masterThesis
Avaliação do desempenho de uma fase sensora de poliuretano por meio da energia de Gibbs e espectroscopia no infravermelho médio para determinação de tolueno em água
Autor
SOUZA, Juliana da Cruz
Institución
Resumen
Muitas membranas poliméricas são reportadas na literatura para serem utilizadas como fases sensoras, na determinação de contaminantes orgânicos em águas, a partir de metodologias envolvendo sensores atrelados a espectroscopia de infravermelho. Para escolha das fases sensoras que apresentem as melhores respostas analíticas frente aos contaminantes investigados, uma série de testes preliminares que demandam gastos de reagentes e de tempo são realizados. Tendo em vista a redução dessas dificuldades, uma metodologia proposta é a realização de cálculos teóricos/computacionais de energia de solvatação para investigar a influência desta propriedade frente as respostas dos sensores. Dessa forma, o objetivo geral desta dissertação foi avaliar o desempenho de uma fase sensora de poliuretano, por meio da energia de solvatação e espectroscopia no infravermelho médio para determinação de tolueno em água. Para tanto, foram calculadas as interações entre alguns polímeros reportados na literatura (poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(dimetilsiloxano) (PDMS), poli(isobutileno) (PIB)) e os contaminantes tolueno, benzeno, clorobenzeno e etilbenzeno, a partir de cálculos da energia livre de solvatação, considerando as fases sensoras como solventes e os analitos como solutos. Nesse estudo foi verificado que em todos estes sistemas, as energias de solvatação contribuíram para as interações entre os contaminantes e as fases sensoras. Dessa forma, foram calculadas as energias de solvatação dos contaminantes tolueno, benzeno, clorobenzeno e etilbenzeno em uma fase sensora de poliuretano (PU). Os nossos resultados mostraram que em todos estes sistemas as energias de Gibbs de solvatação contribuíram para as interações entre a fase sensora e os contaminantes orgânicos. Com isso, estudos experimentais foram realizados a partir da espectroscopia de infravermelho médio, para investigar o desempenho analítico das fases sensoras de PU frente ao contaminante tolueno, conforme indicavam os cálculos de energia de solvatação. Neste sentido, os limites de detecção variaram de 1,4 a 6,8 ppm, a sensibilidade e os coeficientes de correlação das curvas analíticas, respectivamente, variaram de 2,27 x10⁻⁴ a 3,00x10⁻⁵L mg⁻¹, e 0,98 a 0,99, de acordo com o número de onda escolhido. Além disso, foi verificado que as fases sensoras de PU podem ser reutilizadas e na investigação de análises de componentes principais (PCA) foi possível observar uma separação entre os dados das fases sensoras que interagiram com amostras de água contaminadas com tolueno de fases sensoras sem o contaminante. Para finalizar, foi verificado que quanto maior o efeito da solvatação na energia de Gibbs de formação de contaminantes orgânicos, aparentemente melhores são as respostas analíticas das fases sensoras, frente a estes. Com isso, percebemos que a propriedade de energia de solvatação pode ser um fator de grande influência para escolha de novas fases sensoras, mas que há necessidade do desenvolvimento de mais estudos que possam prever a possibilidade de interação nos sistemas polímeros-contaminantes. Dessa forma, essa pesquisa apresenta resultados inéditos, computacionais e experimentais, na investigação de poliuretano como fase sensora. CAPES Many polymer membranes are reported in the literature to be used as sensing phases in the determination of organic contaminants in waters, using methodologies involving sensors attached to infrared spectroscopy. To select the sensor phases that present the best analytical responses to the investigated contaminants, a series of preliminary tests that require reagent and time expenditures are performed. In order to reduce these difficulties, a proposed methodology is the realization of theoretical/ computational calculations of solvation energy to investigate the influence of this property on the responses of the sensors. Thus, the general objective of this dissertation was to evaluate the performance of a polyurethane sensing phase, using solvation energy and infrared spectroscopy for the determination of toluene in water. For this, the interactions between some polymers reported in the literature (Polyvinyl chloride) (PVC), poly (dimethylsiloxane) (PDMS), poly (isobutylene) (PIB)) and the contaminants toluene, benzene, chlorobenzene and ethylbenzene were calculated from free energy calculations, considering the sensorial phases as solvents and the analytes as solutes. In this study it was verified that in all these systems, the energies of solvation contributed to the interactions between the contaminants and the sensing phases. In this way, the energies of solvation of the contaminants toluene, benzene, chlorobenzene and ethylbenzene were calculated in sensig phase a polyurethane (PU). Our results showed that in all these systems the Gibbs energies of solvation contributed to the interactions between the sensing phase and the organic contaminants. Thus, experimental studies were carried out from the medium infrared spectroscopy to investigate the analytical performance of the PU sensing phases against the contaminant toluene, as indicated by the solvation energy calculations. In this sense, detection limits ranged from 1,4 to 6,8 ppm, the sensitivity and correlation coefficients of the analytical curves, respectively, ranged from 2,27 x10⁻⁴ a 3,00x10⁻⁵L mg⁻¹, and 0,98 to 0,99, according to the chosen wave number. In addition, it has been found that the PU sensing phases can be reused and in the investigation of principal component analysis (PCA) it was possible to observe a separation between the data of the sensorial phases that interacted with samples of water contaminated with toluene of sensing phases without the contaminant. To conclude, it was verified that the greater the effect of solvation on the Gibbs energy of formation of organic contaminants, apparently better are the analytical responses of the sensing phases in front of them. With this, we realize that the property energy of solvation can be a factor of great influence for the choice of new sensorial phases, but there is a need for the development of more studies that can predict the possibility of interaction in polymer-contaminant systems. Thus, this research presents unprecedented results, computational and experimental, in the investigation of polyurethane as a sensing phase.