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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM FOTOCOLORÍMETRO
MICROCONTROLADO DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE QUÍMICA
ANALÍTICA INSTRUMENTAL EM ESCOLAS DE NÍVEL MÉDIO E SUPERIOR.
Edgar Henrique Ferreira
LORENA - 2011
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena
Departamento de Engenharia Química
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM FOTOCOLORÍMETRO
MICROCONTROLADO DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE QUÍMICA
ANALÍTICA INSTRUMENTAL EM ESCOLAS DE NÍVEL MÉDIO E SUPERIOR.
Edgar Henrique Ferreira
Orientador: Prof. Dr. Ângelo Capri Neto
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado
ao Departamento de Engenharia Química da
Escola de Engenharia de Lorena -
Universidade de São Paulo, como parte dos
requisitos para conclusão do Curso de
Engenharia Industrial Química.
LORENA – 2011
AGRADECIMENTOS
A minha família, que me apoiou e incentivou mesmo nas horas mais difíceis.
Ao professor Dr. Hélcio José Izário Filho, pela orientação no projeto de TCC.
A professora Dra. Maria da Rosa Capri, pela co-orientação e disponibilização da
infra-estrutura de seu laboratório para a realização dos experimentos com o
fotocolorímetro proposto.
Ao professor Dr. Ângelo Capri Neto, meu orientador, que me incentivou desde a
idéia inicial do projeto.
A Escola de Engenharia de Lorena, pela oportunidade de realização do curso de
graduação.
Por fim, a todos os professores que ao longo da minha vida acadêmica, com
dedicação e carinho, me mostraram o caminho para a aquisição do conhecimento.
RESUMO
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM FOTOCOLORÍMETRO
MICROCONTROLADO DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE QUÍMICA
ANALÍTICA INSTRUMENTAL EM ESCOLAS DE NÍVEL MÉDIO E SUPERIOR.
Autor: Edgar Henrique Ferreira
Orientador: Prof. Dr. Ângelo Capri Neto
O objetivo deste trabalho foi desenvolver e construir um fotocolorímetro
microcontrolado, portátil e de baixo custo, servindo como ferramenta no ensino da química
analítica instrumental em escolas de nível médio e superior. Este instrumento utiliza como
fonte de radiação um diodo emissor de luz (LED, do inglês ―Light Emmiting Diode‖)
emitindo luz em três comprimentos de onda distintos (470nm, 525nm, 625nm). Como
fototransdutor, emprega-se um fotodiodo com sensibilidade espectral na região do visível,
além de um microcontrolador PIC (do inglês ―Programmable Interrupt Controller‖) como
unidade de controle lógico. Sua alimentação pode ser feita pela rede elétrica ou por bateria.
Neste caso, permite portabilidade, boa autonomia, e imunidade a surtos elétricos causados pela
rede. Seu desempenho foi avaliado por meio de construção de curvas analíticas com
tratamentos estatísticos, envolvendo calibração univariada. O instrumento foi testado com
soluções normalmente utilizadas no ensino de técnicas fotocolorimétricas (azul de metileno,
permanganato de potássio e dicromato de potássio). Os mesmos testes foram aplicados a um
espectrofotômetro comercial para fins de comparação de desempenho. Os resultados da
avaliação indicam que o fotocolorímetro proposto possui um desempenho semelhante ao do
espectrofotômetro comercial, sendo que na maioria dos critérios de avaliação o protótipo
alcançou melhores resultados. Além disso, o fotocolorímetro proposto oferece uma
alternativa economicamente viável para o ensino de técnicas fotocolorimétricas, pois é de
fácil construção e seus componentes são baratos e facilmente encontrados no mercado.
Palavras chave: Fotocolorímetro , Instrumentação Analítica, Espectrofotometria, Ensino de
Química
ABSTRACT
DESIGN AND CONSTRUCTION OF A LOW COST MICROCONTROLLED
PHOTO COLORIMETER FOR TEACHING INSTRUMENTAL ANALYTICAL
CHEMISTRY IN HIGH SCHOOLS AND COLLEGES.
Author: Edgar Henrique Ferreira
Supervisor: Prof. Dr. Ângelo Capri Neto
The goal of this work is to develop and build an inexpensive, portable and
microcontrolled photo colorimeter, serving as a tool in the teaching of instrumental
analytical chemistry in high schools and colleges. This instrument uses as radiation source
a Light Emitting Diode (LED), emitting light at three different wavelengths (470nm,
525nm, 625nm). As phototransductor, a photodiode with spectral sensitivity in the visible
region is employed, and a Programmable Interrupt Controller (PIC) microcontroller is used
as logical control unit. It can be powered either by power line or battery. In this case, it
allows portability, good autonomy and immunity to electrical surges caused by power line
sources. Its performance was evaluated by means of analytical curves along with statistical
methods, involving univariate calibration. The instrument was tested with solutions
commonly used in teaching photo colorimetric techniques (methylene blue, potassium
permanganate and potassium dichromate). The same tests were applied to a commercial
spectrophotometer for purposes of performance comparison. The evaluation results
indicate that the photo colorimeter has reached a similar performance to commercial
spectrophotometer, and for most of the criteria evaluated the prototype achieved better
scores. In addition, the proposed photo colorimeter offers an economically viable
alternative for teaching photo colorimetric techniques, it is easy to build, and its
components are cheap and easily available in the market.
Keywords: Photo colorimeter, Analytical Instrumentation, Spectrophotometry, Chemistry
teaching
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1- Processo de absorção de um feixe de radiação monocromática. ...................... 14
Figura 2.2. - Foto de um LED RGB. ................................................................................... 17
Figura 2.3 - Espectro de emissão do LED RGB utilizado no fotocolorímetro proposto. .... 18
Figura 3.1- Vista da parte interna do protótipo .................................................................... 20
Figura 3.2 - Vista do conjunto montado. ............................................................................. 21
Figura 3.3 - Sistema mecânico da cela de amostra .............................................................. 22
Figura 3.4 - Detalhe da cela de amostra com uma cubeta de poliestireno. .......................... 23
Figura 3.5 - Esquema elétrico .............................................................................................. 24
Figura 3.6 - Fluxograma operacional ................................................................................... 26
Figura 3.7 - Tela com mensagem inicial .............................................................................. 27
Figura 3.8 - Tela de seleção da fonte luminosa ................................................................... 27
Figura 3.9 - Tela com mensagem do processo de estabilização .......................................... 28
Figura 3.10 - Tela de zeragem ............................................................................................. 28
Figura 3.11 - Tela principal com valores de zeragem .......................................................... 28
Figura 3.12 - Tela principal com valores de medição .......................................................... 29
Figura 3.13 - Tela com valores de absorbância gravados .................................................... 29
Figura 3.14 - Display do protótipo....................................................................................... 30
Figura 3.15 - Teclado do protótipo ...................................................................................... 30
Figura 5.1 - Gráficos dos resíduos dos modelos para o dicromato de potássio ................... 43
Figura 5.2 - Comparação dos resultados para o dicromato de potássio ............................... 45
Figura 5.3 - Gráficos dos resíduos dos modelos para o permanganato de potássio ............ 48
Figura 5.4 - Comparação dos resultados para o permanganato de potássio ........................ 50
Figura 5.5 - Gráficos dos resíduos dos modelos para o azul de metileno............................ 53
Figura 5.6 - Comparação dos resultados para o azul de metileno ....................................... 55
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Relação entre cor observada e cor transmitida ................................................ 16
Tabela 4.1- Preparação das soluções padrão de dicromato de potássio .............................. 31
Tabela 4.2 - Preparação das soluções padrão de permanganato de potássio ....................... 32
Tabela 4.3 - Preparação das soluções padrão de azul de metileno ...................................... 33
Tabela 4.4 - Análise de variância (ANOVA) para o ajuste de um modelo pelo MMQ....... 38
Tabela 5.1 - Resultado das medições para o dicromato de potássio .................................... 41
Tabela 5.2 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos através do Femto-800XI ........ 42
Tabela 5.3 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos através do Protótipo ............... 42
Tabela 5.4 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Femto-800XI para
solução em branco ............................................................................................................... 44
Tabela 5.5 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Protótipo para solução
em branco ............................................................................................................................. 44
Tabela 5.6 - Comparação dos resultados de LD, LQ, sensibilidade e LL do dicromato de
potássio entre os aparelhos comercial e proposto ................................................................ 44
Tabela 5.7 - Resultado das medições para o permanganato de potássio ............................. 46
Tabela 5.8 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos através do Femto-800XI ........ 47
Tabela 5.9 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos através do Protótipo ............... 47
Tabela 5.10 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Femto-800XI para
solução em branco ............................................................................................................... 49
Tabela 5.11 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Protótipo para solução
em branco ............................................................................................................................. 49
Tabela 5.12 - Comparação dos resultados de LD, LQ, sensibilidade e LL do permanganato
de potássio entre os aparelhos comercial e proposto ........................................................... 49
Tabela 5.13 - Resultado das medições para o azul de metileno .......................................... 51
Tabela 5.14 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos através do Femto-800XI ...... 52
Tabela 5.15 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos através do Protótipo ............. 52
Tabela 5.16 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Femto-800XI para
solução em branco ............................................................................................................... 54
Tabela 5.17 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Protótipo para solução
em branco ............................................................................................................................. 54
Tabela 5.18 - Comparação dos resultados de LD, LQ, sensibilidade e LL do azul de
metileno entre os aparelhos comercial e proposto ............................................................... 54
Tabela 5.19 - Custo do fotocolorímetro proposto ................................................................ 56
SUMÁRIO
Objetivos .............................................................................................................................. 11
1. Introdução ................................................................................................................... 12
2. Revisão Bibliográfica .................................................................................................. 13
2.1. Fotocolorimetria ............................................................................................................. 13
2.2. O processo de absorção e a Lei de Beer-Lambert .......................................................... 14
2.3. Relação entre a cor observada e absorvida ..................................................................... 15
2.4. Diodo emissor de luz ...................................................................................................... 16
2.5. LED RGB ....................................................................................................................... 17
2.6. LEDs como fonte de luz em Fotocolorimetria ................................................................ 18
3. Desenvolvimento ......................................................................................................... 20
3.1. Descrição do fotocolorímetro proposto .......................................................................... 20
3.1.1. Sistema mecânico da cela de amostra ............................................................................. 22
3.1.2. Circuito eletrônico .......................................................................................................... 24
3.1.2.1. Funcionamento do circuito eletrônico ........................................................................ 24
3.1.3. Algoritmo computacional ............................................................................................... 26
3.1.3.1. Algoritmo de conversão de sinais .............................................................................. 27
3.1.3.2. Funcionamento do programa e interface com o analista ............................................ 27
4. Material e Métodos ..................................................................................................... 31
4.1. Reagentes e Soluções ...................................................................................................... 31
4.1.1 Dicromato de potássio .................................................................................................... 31
4.1.2 Permanganato de potássio ............................................................................................... 32
4.1.3 Azul de metileno ............................................................................................................. 33
4.2. Material e Equipamentos ................................................................................................ 33
4.3. Critérios de validação (Calibração univariada) .............................................................. 33
5. Resultados e discussão ................................................................................................ 40
5.1. Aplicações analíticas ...................................................................................................... 40
5.1.1. Determinação do dicromato de potássio ......................................................................... 40
5.1.2. Determinação do permanganato de potássio .................................................................. 46
5.1.3. Determinação do Azul de Metileno ................................................................................ 51
5.2. Custos ............................................................................................................................. 56
6. Conclusão .................................................................................................................... 57
7. Recomendações para trabalhos futuros ..................................................................... 58
8. Referências Bibliográficas .......................................................................................... 59
11
Objetivos
Projetar um fotocolorímetro de baixo custo e de fácil construção baseado em um
diodo emissor de luz (LED) tricolor, que possa ser montado e utilizado por alunos de
escolas de segundo grau e de cursos de graduação na aprendizagem de técnicas
espectrométricas.
