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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.46.2019.tde-08022019-094800
Document
Auteur
Nom complet
José Ricardo da Silva
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2018
Directeur
Jury
Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da (Président)
Angnes, Lucio
Ferreira, Tiago Luiz
Gutz, Ivano Gebhardt Rolf
Muñoz, Rodrigo Alejandro Abarza
Titre en portugais
Desenvolvimento de sensores químicos de baixo custo visando ao monitoramento da qualidade e da potabilidade de águas
Mots-clés en portugais
Análise de qualidade de águas
Dispositivos analíticos em papel
Línguas eletrônicas
Sensores colorimétricos
Sensores eletroquímicos
Resumé en portugais
A falta de acesso à água potável ainda é um problema de saúde pública no Brasil. O desenvolvimento de novos métodos analíticos de baixo custo para o reconhecimento de amostras contaminadas é uma necessidade, pois análises laboratoriais estão fora da realidade socioeconômica da população mais vulnerável. Visando contribuir para a resolução deste problema, esta tese apresenta esforços para o desenvolvimento de métodos de baixo custo para a análise de qualidade de águas ambientais. Foi estudada a associação de ferramentas quimiométricas com sensores voltamétricos para tentar discriminar amostras de águas contaminadas com espécies eletroativas. O modelo desenvolvido foi capaz de discriminar de forma satisfatória amostras contaminadas contendo chumbo(II), cobre(II), zinco(II) e nitrito. Os esforços para a redução do custo das análises também focaram no desenvolvimento de sensores com materiais de baixo custo. Um dos dispositivos voltamétricos propostos foi capaz de quantificar metais tóxicos e pesticidas, utilizando papel, grafite e cera. Foi desenvolvido também um sistema de agitação por som que resultou em um aumento significativo da sensibilidade dos dispositivos voltamétricos portáteis permitindo a quantificação de chumbo(II) até 48 nmol L-1, cádmio(II) até 370 nmol L-1 e zinco(II) até 340 nmol L-1. Outro sensor voltamétrico foi confeccionado utilizando apenas papelão como matéria prima, para o qual um laser de CO2 foi utilizado pela primeira vez com o intuito de pirolisar a superfície do papelão gerando estruturas de carbono condutoras. Sensores colorimétricos em papel foram testados com sucesso para a quantificação de fluoreto até 500 µmol L-1 em amostras de água mineral utilizando fotografias retiradas por um telefone celular para a construção de modelos12 de calibração. Com outro sistema colorimétrico em papel foi possível medir o pH de amostras utilizando um método de calibração multivariada. Como mostrado neste trabalho, o desenvolvimento e a integração dos dispositivos analíticos em papel é uma alternativa abrangente, confiável e de baixo custo para a análise da qualidade de águas ambientais.
Titre en anglais
Development of low-cost chemical sensors aiming at monitoring water quality and potability
Mots-clés en anglais
Colorimetric sensors
Electrochemical sensors
Electronic tongues
Paper-based analytical devices
Water quality analysis
Resumé en anglais
The lack of access to safe water remains as a public health problem in Brazil. The development of new analytical methods for low cost contaminated samples recognition is necessary since the complete laboratorial procedures are away from the reality of the most socioeconomic vulnerable population. In order to contribute to solve this problem, this thesis shows our efforts to develop new low-cost analytical methods to evaluate environmental waters quality. The combination of chemometric tools with voltammetric sensors was studied to discriminate contaminated water samples with electroactive species. The proposed model was able to discriminate potable and contaminated samples containing lead(II), copper(II), zinc(II) and nitrite species. Efforts to reduce the analysis cost have also focused on the development of sensors using low-cost materials. A proposed voltammetric device fabricated with paper, graphite and wax was able to quantify heavy metals and pesticides. The use of a sound agitation system for the portable voltammetric devices resulted in a significant increase in the sensitivity allowing the quantification of lead(II) above 48 nmol L-1, cadmium(II) above 370 nmol L-1 e and zinc(II) above 340 nmol L-1 . Another voltammetric sensor was made for the first time using only cardboard as material and a CO2 laser to pyrolyze the cardboard surface generating conductive carbon structures. Paper colorimetric sensors were successfully tested for fluoride quantification in spring water samples based on photographs taken by a smartphone with a LOQ of 500 µmol L-1. Another paper colorimetric system was capable to measure the pH of samples using a multivariate calibration method. As shown in this thesis, the development and integration of analytical paper-based devices is a reliable and low-cost alternative for water quality analysis
 
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Date de Publication
2019-02-20
 
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