bis C (Supprimé)

Uma vez definida uma estratégia padrão para o processamento de dados – seção 3.3 – e tendo em mente que a interpretação dos espectros requer investigações mais fundamentais – seção 3.4 –, avançou-se para os primeiros ensaios visando o desenvolvimento de um método quantitativo. A primeira possibilidade cogitada foi a viabilidade de quantificar açúcares em mel, objetivando a classificação e verificação de amostras adulteradas. A motivação principal desta ideia é a distinção muito evidente de açúcares na região THz, aliada à necessidade de

métodos rápidos para este fim. Atualmente, os métodos mais empregados são baseados em técnicas mais lentas, conforme mencionado anteriormente.

3.5.1 Açúcares puros em PTFE

Antes de serem iniciados os ensaios com amostras reais de mel, uma avaliação prévia dos espectros dos açúcares puros foi realizada. Para isso, pastilhas em teflon com diferentes massas foram preparadas (100, 200, 300 e 400 mg). Os teores de frutose e glucose utilizados foram, respectivamente, 14 e 10 % (m/m). Em cada amostra, foram realizadas médias de 500 mil varreduras, totalizando um tempo de aquisição de cerca de 4,5 min. Para verificar a homogeneidade, cada pastilha foi medida em dois pontos diferentes. Pastilhas de PTFE e PE puras também foram medidas para fins de cálculo de índice de refração, que será discutido mais adiante.

Na Figura 33 são exibidos espectros de glucose e frutose puros em pastilhas de PTFE. Ambos apresentam picos característicos, de modo que, em princípio, a quantificação simultânea deles seria viável. Os espectros obtidos também são semelhantes àqueles encontrados na literatura [59].

Figura 33: Espectros de glucose e frutose em pastilhas de PTFE.

Espectros de índice de refração também foram calculados por fins de comparação com a literatura. Em alguns casos, foram observados comportamentos absurdos nos índices de refração obtidos. Na Figura 34 são apresentados exemplos deste artefato: curvas tendendo de forma assintótica para + ∞ ou - ∞ quando a frequência se aproxima de zero. Além de não ter sentido físico, tal comportamento é ainda mais curioso pelo fato de ocorrer aleatoriamente.

Por exemplo, na Figura 34, verifica-se que, para duas medidas realizadas em uma mesma pastilha (glucose (a) e (b)), em uma delas o índice de refração é calculado normalmente, e na outra ocorre o comportamento inesperado.

Devido a essa imprevisibilidade do erro, cogitou-se a hipótese de que ele fosse originado por um erro numérico durante o cálculo da FFT. O primeiro teste realizado foi variar ligeiramente os limites da janela de FFT, e verificar se o problema se mantinha. De fato, observou-se que variando esses limites, o problema aparecia ou não. Ainda assim, não foi possível corrigi-lo de desta forma.

Figura 34: Comportamentos anômalos observados nos índices de refração calculados para amostras de glucose, frutose e PE, todas medidas em dois pontos da mesma pastilha (a e b). Espectros obtidos com uma janela temporal de 67 ps, com a fase calculada a partir do ponto

de índice 0, 5 (0,060 THz) ou 10 (0,135 THz).

Há na literatura uma tese que discute brevemente um problema semelhante, e o autor também aponta para um erro numérico no cálculo da FFT [88]. Nessa tese, o autor observa que o valor da fase quando a frequência é zero muitas vezes é diferente de zero, ocasionando um erro na etapa seguinte (cálculo da fase desdobrada). A solução encontrada por ele então é somar ±2π nesse ponto, de modo a compensar esse erro nas etapas posteriores de cálculo. No caso dos espectros obtidos neste trabalho, porém, não foi observado em caso algum valores de fase diferentes de zero nesse ponto inicial do espectro.

Finalmente, foi testada a hipótese de que o erro seria originado pelo fato de os pontos inciais apresentarem muito ruído, o que também levaria a erros no cálculo da fase desdobrada – o algoritmo interpreta uma variação brusca de fase oriunda de ruído como uma alteração real, e assim gera valores muito destoantes dos verdadeiros. Assim, diferentes cortes no intervalo das frequências foram testados, de modo a verificar se o erro permaneceria ou não. Na Figura 34, observa-se que de fato essa alteração corrigiu o problema: cortando os 5 primeiros pontos, o problema ainda permanece, inclusive afetando outras amostras que não eram atingidas com a janela total. Porém, a partir de um corte de 10 pontos, observou-se que o problema não mais aparecia, independentemente da amostra ou da janela escolhida para a realizar a FFT. Testes posteriores com outras amostras mantendo esse corte mostraram que o erro não mais apareceu, indicando que o problema foi corrigido de forma definitiva.

