Publicação: Avaliação de sensores de cor e aplicações na química analítica
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::INSTRUMENTACAO ANALITICA
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Resumo
Este trabalho descreve o desenvolvimento e a aplicação de dispositivos analíticos baseados na
integração de sensores digitais multiespectrais de cor (TCS34721, AS7262, AS7341, AS7343
e AS7265x) a microcontroladores, visando à construção de plataformas inteligentes para
medidas analíticas por reflectância em solução aquosa e em dispositivos analíticos em papel.
Inicialmente, realizou-se um estudo comparativo entre os sensores TCS34721, AS7262 e
AS7341 na quantificação de corantes em solução aquosa. Os corantes tartrazina, índigo carmim,
ponceau 4R e amarelo crepúsculo foram selecionados por abranger ampla faixa da região do
visível e avaliar o desempenho analítico em diferentes regiões espectrais. Os resultados
demonstraram que o AS7341 apresentou desempenho espectral superior, em função de sua
maior resolução multicanal, possibilitando curvas de calibração, baixos limites de detecção (1
µmol L⁻¹) e precisão adequada (RSD = 1,0%). Os resultados obtidos com esse sensor foram
comparáveis aos de um espectrofotômetro comercial. Com base nesses resultados, foi
desenvolvido um procedimento para a determinação de amarelo crepúsculo em bebidas
isotônicas, sucos e gelatina, com resultados concordantes com a espectrofotometria UV–Vis.
Na sequência, foi desenvolvido o dispositivo Smart-Sense, um sistema embarcado portátil que
integra o sensor AS7341, controle eletrônico e interface gráfica em smartphone, aplicado com
sucesso na determinação de amônio, ferro (II) e nitrito, apresentando desempenho compatível
com métodos espectrofotométricos, além de vantagens associadas à portabilidade, baixo custo,
rapidez analítica e conectividade. Adicionalmente, foi proposta a plataforma Smart-PAD, um
sistema mecanizado para leitura de dispositivos analíticos em papel. Foram avaliados
parâmetros como tempo de secagem, ganho e tempo de integração, sendo o controle temporal
crítico devido à cinética lenta da reação de Berthelot modificada e à degradação do produto no
papel. A plataforma realiza medições em
minutos para
spots, minimizando efeitos de
heterogeneidade do substrato. A aplicação na determinação de amônio apresentou boa
linearidade (R = 0,997), RSD de 2,7% e limite de detecção de 6 mg L⁻¹. De forma geral, os
dispositivos desenvolvidos demonstram o potencial da integração de sensores multiespectrais
com sistemas embarcados como alternativa viável e acessível para análises químicas,
contribuindo para o avanço da instrumentação analítica e da Internet of Analytical Things
(IoAT).
Abstract
This work describes the development and application of analytical devices based on the
integration of digital multispectral color sensors (TCS34721, AS7262, AS7341, AS7343, and
AS7265x) with microcontrollers, aiming at the construction of intelligent platforms for
analytical measurements by reflectance in aqueous solutions and in paper-based analytical
devices. Initially, a comparative study was carried out among the TCS34721, AS7262, and
AS7341 sensors for the quantification of dyes in aqueous solution. The dyes tartrazine, indigo
carmine, ponceau 4R, and sunset yellow were selected because they cover a wide range of the
visible spectrum, allowing the evaluation of analytical performance across different spectral
regions. The results demonstrated that the AS7341 exhibited superior spectral performance due
to its higher multichannel resolution, enabling linear calibration curves, low limits of detection
(1 µmol L⁻¹), and adequate precision (RSD = 1.0%). The results obtained with this sensor were
comparable to those from a commercial spectrophotometer. Based on these findings, a
procedure was developed for the determination of sunset yellow in isotonic beverages, juices,
and gelatin, yielding results in agreement with UV–Vis spectrophotometry. Subsequently, the
Smart-Sense device was developed, a portable embedded system integrating the AS7341
sensor, electronic control, and a smartphone-based graphical interface, which was successfully
applied to the determination of ammonium, iron(II), and nitrite. This system exhibited
performance compatible with spectrophotometric methods, in addition to advantages related to
portability, low cost, analytical speed, and connectivity. Additionally, the Smart-PAD platform
was proposed, consisting of a mechanized system for the reading of paper-based analytical
devices. Parameters such as drying time, gain, and integration time were evaluated, with
temporal control being critical due to the slow kinetics of the modified Berthelot reaction and
the degradation of the reaction product on paper. The platform performs measurements within
8.2 minutes for 18 spots, minimizing the effects of substrate heterogeneity. Its application to
ammonium determination showed good linearity (R = 0.997), an RSD of 2.7%, and a detection
limit of 6 mg L⁻¹. Overall, the developed devices demonstrate the potential of integrating
multispectral sensors with embedded systems as a viable and accessible alternative for chemical
analyses, contributing to the democratization of analytical instrumentation and to the
advancement of the Internet of Analytical Things (IoAT).
Palavras-chave
Sensores de cor, Color sensor, Dispositivos analíticos, Analytical devices, Internet das coisas, Internet of things, Colorimetria, Colorimetry
Citação
MACHADO, Caio Cesar Souza. Avaliação de sensores de cor e aplicações na química analítica. 2026. 123 f. Tese ( Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.308.
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