Desenvolver os projetos de hardware e software do equipamento.
Montar e testar um protótipo do equipamento.
Aplicar o aparelho em métodos de análises que possam ser usadas em aulas
práticas.
12
1. Introdução
Um dos problemas do ensino de química nas escolas técnicas, de nível médio e
superior é a falta de recursos para a compra de aparelhos para laboratório. Em função
disso, alunos se amontoam em laboratórios nas aulas práticas de química analítica devido à
baixa disponibilidade desse tipo de equipamento. Muitas vezes os alunos estudam
teoricamente o funcionamento das técnicas espectrofotométricas, mas não têm a
oportunidade de aplicá-las.
O presente trabalho propõe uma solução relativamente simples e barata para esse
problema, na forma da construção e utilização de um equipamento adequado ao ensino
básico de métodos espectroscópicos de análise. O aparelho proposto permite a
interdisciplinaridade de matérias e cursos, ou seja, os alunos podem aplicar toda teoria
física e química envolvida na prática de análises laboratoriais simples e lançar mão de
ferramentas estatísticas para avaliação e validação dos dados obtidos. Alunos do curso de
eletro-eletrônica e mecatrônica poderiam participar da montagem e manutenção desses
aparelhos em conjunto com alunos do curso de química, farmácia ou bioquímica,
permitindo a troca de conhecimentos e habilidades envolvidos nas disciplinas desses
cursos.
Outras aplicações podem ser discutidas e desenvolvidas nas aulas, como o emprego
do aparelho na análise de águas, reagentes químicos, efluentes, bioanálises entre outras.
Por exemplo: recentemente um estudo realizado pela Superintendência de Controles de
Endemias de São Paulo (Sucen, 2010) revelou que a concentração de nitrogênio amoniacal
na água consumida tem uma relação direta com a atração do mosquito causador da dengue
Aedes Aegypti para oviposição, isto é, as fêmeas desse mosquito sentem atração por águas
com altas concentrações de nitrogênio amoniacal dissolvido. Visto sua portabilidade e fácil
operação, o aparelho pode ser empregado na análise em campo de águas para a verificação
da concentração de nitrogênio amoniacal, avaliando a propensão do local em ser um
proliferador desse inseto, e consequentemente da enfermidade causada por ele.
13
2. Revisão Bibliográfica
2.1. Fotocolorimetria
A mudança da cor de uma solução devido à variação da concentração de algum de
seus componentes é a base de estudo da analise colorimétrica. Essa técnica é fundamentada
na interação da matéria com a radiação na região do visível do espectro eletromagnético,
ou seja, baseia-se na medida da quantidade de radiação absorvida pelas moléculas ou pelas
espécies iônicas de interesse (SKOOG, 2007, p. 674). As espécies responsáveis por
absorver a cor na solução são chamadas de cromóforos.
Métodos colorimétricos de análise baseiam-se na determinação da concentração de
uma dada sustância pela medição da absorção de luz visível por uma solução colorida,
comparando à absorção de uma solução de concentração conhecida. A cor é usualmente o
resultado da adição de um reagente apropriado à solução, ou pode ser uma propriedade
intrínseca da solução a ser analisada. A intensidade da cor da solução depende da
concentração da substância absorvente que pode ser obtida por comparação com a
intensidade de cor de uma solução com concentração conhecida, chamada de solução
padrão.
Em colorimetria visual, luz branca natural ou artificial é geralmente utilizada como
fonte de luz, e as determinações são usualmente feitas com o auxílio de um instrumento
simples, chamado colorímetro ou comparador de cor. Quando o olho do analista é
substituído por uma célula fotoelétrica (através disso eliminado erros devido às
interpretações pessoais do analista) o instrumento é chamado de fotocolorímetro (VOGEL,
1989, p. 645). Fotocolorímetros empregam dispositivos chamados de filtros óticos para
selecionar somente uma estreita banda do espectro eletromagnético, numa faixa de
comprimentos de onda bem específica. Faz-se passar luz branca por esses filtros, formados
por placas coloridas, donde uma banda espectral com largura de 10nm a 30nm geralmente
é transmitida (HOOLEY; DESSY, 1983, p. 315).
14
2.2. O processo de absorção e a Lei de Beer-Lambert
A lei de absorção, conhecida com lei de Beer-Lambert, relaciona quantitativamente
o grau de atenuação de uma fonte de radiação eletromagnética incidente em uma solução,
com a concentração das moléculas absorventes presentes e o tamanho do caminho sobre o
qual acontece a absorção. Quanto maior o caminho ótico ou a concentração de moléculas
absorventes, maior será o número de centros absorventes presentes no caminho,
consequentemente haverá uma maior atenuação da intensidade de luz (SKOOG, 2007, p.
678). A Figura 2.1 mostra a atenuação de um feixe paralelo de radiação monocromática
quando este passa por uma solução absorvente de espessura de b cm e de concentração
igual a c mols por litro.
Figura 2.1 - Processo de absorção de um feixe de radiação monocromática (SKOOG, 2007, p, 678).
Devido às interações entre os fótons e as partículas absorventes a intensidade do
feixe decresce de P0 a P. A transmitância T da solução é a relação entre a radiação
incidente e a transmitida pela solução, e pode ser calculada segundo a Equação (1).
T=P/P0 (1)
A transmitância é freqüentemente expressa como uma porcentagem denominada
porcentagem de transmitância (%T = T*100).
A absorbância A de uma solução está relacionada com a transmitância de forma
logarítmica, conforme a Equação (2).
A= -log T = log (P0/P) (2)
15
De acordo com a lei de Beer, a absorbância é diretamente proporcional à
concentração de uma espécie absorvente c (g L-1
) e ao caminho óptico b (cm) do meio
absorvente (SKOOG, 2007, p. 680), como expresso pela Equação (3).
A=log (P0/P)=a.b.c (3)
Onde a (L g-1
cm-1
) é a constante de proporcionalidade denominada absortividade.
Quando expressamos a concentração em mols por litro e b em centímetros, a constante de
proporcionalidade é chamada absortividade molar, à qual é dado o símbolo especial, ε (L
mol-1
cm-1
). A Equação (3) pode ser reescrita conforme a Equação (4).
A= ε.b.c (4)
2.3. Relação entre a cor observada e absorvida
A cor de uma substância é o resultado da absorção de parte da luz branca incidente
e da transmissão de um componente específico do espectro eletromagnético (cor). Assim,
quando uma substância apresenta a cor vermelha ela na verdade absorve o verde da
radiação incidente e transmite o componente vermelho de forma inalterada (SKOOG,
2007, p. 680). Dessa forma, existe uma relação entre cor absorvida e cor transmitida,
chamada de cores complementares, que pode ser vista na Tabela 2.1.
Determinações colorimétricas são realizadas com base nessa propriedade, ou seja, a fonte
de luz utilizada para excitar as moléculas da substância exibe a cor complementar à
absorvida por ela.
