infográfico: ana paula campos / ilustração: alexandre affonso
Uma versão mais sofisticada da técnica Libs é a com duplo pulso. Neste caso, existe um atraso entre os dois feixes de lasers de nanossegundos a microssegundos. A vantagem sobre o sistema de um pulso, mais utilizado pela comunidade científica, é a possibilidade de aumentar em várias vezes a intensidade do sinal, melhorando o limite de detecção da técnica para quantificação dos elementos. A Embrapa também construiu recentemente um sistema Libs com duplo pulso com a colaboração do físico Gustavo Nicolodelli e bolsista de pós-doutorado da Fapesp.
“Há vários trabalhos demonstrando que o sistema Libs com duplo pulso proporciona melhor desempenho analítico, com aumento de sensibilidade e limites de detecção entre duas e 20 vezes melhores que os obtidos nos métodos que empregam configurações com um pulso do laser”, diz o professor Francisco Krug, do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Cena) da USP. Ele coordenou um projeto financiado pela FAPESP entre 2005 e 2009 que avançou no conhecimento e desenvolvimento da análise de folhas e solo via espectrometria com plasma induzido por laser. O projeto contou com a participação de Débora e de outros pesquisadores da Embrapa. “Em geral, Libs com duplo pulso requer instrumentação um pouco mais complexa, mas ambos são relativamente simples. Atualmente, os sistemas portáteis, disponíveis no mercado, baseiam-se em medidas geradas por um pulso do laser”, diz Krug.
“De qualquer forma, certamente a tecnologia com duplo pulso incorporada aos equipamentos portáteis ampliará ainda mais o número de aplicações analíticas”, diz. “Já existem equipamentos comerciais que exploram outras áreas da espectroscopia instalados em máquinas agrícolas que possibilitam análise de solos em tempo real, e espera-se que o Libs possa contribuir muito em breve para avaliação do estado nutricional das culturas agrícolas também em tempo real.” O Grupo de Espectrometria Atômica do Cena-USP, sob a coordenação de Krug, é especializado no desenvolvimento e validação de métodos quantitativos para análise direta de amostras de interesse agronômico e ambiental.
“A quantificação pode ser feita por meio de modelos de calibração utilizando-se amostras de referência. A intensidade da emissão dos elementos é proporcional à concentração que ele tem na amostra. A calibração é bastante dependente da matriz, ou seja, é preciso construir um modelo para quantificar carbono no solo e outro para o carbono em plantas”, diz Débora. A análise com laser também é vantajosa em relação ao menor tempo gasto se comparada aos testes convencionais realizados em laboratórios, onde existe a necessidade de preparação da amostra com reagentes químicos. Sem esses produtos, o uso do Libs contribui para diminuir a geração de resíduos. “É uma técnica limpa”, diz Débora.
O objetivo dos pesquisadores da Embrapa foi construir um equipamento portátil e adaptá-lo a uma espécie de carrinho semelhante a um robô que pode ser levado ao campo. “Montamos um sistema robótico para demonstrar o conceito com a colaboração dos professores Marcelo Becker e Daniel Magalhães, da EESC [Escola de Engenharia de São Carlos] da USP.”
Quebra de moléculas
No robô, um laser pulsado é focalizado em amostras de folhas ou do solo. O local é aquecido e a temperatura chega aos 50.000 Kelvins (K). O efeito térmico provoca uma quebra das moléculas presentes no material e uma evaporação, formando assim um plasma, ou seja, uma densa nuvem gasosa de átomos, íons e elétrons. Depois de alguns microssegundos, o plasma esfria para temperaturas da ordem de 5 a 15.000 K e aparecem linhas de emissão de luz características de cada elemento químico presente na amostra. Essa luminosidade é captada por um conjunto de lentes instaladas no equipamento e focadas em um espectrômetro.
No espectrômetro a luz será detectada por um sistema optoeletrônico também presente em câmeras fotográficas digitais para captar as imagens. Conforme o espectro de luz emitido, é possível classificar no aparelho os elementos presentes na amostra, como fósforo, carbono e cobre, por exemplo. “As emissões produzidas pelos átomos e íons representam a impressão digital de cada elemento químico”, diz Débora. A análise com laser se insere dentro do conceito de agricultura de precisão, que utiliza cada vez mais instrumentos e recursos da tecnologia da informação como computadores, GPS e redes sem fio para implementar melhorias no âmbito da produção agrícola.
Projetos
1. Desenvolvimento e avaliação de um sistema Libs com pulso duplo: Aplicação em caracterização de solos (n° 2012/24349-0); Modalidade Bolsa de Pós-doutorado Bolsista Gustavo Nicolodelli/Embrapa; Coord. Débora Milori/Embrapa; Investimento R$ 163.082,88 (FAPESP)
2. Análise de solos utilizando técnicas fotônicas visando ao desenvolvimento de equipamentos portáteis para medidas in situ (nº 2012/22196-1); Modalidade Bolsa de Pós-doutorado; Bolsista Jader de Souza Cabral/Embrapa; Coord. Débora Milori/Embrapa; Investimento R$ 163.082,88 (FAPESP)
3. Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (Cepof) (n° 2013/07276-1); Modalidade Programa Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid); Coord. Vanderlei Bagnato/USP; Investimento R$ 1.000.000,00 por ano (FAPESP)
