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CAPES Neste trabalho foram demonstrados transdutores a fibra ótica baseados em redes de período longo (LPG) modificadas com nanoestruturas para otimização do desempenho. Nanopartículas de ouro (AuNPs) foram depositadas na região da casca da fibra que contém a rede, por funcionalização da superfície da fibra com 3- aminopropiltrietoxisilano e posterior recobrimento com solução de ácido tetracloroaurico e redução desta por boridreto de sódio. A ressonância plasmônica localizada de superfície (LSPR) que ocorre nas AuNPs foi excitada pelo acoplamento com os modos de transmissão da LPG. Esse dispositivo foi projetado visando o aumento da sensibilidade, particularmente em ambientes hídricos. Comparado ao transdutor não modificado, a sensibilidade foi 17 vezes maior, na LPG com nanopartículas de ouro (LPG-AuNPs) interrogada em intensidade, para o índice de refração de 1,3933. As resoluções atingidas foram tão pequenas quanto 0,0003 RIU (unidades de índice de refração), na faixa de 1,3629 a 1,4399. Para a LPG-AuNPs interrogada em comprimento de onda, obtiveram-se sensibilidades maiores nos índices de refração próximos ao índice da água, assim como resoluções tão pequenas quanto 0,00001 RIU, para índices próximos ao índice da casca da fibra. No entanto, esse dispositivo não se mostrou capaz de detectar pequenas variações na concentração de analitos em soluções aquosas. As nanopartículas de ouro depositadas na LPG foram posteriormente modificadas quimicamente via adesão de cisteamina. A rede que contém as AuNPs foi inserida em uma solução aquosa de cloridrato de cisteamina. Em seguida, a seletividade da LPG foi avaliada com soluções aquosas de glifosato, em concentrações na faixa de 1 μM a 100 μM. Para esses transdutores, a interrogação em intensidade resultou numa variação de 0,6 % nas bandas de transmissão, e a variação em comprimento de onda chegou a 0,34 nm, mostrando a possibilidade de detecção seletiva de traços de analitos em ambientes hídricos. This work shows optical fiber transducers based on long period gratings (LPG), modified with nanostructures to achieve optimized performance. The cladding of the fiber with the previously recorded grating was coated with gold nanoparticles (AuNPs), by functionalizing its surface with 3-aminopropyltriethoxysilane, further recoated with tetrachloroauric acid solution and sodium borohydride reduction. The localized surface plasmon resonance (LSPR) on the AuNPs was excited by its coupling with LPG transmission modes. Such device was projected aiming to increase its sensitivity, particularly in water environments. A 17-times increased sensitivity was obtained for this LPG modified with gold nanoparticles (LPG-AuNPs) intensity coded, when compared with the non-modified transducer, for refractive indices close to 1.3933. Resulting resolutions were as small as 0.0003 RIU (refractive index units), within the range from 1.3629 to 1.4399. For the LPG-AuNPs wavelength coded, higher sensitivities were obtained for refractive indices close to the water refractive index, as well as a limit resolution of 0.00001 RIU in environments with refractive indices close to the fiber cladding refractive index. However, this device was not able to detect small changes in concentration of analytes in water solution. A further chemical modification of the AuNPs was carried out by functionalization with cysteamine. The LPG-AuNPs was inserted in a cysteamine hydrochloride aqueous solution, and the transducer selectivity was assessed for water solutions of glyphosate in the 1 μM to 100 μM concentration range. For the latter transducer configuration, changes of 0.6 % and 0.34 nm were obtained for intensity coded and wavelength coded operation, respectively, showing the prospect of selective detection of traces of analytes in water environments.

CNPq Uma alternativa para as análises tradicionais do biodiesel e misturas BX, como a cromatografia, a espectroscopia e a ressonância magnética nuclear, é a análise por meio de um transdutor de índice de refração a fibra ótica, como uma LPG. Entretanto, como os índices de refração do biodiesel e do óleo diesel são próximos ou maiores do que o índice de refração da casca da fibra na qual a rede se encontra, há uma grande perda de energia para o meio externo, comprometendo a eficiência do sensor. Com o propósito de diminuir o índice de refração do biodiesel, uma substância miscível e de baixo índice de refração, o ciclohexano, foi escolhida para ser misturada a esse biocombustível, assim como à mistura óleo diesel-biodiesel. Os resultados obtidos mostram que o ciclohexano não é reagente com essas substâncias, atuando apenas como solvente. Além disso, as diluições 1:1 e 1:2 (uma parte de mistura BX para uma parte de ciclohexano; uma parte de mistura BX para duas partes de ciclohexano) têm índices de refração menores do que o da casca da fibra, o que faz com que a banda ressonante seja deslocada para menores comprimentos de onda, possibilitando, assim, a detecção por meio da LPG. Após as curvas de calibração serem representadas em gráficos de variação de comprimento de onda (nm) em função da concentração de biodiesel em óleo diesel, BX (% v/v), para as duas diluições, obteve-se, por meio da derivada desta, a sensibilidade. As características metrológicas foram calculadas, levando à obtenção da incerteza expandida, que é de 3,7 % para a diluição 1:1 e de 5,9 % para a diluição 1:2, para um nível de confiança de 95,45 %. An alternative for the traditional biodiesel and BX blends analysis (X is the biodiesel volumetric concentration in the blend), such as chromatography, spectroscopy and nuclear magnetic resonance, is by means of an optical fiber refractive index