16
Tabela 2.1 - Relação entre cor observada e cor transmitida (SKOOG, 2007, p. 680).
2.4. Diodo emissor de luz
O diodo emissor de luz (LED, do inglês ―Light Emitting Diode‖) é um componente
eletrônico semicondutor, que ao ser percorrido por uma corrente elétrica emite luz. Isso
ocorre porque elétrons são liberados para se recombinarem em buracos na banda de
valência do material semicondutor, causando a liberação de energia na forma de partículas
de luz chamadas fótons (DORMAN, 2011). Esse fenômeno é conhecido como
eletroluminescência e começou a ser estudado pelo pesquisador inglês Henry Joseph
Round em 1907, quando ao aplicar corrente elétrica em cristais de carbeto de silício obteve
uma luz amarelada (ROUND, 1907). O Russo Oleg Vladimirovich Losev reporta a criação
do primeiro LED em 1927 (ZHELUDEV, 2007). Porém não se reporta uso prático da
descoberta de Round até 1962, quando Nick Holonyak Jr., conhecido como pai do LED
inventa o primeiro dispositivo com uso prático e que emitia luz vermelha (YAM;
HASSAN, 2005). Desde então, notáveis avanços tecnológicos têm sido observados quanto
à aplicação dos LEDs nos mais variados campos. Isso se deve à crescente demanda por
componentes eletrônicos energeticamente mais econômicos, levando à novas tecnologias
de produção e ao uso de materiais avançados para sua construção. Atualmente telas de
computadores e aparelhos de televisão são iluminados por LEDs, levando a uma redução
significativa no seu consumo de energia elétrica (KUBOTA; TAGUSHI; YAZAWA,
2008).
17
2.5. LED RGB
O LED RGB (RGB do inglês ―red, green, blue‖) Figura 2.2 consiste em 3 LEDs
construídos com fósforo dopado com metais de terras raras como o Ítrio e Cério em
pastilhas de material semicondutor. O resultado da dopagem do fósforo com cada elemento
e em proporções definidas é emissão de luz em distintos comprimentos de onda na região
visível. A Figura 2.3 mostra o espectro de emissão do LED RGB utilizado no
fotocolorímetro proposto. São montados num mesmo invólucro de material polimérico
translúcido e normalmente são encontrados com diâmetro de 5mm. Possuem 4 terminais
elétricos por onde cada LED pode ser acionado independentemente. O acionamento
simultâneo dos 3 LEDs gera a luz branca, devido à mistura das 3 cores primárias
(vermelho, verde, azul) (YAM; HASSAN, 2005).
Desde sua criação, LEDs RGB tem tido uma grande importância na área de
comunicação visual e ultimamente vem ganhando um papel muito interessante na área de
iluminação. Tal tecnologia permitiu a fabricação massiva de LEDs brancos de alta
intensidade e atualmente têm sido utilizados na substituição de lâmpadas incandescentes
nas mais diversas aplicações, com a vantagem de consumirem muito menos energia
elétrica e terem um vida útil muito maior (PIMPUTKAR et al., 2009).
Figura 2.2. - Foto de um LED RGB.
18
Figura 2.3 - Espectro de emissão do LED RGB utilizado no fotocolorímetro proposto (KOUHI, 2011).
2.6. LEDs como fonte de luz em Fotocolorimetria
A fotometria de absorção molecular tem sido utilizada há muito tempo como uma
eficiente ferramenta em análises químicas. O uso de fotômetros (fotocolorímetros) na
região do visível utilizando lâmpadas de tungstênio em conjunto com filtros para
selecionar o comprimento de onda desejado é bastante comum entre os aparelhos
comerciais disponíveis no mercado (ARAÚJO et al., 1996, p. 137). Desde a sua
disponibilização comercial em meados do século passado (YAM; HASSAN, 2005), diodos
emissores de luz têm despertado a curiosidade de diversos cientistas na sua aplicação como
fonte de luz em fotômetros (DASGUPTA et al., 1993, p. 53).
Nos últimos anos novos tipos de materiais têm sido descobertos e aplicados na
construção de LEDs cada vez mais potentes e cobrindo uma faixa espectral desde o
ultravioleta até o infravermelho. Esses componentes eletrônicos possuem características
muito importantes na sua aplicação em análises químicas, entre elas estreitas larguras de
banda de emissão, alta estabilidade e baixo consumo. O espectro de emissão de muitos
LEDs disponíveis no mercado na região visível apresenta larguras de bandas inferiores a
±30nm, comparáveis aos melhores filtros óticos. O tempo de vida útil de um LED em
trabalho contínuo é tipicamente de 50.000 horas, enquanto que para uma lâmpada de
tungstênio é de no máximo 2000 horas (ARAÚJO et al., 1996, p. 137). Outra vantagem dos
LEDs é o baixo consumo, de modo que mesmo quando alimentados por baterias
apresentam uma alta autonomia, característica essa essencial para aparelhos portáteis. A
alta estabilidade dos LEDs permite atingir desvios padrão nas medidas de absorbância de
até 2x10-6
(DASGUPTA et al., 1993, p. 71).
Diversos trabalhos sobre a construção de fotocolorímetros baseados em LEDs vêm
sendo publicados desde 1970 segundo relatado na literatura, quando Flaschcka e
colaboradores desenvolveram um fotômetro utilizando um LED como fonte de radiação.
(DASGUPTA et al., 1993, p. 53). Hooley e Dessy (1983) desenvolveram um
19
fotocolorímetro com 4 LEDs para análises feitas em fluxo. Cantrell e Ingle (2003)
desenvolveram um fotocolorímetro utilizando 3 LEDs (vermelho, laranja, azul) ligados a
um microcontrolador. Observou-se no aparelho proposto por eles uma alta variação de
sinal em relação ao tempo (drift).
Recentes trabalhos encontrados na literatura reportam a utilização de vários LEDs
em um único aparelho para cobrir uma ampla faixa espectral na região do visível e
consequentemente aumentar as possibilidades de desenvolvimento de metodologias de
analises químicas (GAIÃO et al., 2005). Araújo e colaboradores (ARAÚJO et al., 1996)
propuseram um fotômetro de fluxo para analise clínicas com base em LED bicolor
(vermelho e verde). Yeh e Tseng (2006) propuseram um fotocolorímetro multi-LED
operando com 7 diferentes comprimentos de onda e que pode ser operado por computador
via comunicação serial. A desvantagem do aparelho proposto por eles é a necessidade de
se intercambiar as fontes de luz mecanicamente para alterar o comprimento de onda
desejado.
20
3. Desenvolvimento
3.1. Descrição do fotocolorímetro proposto
O fotocolorímetro microcontrolado de baixo custo baseado em LED RGB proposto
neste trabalho, permite realizar medidas fotocolorimétricas em 3 comprimentos de onda
diferentes da região visível (470nm, 525nm e 625nm) com larguras de banda à metade da
intensidade máxima, menores que 35nm (KOUHI, 2011). A saída e entrada de dados são
feitas em um display de cristal líquido e por um teclado de 5 teclas com funções
predeterminadas, por onde o analista pode ter acesso aos valores de absorbância e
transmitância lidos da amostra em medição, bem como escolher parâmetros de
funcionamento.
Cubetas quadradas de 10 mm de caminho ótico são utilizadas como suporte das
soluções. Esses recipientes são introduzidos numa cela de amostra formada por um sistema
mecânico de sustentação. A Figura 3.1 mostra a parte interna do fotocolorímetro proposto.
Figura 3.1- Vista da parte interna do protótipo (1) display; (2) circuito do teclado; (3) cela de amostra; (4)
bateria alcalina de 9V; (5) circuito eletrônico.
1
2
3
4
5
21
A Figura 3.2 apresenta o aparelho montado, que possui dimensões de 200 mm x
110 mm x 90 mm.
Figura 3.2 - Vista do conjunto montado.
Para melhor elucidar o funcionamento do protótipo do fotocolorímetro proposto,
dividiu-se sua construção em 2 partes:
Hardware: contempla a parte física do aparelho, sendo dividido em sistema
mecânico da cela de amostra e o circuito eletrônico;
Software: contempla a parte intangível do aparelho, isto é, as rotinas de
programação e algoritmos computacionais.
O funcionamento de cada uma será descrito nas subseções seguintes.
22
3.1.1. Sistema mecânico da cela de amostra
O sistema mecânico da cela de amostra do fotocolorímetro proposto é mostrado na
Figura 3.3. Consiste em um suporte base, tampa inferior, tampa frontal, unidos com
parafusos auto atarrachantes. Uma tampa superior protege a cubeta da interferência da luz
ambiente.
O mecanismo de suporte é responsável por segurar a cubeta numa posição tal que
não haja folgas excessivas, permitindo ao sistema repetibilidade nas medições. Utilizou-se
nesse trabalho cubetas de poliestireno quadradas de 4,5mL de capacidade e caminho ótico
de 10 mm, que permitem leituras na faixa de 340 a 800nm (KARTELL, 2011). Utilizou-se
poliuretano para a construção do sistema suporte. Optou-se pela cor preta para evitar a
reflexão da luz dentro da cela, o que implicaria em erros de medição.
Um furo passante com 5 mm de diâmetro foi feito no suporte base para a fixação do
LED. No mesmo alinhamento, um furo de 9mm de diâmetro foi feito na tampa frontal para
a fixação do fotodiodo.
Figura 3.3 - Sistema mecânico da cela de amostra
23
A Figura 3.4 mostra o sistema mecânico montado da cela de amostra com uma
cubeta quadrada de poliestireno com caminho ótico de 10 mm.
