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JULIANA BESSA DE ALMEIDA
CARACTERIZAÇÃO DE FLUIDO MAGNÉTICO À BASE DE ÓLEOS
VEGETAIS DE BABAÇU, COPAÍBA E MAMONA.
ORIENTADORA: PROFª. Drª. LUCIENE BATISTA DA SILVEIRA
Ji-Paraná-RO, dezembro de 2009.
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR
CAMPUS DE JI-PARANÁ
JULIANA BESSA DE ALMEIDA
CARACTERIZAÇÃO DE FLUIDO MAGNÉTICO À BASE DE ÓLEOS
VEGETAIS DE BABAÇU, COPAÍBA E MAMONA.
Ji-Paraná-RO, dezembro de 2009.
Monografia apresentada na
Universidade Federal de Rondônia -
Campus de Ji-Paraná, como parte dos
requisitos para obtenção do título de
graduação em Licenciatura Plena em
Física, sob a orientação da Profª. Drª.
Luciene Batista da Silveira.
CARACTERIZAÇÃO DE FLUIDO MAGNÉTICO À BASE DE
ÓLEOS VEGETAIS DE BABAÇU, COPAÍBA E MAMONA.
JULIANA BESSA DE ALMEIDA
Este trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do Grau de
Licenciatura Plena em Física e aprovado em sua forma final.
Banca Examinadora:
__________________________________________________
Profª. Drª. Luciene Batista da Silveira
Orientadora - UNIR
__________________________________________________
Prof. Dr. Judes Gonçalves dos Santos Membro – UNIR
__________________________________________________
Prof. Dr. Marcos Lazaro de Souza Albuquerque
Membro - UNIR
Ji-Paraná - RO, dezembro de 2009.
iv
DEDICATÓRIA
A Deus, por me dar força, coragem, saúde e sem a vontade dele eu não teria
conquistado essa vitória nem conseguiria trilhar este caminho.
Aos meus pais João Martins de Almeida e Ana Ramos de Bessa, por terem
acreditado em mim e por nunca me desampararem em minhas escolhas e decisões. Amo
muito vocês.
Ao meu esposo Milton Vicente Batista Junior, que sempre me motivou e
acompanhou todos os meus passos nessa longa caminhada e pela paciência que teve em
ser trocado muitas vezes pela Física, te amo muito.
A minha irmã Jéssica Ramos de Almeida e a minha sobrinha Amanda Almeida
Alexandrino que enche minha vida de alegria.
Aos amigos maravilhosos que encontrei nessa caminhada que quero que estejam
sempre comigo: Letícia Farage de Carvalho, Gisele Pedra da Silva, Gilma Carine da
Silva Santos, Ernani Marco Rodrigues dos Reis, Marcos Leandro Nunes, Gislaine
Izidoro, Marluce Pereira Oliveira, Fernanda Fabian Antunes, Gilciano Soares de
Oliveira e por fim em especial a grande amiga Patrícia Matos Viana que me ajudou
tanto nos estudos quanto há compreender o poder de Deus, uma amiga que quero
cultivar para o resto da vida.
A amiga Eunice Aquino Batista, Adriana Aquino Batista, Juraci Rodrigues e
Milton Vicente Batista, por terem colaborado inúmeras vezes de todas as formas que
precisei.
v
AGRADECIMENTO
Nunca conseguirei expressar o quanto sou grata a essas pessoas que diretamente
e indiretamente contribuíram para a conclusão deste trabalho deixo aqui registrado
algumas dessas pessoas:
A professora Drª. Luciene Batista da Silveira por me orientar neste trabalho de
pesquisa, e em todos os momentos que a solicitei em minha formação acadêmica e até
mesmo como uma amiga preocupada com meu bem estar.
Ao professor Dr. Judes Gonçalves dos Santos que sempre me ajudou nas horas
que eu o solicitei, não medindo esforços para ajudar e colaborar nas pesquisas. Pela
criação do Departamento de Física e por ter sido contemplado com o Programa de
Educação Tutorial PET.
Aos professores da graduação pelas aulas ministradas e pela paciência e
motivação passada por eles.
Agradeço à professora Drª. Eliane Costa técnica da central analítica do IQ-UFG
pelas medidas de raios-X.
Agradeço aos companheiros do grupo PET, onde tivemos a oportunidade de
ampliar nosso conhecimento e vivenciamos varias experiências.
Agradeço ao PET, SEPLAN/CNPq pelo apoio financeiro.
vi
Então Deus disse: “Haja
luz, e houve luz”.
(Gênesis)
vii
SUMÁRIO
DEDICATÓRIA----------------------------------------------------------------------------------IV
AGRADECIMENTOS----------------------------------------------------------------------------V
LISTA DE FIGURAS----------------------------------------------------------------------------IX
LISTA DE TABELAS-------------------------------------------------------------------------- XI
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS----------------------------------------------XII
RESUMO----------------------------------------------------------------------------------------XIII
ABSTRACT-------------------------------------------------------------------------------------XIV
1-REVISÃO DE LITERATURA---------------------------------------------------------------1
1.1-Óleos vegetais-------------------------------------------------------------------------1
1.1.1-Óleo de babaçu-------------------------------------------------------------1
1.1.2-Óleo de copaíba------------------------------------------------------------3
1.1.3-Óleo de mamona-----------------------------------------------------------4
1.2-Nanopartículas magnéticas----------------------------------------------------------5
1.3-Fluido magnético----------------------------------------------------------------------6
1.4-Aplicações----------------------------------------------------------------------------10
2-PREPARAÇÃO DOS MATERIAIS E CARACTERIZAÇÃO BÁSICA----------11
2.1- Preparação das amostras--------------------------------------------------------11
2.1.1-Preparação da mistura de óleos vegetais (BCM)---------------------11
2.1.2-Preparação da maguemita-----------------------------------------------13
2.1.3-Preparação de fluido magnético----------------------------------------14
2.2-Caracterização básica-------------------------------------------------------------15
viii
2.2.1-pH---------------------------------------------------------------------------15
2.2.1.1-Medidas de pH à temperatura ambiente--------------------15
2.2.2-Condutividade------------------------------------------------------------16
2.2.2.1-Medidas de condutividade à temperatura ambiente ------16
3-TÉCNICAS-------------------------------------------------------------------------------------18
3.1- Raios-X------------------------------------------------------------------------------18
3.1.1-Medidas de raios-X------------------------------------------------------19
3.1.2- Difratograma de raios-X -----------------------------------------------20
3.2- Espectrofotometria----------------------------------------------------------------22
3.2.1- Medidas de espectrofotometria ---------------------------------------25
3.2.1.1-Medidas de espectrofotometria dos óleos------------------27
3.2.2-Medidas de fluido de nanopartículas magnéticas de
maguemita suspensas em óleo BCM-------------------------------36
4-CONSIDERAÇÕES FINAIS---------------------------------------------------------------48
5-REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS----------------------------------------------------49
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - À esquerda temos o cacho da palmeira e a direita o fruto do babaçu mos-
trando seu interior (www.paty.posto7.com.br/frutababacu.htm)-------------2
Figura 1.2 - À esquerda é a árvore copaibeira e a direita imagem de extração de óleo
de copaíba (www.fiocruz.br/)---------------------------------------------------- 3
Figura 1.3 - Ilustração a esquerda de um galho de mamoeira e a direita foto da mamo-
na (www.ipea.gov.br//edições/23)----------------------------------------------- 4
Figura 1.4 - Representação da célula unitária da maguemita (SANTOS, 2004)----------6
Figura 1.5 - (a) Representação de fluido surfactado e (b) representação de fluído iôni-
co (SILVEIRA, 2009)----------------- -------------------------------------------8
Figura 1.6 - Esquema de preparação de fluido magnético iônico pela técnica de
moagem (MORAIS, 2001)---------------------------------------------------------8
Figura 1.7 - Esquema de preparação de fluido magnético por condensação química
(MORAIS, 2001)-------------- --------------------------------------------------9
Figura 2.1 - Foto das amostras in natura dos óleos vegetais e de álcool de cereal------12
Figura 2.2 - Foto das amostras de maguemita e dos fluidos magnéticos-----------------14
Figura 3.1 - Montagem do tubo de raios catódicos onde Roetgem observou os
raios-X (http/upload.wikimedia.org/Wikipédia/Roetgen)------------------- 18
Figura 3.2 - Difratograma de raios-X das nanopartículas de maguemita---------------- 20
Figura 3.3 - Difratograma de raios-X das nanopartículas de maguemita na região
de maior reflexão (311)-----------------------------------------------------------21
Figura 3.4 - Reflexão, refração, espalhamento e absorção fazem com que a luz que
sai da amostra tenha uma intensidade menor do que a luz que incide
(ATKINS & PAULA, 2004)----------------- -----------------------------------23
Figura 3.5 - Esquema referente à lei de Lambert-Beer--------------------------------------24
