Orientador: Celio Pasquini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T04:25:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giachero_EduardoAlberto_M.pdf: 1521995 bytes, checksum: a202ae1d4c48dbb8607d5b36532d118a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho propõe o projeto e construção de um espectrofotômetro infravermelho próximo (NIR), compacto e de baixo custo, e a avaliação do seu desempenho na determinação de propriedades físico-químicas de combustíveis líquidos derivados do petróleo, visando a utilização do equipamento no controle dos processos de fabricação destes combustíveis. Na fase inicial do trabalho, foram investigados os tipos mais representativos de espectrofotômetros NIR utilizados atualmente pela indústria, analisando vantagens e desvantagens para auxiliar na definição dos componentes básicos do protótipo. Numa segunda etapa do projeto, foi executada a montagem de um protótipo baseado num detector de arranjo de sensores de PbS operando na faixa espectral de 2.100 a 2.500 nm, com a finalidade de determinar os parâmetros básicos do desempenho do equipamento (linearidade, repetibilidade, ruído e estabilidade do sinal). Numa terceira etapa foram introduzidas melhoras significativas no controle de temperatura do detector e optou-se pela mudança da faixa espectral de trabalho para 1600 a 2000 nm. Na última etapa foram construídos modelos PLS multivariados empregando-se espectros de 90 amostras de óleo diesel, visando a determinação de 5 parâmetros de qualidade deste combustível (índice de cetano e temperaturas de destilação de 10, 50, 85 e 90 % do volume do diesel). Os resultados obtidos foram comparados com os obtidos por um instrumento FT-NIR comercial, verificando-se desempenho equivalente. Os erros de estimação obtidos no protótipo (RMSECV) foram de 0,41 para o índice de cetano e de 3,1, 2,6, 3,4 e 4,0 °C para as temperaturas de destilação de 10, 50, 85 e 90 % do volume do diesel, respectivamente. Estes valores são inferiores ao erro de reprodutibilidade dos métodos analíticos de referência especificados pelas normas D86 e D4737 da ASTM. / Abstract: This work proposes the design and construction of a compact and low cost near infrared (NIR) spectrophotometer, and the evaluation of its performance in determination of physico-chemical properties of liquids fuels derived from petroleum with the aim of using the instrument in the process control of production of these fuels. In the initial step of this work, the more representatives NIR spectrophotometers used by the industry were investigated, analyzing their advantages and disadvantages to help in the definition of the basics components of the prototype. In a second step, a prototype was assembled using a PbS array detector, working in a spectral range from 2100 to 2500 nm to determine the basic parameters of system performance (linearity, repeatibility, signal noise, stability). In a third step, a critical improvement was made to better control the detector temperature. The spectral range was changed to 1600 ¿ 2000 nm, too. In the last step, PLS multivariate models were developed using the spectra set obtained for 90 samples of diesel with the objective of determine 5 quality parameters of this fuel (cetane index, distillation temperatures of 10, 50, 85 and 90% volume of diesel). The results were compared with those obtained by an FT-NIR commercial instrument, achieving equivalent performance. The estimated error obtained for the prototype (RMESV) were 0.41 to the cetane index and 3.1, 2.6, 3.4 and 4.0 for the distillation temperatures of 10, 50, 85 and 90% volume of diesel, respectively. These values are under the reproductibility error of the reference analytical methods especified by the D86 and D4737 ASTM standards. / Mestrado / Quimica Analitica / Mestre em Química

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:46Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Jackson Sen Kiat Ong1.pdf: 336586 bytes, checksum: 52b71abae661534b419bd2bda584dc4a (MD5) Jackson Sen Kiat Ong2.pdf: 1278219 bytes, checksum: ec194da3074f4dd751b05ea76d3b09f6 (MD5) Jackson Sen Kiat Ong4.pdf: 1869905 bytes, checksum: e24bb294662a8c0696b7e5fda65c5f7c (MD5) Previous issue date: 2008-01-29 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Photonic Crystal Fibers (PCFs) have led to renewed attention to the fiber optics field due to the several unique properties resulting from their microstructured profile. In particular, this profile enables one to insert liquids and polymers into the fiber so that they efficiently interact with light, which