Princípios de Medição: Oxigênio através da propriedade Paramagnética
Oxigênio através da propriedade paramagnética – Entendendo desde o princípio: O paramagnetismo é um princípio amplamente utilizado e em algumas regiões até mesmo regulamentado para a medição de concentrações (teores em alguns setores) do oxigênio.
Este fato se dá pela alta susceptibilidade desta molécula à campos magnéticos onde, reordenando-se e alinhando-se ao mesmo, consequentemente o ampliam por causar uma alteração em sua intensidade.
Começamos este princípio entendendo um pouco mais sobre o magnetismo em si para que então entendamos melhor como o princípio opera.
1. Definições: Ferromagnetismo; Paramagnetismo; Diamagnetismo
Para melhor compreensão deste princípio de medição de xigênio através da propriedade paramagnética, primeiramente é necessário entender as propriedades físicas das moléculas e suas características.
Ao contrário do que se assume popularmente, o paramagnetismo não é um nome para a tecnologia ou propriedade do oxigênio somente e sim uma característica física de algumas moléculas em geral.
a) Paramagnetismo
b) Ferromagnetismo
c) Antiferromagnetismo
d) Ferrimagnetismo
e) Ferrom. Aplicado
Tal como o ferromagnetismo e o diamagnetismo, o paramagnetismo nada mais é do que o comportamento da molécula quando estimulada por um campo magnético, ou seja, como esta reage (ou se comporta) quando na presença de um campo magnético.
Discorramos brevemente sobre cada um dos diferentes comportamentos citados, começando com a propriedade mais conhecida para melhor direcionar o pensamento antes de entrarmos na tecnologia.
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a) Ferromagnetismo
É a teoria da física que explica a propriedade da molécula e de sua estrutura responsável por tornar um material “n” qualquer (onde “n” é restrito a alguns tipos de materiais) em um magneto (imã) espontaneamente ou não ou ser atraído por eles.
O Ferromagnetismo é o tipo mais forte de magnetismo gerando forças fortes o suficiente para ser sentidas tais como os imãs que utilizamos no dia-a-dia.
Materiais ferromagnéticos podem ou não ser permanentemente magnetizados onde, para o primeiro caso, mesmo após a remoção do campo magnético externo, o evento mantém-se espontaneamente sendo os materiais chamados de imãs permanentes.
Como exemplos mais comuns de materiais ferromagnéticos podemos apresentar: Ferro, Níquel, Cobalto bem como grande parte de suas ligas. É importante ressalvar entretanto, que a estrutura molecular dos materiais apresenta grande interferência na propriedade podendo um material ferroso, mesmo composto quase que exclusivamente de moléculas ferromagnéticos, não apresentar a característica como por exemplo alguns tipos de aço inox.
b) Paramagnetismo
Refere-se ao comportamento característico de determinados materiais que, quando expostos a um campo magnético, tendem a ordenar-se no e em direção ao mesmo causando sua indução.
Materiais ou compostos paramagnéticos tem sua suscetibilidade magnética igual ou superior a 1 (um) ou seja, induzem o campo eletromagnético positivamente ocasionando (para os casos em que esta é superior a 1) o estímulo ou aumento do momento gerado pelo campo (o que é explicado, como muitos conhecem, pelo princípio elétrico da mão direita).
Esta suscetibilidade, entretanto é bastante pequena e os compostos não mantém o comportamento característico quando o campo é removido, retornando os mesmos ao seu comportamento original na ausência deste.
Este comportamento é característico e decorre da existência de elétrons não pareados o que gera uma força elétrica particular na molécula específica separando seus polos magnéticos.
Comum em dipolos atômicos, é paramagnetismo ocorre dada a permeabilidade magnética que representa a capacidade de um dado material de suportar um campo eletromagnético quando exposto ao mesmo ou, o grau de magnetização de um material quando exposto a um campo magnético.
Para sua detecção, é necessária a utilização de sistemas analíticos muito sensíveis a esta variação que, na indústria analítica (foco de nossa explanação) são majoritariamente construídos sob três distintas formas, que serão apresentadas em trecho oportuno abaixo.