Figura 3.6 - Foto do aparelho espectrofotômetro conectado ao computador ------------26
Figura 3.7 - Espectro da absorção pelo comprimento de onda das amostras de baba-
çu, mamona, copaíba e BCM --------------------------------------------------- 27
x
Figura 3.8 - Espectro da absorção pelo comprimento de onda das amostras compôs-
tas por óleo BCM diluídas em álcool de cereal nas concentrações de
(2,5,7,10, 15,20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e do óleo BCM------------------28
Figura 3.9 - Gráfico dos picos de absorção pela concentração das amostras de BCM
diluídas em álcool de cereal e do BCM ----------------------------------------29
Figura 3.10 - Espectro da transmissão pelo comprimento de onda das amostras puras
de óleo (babaçu, mamona e copaíba) e do óleo BCM ----------------------30
Figura 3.11 - Espectro de transmissão pelo comprimento de onda das amostras de
BCM diluídas em álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15,
20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e do óleo BCM -------------------------------31
Figura 3.12 - Gráfico de transmissão do pico mais intenso das amostras puras (baba-
çu, mamona e copaíba), das amostras de BCM diluídas em álcool de
cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45,
50 %) e do BCM --------------------------------------------------------------32
Figura 3.13 - Espectro de energia das amostras de óleos puros de (mamona, copaíba,
babaçu) e da mistura de óleos BCM -----------------------------------------33
Figura 3.14 - Espectro de energia pelo comprimento de onda das amostras de óleo
BCM diluídos em álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10,
15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e da mistura de óleo BCM---------------34
Figura 3.15 - Gráfico de pico de energia pela concentração das amostras de óleo
BCM diluídas em álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10,
15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e do BCM -----------------------------35
Figura 3.16 - Espectro de absorção das amostras de fluido de nanopartículas
magnéticas de maguemita nas seguintes concentrações; 0,01, 0,05 e
0,5 % suspensas em óleo BCM e do óleo BCM----------------------------36
Figura 3.17 - Pico de absorção das amostras de fluido magnético de nanopartículas
de maguemita e do óleo --------------------------------------------------------37
Figura 3.18 - Área em função da concentração das amostras de fluido magnético de
nanopartículas de maguemita e do óleo BCM ------------------------------38
Figura 3.19 - Gráfico da largura de linha em função da concentração das amostras de
fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do óleo BCM -----39
Figura 3.20 - Espectro de transmissão das amostras de fluido magnético de nanopar-
tículas de maguemita e do óleo BCM ----------------------------------------40
xi
Figura 3.21 - Espectro de pico de transmissão das amostras de fluido magnético de
nanopartículas de maguemita e do óleo BCM ------------------------------41
Figura 3.22 - Gráfico da área em função da concentração das amostras de fluido
magnético de nanopartículas de maguemita e do óleo BCM -------------42
Figura 3.23 - Gráfico da largura de linha em função da concentração das amostras de
fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do óleo BCM -----43
Figura 3.24 - Espectro de energia das amostras de fluido magnético de nanopartículas
de maguemita e do óleo BCM--------------------------------------------------44
Figura 3.25 - Gráfico de pico de energia de ligação em função da freqüência da
amostra de óleo BCM-----------------------------------------------------------45
Figura 3.26 - Gráfico de energia de ligação dos picos em função da freqüência das
amostras de fluido magnético de nanopartículas de maguemita ---------46
Figura 3.27 - Gráfico de picos de energia de ligação em função da concentração de
óleo BCM presente nas amostras de fluido magnético de nanopartí-
culas de maguemita------------------------------------------------------------- 47
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2. 1 - Diluição de óleo BCM em álcool de cereal-----------------------------------12
Tabela 2.2 - Suspensão das nanopartículas de maguemita em óleo BCM (mistura dos
óleos babaçu, copaíba e mamona)----------------------------------------------14
Tabela 2.3 - Valores obtidos das medidas de pH das amostras de óleo------------------16
Tabela 2.4 - Valores obtidos das medidas de condutividade das amostras de óleos----17
Tabela 3.1 - Posição dos picos de difratograma de raios-X comparados com ASTM
da amostra de maguemita --------------------------------------------------------21
xiii
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
BCM - Copaíba, Babaçu e Mamona
LCM - Laboratório de Ciências dos Materiais
DMSA - Ácido 2,3 dimercaptossuccinico
FM - Fluido Magnético
NPMs - Nanopartículas Magnéticas
UV - Ultra Violeta
VIS - Visível
NIR - Infravermelho próximo
(γ-Fe2O3) - Maguemita
xiv
RESUMO
Este trabalho consiste em realizar a caracterização de óleos vegetais in natura,
Babaçu (Orbignia Speciosa), Copaíba (Copaífera Langsdorffi) e Mamona (Ricinus
Communis). A partir desses óleos foi possível montar uma mistura dos mesmos em
porcentagens iguais essa mistura é chamada BCM que foi utilizado para fluído em
dispersão de nanopartículas magnéticas. As nanopartículas foram preparadas no
Laboratório de Ciências dos Materiais da UNIR. Para fazer a caracterização foram
realizadas medidas de: pH , condutividade, Espectrofotometria e Raios-X .
Palavras-Chave: Óleos vegetais, Espectroscopia, Fluido Magnético.
xv
ABSTRACT
This work is to perform the characterization of vegetable oils in natura, Babassu
(Orbignia speciosa), Copaiba (Copaifera langsdorffi) and castor bean (Ricinus
communis). From these oils to mount a mixture thereof in equal percentages this
mixture is called BCM that was used for fluid dispersion of magnetic nanoparticles. The
nanoparticles were prepared at the Laboratory of Materials Science of UNIR. To make
the characterization measurements were performed: pH, conductivity,
spectrophotometry and X-rays.
Key words: Vegetable oils, Spectroscopy, Magnetic fluid.
1-REVISÃO DE LITERATURA
A seguir será abordada uma breve revisão literária sobre os óleos vegetais,
nanopartículas, fluido magnético e algumas aplicações.
1.1 - Óleos Vegetais.
Os óleos vegetais são gorduras extraídas de plantas principalmente nas sementes
formadas por triglicerídeos. As gorduras por sua vez são ésteres de glicerina e uma mistura
de ácidos graxos e são insolúveis em água, mas solúveis em solventes orgânicos.
Em relação ao fato de ser uma fonte de energia renovável, o óleo vegetal apresenta
enormes vantagens nos aspectos ambientais, sociais e econômicos, podendo ser
considerado como importante fator de viabilização do desenvolvimento sustentável, sem
agressões ao meio ambiente.
A extração pode utilizar-se a maneira moderna de processamento através de
solventes que permite obter em maior quantidade tornando-se mais rápido e barato. O
solvente mais comum para esse processo é o hexano um derivado do petróleo. Outra forma
é a extração física, a qual não ocorre solvente. Baseia-se na extração através de processos
mecânicos como, por exemplo, a prensagem.
1.1.1 - Óleo de Babaçu
O Babaçu é o fruto de uma palmeira nativa da região norte do Brasil e que
apresentam em seu interior várias sementes ou amêndoas de onde é extraído o óleo do coco
babaçu. O babaçu é uma cultura extrativista, do fruto apenas 6 a 8 % são sementes. Destas
sementes são extraídos de 65 a 68 % de um óleo de cor branca a levemente amarelada. Esta
cor vai depender da temperatura, pois o óleo de coco babaçu apresenta-se como uma
gordura à temperatura ambiente. O óleo de coco babaçu apresenta odor e sabor suave
característico (BARSA, 2001).
A denominação babaçu é comum a várias palmeiras brasileiras conhecidas também
por outros nomes, como aguaçu, uauaçu, coco-de-macaco e coco-pindoba. Embora sejam
conhecidas várias espécies do gênero Orbignia, assumem particular importância, por serem
boas produtoras de frutos, Orbignia speciosa, O. martiana e O.olifera, de frutos maiores
2
que a primeira. O caule ou estipe pode alcançar 15 m de altura e quarenta centímetros de
diâmetros a Orbignia speciosa, que começa a frutificar com sete a oito anos (BARSA,
2001).
Existem, em conjunto, 15 a 20 folhas ou palmas, de cinco a dez metros de
comprimento, com bainha e pecíolo persistentes e fibrosos. As flores sésseis, providas de
cálice, são protegidas por espadas por espadas lanceoladas. O fruto, castanho (Figura 1.1)
quando maduro, mede de 8 a 15 cm de comprimento e 5 a 7 cm de diâmetro. Esse tamanho
depende das condições ecológicas e das variedades de cada espécie (BARSA, 2001).
