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

Abstract

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.