Figura 3.4 - Detalhe da cela de amostra com uma cubeta de poliestireno.
24
3.1.2. Circuito eletrônico
O esquema elétrico do fotocolorímetro proposto é mostrado na Figura 3.5.
Figura 3.5 - Esquema elétrico
3.1.2.1. Funcionamento do circuito eletrônico
O aparelho é alimentado através de bateria alcalina BAT1 de 9 Volts ou fonte
externa regulada de +12 Volts CC via conector Jack J1. Quando a chave de alimentação
SW1 é ligada, um circuito integrado regulador de tensão IC3 recebe na sua entrada uma
tensão elétrica proveniente da bateria ou da fonte externa e a regula para +5 Volts CC. Essa
tensão regulada de +5 Volts CC fornece ao circuito a alimentação necessária para o seu
funcionamento.
Um circuito integrado IC1 PIC16F876 da Microchip®, faz todo o controle lógico
do circuito. Esse componente pertence à família dos microcontroladores, ou seja, um
dispositivo eletrônico integrado que contém todos os recursos necessários para a
programação lógica do sistema, aquisição de dados e acionamento de periféricos. Para que
25
o microcontrolador possa funcionar com maior precisão, um circuito oscilador formado
pelo cristal X1 e pelos capacitores C5 e C6 fornecem uma freqüência de 8MHz aos seus
pinos de clock, estabelecendo a base de temporização necessária às rotinas internas desse
componente.
O display de cristal líquido com 4 linhas por 16 colunas DSP1 é a interface de saída
de dados do aparelho, ou seja, é por onde o analista visualiza o resultado das medições
efetuadas. O display é controlado pelo microcontrolador através de uma comunicação por
4 bits de dados e 2 bits de controle. O resistor variável R1 controla o contraste do display.
As chaves R, DOWN, LEFT, UP, RIGHT, fazem a interface de entrada de dados
pelo analista, o seja, é por onde as funções do equipamento são selecionadas e as telas de
dados são mudadas.
Os LEDs LD1, LD2, LD3, respectivamente azul, verde e vermelho, são na verdade
encapsulados em um único invólucro de material polimérico translúcido com 5 mm de
diâmetro, pelo qual a luz em comprimentos de onda de 470nm, 525nm e 625nm é
direcionada para a cela de amostra.
Do outro lado da cela de amostra a luz oriunda do LED que atravessou a cubeta
com a solução a ser analisada, incide sobre a face de um fotodiodo D1 VTB8440BH da
Perkin Elmer®. Esse componente converte a energia luminosa incidente dos fótons em
corrente elétrica. O fotodiodo utilizado possui sensibilidade espectral desde a região do UV
até o near-IR (330 a 720nm). O sinal gerado nos terminais do fotodiodo é da ordem de
milivolts, sendo necessária uma etapa de amplificação desse sinal.
Um amplificador operacional de alta precisão IC2 LTC1050 da Linear
Technology® se encarrega da amplificação desse sinal. Esse componente possui
capacitores internos que filtram o ruído do sinal de entrada evitando que esses sejam
amplificados na saída, gerando assim erros de leitura. Esse componente é dotado de um
sistema zero-drift, o que significa que seu desempenho é pouco afetado por mudanças de
temperatura. O resistor variável R10 regula o ganho de corrente de realimentação do
circuito operacional.
Quanto maior a intensidade de luz incidente no fotodiodo, maior é a tensão na saída
do amplificador operacional seguindo um ajuste linear e proporcional entre
aproximadamente 0,0 e 5 Volts. Esse sinal é enviado para a entrada de uma porta de
conversão analógico/digital (A/D) do microcontrolador, onde através de algoritmos
específicos, valores de tensão são convertidos em valores digitais com resolução de 1024
bits.
26
Um circuito formado pelos resistores R12, R13, R14 e D2, se utiliza de outra porta
A/D do microcontrolador para avisá-lo do nível de tensão da bateria.
3.1.3. Algoritmo computacional
O fluxograma operacional do fotocolorímetro proposto é mostrado na Figura 3.6. O
firmware (programação do microcontrolador) foi desenvolvido em linguagem C com o
auxílio do compilador da CCS, inc. versão demo para microcontroladores PIC.
Figura 3.6 - Fluxograma operacional
27
3.1.3.1. Algoritmo de conversão de sinais
Utilizando-se da lei de Beer-Lambert, um simples algoritmo pode converter o valor
do sinal lido na porta conversor A/D do microcontrolador em valores de absorbância.
O programa atribui a I0 o valor do conversor A/D lido na zeragem (branco) e I ao
valor lido da amostra. Assim o valor de absorbância é obtido pela Equação (5):
A= -log (I/I0) (5)
O valor da transmitância é obtido pela Equação (6):
T= I/I0 (6)
Com o auxílio de uma curva de calibração feita com soluções padrão, o valor de
concentração da amostra pode ser obtido.
3.1.3.2. Funcionamento do programa e interface com o analista
Quando a chave de alimentação é ligada o display mostra uma mensagem inicial
(Figura 3.7) e muda para uma tela de seleção da fonte luminosa (Figura 3.8).
Figura 3.7 - Tela com mensagem inicial
Figura 3.8 - Tela de seleção da fonte luminosa
28
Três comprimentos de onda podem ser selecionados via teclado (470nm, 525nm,
625nm). Quando uma das teclas associadas é pressionada, o LED correspondente é
acionado. Após a seleção da fonte de luz, uma tela de estabilização é mostrada no display
(Figura 3.9) e perdura por um determinado tempo para permitir que o LED se estabilize
opticamente (cerca de 3 segundos).
Figura 3.9 - Tela com mensagem do processo de estabilização
Quando a estabilização do LED é completada, uma tela de zeragem é mostrada
(Figura 3.10)
Figura 3.10 - Tela de zeragem
O fotocolorímetro está pronto para receber a cubeta com a solução em branco.
Pressionando a tecla ―R‖ no teclado, faz-se a zeragem do valor de absorbância e atribuí-se
o valor unitário à transmitância (Figura 3.11)
Figura 3.11 - Tela principal com valores de zeragem
29
As outras amostras então podem ser medidas e seus valores de absorbância e
transmitância são mostrados na tela além do comprimento de onda da fonte selecionado
(Figura 3.12)
Figura 3.12 - Tela principal com valores de medição
É possível também fazer a gravação de até 7 valores de absorbância obtidos através
da função ―GRAVA‖ e visualizá-los através da função ―DADOS‖ em outra tela (Figura
3.13)
Figura 3.13 - Tela com valores de absorbância gravados
Se forem necessárias outras medições com o mesmo comprimento de onda
selecionado e um novo branco, repete-se a operação de zeragem. Se outra medição for
necessária em comprimentos de onda diferentes o aparelho deve ser desligado e religado
logo em seguida para que a operação de escolha da fonte luminosa seja mostrada e seja
realizado os procedimentos subsequentes já descritos.
A Figura 3.14 mostra o display com tela principal e a Figura 3.15 mostra o teclado
do protótipo montado.
31
4. Material e Métodos
4.1. Reagentes e Soluções
Para o teste do protótipo, escolheu-se substâncias normalmente utilizadas em aulas
práticas de espectrofotometria de absorção molecular. A escolha partiu do pressuposto de
utilizar substâncias no qual o pico de absorção de cada uma se situe próximo ao pico de
emissão de cada LED do fotocolorímetro proposto. Curvas de calibração foram feitas a
partir da diluição das soluções padrão escolhidas.
Dicromato de potássio, permanganato de potássio e azul de metileno foram
escolhidos devido à aplicabilidade dos testes nos comprimentos de onda de emissão de
cada LED.
4.1.1 Dicromato de potássio
Dicromato de potássio foi escolhido para validar o LED azul (470nm), possui pico
de absorção em 430nm.
As soluções padrão foram preparadas através de diluições de uma solução padrão
0,01667 mol L-1
. A acidificação da solução foi feita com ácido sulfúrico d=1,84 P.A. e o
volume ajustado para 50 mL em balão volumétrico.
A Tabela 4.1 mostra os volumes utilizados e as concentrações obtidas.
Tabela 4.1- Preparação das soluções padrão de dicromato de potássio
Padrão K2Cr2O4
(mL)
H2SO4
(mL)
Concentração de K2Cr2O4
(mol L-1
)
Branco 0,00 1,00 0
1 0,50 1,00 1,70x10-4
2 1,00 1,00 3,30x10-4
3 1,50 1,00 5,00x10-4
4 2,00 1,00 6,70x10-4
5 2,50 1,00 8,30x10-4
6 3,00 1,00 1,00x10-3
7 4,00 1,00 1,33x10-3
8 5,00 1,00 1,67x10-3
9 7,00 1,00 2,33x10-3
10 10,00 1,00 3,33x10-3
32
4.1.2 Permanganato de potássio
Permanganato de potássio foi escolhido para validar o LED verde (525nm), possui
pico de absorção em 525nm.
As soluções padrão foram preparadas por meio de diluições de uma solução padrão
0,02 mol L-1
. Primeiramente a solução padrão foi diluída 5 vezes para produzir uma
solução 0,004 mol L-1
. A acidificação da solução foi feita com ácido sulfúrico d=1,84 P.A.
e o volume ajustado para 50 mL em balão volumétrico.
A Tabela 4.2 mostra os volumes utilizados e as concentrações obtidas.
