Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-03-16T13:56:26Z No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 51193035 bytes, checksum: bf9dff8c4a470f25227609bff6a36af9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-16T13:56:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 51193035 bytes, checksum: bf9dff8c4a470f25227609bff6a36af9 (MD5) Previous issue date: 2011-12-09 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This dissertation is the result of the project for the development and automation of highprecision refractometers, which is to obtain the refractive index of liquids with an accuracy of one part in 106. Some interferometric measurement techniques, methods of measurement and movement control were studied during the development of this project. Deionized water was used as object of study. There are more bibliographic source with measurements in distilled water than deionized water but both are considered pure, and properties are quite similar, although they have different specific applications. The thermo-optical analysis of pure water with high accuracy allows the observation of anomalous behavior in the refractive index curve at temperatures above 36 C above, and such behavior can be observed with few measurements using equipment described here. / Esta dissertação de mestrado é o resultado do projeto para o desenvolvimento e automação de refratômetros de alta precisão, que tem como objetivo a obtenção do índice de refração de líquidos com precisão de uma parte em 106. Durante o desenvolvimento do projeto foram estudadas algumas técnicas de medidas interferométricas, assim como métodos de controle e medição de deslocamento. Foi utilizada a água deionizada como líquido objeto de estudo. Existem mais fontes bibliográficas com medições em água destilada, no entanto a água deionizada é também considerada pura, e as propriedades são bastante similares, apesar de possuírem aplicações específicas distintas. A análise termo-ótica da água pura, com alta precisão, permite a observação do comportamento anômalo na curva do índice de refração em temperaturas acima de 36 C, e tal comportamento pode ser observado com poucas medições utilizando o equipamento que será descrito.

Nesse trabalho, propomos uma modificação da técnica de caracterização de filmes conhecida por m-line para o desenvolvimento de um refratômetro para gases e líquidos. O principio dessa técnica consiste no acoplamento de ondas evanescentes em guias de ondas planares obtidos via o fenômeno da reflexão total interna frustrada através de dispositivos acopladores. Observa-se experimentalmente, após incidir um feixe de laser contínuo na base do acoplador óptico, uma grande atenuação da radiação refletida para determinados ângulos de incidência, que é justamente a radiação acoplada nos modos permitidos pelo guia de onda. Medindo-se os valores desses ângulos e usando a teoria de acoplamento, é possível determinar as características desconhecidas do sistema. Esse sistema consiste de um acoplador óptico semicircular de alto índice de refração em cuja base foram depositados, via evaporação, um filme de dióxido de silício (SiO2) e outro de dióxido de zircônio (ZrO2). Ou seja, o sistema resume-se a dois meios finitos (filmes) prensados entre dois meios semi-infinitos (prisma e amostra). Como a espessura dos filmes e os índices de refração complexos dos filmes e do prisma são conhecidos, a única variável é o índice de refração do quarto meio, que é a amostra da qual se deseja medir o índice de refração. Estudamos a influência que cada um dos parâmetros externos exerce sobre o perfil refletido, tais como comprimento de onda e polarização da radiação incidente, espessuras e índices de refração dos filmes e o formato dos dispositivos acopladores. Descrevemos o comportamento do sistema quando o feixe incidente possui perfil gaussiano, que é perfil dos lasers usualmente usados em pesquisa. As espessuras das camadas de SiO2 e de ZrO2 foram otimizadas tendo em vista a faixa dos valores do índice de refração das amostras que se deseja medir. A otimização do sistema é obtida via teoria de guiamento de radiação em guias de ondas planares para o caso de quatro meios. Para a aquisição e tratamento dos dados desenvolvemos um programa na plataforma LabVIEW® que processa a imagem detectada por uma câmera CCD no visível, possibilitando o acompanhamento da variação do feixe refletido em função da variação do índice de refração da amostra. Assim, além de determinar ponto a ponto a variação do perfil refletido, é possível determinar a dinâmica em que esse efeito se realiza, gerando possibilidades de aplicação da técnica em áreas relacionadas à dinâmica química e bioquímica. Para confirmação da efetividade da técnica, realizamos medidas da variação do índice de refração do ar em função da umidade relativa, temperatura, pressão e para soluções de glicose. O sistema demonstrou sensitividade suficiente para acompanhar mudanças do índice de refração do ar da ordem de 10-6. / In this work, we propose a modification