Aqui, um vídeo muito interessante e didático sobre o oxigênio e a propriedade paramagnética: https://www.youtube.com/watch?v=Isd9IEnR4bw
c) Diamagnetismo
Por sua vez, o diamagnetismo age de forma contrária aos ferro e paramagnetismo.
As moléculas diamagnéticas, quando expostas a um campo magnético induzem um campo contrário a estes e são repelidas. Este efeito é amplamente estudado como um dos caminhos para o desenvolvimento de tecnologias de “levitação”.
Este comportamento decorre, na maior parte dos materiais, dada a inexistência de elétrons não pareados, ou seja, as moléculas são “completas” e não sofrem maiores estímulos quando expostas ao campo eletromagnético pois estão eletricamente “estáveis”.
Sua permeabilidade magnética é inferior a 0 (zero) porém com intensidade fraca para a maior parte dos materiais. Os efeitos diamagnéticos também não são permanentes e somente se apresentam à medida em que são expostos ao campo externo, ou seja, imediatamente cancelados quando de sua extinção.
Amplamente utilizados na fabricação de supercondutores, também o são na analítica, pois auxiliam no princípio de medição ao mesmo tempo em que podem se apresentar como erros de medição caso não conhecidos ou determinados previamente.
Abaixo segue um vídeo sobre o tema. Este foi selecionado dentre muitos por ser bastante didático, com uma excelente qualidade de informações e exemplos.
Canal no Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=8ixOzpLNlMY
2. Formas de medições de Oxigênio através da propriedade Paramagnética
Entendidos os conceitos, que são ainda mais importantes que a tecnologia, temos hoje no mercado três principais “players” que utilizam o paramagnetismo como princípio de quantificação de oxigênio.
Apesar de trabalharem sobre o mesmo pilar central, a propriedade paramagnética, cada um destes “players” desenvolveu sua forma de utilizá-la com base em diferentes princípios construtivos.
O primeiro verte sobre a utilização da propriedade pura, onde somente através da interferência do oxigênio no campo magnético, suas moléculas podem ser identificadas e quantificadas.
O segundo verte sobre um diferencial de pressão gerado por um campo eletromagnético quando exposto a dois gases, referência e amostra.
O terceiro é uma combinação de termo-condutividade e paramagnetismo que igualmente possibilita a identificação de O2.
Leia mais sobre esta tecnologia em: Análise e quantificação do Oxigênio por Paramagnetismo
3. Cuidados e atenções da propriedade Paramagnética
Conforme exposto acima, o princípio paramagnético não é exclusivo da molécula de oxigênio, sendo assim algumas atenções têm de ser tomadas para que o princípio possa ser corretamente aplicado.
a) Gás de fundo (Background)
O conhecimento preciso do gás de fundo é um requisito para a aplicação do princípio.
Por se tratar de uma propriedade físico-química, outros gases também poderão representar interferentes nos valores de oxigênio contidos na amostra.
São muitos e diversos os componentes que poderão interferir nos resultados conseqüentemente, elevando ou reduzindo os valores apresentados.
b) Interferentes mecânicos:
Por se tratar de um sistema que utiliza basicamente componentes eletromecânicos para a quantificação do oxigênio, interferentes externos como vibração, fluxo, pressão, temperatura representam erros que devem ser avaliados e mitigados ou reduzidos tanto quanto possível.
Em um próximo post serão apresentadas as diferentes formas de aplicação desta propriedade no mercado, seus pontos de atenção e vantagens onde poderão ser visualizados com melhores exemplos o princípio e seus interferentes.
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Quer saber mais sobre paramagnetismo ou outros sistemas de detecção/medição? Faça seu questionamento e/ou comentários!
Créditos:
Foto 1: Diagrama de Classes magnéticas:
http://www.sigmaaldrich.com/
Foto 2: Tabela Comportamento Magnético:
http://www.sigmaaldrich.com/
Fotos 3, 4 e 6: Diagramas de comportamentos ferro, dia e paramagnéticos: http://www.madsci.org/
Foto 5: Dipolo atômico:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AVFPt_dipole_animation_magnetic.gif
Crédito: By Geek3 [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons
