Desenvolvimento de um espectrofotômetro de luz visível

Abstract

RESUMO: A espectroscopia é o ramo da física que lida com o estudo da radiação absorvida, refletida, emitida ou espalhada por uma substância, sendo essas interações quantificadas através do espectrofotômetro. A estrutura básica do espectrofotômetro consiste em fonte de luz, recipiente para depósito da amostra e detector. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um espectrofotômetro que opera na região do espectro visível. O dispositivo foi construído em MDF e possui como fonte de luz uma lâmpada de LED. O equipamento conta com um arranjo óptico composto por uma grade de difração, duas fendas e uma estrutura antirreflexo. A disposição destas três estruturas objetiva a atenuação do comportamento não pontual da luz, com isto as fendas de entrada e saída delimitam as dimensões do feixe de luz enquanto a estrutura antirreflexo remove os eventuais reflexos gerados por imperfeições estruturais nos módulos do espectrofotômetro. O detector realiza a captura dos espectros e os dados coletados são tratados em um programa desenvolvido no software MATLAB. Esse programa visa o processamento das imagens coletadas com base no padrão RGB. Para validação do equipamento realiza-se uma série de testes, sendo as amostras soluções aquosas contendo corantes alimentícios e o detector calibrado com lasers com comprimentos de onda 450 nm, 488 nm, 532 nm e 650 nm. Os testes apresentaram resultados satisfatórios, estando os picos nas faixas referentes aos comprimentos de onda condizentes com a amostra analisada. Logo, o equipamento mostra-se uma importante ferramenta de apoio ao estudo de química e física, visto que sua fácil construção possibilita a reprodução por parte de alunos e professores, o que enriquece o estudo da interação entre a radiação e a matéria, bem como de outros assuntos vinculados.

ABSTRACT: Spectroscopy is the branch of physics that deals with the study of radiation absorbed, reflected, emitted or scattered by a substance, these interactions being quantified through the spectrophotometer. The basic structure of the spectrophotometer consists of a light source, sample container and detector. This work presents the development of a spectrophotometer that operates in the visible spectrum region. The device was built in MDF and has an LED lamp as a light source. The equipment has an optical arrangement composed of a diffraction grating, two slits and an anti-reflection structure. The arrangement of these three structures aims to attenuate the non-point behavior of light, with this the entrance and exit slits delimit the dimensions of the light beam while the anti-reflection structure removes any reflections generated by structural imperfections in the spectrophotometer modules. The detector performs the capture of spectra and the collected data are treated in a program developed in MATLAB software. This program aims at processing the collected images based on the RGB standard. To validate the equipment, a series of tests are carried out, with the samples being aqueous solutions containing food dyes and the detector calibrated with lasers with wavelengths of 450 nm, 488 nm, 532 nm and 650 nm. The tests showed satisfactory results, with the peaks in the bands referring to the wavelengths consistent with the analyzed sample. Therefore, the equipment proves to be an important tool to support the study of chemistry and physics, since its easy construction allows students and teachers to reproduce it, which enriches the study of the interaction between radiation and matter, as well as other related subjects.