Tabela 4.2 - Preparação das soluções padrão de permanganato de potássio
Padrão KMnO4
(mL)
H2SO4
(mL)
Concentração de KMnO4
(mol L-1
)
branco 0,00 2,00 0
1 1,00 2,00 8,00x10-5
2 2,00 2,00 1,60x10-4
3 3,00 2,00 2,40x10-4
4 4,00 2,00 3,20x10-4
5 6,00 2,00 4,80x10-4
6 8,00 2,00 6,40x10-4
7 10,00 2,00 8,00x10-4
8 12,00 2,00 9,60x10-4
9 14,00 2,00 1,12x10-3
10 16,00 2,00 1,28x10-3
33
4.1.3 Azul de metileno
Azul de metileno foi escolhido para testar o LED vermelho (625nm), pois possui
pico de absorção em 660nm.
As soluções para a curva analítica foram preparadas por meio de diluições de uma
solução 0,01% m/v.
A Tabela 4.3 mostra os volumes utilizados e as concentrações obtidas.
Tabela 4.3 - Preparação das soluções de azul de metileno
Padrão
Azul de metileno 3,13x10-4
mol L-1
(mL)
Concentração de Azul de
metileno
(mol L-1
)
branco 0,00 0
1 0,50 3,13x10-6
2 1,00 6,25x10-6
3 1,50 9,38x10-6
4 2,00 1,25x10-5
5 2,50 1,56x10-5
6 3,00 1,88x10-5
7 3,50 2,19x10-5
8 4,00 2,50x10-5
9 4,50 2,81x10-5
10 5,00 3,13x10-5
4.2. Material e Equipamentos
Um espectrofotômetro UV/VIS com varredura FEMTO modelo 800XI foi utilizado
no presente trabalho a fim de comparar o desempenho do fotocolorímetro proposto com
um aparelho comercial nos comprimentos de onda disponíveis (470nm, 525nm, 625nm).
Vidrarias tais como béqueres, balões volumétricos de 50 mL, bureta, proveta de 25
mL, pipetas, suporte para bureta, pissete com água recém estilada, cubetas quadradas de
4,5 mL de poliestireno foram utilizados no preparo e medições das soluções deste trabalho.
4.3. Critérios de validação (Calibração univariada)
A calibração em geral, é um procedimento que relaciona uma grandeza de saída
com uma grandeza de entrada para um sistema de medida sob determinadas condições
(PIMENTEL; NETO, 2002). Nos processos de medições químicas, as grandezas de entrada
34
são grandezas analíticas que caracterizam os tipos de analitos e suas quantidades ou
concentrações. As grandezas de saída são representadas pelos valores medidos, ou seja,
sinais observados para cada nível de concentração.
O presente trabalho tem base do procedimento de calibração univariada, ou seja,
um sistema que contem somente um analito.
Os critérios de validação de um método analítico envolvem
Especificidade/Seletividade, Função da Resposta (gráfico analítico), Intervalo de Trabalho,
Linearidade, Sensibilidade, Exatidão, Precisão, Limite de Detecção (LD), Limite de
Quantificação (LQ) e Robustez (BRITO et al., 2003).
Para avaliar o resultado dos métodos aplicados no presente trabalho escolheu-se os
seguintes parâmetros:
Função da Resposta (gráfico analítico)
Linearidade
Sensibilidade
Limite de Detecção
Limite de Quantificação
4.3.1 Função da resposta (gráfico analítico)
O gráfico analítico deve apresentar os dados estatísticos da intersecção, da equação
de regressão linear, o coeficiente de correlação ou de determinação e a concentração
estimada dos calibradores (soluções-padrão). Desta forma, torna-se necessário o uso de
número suficiente de soluções-padrão para definir adequadamente a relação entre
concentração e a resposta. O gráfico analítico pode ser construído com no mínimo cinco
valores de concentração num intervalo definido.
Julga-se satisfatória a linearidade do gráfico quando o coeficiente de correlação da
reta obtida não é estatisticamente diferente da unidade (BRITO et al., 2003). Considera-se:
R=1 Correlação perfeita
0,91<R<0,99 Correlação fortíssima
0,61<R<0,91 Correlação forte
0,31<R<0,60 Correlação média
0,01<R<0,30 Correlação fraca
R=0 Correlação nula
35
4.3.2 Linearidade
Por linearidade, entende-se a capacidade de um método de gerar resultados
proporcionais à concentração do analito em uma faixa analítica especificada (BRITO et al.,
2003).
A faixa de trabalho deve cobrir satisfatoriamente a faixa de aplicação do método,
ou seja, os limites mínimo e máximo definidos.
A linearidade pode ser avaliada por meio da análise de variância (ANOVA) dos
dados obtidos no experimento. O coeficiente de correlação da reta de linearização gerada é
um dos parâmetros utilizados para quantificar a linearidade da curva. Quanto mais próximo
da unidade ele estiver, maior a relação de linearidade entre concentração e sinal analítico
produzido. A análise da relação da média quadrática da falta de ajuste com a média
quadrática do erro puro do modelo é outro parâmetro a ser avaliado.
Comparando-se esta razão com o valor obtido da tabela de distribuição F (99,5% de
confiança) com o mesmo número de graus de liberdade, pode-se inferir quantitativamente
sobre a falta de ajuste do modelo. Quanto menor o valor dessa razão em relação ao valor
obtido da tabela, melhor o ajuste.
Outro método complementar utilizado para avaliar a linearidade é a análise dos
resíduos do modelo matemático aplicado. Num modelo bem ajustado, os resíduos devem
dar a impressão de ter sido produzidos por uma distribuição normal, ou seja, não devem
apresentar nenhum indício de anormalidade. O ideal seria encontrar resíduos distribuídos
de maneira aleatória, e que a variância seja constante (homocedasticidade) (PIMENTEL;
NETO, 1995).
4.3.3 Sensibilidade
A sensibilidade é a capacidade do método de distinguir, com determinado nível de
confiança, duas concentrações próximas. Na prática, a sensibilidade constitui o coeficiente
angular da curva analítica (BRITO et al., 2003).
4.3.4 Limite de Detecção (LD)
O limite de detecção é a menor concentração do analito que pode ser detectada, mas
não necessariamente quantificada pelo equipamento (BRITO et al., 2003).
36
De acordo com a IUPAC (IUPAC, 1997) o limite de detecção, expresso em
unidades de concentração, é derivado da menor medida observada, que pode ser detectada
com razoável certeza em relação a um determinado procedimento analítico.
O procedimento para a determinação do LD permite uma estimativa da
concentração em que a detecção de um analito pode ser distinguida do ruído de fundo de
forma confiável (SHIMADZU, 2011).
A determinação do LD pode ser estimada por meio da relação sinal/ruído do
equipamento, do desvio padrão da resposta e do coeficiente angular e por meio de métodos
estatísticos (BRITO et al., 2003).
Em aparelhos que apresentam linha base, a relação sinal/ruído é mensurada por
meio da comparação dos sinais medidos da amostra com baixas concentrações conhecidas
do analito com as do branco, estabelecendo-se a concentração mínima no qual o analito
pode ser detectado. Uma concentração que produz um sinal de 3 a 5 vezes a relação
sinal/ruído é considerada aceitável para a determinação do LD (INMETRO, 2007).
No caso do processo estatístico, utiliza-se o ―teste da hipótese‖ para estimar o LD
com valores obtidos de várias medidas do branco.
4.3.4.1 Determinação do limite de detecção
No presente trabalho, utilizou-se o método do desvio padrão dos valores obtidos
por meio de várias medidas de um mesmo branco e do coeficiente angular gerado pela reta
de calibração de um determinado analito (SHIMADZU, 2011).
O procedimento adotado foi o seguinte:
Construir uma curva de calibração utilizando uma solução de branco da
amostra e soluções preparadas segundo as Tabelas 4.1 a 4.3;
Obter o coeficiente angular da curva, avaliando a sua linearidade por meio
da análise de variância dos dados coletados.
Fazer a zeragem do instrumento com a solução em branco;
Fazer 10 leituras consecutivas num intervalo de 30 segundos entre elas;
Determinar o desvio padrão das leituras;
Aplicar os dados obtidos na Equação 7 e obter o LD para o analito em teste.
LD= k.sb / α (7)
37
Onde:
k= fator numérico, escolhido de acordo com o intervalo de confiança desejado;
sb= desvio padrão do branco para o conjunto de dados;
α = coeficiente angular da curva de calibração ou sensibilidade do aparelho.
O desvio padrão do conjunto das medidas do branco é multiplicado pelo valor da
tabela t-Student para um intervalo de confiança de 99,5% em função do número de graus
de liberdade de medições repetidas (3,17 no caso de 10 repetições). Desta forma, para o
valor da constante k na Equação 7, recomenda-se a utilização de 3, pressupondo uma
distribuição normal unimodal. (SHIMADZU, 2011).
4.3.5 Limite de quantificação (LQ)
O LD anteriormente descrito não pode ser usado para expressar com exatidão a
concentração de uma amostra. Para isso utiliza-se o chamado limite de quantificação.
O limite de quantificação é a menor concentração do analito que pode ser
quantificada na amostra com exatidão e precisão (BRITO et al., 2003).
4.3.5.1 Determinação do limite de quantificação
Uma vez que o LQ deve incluir a analise de variância dos dados analíticos de
calibração e isto requer uma grande quantidade de dados e informações, este é
frequentemente calculado pela Equação 8:
LQ= 10.sb / α (8)
Onde:
sb= desvio padrão do branco para o conjunto de dados;
α = coeficiente angular da curva de calibração ou sensibilidade do aparelho.
