Nariz eletrônico identifica madeiras e plásticos para reciclagem

Com informações da Agência Fapesp - 06/02/2015

O sensor, ainda em forma de protótipo de laboratório, consegue diferenciar um tronco de mogno de um de cedro, por exemplo.
[Imagem: Ag.Fapesp]

Pesquisadores brasileiros construíram "narizes eletrônicos" capazes de identificar e classificar - pelo odor - diferentes tipos de madeira e de plásticos, além de detectar precocemente a contaminação de laranjas por fungos.

"A tecnologia é muito simples, barata e tem diversas aplicações", disse Jonas Gruber, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), coordenador do projeto.

Os "narizes" são formados por um conjunto de sensores de gases que mudam a condutividade elétrica de alguns dos materiais de que são feitos (entre eles, polímeros condutores, um tipo de plástico que conduz eletricidade), na medida em que interagem com vapores de substâncias voláteis, como aminas, álcoois, cetonas e compostos aromáticos.

A variação da condutividade elétrica do sensor gera um sinal elétrico específico, que é convertido em sinal digital. Um programa de computador lê o sinal e, em questão de segundos, identifica o tipo de substância volátil em contato com o dispositivo.

Polímeros condutores

Um feito em especial permitiu o desenvolvimento desses narizes. A equipe sintetizou e caracterizou novos polímeros condutores, derivados de duas classes específicas de polímeros - PPV (poli-p-fenilenovinilenos) e PPX (poli-p-xililenos).

"Fomos os primeiros a empregar PPV em sensores de gases", disse Gruber. "As vantagens são o baixo custo de produção e de consumo de energia e a facilidade de variar as características dos dispositivos mediante a introdução de mudanças estruturais nas cadeias poliméricas."

A técnica de construção de sensores adotada pelos pesquisadores consiste em depositar um filme de polímero condutor da ordem de centenas de nanômetros (bilionésima parte do metro) sobre uma placa do tamanho de um chip de celular, com dois eletrodos metálicos interdigitados (entrelaçados, mas sem contato entre si), de modo a formar um filme conectando ambos.

Quando o filme é exposto a vapores de uma substância volátil, sua resistência elétrica muda em conformidade com as características das moléculas de cada substância, o que permite a caracterização dos materiais sendo cheirados.

"Cada sensor custa R$ 1 e usamos, em média, entre quatro e sete sensores nos narizes eletrônicos", disse Gruber.

Desenvolvido por outra equipe da USP, este nariz eletrônico identifica cocaína e maconha no ambiente.
[Imagem: Matheus Manoel Teles de Menezes]

Identificação de madeira

Um desses dispositivos foi desenvolvido para identificar e classificar diferentes tipos de madeira. A ideia é que ele possa ser utilizado em ações de fiscalização e combate à extração ilegal de madeira de espécies de árvores ameaçadas de extinção nas florestas brasileiras.

Muitas vezes é difícil distinguir madeiras cuja exploração é proibida, como o mogno (Swietenia macrophylla), de outras semelhantes, como o cedro (Cedrela odorata), cuja exploração é permitida. Como as duas espécies são semelhantes, o mogno acaba sendo extraído e vendido como cedro, explicou Gruber. "Ao olhar as árvores do mogno e do cedro é possível diferenciá-las. Mas, depois de cortadas, só se consegue diferenciá-las por meio de análises histológicas [dos tecidos vegetais] feitas em laboratório por um botânico", disse.

O nariz eletrônico facilita o trabalho de identificação desses e de outros tipos de madeira - como imbuia (Ocotea porosa) e canela-preta (Ocotea catharinensis). É preciso apenas raspar um pedaço do tronco para que ele libere compostos voláteis que são identificados em menos de um minuto pelo conjunto de sensores.

"Como o cedro e o mogno são espécies diferentes e pertencem a gêneros distintos, o nariz eletrônico é capaz de identificá-los com 100% de acerto", disse o pesquisador. "Já no caso da canela e da imbuia - madeiras de espécies diferentes, mas que pertencem a um mesmo gênero -, a dificuldade é um pouco maior. Mesmo assim, o índice de acerto é de 95%."

A tecnologia dos sensores avançou a ponto de permitir a construção de um nariz eletrônico capaz de detectar cheiros desconhecidos.
[Imagem: NIST]

Cachaça, plásticos e laranja

O nariz eletrônico para identificação de madeira acabou despertando o interesse de pesquisadores do do Instituto de Química de São Carlos, para diferenciar cachaças envelhecidas em tonéis de carvalho ou em tonéis de madeiras menos nobres.

Segundo Gruber, as cachaças de tonéis de carvalho têm sabor e odor mais apreciados pelos consumidores e, consequentemente, são vendidas a preços mais altos. Importada do Canadá, no entanto, a comercialização da madeira de carvalho é controlada. Com isso, cachaças envelhecidas em tonéis de madeira nacional, feitos de jatobá, jacarandá, jequitibá ou imbuia, podem estar sendo comercializadas no mercado brasileiro como se tivessem sido envelhecidas em carvalho, contou o pesquisador.

Os pesquisadores também desenvolveram um dispositivo para a identificação de plásticos para reciclagem.

De acordo com Gruber, os diversos tipos de plásticos, como PVC, polietileno e polipropileno, não podem ser misturados ao serem destinados para reciclagem porque possuem resinas incompatíveis entre si.

Uma das técnicas utilizadas para identificar e classificar plásticos, segundo o pesquisador, é a aplicação de análises espectroscópicas no infravermelho em amostras de plástico dissolvidas em solventes apropriados, o que demanda laboratório e profissionais especializados.

A equipe construiu uma pequena câmara de combustão na qual é colocada uma amostra da ordem de 300 miligramas do plástico para ser incinerada. O nariz eletrônico cheira a fumaça emitida na queima e aponta o tipo de plástico pelos compostos voláteis gerados na combustão.

O último protótipo detecta precocemente a contaminação de laranjas (após a colheita) pelo fungo Penicillium digitatum. O nariz eletrônico consegue detectar a contaminação de laranjas por esse fungo enquanto as frutas estão nos silos, antes que o problema seja visível.

De acordo com Gruber, alguns dos narizes eletrônicos desenvolvidos por seu grupo estão protegidos por patentes. A ideia é que empresas interessadas licenciem a tecnologia para produzi-los e comercializá-los.

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