Análise dos parâmetros que influenciam a técnica de análise de imagem digital: uma abordagem para quantificação de íons fosfato e ferro (III)

dc.contributor.advisor1Alves, Vanessa Nunes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7058376443471599
dc.contributor.referee1Alves, Vanessa Nunes
dc.contributor.referee2Freitas, Silvia de Sousa
dc.contributor.referee3Petruci, João Flávio da Silveira
dc.creatorPeres, Wallace Henrique Cardoso
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1682861136310594
dc.date.accessioned2026-10-08T18:39:18Z
dc.date.available2026-10-08
dc.date.issued2025-02-19
dc.description.abstractDigital image analysis has emerged as an innovative and accessible approach in Analytical Chemistry, enabling the use of smartphones as detectors in quantitative methods. However, the lack of standardization and the scarcity of detailed studies on the parameters influencing image acquisition and processing still limit the reproducibility and reliability of such methodologies. This study aimed to develop and optimize a methodology based on digital image analysis, with emphasis on the systematic evaluation of technical parameters that directly affect analytical performance, such as lighting conditions, capture distance, sensor exposure, and the behavior of RGB color channels. To this end, an analytical platform was constructed using white LEDs and an ABS plastic enclosure to ensure controlled experimental conditions. Phosphate and iron(III) ions were used as model analytes for method development and optimization. The phosphate determination was based on the molybdenum blue reaction, while iron(III) was quantified through the formation of the iron thiocyanate complex. Analytical data were extracted from the RGB channels of images captured by different smartphone models. The systematic evaluation and subsequent optimization of experimental parameters led to significant improvements in method performance. The working range varied from 0.25 to 10.0 mg L⁻¹, with intraday precision ranging from 2.1% to 4.9% and interday precision from 4.5% to 6.8% for phosphate; and intraday from 1.6% to 5.7% and interday from 2.2% to 6.2% for iron(III). For the latter, alternative ranges of 0.1 1.9 mg L 1 and 10.0 80.0 mg L 1 were also proposed. Limits of detection (LOD) were 0.22 mg L 1 for phosphate and 0.18 mg L 1 for iron(III), while limits of quantification (LOQ) were 0.68 and 0.54 mg L 1 , respectively, all mathematically calculated. Using a visual method, LOD and LOQ were 0.1 mg L 1 and 0.3 mg L 1 , respectively, for both ions. Accuracy was evaluated using different approaches: phosphate recoveries ranged from 88.5% to 107%, and iron(III) results showed no significant differences when compared to UV Vis spectrophotometry (F and t tests, 95% confidence). Method reproducibility was confirmed using two additional smartphones as detectors, yielding analytical curves with R² values above 0.99 and similar slopes. Method sustainability was assessed using the AGREE tool, resulting in a “greenness” score of 0.5, and aligned with Sustainable Development Goals (SDGs) 3, 4, 6, 9, 12, and 13. Furthermore, the methodology was applied to air quality monitoring in Catalão GO, evaluating phosphate ion concentrations during autumn and winter. The measured concentrations were within legal limits and did not differ significantly from those obtained by UV Vis spectrophotometry. The results demonstrate that the systematic evaluation and optimization of key parameters are essential to improve the performance of image based methods, ensuring greater reproducibility, reliability, and analytical robustness. In addition to being low cost and feasible, the developed methodology highlights the potential of digital image analysis as a sustainable and accessible alternative with applicability across different analytical contexts. The presented evidence contributes to the development of new image based methods, expanding their use in settings with limited infrastructure.