transducer, such as an LPG. However, as the biodiesel and diesel refractive index are close or bigger than the fiber cladding index, there is an important loss of power to the surrounding environment, impairing the sensor performance. In order to decrease the refractive index of biodiesel, a miscible and low refractive index substance, cyclohexane, was chosen to blend to this biofuel and also to the biodiesel-diesel blend. The results show that the cyclohexane does not react with biodiesel, acting only as a solvent. Besides, the 1:1 and 1:2 dilution (one part of BX blend and one part of cyclohexane in volume concentration; one part of BX blend and two parts of cyclohexane in volume concentration) have a refractive index lower than the fiber cladding, what shifts the resonant band of the LPG towards lower wavelengths. After representing the calibration curves in graphics of wavelength shift (nm) as function of biodiesel-diesel blend concentration, BX (% v/v), for both dilution, the concentration sensitivity has been obtained. The metrological characteristics were calculated, leading to the expanded uncertainty, which is 3,7 % for the 1:1 dilution and 5,9 % for the 1:2 dilution, for a 95,45 % confidence level.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Neste trabalho foram produzidos e caracterizados dispositivos nanoestruturados baseados em redes de período longo em fibra óptica, buscando a obtenção de sensores refratométricos para ambiente aquático. Foram empregadas duas metodologias de deposição de filmes de nanopartículas de ouro sobre a fibra óptica contendo a LPG, a fim de aumentar a sensibilidade do dispositivo a variações do índice de refração do meio circunvizinho à fibra. Utilizando a rota térmica – adaptada a partir da literatura – para a deposição sobre a fibra óptica, foram produzidas três LPGs, as quais foram caracterizadas antes e após as deposições das nanoestruturas. Após a deposição das nanopartículas de ouro, obteve-se um aumento de 85% na sensibilidade da LPG para índices de refração do meio circunvizinho à fibra próximos ao índice de refração da água. A sensibilidade aumentada resultou do acoplamento entre a ressonância plasmônica de superfície localizada das nanopartículas e as ressonâncias dos modos de propagação das LPGs. Utilizando nanopartículas produzidas por rota química, o filme foi formado após a imersão da fibra na solução contendo as nanopartículas. Usando apenas uma LPG, foi avaliado o efeito sobre a sensibilidade da LPG do tempo de imersão da fibra em nanopartículas de ouro recém preparadas. Aumentos de sensibilidade de 144,8% para índice de refração de (1,4681 ± 0,0002) e de até 11,1% para meios com índice de refração próximos ao da água pura foram observados para um tempo de deposição de 1 e 0,5 min, respectivamente. In this work were produced and characterized nanostructured devices based on long period fiber gratings, seeking for refractometric sensors with enhanced sensitivity in water environment. In order to increase the grating refractive index sensitivity to the surroundings, two deposition methods were used to form a gold nanoparticles film over the surface of the optical fiber containing the grating. A thermal route adapted from the literature was used with three LPGs, which were characterized before and after the nanostructures deposition. The nanoparticles film resulted in an increase of 85% in the grating sensitivity for refractive indexes close to the water one. This increased sensitivity was consequence of the coupling between the grating resonance and the nanoparticles localized surface plasmon resonance. Using nanoparticles produced by chemical route, gold nanoparticles film was formed by immersing the fiber in the nanoparticles. The influence of the immersion time was evaluated using a single long period grating immersed in the colloid for different time intervals. Increases in the grating sensitivity of 144.8% for refractive index of (1.4681 ± 0.0002) and up to 11.1% for refractive indexes close to the water were obtained with an immersion along 1 and 0.5 min, respectively.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) É proposto um sistema automatizado para a excitação de Plasmon de Superfície no Modo de interrogação Angular. O objetivo do experimento é medir a ressonância plasmônica nas configurações tradicionais conhecidas como Configuração de Kretschmann e de Otto e analisar as medidas através da interface gráfica desenvolvida com a plataforma LabVIEW®. Os resultados obtidos experimentalmente são comparados com os simulados pelo software livre WinSpall demonstrando-se coerentes dentro das condições estabelecidas para cada medida. Sendo assim, o sistema apresenta ser eficaz em medir ressonância de plasmon na Configuração Kretschmann e modos guiados na Configuração Otto. Ainda, automação do sistema permite analises mais rápidas do que análises feitas manualmente, otimizando o processamento e aquisição de dados. An automated system for the excitation of Surface Plasmon in Angular Interrogation Mode is proposed. The objective of the experiment is to measure the plasmon resonance in the traditional configurations known as the Kretschmann and Otto Configuration and to analyze the measurements through the graphical interface developed with the LabVIEW® platform. The results obtained experimentally are compared with those simulated by the WinSpall free software demonstrating coherence within the conditions established for each measure. Thus, the system is effective in measuring surface plasmon resonance in Kretschmann Configuration and guided modes in Otto Configuration. In addition, system automation allows fast analysis than manual analysis, optimizing data processing and acquisition.