Pode-se inferir então que o limite de quantificação é cerca de 3,33 vezes maior que
o limite de detecção. Tal fator confere o grau de segurança necessário às quantificações
analíticas, pois dessa forma, aumenta-se o intervalo de confiança do método (SHIMADZU,
2011).
38
Utiliza-se então os dados obtidos na determinação do LD aplicando-os na Equação
9 , obtendo-se assim o LQ para o analito em teste.
LQ= 3,33.LD (9)
4.4 Procedimentos adotados
As etapas a seguir foram utilizadas para estimar os valores por meio da calibração
univariada tendo como ferramenta a análise de variância e o método dos mínimos
quadrados de cada analito, empregando o instrumento proposto e o equipamento comercial
(NETO, 2008).
1- Medida dos sinais do branco
2- Medida dos sinais das soluções-padrão
3- Regressão linear, pelo método dos mínimos quadrados (MMQ), para
obtenção da relação absorbância-concentração
4- Análise de variância (ANOVA) (PIMENTEL; NETO, 1995), Tabela 4.4,
utilizando o teste F com 99,5% de confiança para ajuste do modelo linear.
Tabela 4.4 - Análise de variância (ANOVA) para o ajuste de um modelo pelo MMQ.
Fonte Soma Quadrática GL Média Quadrática
Modelo SQreg=Σni[(ye)i-ym]2
p-1 MQreg=SQreg/(p-1)
Residual SQr=ΣΣ[yij—(ye)i ]2 n-p MQr =SQr/(n-p)
Falta de Ajuste SQfaj=Σni[(ye)i-yim]2 m-p MQfaj =SQfaj/(m-p)
Erro Puro SQep=ΣΣ(yij—yim )2 n-m MQep =SQep/(n-m)
Total SQt=ΣΣ(yij—ym )2 n-1
Onde:
GL = número de graus de liberdade;
ni = número de repetições no nível i;
m = número de níveis distintos da variável x;
n = Σ ni = número total de medidas;
p = número de parâmetros do modelo.
O índice i indica o nível da variável x.
O índice j refere-se às medidas repetidas da variável y em um dado nível de x.
39
O segundo somatório das expressões para SQr, SQ
ep, SQ
t vai de j = 1 até j = n
i. Os outros
somatórios vão de i =1 até i = m.
ym
é a média de todos os valores de y.
yim
é a média das determinações repetidas no nível i.
Se a relação absorbância-concentração não se encontra ajustada adequadamente a
um modelo linear de acordo com a ANOVA, o limite superior da faixa de concentração é
eliminado. Neste caso, as etapas 3 e 4 serão executadas novamente, até que a faixa
dinâmica de trabalho seja determinada.
5- Análise do gráfico dos resíduos para efeito de confirmação ou retificação do
resultado obtido pela faixa dinâmica.
6- Estimativa dos valores de LD e LQ para cada analito (NETO, 2008).
40
5. Resultados e discussão
5.1. Aplicações analíticas
Para avaliar o desempenho do fotocolorímetro proposto e compará-lo com o de um
aparelho comercial (FEMTO 800-XI), lançou-se mão do método de calibração univariada.
Análises de variância (ANOVA) com base no método dos mínimos quadrados (MMQ)
para um modelo linear foram realizadas para validar os dados obtidos em cada
experimento. Curvas analíticas foram construídas com base no critério de aceitação dos
dados experimentais por meio do teste F para a falta de ajuste e significância estatística da
regressão linear. Em seguida, análise dos resíduos deixados pelo método de calibração foi
realizada para verificar o comportamento da variância dos dados analíticos. Por fim,
determinou-se a faixa dinâmica de cada substância, ou seja, os limites de detecção (LD),
limites de quantificação (LQ) e limites de linearidade (LL), além das sensibilidades.
Tais determinações foram feitas nos aparelhos proposto e comercial tomando-se
cuidado para manter as mesmas condições analíticas com triplicatas autênticas.
5.1.1. Determinação do dicromato de potássio
Os resultados obtidos das medições realizadas nos aparelhos comercial e protótipo
para as soluções padrão de dicromato de potássio em triplicatas autênticas são mostrados
na Tabela 5.1. As soluções utilizadas apresentavam concentração na faixa de 1,70x10-4 mol
L-1
a 3,33x10-3 mol L
-1.
41
Tabela 5.1 - Resultado das medições para o dicromato de potássio
Padrão Concentração de K2Cr2O7
(mol L-1
) Replicata
Absorbância (ABS)
Protótipo Femto-800XI
1 1,70x10-4
R1 0,052 0,043
R2 0,045 0,040
R3 0,052 0,043
2 3,30x10-4
R1 0,098 0,082
R2 0,103 0,091
R3 0,100 0,085
3 5,00x10-4
R1 0,147 0,125
R2 0,151 0,134
R3 0,150 0,132
4 6,70x10-4
R1 0,199 0,169
R2 0,198 0,176
R3 0,199 0,176
5 8,30x10-4
R1 0,247 0,213
R2 0,247 0,220
R3 0,249 0,220
6 1,00x10-3
R1 0,294 0,254
R2 0,298 0,265
R3 0,297 0,262
7 1,33x10-3
R1 0,392 0,343
R2 0,394 0,351
R3 0,395 0,352
8 1,67x10-3
R1 0,491 0,432
R2 0,494 0,442
R3 0,493 0,443
9 2,33x10-3
R1 0,671 0,601
R2 0,667 0,606
R3 0,667 0,607
10 3,33x10-3
R1 0,917 0,847
R2 0,917 0,856
R3 0,923 0,862
Com base nos dados de absorbância coletados, uma ANOVA foi feita para cada
instrumento, sendo obtidos os resultados mostrados na Tabela 5.2 para o Femto-800XI e
Tabela 5.3 para o Protótipo.
42
Tabela 5.2 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos por meio do Femto-800XI
Fonte Soma
Quadrática GL
Média
Quadrática Teste F Critério
Modelo SQreg 3,8x10-1
1 MQreg 3,8x10-1
MQreg
MQr 22949 >> 9,727
Residual SQr 3,6x10-4
22 MQr 1,6x10-5
Falta de Ajuste SQfaj 1,6x10-5
6 MQfaj 2,6x10-6
MQfaj
MQep 0,1201 < 4,913
Erro Puro SQep 3,5x10-4
16 MQep 2,2x10-5
Total SQt 0,3772 23
Tabela 5.3 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos por meio do Protótipo
Fonte Soma
Quadrática GL
Média
Quadrática Teste F Critério
Modelo SQreg 4,7x10-1
1 MQreg 4,7x10-5
MQreg
MQr 123189 >> 9,727
Residual SQr 8,4x10-5
22 MQr 3,8x10-6
Falta de Ajuste SQfaj 8,4x10-6
6 MQfaj 1,4x10-6
MQfaj
MQep 0,2983 < 4,913
Erro Puro SQep 7,5x10-5
16 MQep 4,7x10-6
Total SQt 0,4692 23
Para o ajuste da curva de calibração para o Femto-800XI, o último e penúltimo
níveis de concentração (Padrões10 e 9) tiveram que ser desconsiderados, pois a análise de
resíduos do modelo aplicado apresentava indícios de heterocedasticidade.
Para o ajuste da curva de calibração para o Protótipo, os mesmos níveis de
concentração citados acima tiveram que ser desconsiderados, pois estes faziam com que o
teste da significância de regressão falhasse (MQfaj/MQep < 4,913).
A Figura 5.1 mostra o gráfico dos resíduos obtidos para os 2 aparelhos após o
ajuste. Nota-se que o ajuste aplicado é significativo, pois há indício de variância constante
(homocedasticidade) ao longo das concentrações para os 2 instrumentos. O Protótipo
possui amplitude de variância menor, se comparado ao comercial, variando abaixo de
aproximadamente 0,010 contra 0,014 unidades de absorbância do aparelho comercial.
43
Figura 5.1 - Gráficos dos resíduos dos modelos para o dicromato de potássio
Para a investigação dos limites de detecção e quantificação, 10 medidas em
intervalos de 30 s entre elas foram realizadas nas soluções em branco. A Tabela 5.4 e
Tabela 5.5 mostram os valores obtidos com seus respectivos desvios padrão calculados
para os aparelhos comercial e protótipo consecutivamente. Nota-se uma menor variância
dos valores de absorbância ao longo do tempo para o protótipo se comparada à do
comercial.
44
Tabela 5.4 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Femto-800XI para solução em branco
Tempo(s) T% T%/100 ABS
0 100,0 1 0
30 99,9 0,999 4,3x10-4
60 100,0 1 0
90 99,9 0,999 4,3x10-4
120 99,9 0,999 4,3x10-4
150 100,0 1 0
180 99,9 0,999 4,3x10-4
210 99,9 0,999 4,3x10-4
240 99,8 0,998 8,7x10-4
270 99,8 0,998 8,7x10-4
Dp 3,2x10-4
Tabela 5.5 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Protótipo para solução em branco
Tempo(s) T%/100 ABS
0 1,000 0
30 0,999 4,3x10-4
60 1,000 0
90 1,000 0
120 0,998 8,7x10-4
150 1,000 0
180 1,000 0
210 0,999 4,3x10-4
240 1,000 0
270 1,000 0
Dp 3,0x10-4
Os resultados da faixa dinâmica para a solução de dicromato de potássio são
apresentados na Tabela 5.6. Os valores de concentração foram convertidos para mg L-1
(ppm).