Calcula-se que cada palmeira produtiva é capaz de dar cerca de 3,5 kg de óleo por
ano, não há plantações sistemáticas de babaçu, toda a produção provém de palmeiras
espontâneas. Os estados do Maranhão e Piauí são os maiores produtores. A cada ciclo de
floração e frutificação, formam-se de dois a seis cachos, cada qual com 150 a 300 frutos,
de modo que uma palmeira produz por ano cerca de 800 frutos (BARSA, 2001).
Cresce espontaneamente nas matas da região amazônica, 2.000 frutos anualmente,
porém não suporta longos períodos.
Figura 1.1: À esquerda é o cacho da palmeira e a direita o fruto do babaçu mostrando seu interior
(www.paty.posto7.com.br/frutababacu.htm).
3
1.1.2 - Óleo de Copaíba.
A copaíba (Copaifera) são árvores nativas da região tropical da América Latina e
também da África Ocidental. É popularmente conhecida como copaibeiras ou pau d`óleo, a
copaíbas são encontradas facilmente nas regiões amazônicas e centro-oeste do Brasil
(VEIGA JR. & PINTO, 2002).
No Brasil, a espécie Copaífera langsdorffii (Figura 1.2) é particularmente
importante por esta distribuída por todo o território da Amazônia a Santa Catarina, no
Nordeste e Centro-Oeste, e por possuir quatro diferentes variedades: C. langsdorffii Var.
grandiflora, laxa e glabra (VEIGA JR. & PINTO, 2002).
O óleo de copaíba é um líquido transparente cuja coloração varia do amarelo ao
marrom. Somente na espécie Copaifera langsdorffii o óleo de copaíba apresenta-se
vermelho, recebendo a denominação popular de copaíba vermelha (VEIGA JR. & PINTO,
2002).
Figura 1.2: À esquerda é a árvore copaibeira e a direita imagem de extração de óleo de copaíba
(www.fiocruz.br/).
A designação correta para o óleo da copaíba é a de óleo-resina por ser um exudato
constituído por ácidos resinosos e compostos voláteis. Também é chamado erroneamente
de bálsamo de copaíba, apesar de não ser um bálsamo verdadeiro, por não conter derivados
do ácido benzóico ou cinâmico.
4
O óleo resina de copaíba é uma resina líquida rica em sesquiterpenos e diterpenos e
diferentes concentrações. Sua fração mais volátil é composta de sesquiterpenos, enquanto a
fração mais pesada, resinosa, é composta por diterpenos. A fração óleo essencial compõe-
se basicamente de sesquiterpenos e pode chegar a compor 80 % do óleo-resina,
dependendo da espécie de copaíba. A fração resina compõe-se de ácidos diterpênicos
biciclídeos e tetracílicos derivados dos grupos labdano, kauramo e clerodano (VEIGA JR.
& PINTO, 2002).
1.1.3 - Óleo de Mamona.
Comum na Etiópia e na Índia, a mamona adaptou-se tão bem ao Brasil que muitas
vezes cresce como mato em terrenos baldios. Seu cultivo racional é, no entanto feito em
larga escala, pela utilidade do óleo extraído de suas sementes (BARSA, 2001).
Figura 1.3: Ilustração a esquerda de um galho de mamoeira e a direita foto da mamona
(www.ipea.gov.br//edições/23).
Planta da família das euforbiáceas, a mesma de outras espécies que dão um suco
leitoso, como a mandioca e a seringueira, a mamona (Ricinus communis), também
chamada rícino ou carrapateira, é de ciclo anual ou semiperene, e de porte baixo (até 1,5
m), médio (1,5 a 2 m) ou alto (mais de dois metros). As variedades de mamona ora
produzem frutos deiscentes, que se abrem quando maduros para deixar cair às sementes,
ora indeiscentes. Os frutos são cápsulas espinhentas (Figura 1.3), com três divisões e uma
semente em cada uma. As mamoneiras de porte alto e semiperenes, que duram de três a
5
cinco anos, predominam nas plantações do Norte e Nordeste, enquanto as de porte médio
ou baixo e de ciclo anual, que a cada ano, após a colheita, exigem novo plantio, são mais
comuns no restante do Brasil (BARSA, 2001).
A propagação, em todos os casos, é feita por sementes. A planta precisa de chuvas
regulares durante o crescimento e período seco na fase de maturação dos frutos. Típica de
clima tropical e subtropical desenvolve-se melhor entre 200 e 30
0 C, não suporta geada ou
ventos fortes e, em climas mais frios, a produção de óleo é prejudicada (BARSA, 2001).
Colhidas a máquina ou a mão, as sementes ou bagas são depois secas (ao sol ou em
secadouros), batidas, ventilada e classificadas. O óleo é extraído por pressão, a frio (para
usos medicinais) ou a quente (para fins industriais).
Usado antigamente como purgante (a ricina contem albumina tóxica), esse óleo
encontra hoje grande diversidade de aplicações. Por ser viscoso pouco solúvel em gasolina,
ter grande aderência e não deixar resíduos constitui excelente lubrificante para motores de
alta rotação, como os dos aviões. O óleo de mamona entra em fórmulas de sabonetes,
pomadas, tintas e vernizes. O resíduo ou torta, depois de eliminadas as toxinas, serve de
adubo ou forragem. Do óleo decomposto ao calor combinado com exposição à alcolóides,
obtêm-se materiais para a fabricação de perfumes ou ácidos na síntese de plastificantes e
resinas (BARSA, 2001).
1.2- Nanopartículas Magnéticas
Nanopartículas magnéticas (NPMs) são partículas nanométricas formadas por
metais. São considerados os óxidos de ferro os mais comumente estudados, incluem a
maguemita (γ-Fe2O3) e a magnetita (Fe3O4), (GUPTA e GUPTA, 2005 apud FUENTES,
2009).
Uma característica fundamental das suspensões coloidais é a tendência natural de
aglomeração das nanopartículas. Para se obter a estabilidade, deve-se minimizar a
possibilidade de aglomeração. As partículas devem ser pequenas o suficiente para que não
haja precipitação, permitindo que o movimento Browniano atue como agente dispersante
(SILVEIRA, 2006).
As nanopartículas magnéticas utilizadas neste trabalho são de maguemita. A
maguemita apresenta uma estrutura espinélio inversa, com uma distorção de sub-rede
tetragonal, maguemita pode ser vista como uma forma de magnetita deficiente em ferro
(WEBLER, 2008). A maguemita é obtida por meio de um processo de oxidação da
6
magnetita, processo este que pode ser natural ou induzido. Na Figura 1.4 temos esquema
da estrutura da maguemita.
Figura 1.4: Representação da célula unitária da maguemita (SANTOS, 2004).
1.3 - Fluido Magnético.
Os Fluidos Magnéticos (FM) ou Ferrofluidos se originaram na década de 1960, em
tentativas da agência americana NASA - National Aeronautics and Space Administration de
criar combustíveis que pudessem ser controlados na ausência de gravidade (PAPELL,
1965, apud SILVA, 2009). A solução encontrada foi moer partículas magnéticas e
dispersá-las no combustível, de modo que ele pudesse ser direcionado por meio da
aplicação de um campo magnético. Desde então, as técnicas de síntese se aperfeiçoaram, e
hoje se produz fluidos magnéticos das mais diferentes formas e características, usadas nas
mais diversas aplicações tecnológicas e biomédicas.
Embora o nome sugira de outra forma, os ferrofluidos não indicam o
ferromagnetismo, visto que não conseguem reter a magnetização na ausência de um campo
externo. Na verdade os ferrofluidos são superparamagneticos, devido a sua grande
susceptibilidade magnética. Esse comportamento é resultado da grande tendência de
alinhamento dos momentos magnéticos das partículas com o campo magnético aplicado.
7
Campos magnéticos da ordem de 1 Tesla, que na maioria dos materiais não induz
magnetização observável, pode levar a um nível de alinhamento dos momentos magnéticos
próximo de 100% (correspondente a todos os momentos magnéticos perfeitamente
alinhados com o campo magnético externo). Ferrofluidos permanecem como os únicos
líquidos com propriedades magnéticas acentuadas e úteis para aplicações. As teorias atuais
não descartam a possibilidade física da existência de um fluido ferromagnético, mas até
hoje tal forma de fluido nunca foi observado.
O que chamamos de fluido magnético é uma suspensão de pequenas partículas (de
cerca de 10 nm) magnéticas em um líquido carreador apropriado de modo a formar uma
dispersão coloidal estável. A suspensão das nanopartículas superparamagnéticas deve ser
estável no tempo, inclusive quando submetidos a forças magnéticas. A alta estabilidade
coloidal do fluido magnético deve-se ao balanço de interações do tipo partícula-partícula e
da partícula com moléculas ou íons do líquido dispersante. Podem-se listar quatro
parâmetros fundamentais para a manutenção desta estabilidade:
Agitação térmica (movimento Browniano);
Interações entre os dipolos magnéticos;
Interações de Van der Waals;
Repulsão gerada pela cobertura da partícula podendo ser: histérica, (por contato),
eletrostáticas, ou ambas as anteriores.
