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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41458
Tipo de documento: | Tese |
Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
Título: | Desenvolvimento de procedimentos analíticos e aplicações IoT utilizando sensores óticos para detecção de adulterações em alimentos e contaminação de água |
Título (s) alternativo (s): | Development of analytical procedures and IoT applications using optical sensors to detect food adulteration and water contamination water |
Autor: | Cadeado, Alegre de Nascimento Santana |
Primer orientador: | Silva, Sidnei Gonçalves da |
Primer miembro de la banca: | Petruci, João Flávio da Silveira |
Segundo miembro de la banca: | Santos, André Luiz dos |
Tercer miembro de la banca: | Rocha, Fabio Rodrigo Piovezani |
Cuarto miembro de la banca: | Coltro, Wendell Karlos Tomazelli |
Resumen: | A pratica DIY (Do It Yourself) está permitindo a construção de dispositivos analíticos personalizados, acessíveis, portáteis e fáceis de usar, adaptados para várias técnicas analíticas. Para potencializar as capacidades desses dispositivos, a integração de sistemas IoT (Internet of Things) permite que os dispositivos tenham conexão com a internet, podendo coletar e transmitir dados em tempo real, facilitando o monitoramento e a análise. Nesta perspectiva, foram construídos três dispositivos, para atender determinações específicas, não só em termos de exigências analíticas, mais também na perspectiva ambiental, obedecendo princípios da química verde. Primeiro foi construído um dispositivo portátil para a determinação colorimétrica de nitrito em águas, baseado no método de Griess. Neste trabalho, o sensor RGB APDS 9960 foi empregado como detector e um LED verde (λ=530 nm) como fonte de luz. Como microcontrolador foi uma placa ESP 32 alimentada por uma bateria de lítio recarregável, e também como roteador para transmissão de dados para o smartphone por Wi-Fi. Os sinais foram monitorados selecionando o canal verde. O procedimento alcançou um limite de detecção de 2 μg L−1, precisão intradia e interdia de 1,6 e 2,4 %, respectivamente. Comparado com o método UV-VIS, a utilização do LED verde apresentou maior sensibilidade e precisão. O dispositivo proposto tem uma autonomia de 7 h de trabalho, possibilitando assim uma alternativa viável para determinação de nitrito in situ. O segundo dispositivo visava determinação de formaldeído em leite, baseando se na reação de Hantzsch, que consiste na reação de formaldeído com acetilacetona para formar 3,5-diacetil-1,4-dihidrolutidina (DDL). O método empregou um sensor AS 7341 para fazer medidas simultâneas de refletância e de fluorescência do DDL a 415 nm e 515 nm, respectivamente. O procedimento apresentou alto coeficiente de correlação, limite de detecção de 27 µg L-1 e precisão de 0,12 % para medida de refletância. Enquanto para fluorescência, o limite de detecção foi de 30 µg L-1 e 0,92 % de precisão. Esses resultados garantem confiabilidade e exatidão dessa abordagem, tornando-a uma ferramenta valiosa para a determinação de formaldeído em amostras de leite. Por fim, o terceiro trabalho apresentou um método para a quantificação de glicerol em amostras de vinho, empregando um dispositivo ótico portátil usando sensor AS 7341, como detetor. A estratégia química envolveu a oxidação do glicerol usando periodato, seguida pela formação do DDL através da reação com acetilacetona. O procedimento otimizado demonstrou desempenho analítico adequado para a determinação de glicerol em amostras de vinho, apresentou alto coeficiente de correlação (r = 0,998), baixos limites de detecção (0,050 mg L-1) e boa precisão (RSD = 0,1 %). Essas características o tornam adequado não apenas para a análise rotineira de glicerol na indústria do vinho, mas também para enfrentar desafios relacionados à adulteração e a falsificação do vinho. Esses estudos demonstraram a eficácia e versatilidade do uso de sensores de cores para diferentes aplicações analíticas, com vantagens de portabilidade, baixo custo e potencial para integração com tecnologias IoT. |
Abstract: | DIY (Do It Yourself) practices have make possible to build personalized, affordable, portable, and easy-to-use analytical devices adapted to various analytical techniques. To improve the capabilities of these devices, IoT (Internet of Things) integration is taking place, making the devices internet-connected and able to collect and transmit data in real-time, facilitating remote monitoring and analysis. With this in mind, three devices were built to meet specific requirements regarding analytical demands and, from an environmental perspective, in line with the principle of green chemistry. Firstly, based on the Griess method, a portable device was built for the colorimetric determination of nitrite in water. An APDS 9960 RGB sensor was used as the detector, and a green LED (λ=530 nm) as the light source. An ESP 32 board powered by a rechargeable lithium battery was used as a microcontroller and a router for transmitting data to the smartphone by Wi-Fi. The signals were monitored by selecting the green channel. The procedure achieved a detection limit of 2 μg L−1 , intra-day and inter-day precision of 1.6 and 2.4 %, respectively. The green LED showed greater sensitivity and precision compared to the UV-VIS method. The proposed device has a working autonomy of 7 hours, making it a viable alternative for in situ nitrite determination. The second device aimed to determine formaldehyde in milk, based on the Hantzsch reaction, which consists of formaldehyde reacting with acetylacetone to form 3,5-diacetyl-1,4-dihydrolutidine (DDL). The method used an AS 7341 sensor to take reflectance and fluorescence measurements of DDL at 415 nm and 515 nm, respectively. The procedure showed a high correlation coefficient, a limit of detection of 27 µg L-1 and a precision of 0.12 % for reflectance measurements. For fluorescence, the detection limit was 30 µg L-1, and the precision was 0.92 %. These results guarantee the reliability and accuracy of this approach, making it a valuable tool for analyzing formaldehyde in milk samples. Finally, the third paper presented a method for quantifying glycerol in wine samples, employing a portable optical device using the AS 7341 sensor as a detector. The chemical strategy involved the oxidation of glycerol using periodate, followed by the formation of DDL through a reaction with acetylacetone. The optimized procedure demonstrated adequate analytical performance for the determination of glycerol in wine samples, showed a high correlation coefficient (r = 0.998), low limit of detection (0.050 mg L-1 ) and good precision (RSD = 0.1 %). These characteristics make it suitable for routine glycerol analysis in the wine industry and tackling challenges related to wine adulteration and counterfeiting. These studies have demonstrated the effectiveness and versatility of using color sensors for different analytical applications, with the advantages of portability, low cost and potential for integration with IoT technologies. |
Palabras clave: | Sensores óticos DIY IoT Nitrito Formaldeído Glicerol Nitrite Formaldehyde and Glycerol |
Área (s) del CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Tema: | Química Sensoriamento remoto Formaldeído Água potável - Contaminação Alimentos - Contaminação |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
Programa: | Programa de Pós-graduação em Química |
Cita: | CADEADO, Alegre de Nascimento Santana. Desenvolvimento de procedimentos analíticos e aplicações IoT utilizando sensores óticos para detecção de adulterações em alimentos e contaminação de água. 2024. 117 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.309. |
Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.309 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41458 |
Fecha de defensa: | 3-abr-2024 |
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 6. Água potável e saneamento - Garantir disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos. |
Aparece en las colecciones: | TESE - Química |
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