Tabela 5.6 - Comparação dos resultados de LD, LQ, sensibilidade e LL do dicromato de potássio entre os
aparelhos comercial e proposto
Instrumento LD
(mg L-1
)
LQ
(mg L-1
)
Sensibilidade
(L mol-1
cm-1
)
LL
(mg L-1
)
Femto-800XI 1,0728 3,5724 263,83 490,33
Protótipo 0,9107 3,0326 294,48 490,33
45
Observa-se que o aparelho proposto possui um menor limite de
detecção/quantificação e uma maior sensibilidade se comparado ao comercial. Os limites
de linearidade (LL) encontrados são os mesmos para os 2 aparelhos.
A Figura 5.2 mostra o gráfico da comparação do ajuste linear obtido para os
aparelhos em teste. Nota-se uma significância de regressão maior para o aparelho proposto,
demonstrado pelo coeficiente de relação da sua curva de calibração (R=0,9999) em relação
ao do comercial (R=0,9995).
Figura 5.2 - Comparação dos resultados para o dicromato de potássio
46
5.1.2. Determinação do permanganato de potássio
Os resultados obtidos das medições realizadas nos aparelhos comercial e protótipo
para as soluções padrão de permanganato de potássio em triplicatas autênticas são
mostrados na Tabela 5.7. As soluções utilizadas apresentavam concentração na faixa de
8,00x10-5 mol L
-1 a 1,28x10
-3 mol L-1
.
Tabela 5.7 - Resultado das medições para o permanganato de potássio
Padrão Concentração de KMnO4
(mol L-1
) Replicata
Absorbância (ABS)
Protótipo Femto-800XI
1 8,00x10-5
R1 0,181 0,201
R2 0,173 0,192
R3 0,174 0,194
2 1,60x10-4
R1 0,351 0,395
R2 0,361 0,407
R3 0,358 0,403
3 2,40x10-4
R1 0,536 0,606
R2 0,531 0,602
R3 0,538 0,610
4 3,20x10-4
R1 0,716 0,818
R2 0,711 0,819
R3 0,708 0,812
5 4,80x10-4
R1 1,050 1,231
R2 1,045 1,231
R3 1,044 1,232
6 6,40x10-4
R1 1,356 1,671
R2 1,355 1,680
R3 1,355 1,662
7 8,00x10-4
R1 1,620 2,113
R2 1,619 2,112
8 9,60x10-4
R1 1,886 2,645
R2 1,885 2,644
9 1,12x10-3
R1 2,097 2,999
R2 2,096 2,999
10 1,28x10-3
R1 2,222 2,999
R2 2,221 2,999
Com base nos dados de absorbância coletados, uma ANOVA foi feita para cada
instrumento, sendo obtidos os resultados mostrados na Tabela 5.8 para o Femto-800XI
Tabela 5.9 para o Protótipo.
47
Tabela 5.8 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos por meio do Femto-800XI
Fonte Soma
Quadrática GL
Média
Quadrática Teste F Critério
Modelo SQreg 1,9 1 MQreg 1,9 MQreg
MQr 117004 >> 11,374
Residual SQr 2,1x10-4
13 MQr 1,6x10-5
Falta de Ajuste SQfaj 3,1x10-5
3 MQfaj 1,0x10-5
MQfaj
MQep 0,5757 < 8,081
Erro Puro SQep 1,8x10-4
10 MQep 1,8x10-5
Total SQt 1,9073 14
Tabela 5.9 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos por meio do Protótipo
Fonte Soma
Quadrática GL
Média
Quadrática Teste F Critério
Modelo SQreg 4,8x10-5
1 MQreg 4,8x10-5
MQreg
MQr 29623 >> 12,827
Residual SQr 1,6x10-4
10 MQr 1,6x10-5
Falta de Ajuste SQfaj 1,2x10-5
2 MQfaj 6,0x10-6
MQfaj
MQep 0,3232 < 11,043
Erro Puro SQep 1,5x10-4
8 MQep 1,9x10-5
Total SQt 0,4784 11
Para o ajuste da curva de calibração para o Femto-800XI, os 5 últimos níveis de
concentração (Padrões 6,7,8,9 e 10) tiveram que ser desconsiderados, pois estes faziam
com que o teste da significância de regressão falhasse (MQfaj/MQep < 8,081).
Para o ajuste da curva de calibração para o Protótipo, os 6 últimos níveis de
concentração (Padrões 5,6,7,8,9 e 10) tiveram que ser desconsiderados, devido à razões
semelhantes a do aparelho comercial.
A Figura 5.3 mostra o gráfico dos resíduos obtidos para os 2 aparelhos após o
ajuste. Nota-se que o ajuste aplicado é significativo, pois há indício de variância constante
(homocedasticidade) ao longo das concentrações para os 2 instrumentos. O Protótipo
possui amplitude de variância menor, se comparado ao comercial, variando abaixo de
aproximadamente 0,012 contra 0,014 unidades de absorbância do aparelho comercial.
48
Figura 5.3 - Gráficos dos resíduos dos modelos para o permanganato de potássio
Para a investigação dos limites de detecção e quantificação, 10 medidas em
intervalos de 30s entre elas foram realizadas nas soluções em branco. A Tabela 5.10 e
Tabela 5.11 mostram os valores obtidos e os respectivos desvios padrão calculados para o
aparelho comercial e o protótipo. Nota-se uma menor variância dos valores de absorbância
ao longo do tempo para o protótipo se comparada à do comercial.
49
Tabela 5.10 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Femto-800XI para solução em branco
Tempo(s) T% T%/100 ABS
0 100,0 1 0
30 100,2 1,002 -8,7x10-4
60 100,4 1,004 -1,7x10-3
90 100,4 1,004 -1,7x10-3
120 100,6 1,006 -2,6x10-3
150 100,5 1,005 -2,2x10-3
180 100,6 1,006 -2,6x10-3
210 100,7 1,007 -3,0x10-3
240 100,7 1,007 -3,0x10-3
270 100,7 1,007 -3,0x10-3
Dp 1,0x10-3
Tabela 5.11 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Protótipo para solução em branco
Tempo(s) T%/100 ABS
0 1,000 0
30 1,000 0
60 0,999 4,3x10-4
90 1,001 -4,0x10-4
120 1,001 -4,0x10-4
150 1,000 0
180 1,001 -4,0x10-4
210 1,000 0
240 1,000 0
270 1,001 -4,0x10-4
Dp 2,9x10-4
Os resultados da faixa dinâmica para a solução de permanganato de potássio são
apresentados na Tabela 5.12. Os valores de concentração foram convertidos para mg L-1
(ppm).
Tabela 5.12 - Comparação dos resultados de LD, LQ, sensibilidade e LL do permanganato de potássio entre
os aparelhos comercial e proposto
Instrumento LD
(mg L-1
)
LQ
(mg L-1
)
Sensibilidade
(L mol-1
cm-1
)
LL
(mg L-1
)
Femto-800XI 0,1858 0,6188 2590,48 75,84
Protótipo 0,0622 0,2071 2231,67 50,56
50
Observa-se que o aparelho proposto possui um menor limite de
detecção/quantificação e uma menor sensibilidade se comparado ao comercial. O limite de
linearidade (LL) encontrado, é 1 nível de concentração menor para o protótipo em relação
ao comercial.
A Figura 5.4 mostra o gráfico da comparação do ajuste linear obtido para os
aparelhos em teste. Nota-se uma significância de regressão um pouco menor para o
aparelho proposto, demonstrado pelo coeficiente de relação da sua curva de calibração
(R=0,9998) em relação ao do comercial (R=0,9999).
Figura 5.4 - Comparação dos resultados para o permanganato de potássio
51
5.1.3. Determinação do Azul de Metileno
Os resultados obtidos das medições realizadas nos aparelhos comercial e protótipo
para as soluções padrão de azul de metileno em triplicatas autênticas são mostrados na
Tabela 5.13. As soluções utilizadas apresentavam concentração na faixa de 3,13x10-6 mol
L-1
a 3,13x10-5 mol L
-1.
Tabela 5.13 - Resultado das medições para o azul de metileno
Padrão Concentração de
Azul de Metileno (mol L-1
) Replicata
Absorbância (ABS)
Protótipo Femto-800XI
1 3,13x10-6
R1 0,120 0,123
R2 0,121 0,132
R3 0,113 0,122
2 6,25x10-6
R1 0,247 0,255
R2 0,250 0,265
R3 0,261 0,279
3 9,38x10-6
R1 0,366 0,375
R2 0,364 0,382
R3 0,377 0,397
4 1,25x10-5
R1 0,480 0,489
R2 0,487 0,504
R3 0,496 0,519
5 1,56x10-5
R1 0,590 0,599
R2 0,597 0,616
R3 0,614 0,636
6 1,88x10-5
R1 0,703 0,708
R2 0,698 0,716
R3 0,729 0,751
7 2,19x10-5
R1 0,817 0,822
R2 0,817 0,833
R3 0,832 0,853
8 2,50x10-5
R1 0,920 0,921
R2 0,938 0,955
R3 0,951 0,968
9 2,81x10-5
R1 1,020 1,016
R2 1,023 1,031
R3 1,049 1,062
10 3,13x10-5
R1 1,103 1,097
R2 1,112 1,123
R3 1,151 1,158
52
Com base nos dados de absorbância coletados, uma ANOVA foi feita para cada
instrumento, sendo obtidos os resultados mostrados na Tabela 5.14 para o Femto-800XI e
Tabela 5.15 para o Protótipo.