Desta forma existem basicamente três tipos de fluidos magnéticos: Surfactados,
iônicos e híbridos. Nos fluidos surfactados a aglomeração das partículas, provocada pela
interação magnética atrativa de longo alcance (interação dipolar), é impedida através de
uma cadeia polimérica (apolar) que não permite a aproximação entre estas. Já no fluido
iônico a aglomeração é impedida através da repulsão eletrostática, visto que a carga em
torno das partículas pode ser positiva quando estão dispersas num meio ácido ou negativo
quando em meio básico. No fluido híbrido, os dois efeitos são encontrados, ou seja,
moléculas orgânicas são quimeosorvida na superfície da nanopartícula deixando grupos
ionizáveis voltados para o fluido dispersante (SILVEIRA, 2006), na Figura 1.5 temos a
representação de um fluido surfactado e de um fluido iônico.
8
(a) (b)
Figura 1.5: (a) Representação de fluido surfactado e (b) representação de fluído iônico (SILVEIRA,
2009).
Há duas estratégias distintas para a preparação de fluido magnético, em ambas,
inicia-se o processo com a produção de nanopartículas magnéticas. A primeira é a técnica
de moagem onde os materiais são postos em um moinho de bolas, esse processo de
produção pode exigir semanas de processamento (MORAIS, 2001). Este processo pode se
visto na Figura 1.6.
Figura 1.6: Esquema de preparação de fluido magnético iônico pela técnica de moagem (MORAIS,
2001).
Solvente
Estabilizante Mistura Material Magnético
Moagem
Centrifugação
Concentração
Ferrofluido
9
A Figura 1.6 mostra o fluxograma típico de preparação de fluido magnético iônico
pela técnica de moagem, o principal motivo de se utilizar esse processo é devido a moagem
do material magnético ser na presença do agente estabilizante e do fluido dispersante
(MORAIS, 2001).
A segunda estratégia é a técnica de condensação química, a mais utilizada
atualmente é a precipitação alcalina de soluções aquosas contendo íons metálicos pré-
estabelecidos. As etapas de preparação podem ser vistas na Figura 1.7.
Figura 1.7: Esquema de preparação de fluido magnético por condensação química (MORAIS,
2001).
A Figura 1.7 mostra o fluxograma típico de preparação de fluido magnético por
condensação química. Este processo de produção leva de um a dois dias, o processo
Água Mistura M2+/M3+
Condensação
Peptização Iônicos
Separação
Dispersão
Concentração
Base concentrada
Surfactados
Separação
Filtragem
Concentração
10
inicia-se com a dissolução de íons metálicos em meio aquoso em proporções adequadas.
Em seguida, sob condições otimizadas de agitação e temperatura o meio é alcalino
por adição de uma base resultando na peptização do precipitado (MORAIS, 2001), neste
ponto duas rotas distintas podem ser seguidas, dando origem aos fluidos surfactados ou
iônicos.
1.4 – Aplicações.
As nanopartículas magnéticas têm um potencial enorme para aplicações em
diversas vertentes tecnológicas. Pode ser utilizado para fabricar nanocompósitos
magnéticos, preparar fluidos magnéticos e magnetolipossomas, estes na forma de colóides
ultra-estáveis (LACAVA & MORAIS, 2004).
Os fluídos magnéticos têm se mostrado úteis nas mais diversas aplicações, sendo
utilizado, por exemplo, em áreas tão diversas como engenharia, biomedicina e
nanobiotecnologia. Entre as várias aplicações tecnológicas pode-se citar o uso de fluidos
magnéticos em selos magnéticos para sistemas a vácuo ou disco rígido, no aumento da
performance de alto-falantes de alta fidelidade, transformadores e os biocompativeis são
usados na separação e purificação de células, no sistema de entrega de drogas, agente de
contraste para imagem de ressonância magnética, aplicações terapêuticas
(magnetohipertemia) entre muitas outras aplicações (SILVEIRA, 2006).
2 – PREPARAÇÃO DOS MATERIAIS E CARACTERIZAÇÃO BÁSICA.
Neste capítulo será apresentada a preparação dos materiais e como foram realizadas
a caracterização básica das amostras de óleos, maguemita e fluido magnético.
2.1 – Preparação das amostras
As amostras foram preparadas no LCM, e os procedimentos utilizados estão
contidos nos itens a seguir.
2.1.1 – Preparação da mistura de óleos vegetais (BCM)
Em um bécker foi colocado 50 ml de cada óleo depois o composto foi agitado em
agitador mecânico durante 45 minutos. Depois foram montadas 16 amostras de 3 ml cada.
Uma amostra de cada óleo individualmente e uma da mistura BCM as outras 12 compostas
por BCM foram feitas diluições em álcool de cereal em proporções como mostra a Tabela
2.1, e na Figura 2.1 temos a foto das amostras dos óleos e do álcool de cereal utilizados
para preparação da amostra de óleo BCM.
Figura 2.1: Foto das amostras in natura dos óleos vegetais e de álcool de cereal.
12
Tabela 2.1: Diluição de óleo BCM em álcool de cereal.
Concentração (%)
Óleo BCM
Concentração
(%) Álcool de
cereal
Volume (ml)
Óleo BCM
Volume (ml)
Álcool de cereal
98 2 2,94 0,06
95 5 2,85 0,15
93 7 2,79 0,21
90 10 2,70 0,30
85 15 2,55 0,45
80 20 2,40 0,60
75 25 2,25 0,75
70 30 2,10 0,90
65 35 1,95 1,05
60 40 1,80 1,20
55 45 1,65 1,35
50 50 1,50 1,50
13
2.1.2 – Preparação da Maguemita
Na preparação das partículas magnéticas de maguemita foram utilizados os
seguintes materiais:
9,93 g de FeCL24H2O (cloreto de ferro)
27 g de FeCL36H2O (cloreto férrico)
200 ml de H2O destilada
80 ml de NH4OH (hidróxido de amônia)
50 ml de ácido oléico
100 ml de álcool etílico
Colocou-se em um bécker 100 ml de H2O destilada e 27 g de FeCL36H2O, depois
foi para o agitador magnético térmico (2000 rpm em 60 0C) depois da diluição
acrescentou-se os 9,93 g de FeCl24H2O e mais 100 ml de H2O destilada, deixando esta
mistura no agitador por 30 minutos. Após adicionou-se 80 ml de NH4OH obtendo um
líquido escuro que voltou para o agitador por mais 30 minutos com o auxilio de uma barra
magnética (bailarina). Logo após foi retirado do agitador e posto para descansar sobre um
ímã durante 2 h, em seguida foi realizado o processo de lavagem onde foi retirado os
resíduos com 200 ml água destilada. Quando secou, a magnetita ficou exposta ao ar
passando por processo de oxidação transformando-se em maguemita.
A maguemita por sua vez foi recoberta com ácido oléico, neste preparo foram
utilizados: 5 g de magnetita e 50 ml de ácido oléico. Foi colocado em um bécker as 5 g de
magnetita e 50 ml de ácido oléico, depois foi colocado no agitador magnético térmico por
10 minutos com a bailarina. Logo após foi realizado a lavagem com 100 ml álcool etílico.
Deixou a amostra sobre um ímã durante 4 h.
14
Figura 2.2: Foto das amostras de maguemita e dos fluídos magnéticos.
A Figura 2.2 mostra a foto das nanopartículas de maguemita e do fluido magnético
em três amostras de concentrações diferentes utilizados para caracterização neste trabalho.
2.1.3 – Preparação do Fluido Magnético
A preparação do fluido magnético foi realizada suspendendo as nanopartículas
magnéticas de maguemita em três proporções de (γ-Fe2O3) no óleo BCM.
Tabela 2.2: Suspensão das nanopartículas de maguemita em óleo BCM (mistura dos óleos
babaçu, copaíba e mamona).
Massa (g) de
(γ-Fe2O3)
Volume (ml) de
(γ-Fe2O3)
Volume (ml)
óleo BCM
0,01 0,009 2,991
0,05 0,046 2,954
0,50 0,461 2,539
15
Na Tabela 2.2 temos os valores das concentrações de maguemita suspenso em óleo
BCM.
2.2 – Caracterização básica
Nos tópicos abaixo, será feita uma breve revisão literária sobre as técnicas de
caracterização básica: pH e condutividade. Será apresentado também os dados obtidos
neste trabalho.
