para ser implementado em análises de rotina. Nesse sentido, a geração de radiação THz empregando um par de lasers contínuos (CW) se apresenta como uma alternativa promissora. Nesta técnica, os dois lasers incidem simultaneamente em uma antena fotocondutiva de GaAs, dando origem um feixe de radiação THz cuja frequência corresponde à diferença entre as frequências de cada laser devido a um processo denominado photomixing.É proposto neste projeto a construção de um instrumento de custo significativamente inferior ao espectrômetro THz-DT, baseado em photomixing, e que nele seja possível o emprego de métodos analíticos práticos para diferenciação de formas cristalinas de determinados compostos - no caso, serão estudados fármacos e açúcares. Os métodos analíticos serão desenvolvidos primeiramente com o espectrômetro THz-DT recentemente instalado no Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), e posteriormente aplicados ao instrumento construído. Caso os resultados de um método analítico em particular se mostrarem promissores e a sua aplicação seja relevante em termos de demanda, a construção do instrumento poderá ser direcionada para torná-lo dedicado a esta aplicação.

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
VIEIRA, FRANCISCO SENNA; PASQUINI, CELIO. Determination of Cellulose Crystallinity by Terahertz-Time Domain Spectroscopy. Analytical Chemistry, v. 86, n. 8, p. 3780-3786, APR 15 2014. Citações Web of Science: 37.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
VIEIRA, Francisco Senna. Espectroscopia terahertz : instrumentação e aplicações. 2016. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química.

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