3.5.2. Soluções aquosas e mel

Com o intuito de simular uma amostra de mel, soluções contendo 40 % m/v de glucose e 40 % m/v de frutose foram preparadas. Como a absorção da água líquida domina o espectro de soluções aquosas, foram efetuados diversos processos visando uma forma rápida e eficiente de cristalização que permitisse a aquisição de espectros com caráter semelhante ao obtido para as pastilhas dos açúcares puros. Os procedimentos estão listados a seguir:

1) Secagem em estufa a vácuo a 40 ºC. Um papel de filtro embebido com as soluções foi colocado em estufa em temperaturas baixas para evitar a decomposição dos açúcares por até 24 h;

2) Liofilização (procedimento testado com a amostra de mel);

3) Mistura com solventes menos polares miscíveis em água (etanol, acetona) de modo a precipitar o açúcar.

Infelizmente, todos os procedimentos empregados resultaram em amostras com caráter amorfo, que não exibem nenhuma característica espectral particular. De fato, à exceção da liofilização, nenhum dos processos testados foi capaz sequer para remover a água em um tempo razoável (após mais de 24 h de secagem, o processo era interrompido, pois não faria sentido dentro do objetivo de desenvolver um método rápido). A liofilização, embora tenha removido por completo a água, resultou em espectros típicos de materiais amorfos, como verificado na Figura 35. Nenhuma das características espectrais da frutose ou da glucose cristalinas foi recuperada após o processo de liofilização, e é possível notar apenas um

aumento global da absorção das amostras em função da concentração de açúcar. A adição de etanol ou acetona resultou na separação de fases, e não na precipitação dos açúcares como esperado.

Figura 35: Espectros de mel liofilizado. Concentrações em percentual mássico.

3.5.3.Ensaios em dispersões coloidais

Outro procedimento empregado como tentativa de obtenção de espectros de açúcares semelhantes aos adquiridos para as pastilhas foi o uso de dispersões coloidais do surfactante dioctil sulfoccinato de sódio (aerosol OT ou AOT) em n-heptano. Em 2002, Boyd et al. [89] demonstraram o potencial uso desse sistema coloidal para obter informações específicas relacionadas a formação de micelas reversas de diferentes tamanhos e com diferentes solutos. Nesse trabalho, os autores obtiveram espectros de absorção com bandas características dos sistemas micelares, além de empregarem um modelo matemático para realizar a deconvolução dos espectros – o que possibilitou a observação de picos ainda mais definidos. Tendo isso em vista, dispersões coloidais de açúcares em micelas reversas também foram utilizadas como possíveis matrizes para a observação de espectros característicos dos mesmos em fase líquida. Este procedimento visa evitar etapas de cristalização do mel.

As dispersões foram preparadas de modo que a proporção de H2O e AOT fosse de 1:1,

e a concentração de AOT igual a 0,1 mol.L-1. A mesma proporção foi mantida para a solução 40 % (m/v) de frutose no lugar da água.

Os espectros das dispersões coloidais de AOT são apresentados na Figura 36. Mais uma vez, nenhum aspecto característico foi observado. De fato, mesmo os espectros das micelas contendo apenas água não reproduziram os resultados esperados de Boyd. et al. [89]. Há outros trabalhos na literatura que também descrevem espectros semelhantes aos obtidos no presente trabalho [90]. Segundo os autores, a dificuldade em reproduzir os espectros estaria associada a impurezas no surfactante, o que levaria a uma distribuição heterogênea de tamanhos de micelas, e um processo de purificação do surfactante seria necessário.

Figura 36: Espectros de dispersões micelares de AOT e frutose em heptano.

Enfim, pode-se concluir que a espectroscopia THz não se mostrou uma técnica adequada para a quantificação de açúcares em mel. Embora as diferenças observadas nos espectros das moléculas em estado cristalino sugiram uma aplicação interessante, a dificuldade de reproduzir tais condições a partir de amostras reais a torna pouco prática.