Plano de Aula - Espectroscopia

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA

Disciplina: Ciência Cidadã 1

Professor: Dra. Marisa Cavalcante

Equipe: Marcela , Shirleide Souza Xavier e Tamirys Mendes

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Plano de aula

Este plano de aula foi desenvolvido por alunos de mestrado como atividade avaliativa para  a disciplina optativa Ciência Cidadã, ministrada pela professora doutora Marisa Cavalcante, PPGECIM-UFAM, tem o objetivo de explanar a respeito do Eletroscópio, sua construção com material de baixo de custo, sua aplicação na Física, Química e Biologia. Os alunos efetuarão o cálculo da constante da rede de distribuição (Cd sem película) e o cálculo do comprimento de ondas.

Objetivo entender de maneira didática o comportamento corpuscular da luz.

1° momento: motivação, realização apresentação de um poema sobre a luz, usando como analogia o amor. Para que os alunos assimilem como ocorre a difração de um feixe de luz e um breve comentário introduzindo a assunto da aula.

Tempo: 10min.

Poema: À luz do amor

Agora sei porque dizem o amor é cego!

Meu amor é como a luz, seus olhos como uma rede de difração. Que como flecha disparadas aos seus olhos em um ângulo senoidal meu _coração se derrete e se decompõe em 7 cores descrevendo meu amor

Azul... mar, quão profundo é.

Violeta… a minha mochila que você me deu para guardar nossas cartinhas.

Ciano… representando o infinito céu.

Verde lembro me das angiospermas, tal qual completas assim sou em ti

O amarelo como brilha o sol

O alaranjado como o suco de cajá tão tão gostoso

E por fim o vermelho a cor da paixão que difratou meu coração.

Apresentar o espectroscópio caseiro

Discorrer a respeito das aplicações do Espectroscópio na Física, na Química e Biologia

2° momento: Apresentação das relações matemáticas que envolverão o cálculo da constante da rede e o cálculo dos comprimentos de onda no quadro branco, falando um pouco sobre Newton e sobre o comportamento da luz e suas propriedades.

Tempo: 30min.

3° momento: atividade avaliativa, propõe- se a turma seja dividida em equipes de no máximo 3 alunos para melhor compreensão do assunto .
A construção de um espectroscópio. E na próxima aula apresentação dos projetos elaborados pelos alunos. 
Segue abaixo o Link passo a passo para a construção do espectroscópio: 

Tempo: 20min.

Segunda aula: Após a apresentação da parte teórica do assunto e a realização do espectroscópio. Aula conceitual, após trabalhar o assunto sobre a luz utilizando o espectroscópio os alunos:
Identificarão o triangulo 
Identificarão o lambda
Calcularão o espectro da luz

Tempo: 40min.

4³ momento: breve comentário interagindo com a turma sobre de que diversas maneiras no nosso dia a dia podemos perceber o comportamento da luz.

10min.


Link para referencial teórico:

prática espectroscópio
portalsaofrancisco.com.br/quimica/espectroscopia
fisica.icen.ufpa.br/didatico/espectroscopia.pdf
astro.if.ufrgs.br/rad/espec/espec.htm

O uso do espectroscópio na Biologia, Química e Física

Aplicação do espectroscópio na Biologia

Nas áreas biológicas, a espectroscopia Raman tem sido usada na identificação e quantificação de biomoléculas presentes no sistema estudado.

Pesquisa desenvolvida no Instituto de Física da Universidade de Brasília (UnB) vem utilizando a espectroscopia Raman para analisar células de câncer de mama de camundongo crescidas in vitro, bem como células não cancerígenas. Por meio dessa técnica, busca-se observar as distinções das estruturas químicas dos tipos celulares estudados, possibilitando o uso da espectroscopia Raman como uma ferramenta de detecção e diagnóstico da doença. Além disso, células de câncer de mama após serem tratadas por terapia fotodinâmica também serão analisadas. Essa investigação permitirá uma avaliação da eficiência e dos efeitos colaterais dessa modalidade de terapia.

Como é feita a pesquisa?

Um conjunto de células de câncer de mama, previamente maceradas, é depositado sobre uma superfície metálica nanoestruturada, possibilitando assim a intensificação do sinal Raman.  Com auxílio de um microscópio óptico, um feixe de lazer (azul) é focalizado na amostra. Após essa interação, o feixe de luz espalhado passa por um espectrômetro, o qual será responsável por separá-lo em vários feixes com diferentes energias, da mesma forma que  um prisma separa a luz branca em feixes de diferentes cores. Os feixes de luz separados são incididos em uma câmera CCD que contabiliza o número de fótons que chegam por unidade de energia. A diferença de energia dos fótons espalhados e do fóton incidente (na amostra) é a energia de espalhamento Raman. Assim, como resultado, obtém-se um gráfico de energia por intensidade Raman, também conhecido como espectro Raman.