of the technique for characterization of films known as the m-line for the development of a refractometer for liquids and gases. The principle of this technique is coupling evanescent waves in planar waveguides obtained by the phenomenon of frustrated total internal reflection devices through devices couplers. It is experimentally observed, after focusing a continuous laser beam at the base of the coupler, a large attenuation of the reflected radiation for certain angles of incidence, which is precisely the radiation coupled in the modes allowed by the waveguide. Measuring the values of these angles and using the coupling theory, it is possible to determine the unknown characteristics of the system. This system consists of a semicircular optocoupler high refractive index which in the base was deposited, via evaporation, a film of silicon dioxide (SiO2) and a zirconium dioxide (ZrO2). In other words, the system is similar to a two finite media (films) pressed between two semi-infinite media (prism and sample). As the film thickness and complex refractive indices of the film and the prism are known, the only variable is the index of refraction of the fourth medium that is the sample from which it is aimed to measure the refractive index. We studied the influence that each of the external parameters has on the reflected profile, such as wavelength and polarization of the incident radiation, thicknesses and refractive indices of the films and the format of the devices couplers. We describe the system behavior when the incident beam has a Gaussian profile, which is usually the profile of the lasers usually used in researches. The thicknesses of the layers of SiO2 and ZrO2 were optimized in function of the range of the refractive index values of the samples to be measured. System optimization is obtained via the guiding theory of radiation in planar waveguides for the case of four mediums. For acquisition and data processing, a program were developed in LabVIEW® platform that processes the image detected by a CCD camera in visible light, allowing us to relate the variation of the reflected beam to the value of the refractive index of the sample. Thus, besides determining the variation of the profile reflected, it is possible to determine the dynamic in which this effect takes place, generating opportunities for application of the technique in areas related to the dynamic chemistry and biochemistry. To confirm the effectiveness of the technique, we performed measurements of the variation of the refractive index of air as a function of relative humidity, temperature, pressure and glucose solutions. The system shows sufficient sensitivity to follow changes in the refractive index of air in the order of 10-6.

Nesse trabalho, propomos uma modificação da técnica de caracterização de filmes conhecida por m-line para o desenvolvimento de um refratômetro para gases e líquidos. O principio dessa técnica consiste no acoplamento de ondas evanescentes em guias de ondas planares obtidos via o fenômeno da reflexão total interna frustrada através de dispositivos acopladores. Observa-se experimentalmente, após incidir um feixe de laser contínuo na base do acoplador óptico, uma grande atenuação da radiação refletida para determinados ângulos de incidência, que é justamente a radiação acoplada nos modos permitidos pelo guia de onda. Medindo-se os valores desses ângulos e usando a teoria de acoplamento, é possível determinar as características desconhecidas do sistema. Esse sistema consiste de um acoplador óptico semicircular de alto índice de refração em cuja base foram depositados, via evaporação, um filme de dióxido de silício (SiO2) e outro de dióxido de zircônio (ZrO2). Ou seja, o sistema resume-se a dois meios finitos (filmes) prensados entre dois meios semi-infinitos (prisma e amostra). Como a espessura dos filmes e os índices de refração complexos dos filmes e do prisma são conhecidos, a única variável é o índice de refração do quarto meio, que é a amostra da qual se deseja medir o índice de refração. Estudamos a influência que cada um dos parâmetros externos exerce sobre o perfil refletido, tais como comprimento de onda e polarização da radiação incidente, espessuras e índices de refração dos filmes e o formato dos dispositivos acopladores. Descrevemos o comportamento do sistema quando o feixe incidente possui perfil gaussiano, que é perfil dos lasers usualmente usados em pesquisa. As espessuras das camadas de SiO2 e de ZrO2 foram otimizadas tendo em vista a faixa dos valores do índice de refração das amostras que se deseja medir. A otimização do sistema é obtida via teoria de guiamento de radiação em guias de ondas planares para o caso de quatro meios. Para a aquisição e tratamento dos dados desenvolvemos um programa na plataforma LabVIEW® que processa a imagem detectada por uma câmera CCD no visível, possibilitando o acompanhamento da variação do feixe refletido em função da variação do índice de refração da amostra. Assim, além de determinar ponto a ponto a variação do perfil