2.2.1 – pH
pH é o símbolo para a grandeza físico-química potencial hidrogeniônico. Essa
grandeza indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução líquida. Uma
solução ácida tem pH < 7, uma neutra possui pH = 7 e uma classificada como
básica/alcalina tem pH > 7. A escala de pH varia de 0 a 14.
O termo pH foi introduzido em 1909, pelo bioquímico dinamarquês Soron Peter
Lauritz Sorensen (1868-1939) com o objetivo de facilitar seus trabalhos no controle de
qualidade de cervejas. O “p” vem do alemão potens, que significa poder de concentração, e
o “H” é para o íon de hidrogênio (H+). Matematicamente, o “p” equivale ao simétrico do
logaritmo (cologaritmo) de base 10 da atividade dos íons a que se refere.
2.2.1.1 – Medidas de pH a temperatura ambiente
Inicialmente foi realizada a medida de pH e da temperatura dos óleos durante três
horas, em intervalos na primeira uma hora em 1 em 1 minuto na segunda hora em 5 em 5
minutos e na ultima hora em 10 em 10 minutos. Tais medidas foram feitas em medidor de
pH modelo HI Calibration Check Microprocessor pH Meter com termômetro acoplado. As
medidas foram realizadas no LCM-UNIR. Os valores obtidos são mostrados na Tabela
2.3.
16
Tabela 2.3: Valores obtidos das medidas de pH das amostras de óleo.
Óleo pH Temperatura ( °C)
Babaçu 4,74 25,0º
Copaíba 3,72 25,5º
Mamona 6,70 29,0º
BCM 4,88 25,8º
Os valores obtidos para as medidas de pH mostrados na Tabela 2.3 indicam que
todos os óleos são ácidos, com variação de 3,72 a 6,70 onde a mamona obteve menor
acidez e maior temperatura em relação as outras amostras.
2.2.2 – Condutividade
A condutividade em eletricidade (condutividade elétrica) é o inverso da
resistividade. Pode ser definida como a condutância de um condutor cuja seção é reta e
uniforme, sendo igual a uma unidade de área, onde o comprimento é igual a uma unidade
de comprimento (CARSLAW, 1989).
Em termodinâmica, a condutividade térmica é a quantidade de calor que se propaga
através de uma determinada unidade de área num condutor térmico por unidade de tempo,
no qual existe um gradiente de temperatura uniforme igual a um grau de temperatura por
unidade de comprimento (CARSLAW, 1989).
2.2.2.1 – Medidas de condutividade à temperatura ambiente
Foram realizadas medidas de condutividade e da temperatura dos óleos durante três
horas, em intervalos na primeira uma hora em 1 em 1 minuto na segunda hora em 5 em 5
minutos e na ultima hora em 10 em 10 minutos. A medida foi obtida utilizando
condutivímetro AT -250 disponível. As medidas foram realizadas no LCM-UNIR.
17
Tabela 2. 4: Valores obtidos das medidas de condutividade das amostras de óleos.
Óleo Temperatura (°C) Condutividade
(mSc-1
)
Babaçu 25,0º 1,34
Copaíba 25,5º 1,31
Mamona 29,0º 0,94
BCM 25,8º 1,48
A Tabela 2.4 mostra os valores obtidos das medidas de condutividade à temperatura
ambiente das amostras de óleo (babaçu, copaíba, mamona e BCM). Os valores de
condutividade variaram de 0,94 a 1,49, onde verificamos que o óleo BCM foi o que
apresentou maior condutividade.
3-TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO
Os tópicos a seguir mostram uma breve revisão literária sobre as técnicas de
raios-X e de espectrofotometria. Suas utilizações, dados e espectros obtidos neste trabalho.
3.1 – Raios-X
O físico alemão W. C. Roentgen descobriu os raios-X (Figura 3.1) em 1895,
quando trabalhava com tubos de raios catódicos. O cientista observou que os raios
produzidos no ponto em que os raios catódicos (elétrons) atingiam o tubo de vidro, ou um
alvo instalado no interior do tubo, podiam atravessar objetos opacos e excitar uma tela
fluorescente ou um filme fotográfico. Os raios-X começaram a ser usados na medicina
alguns meses após a publicação do primeiro artigo de Roentgen (TIPLER &
LLEWELLYN, 1999).
Figura 3.1: Montagem do tubo de raios catódicos onde Roetgem observou os raios-X
(http/upload.wikimedia.org/Wikipédia/Roetgen).
Os raios-X são emissões eletromagnéticas de natureza semelhante à luz visível. Seu
comprimento de onda vai de 5 pm até 1 nm. Embora de comprimento de onda muito
menor, sua natureza eletromagnética é idêntica à da luz. O processo físico de geração da
radiação eletromagnética consiste num feixe de elétrons gerados por um filamento
aquecido com uma diferença de potencial em kV e direcionados, em alta velocidade, sobre
uma placa de metal resultando na radiação eletromagnética depois do choque com o alvo.
19
.
A difração de raios-X do material magnético (na forma de pó) é utilizada para
confirmar a estrutura cristalina e para estimar o tamanho médio das nanopartículas
magnéticas. A partir do difratograma os picos de difração são comparados com valores da
ficha padrão (ASTM) para identificar a estrutura cristalina da nanopartícula. A estimativa
do diâmetro médio D das nanopartículas pode ser obtida pela determinação da largura à
meia altura da reflexão mais intensa, usando a relação de Scherrer (CULLITY, 1978),
mostrada a seguir pelas equações 3.1 e 3.2.
cos9,0
BD . (3.1)
onde λ é o comprimento de onda do raio-X, θ ângulo de difração e
22
padrãoamostra BBB , o valor corrigido de largura de linha à meia altura (em relação
a uma amostra padrão).
3.1.1 – Medidas de Raios - X
As medidas foram realizadas na Central Analítica do IQ-UFG. Os difratogramas
foram obtidos nas seguintes condições:
As amostras foram suportadas em vidro. Os difratogramas foram obtidos de
e 10 e 80 graus 2theta, em um equipamento Schimadzu, modelo XRD 6000,
utilizando-se radiação Cu-K (λ=1, 54056), 40 kV e 30 mA. Utilizou-se o modo
contínuos e a velocidade de aquisição de 2 graus 2theta por min.
Apenas o maior pico das amostras e do silício foi obtido usando o modo
fixed time com tempo de 2.5 seg. Essa medida foi feita para a análise de
tamanho de partículas. As médias dos ângulos e largura a 1/2 altura obtidas
após refinamento dos dados no Basic Process.
20
3.1.2 – Difratograma de Raios-X
O difratograma de raios-X foi plotado com o auxílio do programa Origin 6.0. O
ajuste foi feito utilizando uma função Lorentziana.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
20
40
60
80
100
120
(440)
(511)(400)
(311)
(220)
Inte
nsid
ade (
u.a
.)
2 (graus)
Dados
Ajuste
Figura 3.2: Difratograma de raios-X das nanopartículas de maguemita.
A maguemita do tipo espinélio (Figura 3.2), obteve reflexões (220), (311), (400),
(511), (440), sendo estas as mais intensas. As intensidades (220), (311) e (400), foram
comparados aos valores da ficha padrão ASTM como é mostrado na Tabela 3.1, com a
comparação foi possível identificar que a amostra é do tipo maguemita. Para a estimativa
preliminar do diâmetro médio da nanopartícula foi utilizada a reflexão (311) conforme
figura 3.3.
21
Tabela 3.1: Posição dos picos de difratograma de raios-X comparados com ASTM da amostra de
maguemita.
Valores Obtidos
ASTM
HKL Intensidades 2θ Intensidades 2θ
220 44 30,278 30 30,122
311 100 35,719 100 35,455
400 24 43,322 20 43,099
28 30 32 34 36 38 40 42-25
0
25
50
75
100
125
x
y
Inte
nsid
ade
(u
. a
.)
2 graus)
Dados
Ajuste
Figura 3.3: Difratograma de raios-X das nanopartículas de maguemita na região de maior reflexão
(311).
22
A Figura 3.3 mostra a região de reflexão mais intensa (311) do difratograma onde x
é a largura e y a meia altura utilizada para estimar o diâmetro médio das nanopartículas. A
partir deste espectro foi possível usando a equação (3.1) estimar o diâmetro médio D da
amostra de maguemita produzida e estudada neste trabalho. O diâmetro obtido foi de 15
nm.
3.2 - Espectrofotometria
Consiste em usar o espectro radiante para inspecionar sistemas biológicos,
especialmente soluções. No procedimento básico, um feixe de energia atravessa a solução,
e a sua absorção oferece informações sobre a quantidade e qualidade dos componentes do
sistema (HENEINE, 2001).