A análise desse espectro é feita através da avaliação dos picos nele apresentado. A região no gráfico que não apresenta picos significa que não possui moléculas que vibram com essa energia e, ao contrário, pico de grande intensidade geralmente significa que muitas moléculas vibram com essa energia. Como cada molécula ao ser excitada por luz vibra com um valor energético específico, o espectro Raman traz informações qualitativas e quantitativas dos tipos moleculares presente na amostra.

Da mesma forma, células de mama saudáveis e células de mama cancerígenas, após receberem tratamento por terapia fotodinâmica, também serão analisadas pela espectroscopia Raman. Então um estudo estatístico e comparativo desses tipos celulares será realizado a fim de observar variações das estruturas químicas, bem como identificar as moléculas presente em cada tipo celular.

A melhor compreensão das estruturas químicas das células saudáveis e cancerígenas da mama possibilita um diagnóstico mais preciso. Além do mais, uso de superfície metálica nanoestruturadas (filme de prata, por exemplo) como substrato intensifica em várias ordens de grandeza o sinal Raman, torna a técnica mais precisa e sensível, o que, por sua vez, poderia permitir a detecção do câncer logo nos estágios iniciais da doença.

O uso da espectroscopia Raman na análise de terapia de tratamento de câncer, como quimioterapia, radioterapia ou terapia fotodinâmica, poderia possibilitar maior adequação de dosagens, considerando efeitos colaterais (como modificações nas estruturas moleculares) e eficiência do tratamento.

Para ler o texto na íntegra clique em Fonte 1

Aplicação do espectroscópio na Química

Para utilizar o sistema elaborado por Newton na análise química, deve ser adicionada uma lente em frente à fenda por onde passará a luz, desta forma ocorre o aumento de intensidade do feixe luminoso.

Em seguida substitui-se a tela por um sistema de lentes, semelhantes a uma luneta, por onde o espectro poderá ser analisado com maior precisão devido ao aumento de nitidez.

Uma vez montado o dispositivo de visualização, procede-se o processo de volatilização do material em estudo, para tal, pode se usar arco voltaico (podem ser utilizados outros processos).

Uma vez queimada uma pequena quantidade de material a ser analisado, compara-se o espectro obtido com outros de materiais conhecidos.

Nos espectrômetros que permitem determinar o comprimento de onda de cada cor que compõe o feixe, o sistema de lentes gira em torno do prisma e este possui uma marca de referência gravada na lente. A medida se obtém ao se deslocar o sistema de lentes de forma que a marca de referência coincida com a faixa do espectro correspondente ao comprimento de onda a ser medido. Naturalmente deve existir uma escala sob as lentes que formam o sistema ótico. A finalidade da escala sob as lentes que se deslocam é fornecer uma leitura direta do comprimento de onda da faixa localizada.

Ao se adaptar o sistema num telescópio, é possível se determinar a composição de um corpo celeste pela análise do espectro.

Determinação de comprimento de onda para determinar os elementos presentes nas amostras.

Abaixo temos alguns exemplos de gráficos criados com análise química com o uso de espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (IV-TF) – os espectros foram obtidos em um espectrômetro Nicolet IR-200, com faixa espectral de 4.000 a 400 cm -1 e 32 scans. E Estudo Cinético – realizado com (i) molécula sonda de MB (referencial), utilizando-se ~20 mg de compósito em solução aquosa de MB em diferentes concentrações de 1 à 10 mg L-1 de 6 à 17 horas de adsorção sem agitação e (ii) 2,4-D utilizando-se ~30 mg em concentrações de 100,0 à 1000,0 mg L-1 de 23 à 25 horas de adsorção sem agitação e protegido da luz. O monitoramento foi feito com um espectrofotômetro UV-vis, nos comprimentos de onda de máxima intensidade em 662 e 324 nm, respectivamente

Nos espectros no IV-TF observam-se bandas de vibrações em 630 – 600 cm-1 que são características de ligações Fe-O, indicando ser típico de hematita (FERNANDES et al., 2010), tanto para hematita pura (Hm) e dopada (Hm/Cu). As bandas de absorção em 3450, 2920 e 1636 de estiramento C-H, O–H e C=O, respectivamente, são grupos de funcionais encontrados nos CA’s (Merk e Inajá) (MEZZARI, 2002). As bandas de absorção características do carvão e do óxido de ferro estão presentes no compósito Merk e Inajá, respectivamente.

Figura 2. Cinética de adsorção com solução de azul de metileno, realizada no espectrofotômetro UV-vis 

A figura 2 mostra o estudo cinético de adsorção feito com o espectrofotômetro (Figura 3) utilizando uma solução azul de metileno com acompanhamento da descoloração das soluções que tinham uma cor azul intensa (GUIMARÃES, 2007).

Figura 3. Espectrofotômetro utilizado para a análise da solução na figura 2

Para saber mais clique em:Fonte 2 

Aplicação do espectroscópio da Física - Astronomia

O uso do espectroscópio possibilita pesquisas exploratórias nas estrelas pois através dele os astrônomos conseguem determinar a temperatura e a composição química dos astros celestes. A identificação dos elementos químicos se dá a partir do comprimento de onda específico de cada um.

Para mais informações clique em: Fonte 2