Tabela 5.14 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos por meio do Femto-800XI
Fonte Soma
Quadrática GL
Média
Quadrática Teste F Critério
Modelo SQreg 6,8x10-1
1 MQreg 6,8x10-1
MQreg
MQr 3118 >> 10,576
Residual SQr 3,5x10-3
16 MQr 2,2x10-4
Falta de Ajuste SQfaj 2,7x10-4
4 MQfaj 6,7x10-5
MQfaj
MQep 0,2503 < 6,521
Erro Puro SQep 3,2x10-3
12 MQep 2,7x10-4
Total SQt 0,6867 17
Tabela 5.15 - Resultado da ANOVA para os dados obtidos por meio do Protótipo
Fonte Soma
Quadrática GL
Média
Quadrática Teste F Critério
Modelo SQreg 6,8x10-1
1 MQreg 6,8x10-1
MQreg
MQr 7323 >> 10,576
Residual SQr 1,5x10-3
16 MQr 9,3x10-5
Falta de Ajuste SQfaj 1,4x10-4
4 MQfaj 3,5x10-5
MQfaj
MQep 0,3149 < 6,521
Erro Puro SQep 1,3x10-3
12 MQep 1,1x10-4
Total SQt 0,6826 17
Para o ajuste da curva de calibração para o Femto-800XI, o primeiro e os 3 últimos
níveis de concentração (Padrões 1, 8, 9 e 10) tiveram que ser desconsiderados, pois a
análise de resíduos do modelo aplicado apresentava indícios de alta heterocedasticidade.
Para o ajuste da curva de calibração para o Protótipo, os mesmos níveis de
concentração citados acima tiveram que ser desconsiderados, devido à razões semelhantes
a do aparelho comercial.
A Figura 5.5 mostra o gráfico dos resíduos obtidos para os 2 aparelhos após o
ajuste. Nota-se que o ajuste aplicado é significativo, pois há indício de variância constante
(homocedasticidade) ao longo das concentrações para os 2 instrumentos. O Protótipo
possui amplitude de variância bem menor, se comparado ao comercial, variando abaixo de
aproximadamente 0,036 contra 0,048 unidades de absorbância do aparelho comercial.
53
Figura 5.5 - Gráficos dos resíduos dos modelos para o azul de metileno
Para a investigação dos limites de detecção e quantificação, 10 medidas em
intervalos de 30 s entre elas foram realizadas nas soluções em branco. A Tabela 5.16 e
Tabela 5.17 mostram os valores obtidos com seus respectivos desvios padrão calculados,
para os aparelhos comercial e protótipo consecutivamente. Nota-se uma menor variância
dos valores de absorbância ao longo do tempo para o aparelho comercial se comparada à
do protótipo.
54
Tabela 5.16 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Femto-800XI para solução em branco
Tempo(s) T% T%/100 ABS
0 100,0 1 0
30 100,1 1,001 -4,3x10-4
60 100,1 1,001 -4,3x10-4
90 100,1 1,001 -4,3x10-4
120 100,0 1 0
150 100,0 1 0
180 100,2 1,002 -8,7x10-4
210 100,1 1,001 -4,3x10-4
240 100,0 1 0
270 100,0 1 0
Dp 3,0x10-4
Tabela 5.17 - Determinação do desvio padrão da leitura obtida pelo Protótipo para solução em branco
Tempo(s) T%/100 ABS
0 1,000 0
30 0,999 4,3x10-4
60 1,000 0
90 0,998 8,7x10-4
120 0,998 8,7x10-4
150 0,998 8,7x10-4
180 0,998 8,7x10-4
210 0,997 1,3x10-3
240 0,997 1,3x10-3
270 0,996 1,7x10-3
Dp 5,6x10-4
Os resultados da faixa dinâmica para a solução de azul de metileno são
apresentados na Tabela 5.18. Os valores de concentração foram convertidos para mg L-1
(ppm).
Tabela 5.18 - Comparação dos resultados de LD, LQ, sensibilidade e LL do azul de metileno entre os
aparelhos comercial e proposto
Instrumento LD
(mg L-1
)
LQ
(mg L-1
)
Sensibilidade
(L mol-1
cm-1
)
LL
(mg L-1
)
Femto-800XI 0,0081 0,0270 35833 7
Protótipo 0,0148 0,0493 36392 7
55
Observa-se que o aparelho proposto possui um maior limite de
detecção/quantificação e uma maior sensibilidade se comparado ao comercial. Os limites
de linearidade (LL) encontrados são os mesmos para os 2 aparelhos.
A Figura 5.6 mostra o gráfico da comparação do ajuste linear obtido para os
aparelhos em teste. Nota-se uma significância de regressão maior para o aparelho proposto,
demonstrado pelo coeficiente de relação da sua curva de calibração (R=0,9989) em relação
ao do comercial (R=0,9974).
Também se observa um alto grau de correlação entre os resultados para os 2
instrumentos.
Figura 5.6 - Comparação dos resultados para o azul de metileno
56
5.2. Custos
A Tabela 5.19 mostra os custos dos componentes utilizados na construção do
fotocolorímetro proposto. Os componentes eletrônicos foram adquiridos em lojas de
equipamentos eletro-eletrônicos ou por compra eletrônica em sites especializados. A
usinagem da cela de amostra e da caixa plástica foi contratada junto a um ferramenteiro da
cidade de Pindamonhangaba-SP.
Tabela 5.19 - Custo do fotocolorímetro proposto
Descrição Quantidade Preço unitário Preço Total
Caixa plástica 1 R$ 48,50 R$ 48,50
Display LCD 16x4 1 R$ 55,00 R$ 55,00
Microcontrolador PIC 16F876 1 R$ 12,00 R$ 12,00
Fotodiodo VTB8440BH 1 R$ 11,50 R$ 11,50
LED RGB KTL050RGB 1 R$ 2,50 R$ 2,50
Cela de amostra 1 R$ 38,00 R$ 38,00
Etiqueta de policarbonato 1 R$ 15,00 R$ 15,00
Amplificador operacional LTC1050 1 R$ 12,50 R$ 12,50
Regulador de Tensão LM7805 1 R$ 3,10 R$ 3,10
Fonte de Alimentação 1 R$ 12,00 R$ 12,00
Bateria alcalina 9V 1 R$ 5,60 R$ 5,60
Chave de alimentação 1 R$ 2,50 R$ 2,50
Conector Jack 1 R$ 1,80 R$ 1,80
Chaves tact 5 R$ 0,35 R$ 1,75
Outros componentes eletrônicos 1 R$ 12,00 R$ 12,00
Outros componentes mecânicos 1 R$ 15,00 R$ 15,00
Total R$ 248,75
O custo do espectrofotômetro utilizado no presente trabalho é de aproximadamente
R$22.106,00 (cotação do dia 23/11/2011).
57
6. Conclusão
Neste trabalho foi desenvolvido um fotocolorímetro microcontrolado portátil de
baixo custo e de fácil construção tendo como fonte luminosa um diodo emissor de luz
(LED) tricolor. Permite medições fotométricas em 3 comprimentos de onda: 470nm,
525nm e 625nm. O custo total do aparelho montado ficou por volta de R$250,00.
A avaliação do desempenho do aparelho proposto foi feita por meio da comparação
dos seus resultados com os de um espectrofotômetro da FEMTO modelo 800XI.
Determinações baseadas em calibração univariada, com tratamentos estatísticos foram
realizadas em ambos os modelos. Os resultados dessa avaliação indicam que o
fotocolorímetro proposto possui um desempenho semelhante ao do espectrofotômetro
comercial, sendo que na maioria dos critérios de avaliação o protótipo alcançou melhores
resultados.
No caso do menor limite de linearidade para o permanganato de potássio, o
problema poderia ser facilmente contornado pela diluição da solução.
Apesar de suas limitações o aparelho proposto pode servir muito bem às aplicações
acadêmicas, com um custo cerca de 80 vezes menor que o do comercial com o qual foram
feitos os testes comparativos.
Considerando seu desempenho perante o espectrofotômetro comercial e sua
viabilidade econômica, o fotocolorímetro proposto possui um grande potencial para ser
utilizado no ensino de técnicas fotocolorimétricas em escolas técnicas e de nível superior.
A possibilidade da multidisciplinaridade, da integração de disciplinas na montagem
e utilização do aparelho proposto poderia proporcionar ganhos de conhecimento muito
significativos aos alunos participantes.
58
7. Recomendações para trabalhos futuros
Como sugestão para trabalhos futuros destacam-se as seguintes possibilidades:
Substituição do microcontrolador utilizado por outro com maior capacidade
operacional para implementação de um método de regressão linear no próprio
aparelho, e também a possibilidade de salvar e acessar curvas de calibração para
diferentes analitos;
Utilização do protótipo alimentado por uma bateria do tipo alcalina. Isto
possibilitaria um ganho significativo na relação sinal-ruído do aparelho, pois não
estaria sujeito às interferências da rede elétrica;
Alteração da cela de amostragem para permitir o uso de cubetas de
diferentes tamanhos e formatos.
59
8. Referências Bibliográficas
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Curitiba, v. 13, p. 129-146, jan./dez. 2003.
CANTRELL, K.M., INGLE Jr., J.D. The slim spectrometer. Analytical Chemistry, v. 75,
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60
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