A Espectrofotometria de luz é uma técnica de medidas de absorção de radiação
eletromagnética que se restringe a região do ultravioleta (190-380 nm), sem a necessidade
de vácuo, a faixa do visível (380-680 nm) uma pequena faixa do infravermelho próximo
(680-1100 nm) (ATKINS & PAULA, 2004).
A luz usada em experiências e medidas espectrofotométricas é a chamada luz
monocromática (monos = um, cromos = cor). A luz monocromática é, pois a de um único
comprimento de onda. Na pratica quanto menor o espalhamento do espectro, melhor a
monocromaticidade (HENEINE, 2004).
A radiação incidente I0 pode sofrer reflexão, refração, espalhamento ou ser
absorvida pelo material. Disso resulta que somente uma parte da radiação incidente é
transmitida I através do material. O processo de absorção ocorre ao nível molecular.
Assim, como acontece num átomo, cada molécula caracteriza-se por possuir níveis de
energia moleculares quantizados, os quais podem ser ocupados pelos elétrons das
moléculas. Por outro lado a radiação carrega energia, sendo que o valor dessa energia
depende do comprimento de onda da radiação. A absorção da radiação se dá quando a
energia que ela transporta é igual á diferença entre os dois níveis de energia da molécula;
nessa situação, a energia da radiação é transferida para a molécula e ocorre a chamada
absorção de radiação (ATKINS & PAULA, 2004).
Como moléculas de substâncias de diferentes substâncias têm diferentes níveis
moleculares de energia, ocorre que cada substância absorve a radiação de maneira peculiar
23
ou seja os comprimentos de onda que uma certa substância absorverão são característicos
da sua estrutura e outras substâncias absorverão outros comprimentos de onda. Se
levantarmos dados referentes à intensidade de luz absorvida por uma substância, em
função do comprimento de onda da radiação, obteremos uma curva chamada espectro de
absorção da substância. O importante é que cada substancia tem um espectro característico
e, desse modo, se quer identificar um material desconhecido, poderemos fazê-lo a partir de
sua curva de absorção, comparada com curvas de substâncias conhecidas (ATKINS &
PAULA, 2004).
Uma vez conhecido o espectro de absorção de uma dada substância pode-se
também determinar em que quantidade essa substância se apresenta em uma solução. Isso é
feito através da medida da intensidade de luz que atravessa a amostra.
Na Figura 3.4 temos o esquema do que pode acontecer com a radiação incidente em
uma amostra.
Figura 3.4: Reflexão, refração, espalhamento e absorção fazem com que a luz que sai da amostra
tenha uma intensidade menor do que a luz que incide (ATKINS & PAULA, 2004).
Lambert-Beer estudou a transmissão de luz por sólidos homogêneos. Beer estendeu o
trabalho de Lambert ao estudo das soluções. Podem-se apresentar as conclusões dos dois
pesquisadores na forma de uma lei conhecida como Lei de Lambert-Beer. Através dessa
lei, intensidades da radiação incidente e emergente podem ser relacionadas com as
concentrações do material presente na solução.
Espalhamento
Radiação transmitida
Refração
Reflexão
Radiação incidente
24
Figura 3.5: Esquema referente à lei de Lambert-Beer.
Para se utilizar a lei de Lambert-Beer é necessário que sejam considerados
desprezíveis os efeitos de relaxação, reflexão e espalhamento (Figura 3.4).
Muitas vezes, a intensidade transmitida decai exponencialmente com o aumento do
caminho percorrido na solução (largura da Figura 3.5), e também com o aumento da
concentração c.
A seguir temos as equações com relação à lei de Lambert-Beer;
I = Io10-εLc
. (3.2)
Sendo c a concentração do material em estudo, L o comprimento interno do
recipiente que contem a solução, e ε(λ), o coeficiente de extinção ou absortividade ou
coeficiente de absorção, um fator característico da substância absorvedora (e o solvente),
que depende do comprimento de onda da radiação. A grandeza que medimos
experimentalmente é a transmitância T que é a razão entre a intensidade incidente e a
transmitida:
T = I/I0. (3.3)
Em relação a essa grandeza, a lei de Lambert-Beer assume então a forma
T = 10 –εLc
.
(3.4)
Io
I
I
L
25
A absorbância A é definida como
A = -log 10 T . (3.5)
Assim, em relação á absorbância a lei de Lambert-Beer é escrita.
A = -log10 T = log10(1/T ) = log10(10εLc
) . (3.6)
e portanto,
A = εLc . (3.7)
Vemos o porquê da definição da absorbância: nas condições da validade da lei de
Lambert-Beer é uma quantidade proporcional á concentração. O espectrofotômetro se
torna um medidor de concentração seletivo para uma determinada substância, através da
relação c = A/εL.
De uma maneira geral, para uma solução de dada substância, em um certo solvente,
analisada a um certo comprimento de onda da radiação, pode-se traçar uma curva da
absorbância A em função da concentração c; a partir dessa curva ser á possível determinar
a concentração de qualquer amostra dessa solução.
3.2.1 – Medidas de Espectrofotometria
As medidas de Espectrofotometria foram realizadas utilizando um
espectrofotômetro Nova 2102 UVPC, com um computador conectado ao aparelho usando
o software Win-sp UV work station.
As amostras com volume de 3 ml depois de preparadas foram colocadas em cubeta
de quartzo e acondicionadas no carro porta-amostra do espectrofotômetro. A cada amostra
medida a cubeta foi lavada com detergente e água, esterilizada com álcool e água destilada
e seca com papel toalha.
As medidas foram feitas na faixa do espectro com comprimento de onda de 190 nm
a 1100 nm. Para plotar os gráficos dos espectros obtidos foi utilizado programa Origin 6.0.
26
Figura 3.6: Foto do aparelho espectrofotômetro conectado ao computador.
A Figura 3.6 mostra a foto do espectrofotômetro conectado a um computador que
foi utilizado para realizar as medidas de espectrofotometria das amostras deste trabalho.
27
3.2.1.1- Medidas de espectrofotometria dos óleos
Nas figuras a seguir são apresentados os gráficos dos espectros obtidos para
medidas de espectrofotometria das amostras de óleo.
200 400 600 800 1000 1200-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0 Pico
Ab
so
rçã
o (
u.a
.)
Comprimento de Onda (nm)
Babaçu
Mamona
Copaíba
BCM
Figura 3.7: Espectro da absorção pelo comprimento de onda das amostras de babaçu, mamona,
copaíba e BCM.
Na Figura 3.7 temos o espectro de absorção das amostras puras (babaçu, mamona e
copaíba) em relação à amostra de óleo BCM. Foi possível observar que a intensidade de
absorção foi à mesma para todas as amostras, ocorreram diferenças nos comprimentos de
onda em que cada óleo começa a absorver. As absorções compreendem 380 - 450 nm que
corresponde ao VIS.
28
200 400 600 800 1000 1200-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0 Pico
Absorç
ão (
u.a
.)
Comprimento de Onda (nm)
2%
5%
7%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
BCM
10%
Figura 3.8: Espectro da absorção pelo comprimento de onda das amostras compostas por óleo
BCM diluídas em álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50
%) e do óleo BCM.
A Figura 3.8 apresenta o espectro de absorção das amostras puras em relação a
amostra de óleo BCM, foi possível observar que a intensidade de absorção foi à mesma
para todas as amostras e todas começam a absorver na faixa de 410 nm. Em relação ao óleo
BCM as diluições não modificaram a faixa de absorção onde a amostra BCM também
absorveu na faixa de 410 nm.
29
-10 0 10 20 30 40 50 601,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Lei de Lambert-Beer
Ap(c) = 2,9 + 6,2 x10
-5C
Ajuste Linear
Pic
o d
e A
bso
rção (
u.a
.)
Concentração (%)
Alcool
de cereal
2%
5%
7%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
BCM
Figura 3.9: Gráfico dos picos de absorção pela concentração das amostras de BCM diluídas em
álcool de cereal e do BCM.
A Figura 3.9 mostra o gráfico de absorção de pico pela concentração das amostras
de óleo BCM diluído em álcool de cereal e do óleo BCM. Este gráfico mostra com clareza
que os picos de absorção foram de mesma intensidade para todas as amostras mesmo
variando as concentrações. Verificou-se também que para as amostras puras (babaçu,
mamona e copaíba) da Figura 3.7 observa-se que o pico de absorção tem a mesma
intensidade que as amostras da mistura BCM e BCM diluídas em álcool de cereal.
A reta que se refere à lei de Lambert-Beer foi inserida neste gráfico para obtermos
uma comparação e foi visto que os dados experimentais não seguiram tal lei.
30
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
0
20
40
60
80
100
120
140
Pico
Tra
nsm
issão (
u.a
.)
Comprimento de Onda (nm)
BCM
Babaçu
Mamona
Copaíba
Figura 3.10: Espectro da transmissão pelo comprimento de onda das amostras puras de óleo
(babaçu, mamona e copaíba) e do óleo BCM.
