O fósforo é um nutriente essencial para a vida humana, vegetal e animal. No entanto, também é limitante do crescimento, o que o torna um parâmetro importante para monitorar na água, onde níveis elevados podem dar origem à proliferação de algas. Como o fosfato não pode ser medido diretamente na água, é necessário um método de detecção baseado em reagentes. Cientistas da Dublin City University, na Irlanda, desenvolveram o dispositivo PhosphaSense, um sistema microfluídico portátil, compacto e centrífugo para a quantificação in situ de fosfato em água.
Níveis elevados de nutrientes que limitam o crescimento, como o fósforo, levam à proliferação de algas. Essas florações podem ser tóxicas para animais e humanos e causar a decomposição de grandes quantidades de matéria orgânica. Isso resulta em águas hipóxicas ou anóxicas, “zonas mortas”, onde os animais aquáticos não podem sobreviver. Vários métodos diferentes foram adaptados para medir os níveis de fosfato no local, incluindo colorimetria, eletroquímica e espectroscopia de emissão de fluorescência. Os dispositivos Lab-on-a-disc (LOAD) estão ganhando interesse como um meio ideal de realizar medições rápidas no local, pois permitem a miniaturização e a automação de protocolos analíticos baseados em laboratório. Cientistas da Dublin City University desenvolveram o dispositivo PhosphaSense LOAD, um sensor óptico microfluídico centrífugo totalmente integrado para determinação de fosfato em água, comparando os resultados de medições in situ com aqueles obtidos usando um método espectrofotométrico baseado em laboratório.1
Preparação e análise de amostras
Água tipo 1 de um sistema de purificação ELGA LabWater foi usada durante todo o estudo. A água do rio Tolka em Dublin foi coletada e passada por um filtro de 0,45 μm antes da análise no sistema PhosphaSense. Uma amostra adicional foi coletada no ponto de efluente da Ringsend Wastewater Treatment Plant (WwTP) em Dublin e filtrada, e uma diluição de 1 em 5 foi medida no sistema. Estes serviram como amostras de fosfato de baixo e alto nível, respectivamente.
As medições de referência para calibrações de sensores foram realizadas usando métodos espectrofotométricos baseados em laboratório. As amostras ambientais foram igualmente medidas em paralelo com a análise usando o dispositivo PhosphaSense para permitir a comparação do desempenho.
O dispositivo PhosphaSense usa o método do ácido ascórbico, um ensaio colorimétrico baseado em absorbância, para determinação de fosfato. Os níveis de fosfato são determinados com base na formação de um complexo de fosfomolibdênio azul, medindo a absorção em 880 nm. O método oferece alta sensibilidade, fácil incorporação em um dispositivo microfluídico, estabilidade do produto e excelente compatibilidade de reagentes com os materiais do sensor.
Os resultados
O sistema PhosphaSense apresentou boa acuracidade para as amostras River Tolka e WwTP, com erro percentual de 8% e 5%, respectivamente. As curvas de calibração foram lineares em uma faixa de 14 a 800 µg/l de fósforo fosfato (PO4-P), com limite de detecção (LOD) e limite de quantificação (LOQ) de 5 e 14 µg/l, respectivamente.
Houve uma estreita concordância entre o PhosphaSense e as medidas espectrofotométricas de referência, demonstrando o excelente desempenho analítico do sensor. O PhosphaSense foi cinco vezes mais sensível que o método espectrofotométrico e, enquanto o desvio padrão foi maior, o LOD foi metade do método baseado em laboratório, com um LOQ muito melhorado.
Resumo
O PhosphaSense oferece uma série de vantagens para análises no local em relação aos métodos tradicionais de espectrometria baseados em laboratório. A microfluídica centrífuga é uma opção mais simples e de baixo custo para análise de fosfato. O dispositivo altamente versátil PhosphaSense usa discos microfluídicos que podem ser projetados com uma variedade de diferentes comprimentos de caminho e podem ser usados para filtrar uma variedade de tipos de água. Seu tamanho reduzido e peso leve – juntamente com requisitos mínimos de reagente e volume de amostra – significam que é muito portátil e conveniente para uso no local de amostragem. Também reduz o tempo de análise em comparação com protocolos laboratoriais padrão; resultados de três amostras diferentes podem ser obtidos a partir de um único disco em 10 minutos. Finalmente, PhosphaSense oferece novas oportunidades para adaptar a rede microfluídica e modificar os comprimentos de onda de detecção para permitir a aplicação de métodos colorimétricos robustos para a determinação de uma ampla gama de analitos.
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1 Duffy, G et ai. 2017. PhosphaSense: Um dispositivo portátil de laboratório em disco totalmente integrado para determinação de fosfato em água. Sensores e Atuadores B 246:1085-1091.