Sistema em fluxo para determinação colorimétrica de cloro livre em água potável empregando um microdispositivo construído com cerâmicas verdes e smartphone

Abstract

A concentração de cloro livre residual é um parâmetro importante para garantia da potabilidade da água. Esse analito é responsável pela desinfecção e, com isso, qualifica a eficiência do sistema de tratamento da água. Segundo o Ministério da Saúde, a concentração de cloro livre residual deve estar entre 0,2 e 2 mg L -1 em todos os pontos da rede de distribuição. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de duas metodologias empregando os reagentes N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD) e 3,3-dimetilbenzidina (orto-toluidina) para determinação de cloro livre residual em água utilizando um sistema de análise por injeção em fluxo (FIA) e um microdispositivo construído com a tecnologia de sinterização de cerâmicas a baixas temperaturas (LTCC). Em ambas as metodologias desenvolvidas, o sinal analítico foi monitorado pela câmera de um smartphone e, através de um aplicativo (Color Grab) foi possível obter os valores de dos sinais vermelho, verde e azul (RGB) das imagens digitais, sendo eles inversamente proporcionais a concentração do analito. Os parâmetros para otimização do sistema FIA foram: vazão, pH e concentração da solução carregadora, concentração do reagente cromogênico, vazão dos reagentes e comprimento da bobina helicoidal. As validações das metodologias foram observadas pela avaliação da curva analítica com faixa de trabalho entre 0,1 e 2,5 mg L -1 ; o método DPD apresentou uma correlação de 0,9963, um limite de detecção de 0,023 mg L -1 e limite de quantificação de 0,077 mg L -1 ; o método da orto-toluidina apresentou uma correlação de 0,9910, um limite de detecção de 0,026 mg L -1 e limite de quantificação de 0,089 mg L -1 . Foram estudados os possíveis interferentes: cálcio, magnésio, ferro, sulfato e sódio, a cor verdadeira e os sólidos suspensos totais na determinação de cloro residual em água potável. Somente a cor verdadeira e sólidos suspensos totais causaram erros significativos nas análises. O emprego de um sistema FIA, no qual foi acoplado um microdispositivo construído com tecnologia LTCC, assim como o uso de um smartphone como detector, pode ser considerada uma proposta inovadora, pois não há nenhum estudo relatado naliteratura, até o momento, propondo este tipo de metodologia para a determinação de cloro livre residual em água. Palavras-chave: Cloro livre residual. Análise por injeção em fluxo. Microdispositivo. Smartphone. Determinação.

The concentration of residual free chlorine is an important parameter to guarantee water potability. This analyte is responsible for disinfection and, therefore, qualifies the efficiency of the water treatment system. According to the Ministry of Health, the concentration of residual free chlorine must be between 0.2 and 2 mg L -1 at all points of the distribution network. This work presents the development and validation of two methodologies using N,N-diethyl-p-phenylendiamine (DPD) and 3,3- dimethylbenzidine (ortho-toluidine) reagents to determine residual free chlorine in water using a flow injection analysis system (FIA) and a microdevice built with Low Temperature co-fired Ceramics (LTCC) technology. In both methodologies developed, the analytical signal was monitored by a smartphone camera and, through an app (Color Grab) it was possible to obtain the RGB (red, green, blue) values of the digital images, which are proportional to the concentration of the analyte. The parameters for optimization of the FIA system were: flow, pH and concentration of the loading solution, concentration of the chromogenic reagent, flow of the reagents and length of the helical coil. The validations of the methodologies were observed by evaluating the analytical curve with a working range between 0.1 and 2.5 mg L -1 ; the DPD method showed a correlation of 0.9963, a detection limit of 0.023 mg L -1 and a quantification limit of 0.077 mg L- 1 ; the ortho-toluidine method showed a correlation of 0.9910, a detection limit of 0.026 mg L -1 and a quantification limit of 0.089 mg L -1 . The possible interferents were studied: calcium, magnesium, iron, sulfate and sodium, the true color and the total suspended solids in the determination of residual chlorine in drinking water. Only true color and total suspended solids caused significant errors in the analysis. The use of an FIA system, in which a microdevice built with LTCC technology was coupled, as well as the use of a smartphone as a detector, can be considered an innovative proposal, as there is no study reported in the literature, so far, proposing this type of methodology for the determination of residual free chlorine in water.Keywords: Residual free chlorine. Flow injection analysis. Microdevice. Smartphone. Determination.