Desenvolvimento e acoplamento por deslizamento vertical de dispositivos microfluídicos colorimétricos e eletroquímicos baseados em papel usando suporte impresso em 3D para detecção multiplexada de metais

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dc.contributor.advisor1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8302650734477213pt_BR
dc.contributor.referee1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.referee2Paixão, Thiago Regis Longo César da
dc.contributor.referee3Chaves, Andréa Rodrigues
dc.creatorSilva Neto, Habdias de Araujo
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3489736015963187pt_BR
dc.date.accessioned2020-09-08T11:24:53Z
dc.date.available2020-09-08T11:24:53Z
dc.date.issued2020-02-17
dc.description.abstractAs the world population increases at a rate of 80 million per year, this behavior requires an increase on demand for essential resources such as food, fuel and fiber, causing agribusiness companies to intensify the exploitation of natural resources. However, they negatively affect the environmental compartments of the region, such as fluvial systems with metal pollutants. Thus, various analytical methods have been reported to detect and quantify metals in environmental samples, such as atomic absorption spectroscopy, coupled plasma mass spectrometry and coupled plasma atomic emission spectrometry. However, these detection systems require a long training time and high financial investment, which make research on environmental pollutants in developing countries difficult. Here, we report for the first time the integration of a paper-based electrochemical and colorimetric device (ePAD and μPAD) through vertical sliding coupling on three-dimensional printed support for multiplexed detection of Zn, Cd, Pb, Fe, Ni and Cu in a water sample from the Meia Ponte River. It was possible to manufacture 90 μPADs and 140 ePADs using a chromatographic and vegetal paper, respectively. In addition, the cost price of the device was c.a. 0.03 USD (R$ 0,1), considering the paper, conductive inks, and plastic material. The combination of the electrochemical and colorimetric detection methods of the proposed analytical system did not statistically interfere with the signal of simultaneous detection of metals (significance level <95%), enabling the multiplexed detection of six metals.During the proof-of-concept, the method showed a fast analysis time (10 min), good analytical frequency (36 analyzes per hour) and detection limits were 1.46 (Zn), 1.26 (Cd) and 0.51 (Pb ) μg L-1 for electrochemical detection and 0.14 (Fe), 0.33 (Ni) and 0.15 (Cu) mg L-1 (colorimetric detection). Furthermore, the proposed method successfully demonstrated the detection of metals in Meia Ponte River water samples (range 16 to 786 μg L-1), in the recovery studies (76 to 121%) and when compared with the atomic absorption spectroscopy method (significance level of 95%). Thus, the integration of ePAD and μPAD by vertical sliding was efficient for multiplexed analysis of heavy metals and can be exploited to monitor metallic pollutants in industrial process residues, by environmental inspection agencies and in river water samples.eng
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dc.description.resumoA população mundial aumenta a uma taxa de 80 milhões por ano, esse comportamento exige intensificação na demanda por recursos essenciais, como alimentos, combustíveis, fibras e consequentemente a exploração por recursos naturais. Porém, afetam negativamente os compartimentos ambientais da região, como os sistemas fluviais com poluentes de metálicos. Desta forma, vários métodos analíticos têm sido utilizados para detectar e quantificar metais em amostras ambientais, tais como espectroscopia de absorção atômica, espectrometria de massa com plasma acoplado e espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado. No entanto, esses sistemas de detecção exigem um longo tempo de treinamento e alto investimento financeiro, o que dificulta a pesquisa relacionado à poluentes ambientais em países em desenvolvimento. Aqui, relatamos pela primeira vez, um mecanismo de integração entre dispositivos eletroquímicos e colorimétricos baseados em papel (ePAD e μPAD) por acoplamento deslizante vertical sobre suporte impresso em três dimensões para detecção multiplexada de Zn, Cd, Pb, Fe, Ni e Cu em amostra de água do Rio Meia Ponte. Foi possível fabricar 90 μPADs (impressora de corte) e 140 ePADs (serigrafia), utilizando uma folha de papel cromatográfico e vegetal, respectivamente. Além disso, o preço de custo do dispositivo foi c.a. 0,03 USD (R$ 0,1), considerando o papel, tintas condutoras e filme plástico. A combinação dos métodos de detecção eletroquímico e colorimétrico do sistema analítico proposto não interferiu estatisticamente no sinal da detecção simultânea de metais (nível de significância <95%), possibilitando a detecção multiplexada de seis metais. Durante a prova de conceito, o método apresentou rápido tempo de análise 10 min, boa frequência analítica (36 análises por hora) e os limites de detecção foram 1,46 (Zn), 1,26 (Cd), 0,51 (Pb) μg L-1 e 0,14 (Fe), 0,33 ( Ni), 0,15 (Cu) mg L-1, respectivamente para detecção eletroquímica e colorimétrica. Além disso, o método proposto foi satisfatório na detecção de metais em amostras de água do Rio Meia Ponte (variação de 16 a 786 μg L-1), nos estudos de recuperação (76 a 121%) e na verificação da exatidão quando comparado com método convencional de absorção atômica (nível de significância <95%). Assim, a integração de ePAD e μPAD por deslizamento vertical foi eficiente para análise multiplexada de metais potencialmente tóxicos e pode ser explorada para monitoramento de poluentes metálicos em resíduos de processos industriais, por agências de fiscalização ambiental e em amostras de água de rio.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationSILVA NETO, H. A. Desenvolvimento e acoplamento por deslizamento vertical de dispositivos microfluídicos colorimétricos e eletroquímicos baseados em papel usando suporte impresso em 3D para detecção multiplexada de metais. 2020. 106 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/10572
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectPoluentes ambientaispor
dc.subjectDispositivos analíticos em papelpor
dc.subjectDispositivos portáteispor
dc.subjectIntegração de métodos de detecçãopor
dc.subjectDetecção simultânea de metais potencialmente tóxicospor
dc.subjectEnvironmental pollutantseng
dc.subjectPaper-based analytical deviceseng
dc.subjectPortable deviceseng
dc.subjectIntegration of detection methodseng
dc.subjectSimultaneous detection of heavy metalseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICApt_BR
dc.titleDesenvolvimento e acoplamento por deslizamento vertical de dispositivos microfluídicos colorimétricos e eletroquímicos baseados em papel usando suporte impresso em 3D para detecção multiplexada de metaispt_BR
dc.title.alternativeVertical slidable coupling of colorimetric and electrochemical paper-based microfluidic devices on a 3D printed holder for multiplexed detection of metalseng
dc.typeDissertaçãopt_BR

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