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Título: Nanopartículas de ouro em fibras ópticas: uma proposta empírica para detecção de sulfeto de hidrogênio (H2S) por ressonância plasmônica
Autor(es): Prado, Adilson Ribeiro
Orientador: Pontes, Maria José
Coorientador: Ribeiro, Moisés Renato Nunes
Data do documento: 7-Abr-2017
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: O interesse por detectar H2S surgiu em face dos inúmeros acidentes com vítimas fatais registrados em diferentes áreas industriais. O trabalho desenvolvido nesta tese foi a concepção, construção e caracterização de um método inovador de detecção de sulfeto de hidrogênio H2S normalmente encontrado em fase gasosa a temperatura ambiente. O H2S é um gás com alto grau de letalidade e comumente encontrado na extração de petróleo e na decomposição de material orgânico. A construção do detector foi realizada unindo as vantagens das fibras ópticas de sílica com as potencialidades das nanopartículas de ouro. O princípio físico explorado foi a ressonância de plasmon de superfície localizada. A ressonância de plasmon de superfície localizada é fortemente alterada quando os elétrons livres do metal sofrem algum tipo de perturbação externa. No caso em questão, a forte energia de ligação entre o elemento ouro e o enfroxe foi o fundamento principal para o funcionamento do detector colorimétrico desenvolvido. Todas as etapas de produção do detector foram descritas em detalhes: desde a síntese das nanopartículas de ouro, tendo como base o método de redução de citrato, ao processo de detecção em fibra, que se deu por fluorescência utilizando um espectrofotômetro portátil com saída em fibra. O processo de aderência das nanopartículas na fibra seguiu um procedimento, originalmente, desenvolvido neste trabalho, pois houve a necessidade de elevar a concentração das nanopartículas na seção circular da ponta clivada, sendo essa uma das variáveis ligadas aos limites de detecção do H2S no meio. Para isso, foram realizados diferentes experimentos com o objetivo de verificar o comportamento da concentração de nanopartículas no limite de detecção do gás de interesse. A faixa de operação do dispositivo obtido ficou entre 0,4 a 2,0 ppm, funcionando em temperatura ambiente sem necessidade de condicionamento ou rotinas especiais para entrar em operação.
The interest in detecting H2S arose from need to develop a detection system with advantages over commercial systems, since numerous accidents with fatal victims were registered in different industrial areas. This work developed the design, construction and characterization of an innovative method of detection of hydrogen sulfide, better known H2S, normally found in gas phase at room temperature. H2S is a gas with a high degree of lethality and is commonly found in extraction of petroleum and decomposition of organic material. The detection was performed by combining advantages of silica optical fibers with the potentialities of the gold nanoparticles. The physical principle explored was the localized surface plasmon resonance. The localized surface plasmon resonance is strongly altered when the free electrons of the metal undergo some external perturbation. In the case in question the strong bonding energy between the gold element and sulfur was the main basis for the operation of the developed colorimetric detector. All the stages of detector production have been described in detail: since synthesis of gold nanoparticles by citrate reduction method, to detection process, which was given by fluorescence using a portable fiber-optic spectrophotometer. The process of adhesion of the nanoparticles to fiber followed procedure originally developed in this work, since it was necessary to increase the concentration of the nanoparticles in the circular section of the cleaved tip, being one of the variables linked to the detection limits of H2S. For this, different experiments were carried out to verify behavior of the nanoparticle concentration at the detection of the gas of interest. The operation range of device was between 0.4 to 2.0 ppm, operating at room temperature without the need for conditioning or special routines to start operation.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9688
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