A Figura 3.10 mostra o espectro das amostras de óleos puros (babaçu, mamona e
copaíba) e do BCM, temos que os óleos começam a transmitir em 300 - 400 nm com
elevada intensidade em 1000 nm.
31
200 400 600 800 1000 1200
0
20
40
60
80
100
120
140
Pico 1
Tra
nsm
issã
o (
u.a
.)
Comprimento de onda (nm)
2%
5%
7%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
10%
BCM
Figura 3.11: Espectro de transmissão pelo comprimento de onda das amostras de BCM diluídas em
álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e do óleo BCM.
A Figura 3.11 mostra o espectro de transmissão das amostras onde temos o inverso
da absorção obtida. Neste espectro a transmissão iniciou em 400 nm e a intensidade
máxima de transmissão foi de 900-1000 nm que corresponde ao espectro eletromagnético
no infravermelho onde ocorre energia vibracional entre as moléculas. A amostra de óleo
BCM apresentou maior transmissão em relação às amostras de BCM diluídas em álcool de
cereal.
32
50 60 70 80 90 100 11090
95
100
105
110
115
120
125
130
Ajuste Linear
Tp(C) = 76,2 + 0,4 (C)
Pic
o d
e T
ransm
issã
o (
u.a
.)
Concentração (%)
BCM
10%
7%
5%
20%
30%
35%
25%
15%
40%
50%
2%
45%
Figura 3.12: Gráfico de transmissão do pico mais intenso das amostras puras (babaçu, mamona e
copaíba), das amostras de BCM diluídas em álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15,
20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e do BCM.
A Figura 3.12 mostra o gráfico de transmissão do pico mais intenso das amostras
(babaçu, mamona e copaíba), das amostras de BCM diluídas em álcool de cereal e do BCM, este
gráfico fornece que na medida em que se aumentam a concentração de óleo BCM,
aumenta-se também a transmissão.
33
200 400 600 800 1000 1200-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500Pico
Z
T
Energ
ia (
J)
Comprimento de Onda (nm)
Mamona
copaíba
BCM
Babaçu
Figura 3.13: Espectro de energia das amostras de óleos puros de (mamona, copaíba, babaçu) e da
mistura de óleos BCM.
A Figura 3.13 mostra o espectro de energia para as amostras de babaçu, mamona,
copaíba e do óleo BCM, este espectro indica duas regiões distintas do espectro ETM uma
chamada de T que compreende os comprimentos de onda (350 - 600 nm). Nesta região T o
espectro mostra transições eletrônicas entre as moléculas.
Na região Z (940 - 1100 nm), mostra energia de ligação vibracional entre as
moléculas com maior intensidade para a amostra de óleo BCM em 1000 nm. A amostra de
óleo BCM apresenta maior energia.
34
200 400 600 800 1000 1200-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Pico
Z
T
Energ
ia (
J)
Comprimento de Onda (nm)
2%
5%
7%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
BCM
10%
Figura 3.14: Espectro de energia pelo comprimento de onda das amostras de óleo BCM diluídos em
álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e da mistura de
óleo BCM.
A Figura 3.14 mostra o espectro de absorção para as amostras de óleo BCM
diluídas em álcool de cereal nas seguintes concentrações; 2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40,
45, e 50 %, o espectro apresenta as regiões chamadas T (400-600 nm) e Z (940-1100 nm).
As amostras diluídas apresentam menor energia em relação à amostra de óleo BCM.
35
800 850 900 950 1000 1050 1100280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
Ep(C) = 301,7 + 0,9 (C)
Ajuste Linear
Pic
o d
e E
nerg
ia (
u.a
.)
Concentração (%)
BCM
2%
5%
7%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
Figura 3.15: Gráfico de pico de energia pela concentração das amostras de óleo BCM diluídas em
álcool de cereal nas concentrações de (2, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 %) e do BCM.
A Figura 3.15 apresenta o gráfico de pico de energia mais intenso das amostras de
BCM diluídas em álcool e do óleo BCM. Este mostra que quanto maior a concentração
maior será a intensidade de energia. Os dados foram retirados dos picos de cada amostra de
maior intensidade da Figura 3.13 e 3.14.
.
36
3.2.2- Medidas de fluido de nanopartículas magnéticas de maguemita suspensas em
óleo BCM.
Nas Figuras a seguir estão contidos os espectros de absorção, transmissão e energia
em função dos comprimentos de onda e os gráficos dos picos de energia de ligação em
função da freqüência, área pela concentração e largura de linha pela concentração para as
amostras de fluido de nanopartículas magnéticas de maguemita suspensas em óleo BCM
comparados com a amostra de óleo BCM.
200 400 600 800 1000 1200-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Pico 2
Pico 1
Abso
rção (
u.a
)
Comprimento de onda (nm)
0,01 ml de - Fe2O
3
0,05 ml de - Fe2O
3
0,50 ml de - Fe2O
3
BCM
Figura 3.16: Espectro de absorção das amostras de fluido de nanopartículas magnéticas de
maguemita nas seguintes concentrações; 0,01, 0,05 e 0,50 % suspensas em óleo BCM e do óleo
BCM.
O espectro da Figura 3.16 mostra a absorção das amostras de fluido de nanopartículas
magnéticas de maguemita nas seguintes concentrações; 0,01, 0,05 e 0,50 % suspensas em óleo
BCM e do óleo BCM em função do comprimento de onda do espectro eletromagnético.
37
O óleo BCM absorve com maior intensidade na região de 390 - 400 nm, na faixa de
420 nm ocorrem um decaimento induzido nos níveis moleculares, os fluidos absorveram
com maior intensidade na faixa de 250 - 390 nm e na região de 400 – 1100 nm ocorreram
transições estimuladas e vibrações eletrônicas para todas as amostras onde se destaca o
fluido de concentração de 0,05 % de maguemita que obteve maior absorção e a amostra de
óleo BCM obteve menor absorção.
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Ap (C) = 4,15 - 0,33 C (P1)
Ap (C) = 1,42 - 0,45 C (P2)
Ajuste Linear Pico 2
Pico 1
Pic
o d
e A
bso
rção (
u.a
.)
Concentração (ml)
Dados P1 e P2
BCM
0,50 ml de - Fe2O
3
0,05 ml de - Fe2O
3
0,01 ml de - Fe2O
3
Figura 3.17: Pico de absorção das amostras de fluido magnético de nanopartículas de maguemita e
do óleo BCM.
A Figura 3.17 apresenta o gráfico de pico de absorção das amostras de fluido
magnético de nanopartículas de maguemita e do BCM, os dados dos picos foram retirados
da Figura 3.16. Foi possível observar que existe uma queda no coeficiente de extinção das
amostras quando se aumenta a concentração de maguemita, o pico 1 apresenta maior
intensidade de absorção em relação ao pico 2.
38
-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
Ajuste Linear
Áre
a (
u.a
.)
Concentração (ml)
BCM
0,50 ml de -Fe3O
2
0,05 ml de -Fe3O
2
0,01 ml de -Fe3O
2
A (C) = 8,02 - 2,69 C
Figura 3.18: Área em função da concentração das amostras de fluido magnético de nanopartículas
de maguemita e do óleo BCM.
Na Figura 3.18 temos o gráfico da área em função da concentração para as amostras
de fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do BCM, os dados foram retirados
da Figura 3.16, nota-se que existe um decrescimento da população de transições eletrônicas
com o aumento da concentração de maguemita presente nos fluidos.
39
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
L (C) = 4,71 - 1,57 C
Ajuste Linear
Larg
ura
de lin
ha (
u.a
.)
Concentração (ml)
BCM
0,5 ml de - Fe2O
3
0,05 ml de - Fe2O
3
0,01 ml de - Fe2O
3
Figura 3.19: Gráfico da largura de linha em função da concentração das amostras de fluido
magnético de nanopartículas de maguemita e do óleo BCM.
A Figura 3.19 mostra o gráfico da largura de linha em função da concentração das
amostras de fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do BCM, os dados foram
retirados da Figura 3.16. Com este gráfico foi possível observar que a largura de linha é
máxima quando a concentração é mínima.
40
200 400 600 800 1000 1200-20
0
20
40
60
80
100
120
140 Pico
Pico
Tra
nsm
issã
o (
u. a.)
Comprimento de Onda (nm)
0,01 ml de - Fe2O
3
0,05 ml de - Fe2O
3
0,50 ml de - Fe2O
3
BCM Puro)
Figura 3.20: Espectro de transmissão das amostras de fluido magnético de nanopartículas de
maguemita e do óleo BCM.
