Análises químicas por imagens digitais utilizando smartphones : uma abordagem para simplificação e redução de custos de métodos analíticos tradicionais empregados na análise de amostras de cachaça

Abstract

Neste trabalho foram exploradas adaptações de análises químicas tradicionais a novas perspectivas,através da aplicação de análise por imagens digitais associadas com quimiometria, enfatizando a aplicação de smartphonesbuscando a simplificação e redução de custos de métodos analíticos.Para isso foram propostas metodologiaspara a quantificação de etanol e cobre em amostras de cachaça através de análises de imagens digitais utilizando smartphones associados ao aplicativo PhotoMetrix®.No desenvolvimento do trabalho foram utilizados métodos de análise multivariada, como planejamento experimental utilizando a matriz de Doehlert, análise hierárquica por agrupamentos e a regressão por mínimos quadrados parciais (PLS, do inglês PartialLeastSquares) juntamente com métodos instrumentais de análise. Para o estudo de determinação de etanol em amostras de cachaça, foi utilizado um escâner para capturar as imagens utilizadas no planejamento experimental a fim definir as condições reacionais.Foi realizada a quantificação de etanol em 6 amostras reais de cachaça utilizando um smartphonepara a captura das imagens bem como o processamento dos resultados através do aplicativo PhotoMetrix® utilizandoregressão PLS a partir dos valores de RGB de cada imagem, os resultados encontrados pelo método proposto foram comparados com a metodologia de UV-Vis como referência apresentando baixos erros de predição, mostrando-se como uma ferramenta potencial para esta análise. Para a determinação de cobre foi utilizado um espectrofotômetro UV-Vis na otimização das condições da reação, foram avaliados diferentes procedimentos para aquisição das imagens digitais (câmera externa acoplada ao smartphone ou câmera do smartphone) com diferentes tamanhos de regiões de interesse e distância na aquisição da imagem. Além disso, foram construídas curvas de calibração com 2 faixas de concentração e foi avaliada a influência do processamento das curvas nos modos univariado e multivariado pelo PLS. Foram avaliadas 3 amostras reais de cachaça e dois spikes, os resultados obtidos foram comparados com a metodologia de UV-Vis como referência, demonstrando o potencial do método e a necessidade da otimização dos parâmetros na aquisição das imagens. Em ambos estudos realizados foram verificados o potencial da utilização dos dispositivos móveis que comparados às técnicas tradicionais, apresentam vantagens como a portabilidade e o baixo custo, além de requererem menor quantidade de reagentes,mostrando-se como uma alternativa a técnicas tradicionais de análise

In this work, adaptations of traditional chemical analyzes to new perspectives were explored, through the application of digital images analyzes associated with chemometrics, emphasizing the application of smartphones seeking to simplify and reduce the costs of analytical methods. For this, methodologies were proposed for the quantification of ethanol and copper in cachaça samples through digital image analysis using smartphones associated with the PhotoMetrix® application. In the development of the work, methods of multivariate analysis were used, such as experimental planning using the Doehlert matrix, hierarchical clusters analysis and regression by partial least squaresalong with instrumental methods of analysis. For the study of ethanol determination in cachaça samples, a scanner was used to capture the images used in the experimental planning to define the reaction conditions. Ethanol quantification was performed in 6 real samples of cachaça using a smartphone to capture the images as well as processing the results through the PhotoMetrix® application using PLS regression from the RGB values of each image, the results found by the proposed method were compared with the UV-Vis methodology as a reference, presenting low prediction errors, showing themselves as a potential tool for this analysis. For copper determination, a UV-Vis spectrophotometer was used to optimize the reaction conditions, different procedures for digital image acquisition (external camera coupled to the smartphone or smartphone camera) were evaluated with different sizes of regions of interest and distance in the acquisition of the image. In addition, calibration curves with 2 concentration ranges were constructed and the influence of curve processing in univariate and multivariate modes was evaluated by PLS. Three real samples of cachaça and two spikes were evaluated, the results obtained were compared with the UV-Vis methodology as a reference, demonstrating the potential of the method and the need for optimization of parameters in image acquisition. In both studies, the potential of using mobile devices was verified, which compared to traditional techniques, have advantages such as portability and low cost, in addition to requiring less reagents, showing themselves as an alternative to traditional analysis techniques.