Desarrollo de un analizador ambiental basado en un smartphone y su aplicación para la detección de fosfatos en muestras acuosas
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2024-09-04
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Universidad Santo Tomás
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Resumen
La eutrofización puede causar una serie de problemas en los ecosistemas acuáticos y tener impactos negativos tanto en el medio ambiente como en la sociedad, por tanto, el monitoreo de este fenómeno es clave para mantener la calidad hídrica. Así mismo, actualmente existe un considerable interés en el desarrollo de dispositivos portátiles destinados al análisis de muestras ambientales. Un enfoque particularmente prometedor, y ampliamente reportado, son los sensores basados en teléfonos inteligentes (smartphones), debido a la ubicuidad, accesibilidad, y conectividad de estos dispositivos.
Por ende, el objetivo de esta investigación es desarrollar un prototipo de analizador ambiental basado en colorimetría digital, así como evaluar su funcionalidad para determinar la concentración de fosfatos en medio acuoso, con el fin de servir como herramienta para la detección temprana de potenciales procesos de eutrofización. Las muestras evaluadas provienen del acuicultivo experimental de la sede El Limonal de la Universidad Santo Tomás Seccional Bucaramanga, ubicada en el municipio de Piedecuesta, Santander. Para el análisis colorimétrico se empleó un smartphone (Xiaomi POCO X3) integrado con una cubierta oscura y una base lumínica hechas a medida. Y posteriormente, se realizó el procesamiento digital de las imágenes obtenidas mediante la extracción de las coordenadas del espacio de color RGB empleando el software de código abierto ImageJ.
Los resultados obtenidos mediante el sistema colorimétrico propuesto se validaron utilizando un espectrofotómetro UV-Vis convencional (Cary 60, Agilent). De este modo, se encontró que la determinación de fosfatos en las muestras analizadas presenta valores estadísticamente similares usando ambos métodos. De igual modo, también se compararon ambos sistemas en su precisión, exactitud, linealidad, sensibilidad, límite de detección, y límite de cuantificación.
La linealidad y precisión de las mediciones que se realizaron con el analizador ambiental propuesto, junto a su practicidad, portabilidad y bajo costo, demuestra su aplicabilidad para la determinación de fosfatos en muestras acuosas, y destaca el considerable potencial de utilizar este dispositivo para llevar a cabo otras determinaciones colorimétricas. Por tanto, se espera que los resultados de esta investigación estimulen futuras aproximaciones para el análisis de muestras ambientales desde la fotometría digital.
Abstract
Eutrophication can cause a series of problems in aquatic ecosystems and have negative impacts on both the environment and society. Therefore, monitoring this phenomenon is key to maintaining water quality. Additionally, there is currently considerable interest in the development of portable devices for the analysis of environmental samples. A particularly promising and widely reported approach is the use of smartphone-based sensors due to the ubiquity, accessibility, and connectivity of these devices.
Therefore, the objective of this research is to develop a prototype of an environmental analyzer based on digital colorimetry, as well as to evaluate its functionality in determining the concentration of phosphates in aqueous media, to serve as a tool for the early detection of potential eutrophication processes. The samples evaluated come from an experimental aquaculture at the Universidad Santo Tomás Seccional Bucaramanga, located in the municipality of Piedecuesta, Santander. A smartphone (Xiaomi POCO X3) integrated with a custom-made dark cover and a luminic base was used for the colorimetric analysis. Subsequently, the digital processing of the obtained images was carried out by extracting the RGB color space coordinates using the open-source software ImageJ.
The results obtained using the proposed colorimetric system were validated with a conventional UV-Vis spectrophotometer (Cary 60, Agilent). It was found that the determination of phosphates in the analyzed samples showed statistically similar values using both methods. Additionally, both systems were compared in terms of their precision, accuracy, linearity, sensitivity, detection limit, and quantification limit.
The linearity and precision of the measurements performed with the proposed environmental analyzer, along with its practicality, portability, and low cost, demonstrates its applicability for the determination of phosphates in aqueous samples, and highlights the considerable potential of using this device for other colorimetric determinations. Therefore, it is expected that the results of this research will stimulate future approaches for the analysis of environmental samples using digital photometry.
Idioma
spa
Palabras clave
Citación
Bedoya Duque, S.J. (2024). Desarrollo de un analizador ambiental basado en un smartphone y su aplicación para la detección de fosfatos en muestras acuosas. [Tesis de posgrado]. Universidad Santo Tomás, Bucaramanga, Colombia