Desenvolvimento e optimização de um sensor de fibra óptica para determinação da concentração de oxigénio

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Instrumentação, Manutenção Industrial e Qualidade

A medição de oxigénio gasoso e dissolvido é de extrema importância nas mais diversas áreas como o ambiente, indústria, medicina, agricultura, etc. Historicamente, a medição de oxigénio tem sido efectuada por técnicas tais como a cromatografia gasosa, a espectrometria de massa, a ressonância paramagnética e a electroquímica. O desenvolvimento de sensores ópticos para medição de oxigénio tem recebido muita atenção nos últimos anos por parte dos investigadores, devido às suas evidentes vantagens tais como a miniaturização, elevada sensibilidade e imunidade a interferências electromagnéticas. Esta tese de Mestrado resultou do trabalho desenvolvido num projecto intitulado “Optical Fiber Sensors for Distributed Monitoring of Dissolved Oxygen and Temperature” financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia. Embora esta tese não tenha um âmbito tão abrangente como o do projecto, está focada na optimização de um dos parâmetros mais importantes na construção de um sistema sensorial óptico para medição de oxigénio dissolvido, nomeadamente a sensibilidade do filme sensor. O trabalho aqui apresentado inclui a construção de um sistema instrumental baseado em fluorescência e a produção e estudo de membranas sensoras com diferentes características. As membranas foram produzidas através da imobilização de um complexo de ruténio (fluoróforo) numa matriz de suporte de sol-gel. Embora o foco do trabalho seja a medição da concentração de oxigénio em meio aquoso, são apresentados de forma adicional, os resultados obtidos com ensaios de medição da concentração de oxigénio em meio gasoso. Esta tese está estruturada em duas partes. Na primeira parte são abordados os fundamentos teóricos necessários à compreensão do trabalho desenvolvido. É focada a importância da medição de oxigénio em várias aplicações e os métodos convencionais utilizados. Dado que o sensor desenvolvido é baseado na supressão da fluorescência por parte do oxigénio, são considerados os princípios de fluorescência necessários à compreensão dos fenómenos envolvidos. As membranas sensoras foram produzidas a partir de sol-gel, pelo que foi necessário dominar alguns aspectos relacionados com a sua síntese. Por esta razão, é também incluída uma descrição do processo de solgel. Por fim, são focados alguns aspectos relacionados com a construção de sensores ópticos para a medição de oxigénio.