Proposta de detecção de cobre na água por sensores com ressonador de anel fendido

Abstract

A água é um recurso cada vez mais escasso e, para manutenção da sua qualidade, ela precisa ser monitorada. Um dos seus contaminantes é o cobre. Os órgãos nacionais e internacionais fornecem limites máximos para a concentração desse metal pesado e técnicas como a espectrometria são as mais utilizadas para medi-la. Recentemente, técnicas de identificação de materiais pela sua caracterização dielétrica tem sido alvos de estudos, sobretudo os que realizam essa caracterização a partir de parâmetros como a frequência de ressonância de antenas de microfita. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sensor que determine a concentração de cobre em uma amostra de água contaminada a partir do deslocamento da frequência ressonante na curva do coeficiente de reflexão. A partir de uma revisão bibliográfica foram propostas três geometrias de Antenas com Ressonador de Anel Fendido Complementar. Esses dispositivos foram modelados e tiveram suas curvas de coeficiente de reflexão simuladas. Eles também foram fabricados em três protótipos e cada um deles teve a curva de coeficiente de reflexão medida três vezes. Os resultados medidos e simulados obtiveram valores próximos e corresponderam à tendência fundamentada na teoria de que a diminuição da permissividade pelo aumento da concentração de cobre na água provoca um aumento da frequência ressonante. Nas simulações, a faixa de 0 mg/L a 2 mg/L foi a que obteve o maior deslocamento de frequência na média de todos os protótipos. Nas medições, nessa faixa ocorreu o segundo maior deslocamento. Os deslocamentos de frequência de ressonância foram analisados a partir de regressão linear, obtendo-se modelos de retas ajustadas, cuja inclinação e valor de R² foram interpretados como, respectivamente, sensibilidade do protótipo e confiabilidade do modelo. Os modelos dos protótipos circulares foram os mais sensíveis e os quadrados os mais confiáveis. Considerando o passo da medição de 4,79 MHz, os formatos circular, octogonal e quadrado alcançaram a sensibilidade capaz de verificar uma mudança de concentração de, respectivamente, 145 µg/L, 293 µg/L e 523 µg/L de cobre na água, sendo, então, todos suficientes para detectar os limites máximos estabelecidos pelos órgãos.