Desenvolvimento de microssistemas de pré-tratamento de amostras de águas naturais para análise de fósforo em microlaboratórios autônomos.

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Rosa, Reinaldo Lucas dos Santos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Microelectronics; Microeletrônica; Microssistemas; Microsystems; Pré-Tratamento; Pretreatment
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-24022025-095013/

Este projeto de pesquisa de doutorado está relacionado ao desenvolvimento de microssistemas destinados ao pré-tratamento de amostras de águas que sejam capazes de realizar o monitoramento da qualidade da água em ambientes naturais a partir da mensuração sistemática da concentração de fósforo em solução. O objetivo é que o dispositivo integre as etapas envolvidas no processo de pré-tratamento de amostras (captação, filtração, digestão, medição e ajuste de pH) para que possam ser posteriormente analisadas em microlaboratórios autônomos (MLAs). Os MLAs foram construídos para serem empregados no sensoriamento em tempo real da concentração de fósforo em águas e efluentes de estações de tratamento de águas (ETAs) e efluentes (ETEs). Este trabalho de doutorado considera as tendências atuais, aplicadas em diferentes contextos, como uma contribuição no desenvolvimento de microssistemas miniaturizados e automáticos capazes de processar amostras aplicáveis ao método de determinação de fósforo total via colorimetria. O pequeno volume da amostra e o baixo consumo de reagentes químicos (microlitros), a utilização de microválvulas e microbombas, comunicação com microcontrolador embarcado, além da aplicação da tecnologia de substratos cerâmicos LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) inserem este trabalho no contexto de integração entre microeletrônica e microfluídica com característica inovadora. Este trabalho visa contribuir com o desenvolvimento de sistemas automáticos miniaturizados para operação em campo (in situ). Como o método colorimétrico utilizado no MLA mensura apenas ortofosfato (PO43), compostos orgânicos, ainda que contenham fósforo, não são detectados. A solução neste caso é realizar uma etapa de digestão dos compostos que irá liberar o fósforo em solução, permitindo assim, sua medição analítica. Dois tipos distintos de processos de digestão foram projetados e analisados quando aplicados ao tratamento de amostras naturais. O primeiro processo foi desenvolvido empregando o método convencional de digestão ácida sob aquecimento, apresentando bons resultados a partir dos experimentos realizados. Entretando, não permitiu que se obtivesse o nível de integração e miniaturização desejado, principalmente em decorrência da necessidade da injeção de solução ácida altamente corrosiva e aplicação de elevadas temperaturas/pressões nos microcanais. O segundo método está relacionado com a aplicação de processos de oxidação avançados associados a reações fotocatalíticas com uso de dióxido de titânio e ouro (TiO2/Au) irradiados por iluminação ultravioleta (UV) proveniente de LEDs controlados eletronicamente de maneira automática. Ao utilizar este método foi possível projetar um microssistema capaz de digerir eficientemente as amostras com elevado grau de recuperação do fósforo, baixo custo, pouca complexidade de fabricação, portátil, usando energia limpa com foco na sustentabilidade.