can be used for chemical and biological sensing, nonlinear optics, and the development of active photonic devices. Several applications require selectively inserting the sample into the core of a hollow-core PCF, leaving cladding holes unfilled. This dissertation presents two contributions toward the development of core-filled PCFs. Loss mechanisms in liquid-core PCFs are studied and fluorescence from a quantum-dot-doped polymer-core PCF is demonstrated. Loss studies were motivated by the evaluation of the transmission of light at 633 nm in 5-7 cm long water-core PCF samples the tips of which are cleaved at left in air. It was generally found that transmission was less than 5%, while water attenuation alone would lead to ~98% transmission. Liquid evaporation was found to be an important additional loss mechanism and its rate was determined both through microscopy and optical coherence tomography (OCT) in capillary fibers and PCFs filled with deionized water, ethanol and toluene. Although the evaporation rate in ethanol was found to be higher, for all samples a few hundreds of micrometers at the fiber tips are emptied over minutes. A method to prevent evaporation consisting of sealing the fiber tips with a clear UV curable polymer (NOA 73) was successfully tested. Filling a PCF with active elements can lead to optical amplification and laser action. Researchers at NTT recently observed fluorescence at 609nm from CdSe quantum dots in the core of a 1m long PCF. In this dissertation, the fluorescence emission is described from ~2.2 nm PbS quantum dots was observed with a specified emission peak of 890 nm. The quantum dots were suspended in NOA73 and inserted in the core of 7-9 cm long PCFs of with a hollow core diameter of 10.9 5m. The fiber was pumped by a 2.5 mW He-Ne laser or a 679 nm, 390 mW diode laser and its emission was characterized. A maximum fluorescence power of 2.2 5W and a maximum efficiency of 0.03% were achieved. Varying the quantum dot concentration revealed that lower concentrations lead to higher efficiencies. / Fibras de cristal fotônico (PCFs) têm levado a uma atenção renovada ao campo das fibras ópticas devido às diversas propriedades exclusivas resultantes do seu perfil microestruturado. Em particular, este perfil permite a introdução de líquidos e polímeros na fibra de modo que estes interajam eficientemente com a luz, levando a aplicações em sensoriamento químico e biológico, óptica não-linear, e o desenvolvimento de dispositivos fotônicos ativos. Diversas aplicações requerem a inserção seletiva da amostra no núcleo de uma PCF de núcleo oco, deixando buracos da casca sem preenchimento. Esta dissertação apresenta duas contribuições para o desenvolvimento de PCFs de núcleo preenchido. Os mecanismos de perda em PCFs de núcleo líquido são estudados e a fluorescência de uma PCF de núcleo polimérico dopado com pontos quânticos é demonstrada. Os estudos da perda foram motivados pela análise da transmissão da luz em 633 nm em amostras de 5-7 cm de PCF de núcleo de água cujas pontas eram clivadas e deixadas no ar. Geralmente a transmissão encontrada era menor do que 5%, enquanto que a atenuação da água poderia levar a ~98% de transmissão. Verificou-se que a evaporação do líquido era um mecanismo de perda importante e sua taxa foi determinada através de microscopia e de tomografia por coerência óptica (OCT) em fibras capilares e PCFs preenchidas com água deionizada, etanol e o tolueno. Embora a taxa da evaporação no etanol seja maior, para todas as amostras algumas centenas de micrômetros nas pontas da fibra são esvaziadas em minutos. Um método para impedir a evaporação que consiste em selar as pontas da fibra com um polímero curável por UV (NOA 73) foi testado com sucesso. O preenchimento de uma PCF com elementos ativos pode conduzir a amplificação óptica e ação laser. Pesquisadores da NTT observaram recentemente fluorescência em 609 nm em pontos quânticos de CdSe no núcleo de uma PCF de 1 m de comprimento. Nesta dissertação, a emissão de fluorescência é observada com pontos quânticos de PbS de ~2,2 nm e pico de emissão nominal em 890 nm. Os pontos quânticos foram suspensos em NOA73 e introduzidos no núcleo de PCFs de 7-9 cm de comprimento e núcleo oco de 10,9 5m de diâmetro. A fibra foi bombeada por um laser de He-Ne de 2,5 mW ou um laser de diodo de 679 nm e 390 mW e sua emissão foi caracterizada. Uma fluorescência com potência máxima de 2,2 5W e eficiência máxima de 0,03% foi obtida. Variando a concentração de pontos quânticos observou-se que baixas concentrações levam a eficiências mais elevadas.