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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49006| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-2525-8967 |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| Título: | Integração de sensores de cor e construção de dispositivos analíticos para medidas em solução e em papel |
| Título (s) alternativo (s): | Integration of color sensors and the fabrication of analytical devices for solution- and paper-based measurements |
| Autor: | Machado, Caio Cesar Souza |
| Primer orientador: | Silva, Sidnei Gonçalves da |
| Primer miembro de la banca: | Takeuchi, Regina Massako |
| Segundo miembro de la banca: | Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da |
| Tercer miembro de la banca: | Rocha, Diogo Librandi da |
| Cuarto miembro de la banca: | Mattos, Wanessa Melchert |
| Resumen: | 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). |
| Palabras clave: | Sensores de cor Color sensor Dispositivos analíticos Analytical devices Internet das coisas Internet of things Colorimetria Colorimetry |
| Área (s) del CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::INSTRUMENTACAO ANALITICA |
| Tema: | Química Detectores Cores - Análise |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Química |
| Cita: | MACHADO, Caio Cesar Souza. Integração de sensores de cor e construção de dispositivos analíticos para medidas em solução e em papel. 2026. 123 f. Tese ( Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.308. |
| Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.308 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49006 |
| Fecha de defensa: | 23-feb-2026 |
| Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Aparece en las colecciones: | TESE - Química |
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