refletido, é possível determinar a dinâmica em que esse efeito se realiza, gerando possibilidades de aplicação da técnica em áreas relacionadas à dinâmica química e bioquímica. Para confirmação da efetividade da técnica, realizamos medidas da variação do índice de refração do ar em função da umidade relativa, temperatura, pressão e para soluções de glicose. O sistema demonstrou sensitividade suficiente para acompanhar mudanças do índice de refração do ar da ordem de 10-6. / In this work, we propose a modification of the technique for characterization of films known as the m-line for the development of a refractometer for liquids and gases. The principle of this technique is coupling evanescent waves in planar waveguides obtained by the phenomenon of frustrated total internal reflection devices through devices couplers. It is experimentally observed, after focusing a continuous laser beam at the base of the coupler, a large attenuation of the reflected radiation for certain angles of incidence, which is precisely the radiation coupled in the modes allowed by the waveguide. Measuring the values of these angles and using the coupling theory, it is possible to determine the unknown characteristics of the system. This system consists of a semicircular optocoupler high refractive index which in the base was deposited, via evaporation, a film of silicon dioxide (SiO2) and a zirconium dioxide (ZrO2). In other words, the system is similar to a two finite media (films) pressed between two semi-infinite media (prism and sample). As the film thickness and complex refractive indices of the film and the prism are known, the only variable is the index of refraction of the fourth medium that is the sample from which it is aimed to measure the refractive index. We studied the influence that each of the external parameters has on the reflected profile, such as wavelength and polarization of the incident radiation, thicknesses and refractive indices of the films and the format of the devices couplers. We describe the system behavior when the incident beam has a Gaussian profile, which is usually the profile of the lasers usually used in researches. The thicknesses of the layers of SiO2 and ZrO2 were optimized in function of the range of the refractive index values of the samples to be measured. System optimization is obtained via the guiding theory of radiation in planar waveguides for the case of four mediums. For acquisition and data processing, a program were developed in LabVIEW® platform that processes the image detected by a CCD camera in visible light, allowing us to relate the variation of the reflected beam to the value of the refractive index of the sample. Thus, besides determining the variation of the profile reflected, it is possible to determine the dynamic in which this effect takes place, generating opportunities for application of the technique in areas related to the dynamic chemistry and biochemistry. To confirm the effectiveness of the technique, we performed measurements of the variation of the refractive index of air as a function of relative humidity, temperature, pressure and glucose solutions. The system shows sufficient sensitivity to follow changes in the refractive index of air in the order of 10-6.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-17T13:53:03Z No. of bitstreams: 2 Dissertação Marcel Tenório Bezerra.pdf: 3601152 bytes, checksum: 6e61b0d44f590acd55a2c3ce6f24cf3f (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-17T13:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação Marcel Tenório Bezerra.pdf: 3601152 bytes, checksum: 6e61b0d44f590acd55a2c3ce6f24cf3f (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-08-30 / Este trabalho apresenta a criação de uma estrutura de análise e detecção de possíveis ocorrências de efeitos de interface entre soluções aquosas e metais. O contato das soluções aquosas com eletrodos pode criar diferentes efeitos de distribuição de cargas na interface entre os materiais. Fenômenos como a camada dupla eletroquímica e a zona de exclusão alteram as características físicas das soluções nas vizinhanças da interface em relação às regiões distantes dela. Tais efeitos podem ter uma importante influência na caracterização de materiais. Para o estudo das interfaces, foram construídos: um sistema de medição de espectroscopia de impedância, para medir a resposta elétrica de amostras de soluções aquosas em uma faixa de frequências entre DC e 10 kHz, e um sistema de refratometria diferencial para caracterização óptica de meios líquidos. Os sistemas são baseados em LabVIEW. O trabalho também comportou o desenvolvimento de rotinas de simulação computacional em MATLAB, usando a técnica de matriz transferência (TMT), para avaliar a aplicabilidade de sensores baseados em plásmons de superfície (PS) na detecção de tais efeitos de interface. Além disso, a técnica permitiu detectar a existência de efeitos sobre o guiamento de plásmons na adjacência das interfaces devido à variação espacial da permissividade elétrica do meio líquido.