A Figura 3.20 mostra o espectro de transmissão das concentrações de maguemita
(0,01 ml, 0,05 ml e 0,50 ml) em óleo BCM e da amostra de óleo BCM, esse espectro nos
fornece as diferentes bandas que ocorrem as transmissões, onde para as concentrações de
maguemita ocorreram transmissões na faixa de 250 – 400 nm com variação de intensidade
para a amostra de 0,50 ml de maguemita enquanto para a amostra de óleo BCM a
transmissão ocorreu a partir de 350 nm e foi aumentando continuamente até 600 nm,
chegando a uma máxima transmissão de 900 - 1000 nm.
41
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Ap (C) = -117,73 + 75,46 C
Ajuste Linear
Pic
o d
e T
ransm
issã
o (
u.a
.)
Concentração (ml)
BCM
0,5 ml de -Fe2O
3
0,05 ml de -Fe2O
3
0,01 ml de -Fe2O
3
Figura 3.21: Espectro de pico de transmissão das amostras de fluido magnético de nanopartículas
de maguemita e do óleo BCM.
A Figura 3.21 apresenta o gráfico de pico de transmissão em função das
concentrações de maguemita (0,50 ml, 0,05 ml e 0,01 ml) em óleo BCM e da amostra de
óleo BCM. Os dados foram retirados da Figura 3.20, foi possível observar que quanto
maior a concentração mais intensa será o pico transmissão.
42
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,80
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
A (C) = -16121,06 + 6455,64 C
Ajuste Linear
Áre
a (
u.a
.)
Concentração (ml)
BCM
0,5 ml de -Fe2O
3
0,05 ml de -Fe2O
3
0,01 ml de -Fe2O
3
Figura 3.22: Gráfico da área em função da concentração das amostras de fluido magnético de
nanopartículas de maguemita e do óleo BCM.
Na Figura 3.22 temos o gráfico da área em função da concentração para as amostras
de fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do BCM, nota-se que existe um
aumento da população de transições eletrônicas com o aumento da concentração de
maguemita presente nos fluidos.
43
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
L (C) = - 291,30 + 147,71 C
Ajuste Linear
Larg
ura
de L
inha (
u.a
.)
Concentração (ml)
BCM
0,50 ml de -Fe2O
3
0,05 ml de -Fe2O
3
0,01 ml de -Fe2O
3
Figura 3.23: Gráfico da largura de linha em função da concentração das amostras de fluido
magnético de nanopartículas de maguemita e do óleo BCM.
A Figura 3.23 mostra o gráfico da largura de linha em função da concentração das
amostras de fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do óleo BCM, os dados
foram retirados da Figura 3.20. Com este gráfico foi possível observar que a largura de
linha tende a aumentar junto a concentração.
44
200 400 600 800 1000 1200-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Energ
ia (
J)
Comprimento de Onda (nm)
0,01 ml de -Fe2O
3
0,05 ml de -Fe2O
3
0,50 ml de -Fe2O
3
BCM
P1
P2
P3
P4
P5
P6P7
P8
P9
Figura 3.24: Espectro de energia das amostras de fluido magnético de nanopartículas de maguemita
e do óleo BCM.
A Figura 3.24 mostra os espectros de energia de ligação para as amostras de
fluido magnético de nanopartículas de maguemita e do BCM. Para as concentrações (0,01
ml, 0,05 ml, 0,50 ml) de maguemita dispersas em óleo BCM as intensidades de energia
foram baixas em relação ao óleo BCM que obteve uma crescente intensidade em 400 - 600
nm e 900 - 1000 nm.
A amostra de fluido magnético que continha 0,50 ml de maguemita foi à de maior
intensidade comparada às outras duas amostras.
Para um maior esclarecimento foram feitos alguns gráficos com os picos de
energia de ligação em função da freqüência.
45
2 3 4 5 6 7 8
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Pic
o d
e E
nerg
ia d
e L
igação (
J)
Frequência x 105 (Hz)
Figura 3.25: Gráfico de pico de energia de ligação em função da freqüência da amostra de óleo
BCM.
A Figura 3.25 representa o gráfico do pico de energia de ligação em função da
freqüência dos picos, os dados foram retirados do espectro apresentado na Figura 3.24. Foi
observado que o pico de maior energia esta na freqüência de 3x105
Hz. A equação utilizada
para calcular a freqüência (F) é:
F = C/λ. (3.8)
Onde C é a constante da luz e λ é o comprimento de onda.
46
2 3 4 5 6 7
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
Pic
o d
e E
nerg
ia d
e L
igação (
J)
Frequência x 105 (Hz)
0,01 ml -Fe2O
3
0,05 ml -Fe2O
3
0,5 ml -Fe2O
3
Figura 3.26: Gráfico de energia de ligação dos picos em função da freqüência das amostras de
fluido magnético de nanopartículas de maguemita.
A Figura 3.26 mostra o gráfico dos picos de energia de ligação do espectro da
Figura 3.24, para as amostras de fluido magnético em três concentrações de nanopartículas
de maguemita.
Neste gráfico foi possível analisar que as amostras sofreram energia de ligação de
intensidades baixas e de mesmas freqüências em relação ao gráfico da Figura 3.25 do óleo
BCM.
47
2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Pic
o d
e E
nerg
ia (u
.a.)
Concentração (ml)
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
Ajuste
Figura 3.27: Gráfico de picos de energia de ligação em função da concentração de óleo BCM
presente nas amostras de fluido magnético de nanopartículas de maguemita.
A Figura 3.27 mostra o gráfico do pico de energia de ligação em função das
concentrações de óleo BCM. Os dados foram retirados da Figura 3.24. Foi possível
analisar que o pico P9 foi o que apresentou maior intensidade destacando-se a amostra de
óleo BCM em relação às amostras que continham nanopartículas de maguemita.
4 - CONSIDERAÇÕES FINAIS.
Pela técnica de espectrofotometria foi feita a caracterização de absorção,
transmissão e energia das amostras, fornecendo as regiões distintas em cada comprimento
de onda.
Através da espectrofotometria foi possível observar que o fluido magnético de
nanopartículas de maguemita disperso em óleo BCM começa a absorver no espectro
eletromagnético a partir de 400 nm ocorrendo absorção intensa na amostra de fluido
magnético de concentração de 0,05 ml de nanopartícula de maguemita.
Foi obtido através da difração de raios-X que a nanopartícula produzida é de
maguemita e obteve diâmetro médio de 15 nm.
Para observar se a mistura BCM pode ser utilizada como fluido (saber se as
moléculas ligaram na superfície das nanoparticulas) é necessária à utilização de outras
técnicas como: Fotoacústica, Microscopia Eletrônica de Transmissão, Infravermelho entre
outras.
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS.
ATKINS, P; PAULA. J.de. Físico-Química. V.2. Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2004.
BARSA, Nova Enciclopédia. Barsa consultoria. Ed. LTDA, São Paulo, 2001.
CARSLAW, J. In Conduction of heat in Solids, second Edition, Oxford University Press,
Oxford, p. 2, 1989.
CULLITY, B.D., Elementos of x-Ray Diffraction, Adson-Wesley, London, 1978.
GUPTA, A.K., GUPTA, M. Synthesis and Surface energineering of iron oxide
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V.M. Dissertação de Mestrado – IF-UNB, 2009.
HENNEINE, F.I. Biofísica Básica. Editora Atheneu, São Paulo, 2006.
LACAVA, Z.G.M., MORAIS, P.C. Aplicações Biomédicas de Nanopartículas
Magnéticas. Revista eletrônica parcerias estratégicas, nº18, 2004.
MORAIS, P.C. de. Ferrofluídos Biocompatíveis e Magneto lipossomas. III Escola
Brasileira de Magnetismo Jorge André Swieca. Porto Alegre, 2001.
PAPELL, S.S. Low viscosity magnetic fluids obtained by the colloidal suspension of
magnetic particles. V. 5, Patent 3.215.572, 1965. Apud SILVA, A.F. da. Dissertação
de Mestrado, 2009.
SANTOS, J.G. dos. Estudos de Propriedades Magnéticas e Magneto. Ópticas de
fluídos Magnéticos Biocompatíveis. Tese de Doutorado. IF-UNB, 2004.
SILVEIRA, L. B., Tese de Doutorado – IF-UNB, 2006.
TIPLER, P.A., LEWELLYN, R.A., Física Moderna. 3º edição, Ed. LTC. Rio de
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VEIGA JR, V.F.; PINTO, A.C. O GÊNERO Copaifera L. Química Nova. v.5, Rio de
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WEBLER, G. D., Trabalho de Conclusão de Curso – DEFIJI-UNIR, 2008.
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(http://www.paty.posto7.com.br/frutababacu.htm) acesso em 2009.
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(http://upload.wikimedia.org/Wikipédia/Roetgen) acesso em 2009.
