Análise teórica e experimental de fluídos iônicos via espectroscopia de impedância

Abstract

RESUMO: Para a realização deste trabalho, primeiramente, fez-se necessário separá-lo em duas partes, uma teórica e outra experimental, e ambas apresentam divisões que ao final convergiram no confronto dos modelos teóricos com os resultados experimentais. Com o intuito de verificar qual o melhor ajuste teórico em relação aos dados experimentais, utilizaram-se três modelos teóricos: O primeiro modelo é de circuitos equivalentes, formados por resistores, indutores, capacitores e um artifício empírico conhecido como elemento de fase constante. O segundo é baseado nas equações de Poisson-Nernst-Planck, que são fundamentadas a partir da equação de continuidade de cargas iônicas e da equação de Poisson, proveniente de um potencial elétrico externo aplicado na amostra. Nesse modelo, várias situações são estudadas, cada uma com um tipo de condição de contorno para a densidade de corrente, na região de interface entre eletrodo e amostra. O terceiro modelo é uma analogia entre osciladores harmônicos amortecidos e forçados, e ele tem um fundamento elétrico, formado por um circuito RLC mais um elemento de fase constante, e um fundamento mecânico, idealizado por sistema do tipo massa-mola, porém modificado. Além disso, foram feitas medidas experimentais, via técnica de espectroscopia de impedância, em água destilada e deionizada ao variar da temperatura e também em uma solução completamente iônica, chamada de fluido corpóreo simulado, do inglês Simulated Body Fluid. Por fim, são apresentados resultados com algumas possíveis comparações

ABSTRACT: To realize this work, firstly, was necessary to divide it in two parts, a theoretical and another experimental, and both parts shows divisions which at the end converged in the confrontation of theoretic models with experimental results. Three theoretical models were used to verify the best theoretical fit in relation to experimental data. The first model is equivalent circuit, formed by resistors, inductors, capacitors and an empirical artifice known as Constant Phase Element. The second is based on the equations of the Poisson-Nernst-Planck equations, which are grounded in the continuity equation for ionic charges and of the Poisson’s equation, from external electric potential applied on sample. Many situations were studied in this model, each one with a kind of boundary condition for current density in the interface region between the electrodes and the sample. The third model is an analogy between forced over damped harmonic oscillators, whereupon one have an electrical basement formed by a RLC circuit plus a CPE, and another have a mechanical basement idealized by a system like mass-pring, however modified. Furthermore, experimental measurements were made in distilled and deionized water in different temperatures and also in a solution completely ionic, called of Simulated Body fluid. At the end the results and some possible comparisons were presented