Orientadores: Matthieu Tubino, Glauco Favilla Bauerfeldt / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T16:02:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RochaJunior_JoseGeraldo_D.pdf: 3381652 bytes, checksum: a5f7a7055b03e667d7fafb7571329b76 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O biodiesel é comumente produzido pela transesterificação dos triglicerídeos com o metanol (metanólise) empregando catalisadores alcalinos. Neste trabalho foi investigada a atividade catalítica do NaOCH3, KOCH3, NaOH e do KOH na metanólise do óleo de soja nas temperaturas de 30 à 60 °C, sob agitação de 400 rpm. O progresso desta reação foi monitorado pelas medidas do índice de refração utilizando um refratômetro portátil digital, ao qual foi acoplado uma peça cônica de Teflon® para permitir o monitoramento online das amostras em fluxo contínuo. O método proposto é simples, rápido, barato, não-destrutivo e não requer pré-tratamento complexo. Foi observado que a etapa de mistura dos reagentes consome grande parte do tempo necessário para a conversão. A lei de velocidade da metanólise pôde ser bem representada por uma cinética de ordem zero, com a reação ocorrendo na interface da mistura metanol/óleo. Os catalisadores contendo o potássio promoveram reações mais rápidas do que os seus análogos de sódio, sugerindo que um mecanismo de reação envolvendo a participação de pares iônicos de metóxidos alcalinos como catalisadores seria mais adequado para representar a metanólise do que aquele catalisado pelos íons metóxidos. Em comparação aos metóxidos alcalinos, nas reações em que se empregaram os hidróxidos as suas velocidades são menos sensíveis à variação da temperatura. Neste caso, os sabões formados com os hidróxidos poderiam estar amenizando a influência da temperatura na difusão dos reagentes fazendo com que a velocidade da reação seja menos afetada. A água parece atuar como um inibidor desta reação, por inativação do catalisador, o que se reflete na menor velocidade observada nas reações com os hidróxidos frente às com os metóxidos. Entretanto isto não é percebido à baixas temperaturas, quando o efeito difusional é predominante / Abstract: Biodiesel is commonly produced by the transesterification of triglycerides with methanol (methanolysis) using alkaline catalysts. In this work we investigated the catalytic activity of NaOCH3, KOCH3, NaOH and KOH in methanolysis of soybean oil at temperatures of 30 to 60 °C, under 400 rpm agitation. The progress of the reaction was monitored by measuring the refractive index using a portable digital refractometer, to which was attached a piece conical Teflon® to allow online monitoring of samples at continuous flux. The proposed method is simple, fast, inexpensive, non-destructive and not requires complex pretreatment. It was observed that the step of mixing the reactants consumes much of the time required for conversion. The rate law of methanolysis can be represented by a zero-order kinetics, with the reaction occurring at the interface of methanol / oil. The catalysts containing potassium promoted reactions faster than its analogs sodium, suggesting that a reaction mechanism involving the participation of ionic pairs of alkaline methoxides would be more suitable to represent the methanolysis than that catalyzed by ions methoxides. In reactions that utilized hydroxides their speeds are less sensitive to temperature variation than the alkaline methoxides. In this case, the soaps formed with the hydroxides could be decreasing the influence of temperature on diffusion of the reactants so that the reaction rate is less affected. The water seems to act as an inhibitor of this reaction by inactivation of the catalyst, which is reflected in the lower velocity observed in reactions with hydroxides towards methoxides. However this is not observed at lower temperatures, when the diffusion effect is predominant / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renan Sebem.pdf: 14781648 bytes, checksum: 1c30002408823e0116831038c8c98e8c (MD5) Previous issue date: 2015-09-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work explores the potential and shows the implementation of the long period gratings as refractive index sensors. It is proposed a sensor design where the refractive index sensitivity is improved. The design includes the use of the sensor with simple and low cost interrogation. Several manufacturing parameters are investigated and the process is enhanced to meet the design specifications, and also to obtain repeatability in the process. New ideas were proposed to manufacture tilted gratings and to control the index modulation duty cycle in a practical way with inexpensive equipment. The inscription of the fiber sensor is made by CO2 laser, point to point, with a uniform index modulation. The gratings were interrogated by an optical spectrum analyzer and also by edge filter demodulation in the 1550 nm region through an electronic board, developed in this work with automatic normalization of the signal. Results show that the refractive index sensitivity is influenced by several design and manufacturing parameters of the fiber grating. Performed experiments show a considerable increase in the refractive index sensitivity of the grating. / Este trabalho explora o potencial e demonstra a implementação das redes de período longo em fibra como sensores de índice de refração. É proposto um projeto do sensor em que a sensibilidade ao índice de refração é aperfeiçoada. O projeto contempla a utilização do sensor com interrogação de maneira simples e de baixo custo. Diversos parâmetros de fabricação são investigados e o processo é aprimorado para atingir as especificações de projeto, e também a fim da obtenção de repetibilidade no processo. Novas ideias foram propostas para fabricação de redes inclinadas e para o controle do duty cycle da modulação de índice da rede de maneira prática com equipamentos de baixo custo. A fabricação do sensor em fibra é feita através de laser de CO2, ponto a ponto, e com modulação de índice uniforme. As redes foram interrogadas através de analisador de espectro óptico e também por demodulação de borda de filtro na região de 1550 nm através de uma placa eletrônica, desenvolvida neste trabalho com normalização automática do sinal. Resultados mostram que a sensibilidade ao índice de refração é influenciada por alguns parâmetros de projeto e fabricação da rede em fibra. Experimentos realizados mostraram um aumento considerável na sensibilidade da rede ao índice de refração.