dc.description.resumoA análise de imagem digital tem se destacado como uma abordagem inovadora e acessível na Química Analítica, possibilitando o uso de smartphones como detectores em métodos quantitativos. No entanto, a ausência de padronização e a escassez de estudos detalhados sobre os parâmetros que influenciam a aquisição e o processamento das imagens ainda limitam a reprodutibilidade e a confiabilidade dessas metodologias. Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver e otimizar uma metodologia baseada em análise de imagem digital, com ênfase na avaliação sistemática de parâmetros técnicos que afetam diretamente o desempenho analítico, como condições de iluminação, distância de captura, exposição do sensor e comportamento dos canais de cor RGB. Para isso, foi construída uma plataforma analítica com LEDs brancos e uma caixa em plástico ABS, garantindo controle das condições experimentais. Os íons fosfato e ferro(III) foram utilizados como analitos modelo para o desenvolvimento e otimização do método. Para a determinação de fosfato, empregou-se a reação do azul de molibdênio, enquanto o ferro(III) foi quantificado por meio da formação do complexo ferro-tiocianato. Os dados analíticos foram extraídos a partir dos canais RGB das imagens capturadas por diferentes modelos de smartphones. A avaliação sistemática e posterior otimização desses parâmetros experimentais resultaram em melhorias significativas no desempenho do método. A faixa de trabalho variou de 0,25 a 10,0 mg L-1, com precisão intradia de 2,1% a 4,9% e interdia de 4,5% a 6,8% para fosfato; e intradia de 1,6% a 5,7% e interdia de 2,2% a 6,2% para ferro(III). Para este último, também foram propostas faixas alternativas de 0,1 a 1,9 mg L-1 e 10,0 a 80,0 mg L-1. Os limites de detecção (LD) foram de 0,22 mg L-1 para fosfato e 0,18 mg L-1 para ferro(III), enquanto os limites de quantificação (LQ) foram de 0,68 e 0,54 mg L-1, respectivamente, todos calculados matematicamente. Pelo método visual, os valores de LD e LQ foram 0,1 mg L-1 e 0,3 mg L-1, para ambos os íons. A exatidão foi avaliada por diferentes abordagens: para fosfato, obtiveram-se recuperações de 88,5% a 107%, e para ferro(III), os resultados foram confirmados por comparação com a espectrofotometria UV-Vis, sem diferenças significativas (testes F e t, 95% de confiança). A reprodutibilidade foi confirmada com o uso de outros dois smartphones como detectores, apresentando curvas analíticas com valores de R2 superiores a 0,99 e coeficientes angulares similares. A sustentabilidade do método foi avaliada utilizando a ferramenta AGREE, obtendo um índice de “verdura” de 0,5, e mostrou alinhamento com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 3, 4, 6, 9, 12 e 13. Além disso, a metodologia foi aplicada ao monitoramento da qualidade do ar em Catalão – GO, avaliando a concentração de íons fosfato durante o outono e o inverno. As concentrações determinadas estavam dentro dos padrões legais e não apresentaram diferenças significativas daquelas obtidas por espectrofotometria UV-Vis. Os resultados obtidos demonstram que a abordagem sistemática de avaliação e otimização dos parâmetros envolvidos é essencial para aprimorar o desempenho de métodos baseados em imagem digital, garantindo maior reprodutibilidade, confiabilidade e robustez analítica. A metodologia desenvolvida, além de se mostrar viável e de baixo custo, reforça o potencial dessa técnica como uma alternativa sustentável e acessível, com aplicabilidade em diferentes contextos analíticos. As evidências apresentadas contribuem para o desenvolvimento de novos métodos baseados em imagem digital, ampliando as possibilidades de sua utilização em cenários com infraestrutura limitada.
dc.description.sponsorshipFundação de Apoio a Pesquisa do Estado de Goiás (FAPEG)
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufcat.edu.br/handle/123456789/12290
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Catalão
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentInstituto de Química
dc.publisher.initialsUFCAT
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rights.accessAcesso aberto
dc.subjectAnálise de imagem digital
dc.subjectRGB
dc.subjectSmartphone
dc.subjectFosfato
dc.subjectferro (III)
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.subject.enDigital image analysis
dc.subject.enRGB
dc.subject.enSmartphone
dc.subject.enPhosphate
dc.subject.enIron (III)
dc.titleAnálise dos parâmetros que influenciam a técnica de análise de imagem digital: uma abordagem para quantificação de íons fosfato e ferro (III)
dc.title.alternativeAnalysis of the parameters influencing the digital image analysis technique: an approach for the quantification of phosphate and iron(III) ions
dc.typeDissertação

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