Eletroextração multifásica e ferramentas quimiométricas aplicadas a análise de corantes antimicrobianos em água superficial por espectrofotometria UV-VIS e imagem digital
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Juliana Azevedo Lima Pallone
Cleiton Antônio Nunes
Mariana Ramos de Almeida
Letícia Malta Costa
Cleiton Antônio Nunes
Mariana Ramos de Almeida
Letícia Malta Costa
Resumo
Corantes antimicrobianos como verde malaquita, violeta de genciana e azul de metileno são micropoluentes ambientais cuja análise constituem grandes desafios analíticos devido às baixas concentrações monitoradas e à complexidade das matrizes. Apesar das proibições, estes corantes continuam sendo utilizados de forma irregular na aquicultura na prevenção de infecções. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de métodos analíticos eficientes, propondo o uso de técnicas simples, rápidas, acessíveis e com alta frequência analítica. Para isso, foram empregadas no preparo de amostra a técnica de eletroextração multifásica, e na determinação analítica, empregou-se análise de imagem digital e espectrofotometria associadas com ferramentas quimiométricas. Na primeira aplicação, o silicato de magnésio foi utilizado na eletroextração multifásica e mostrou-se crucial para integração desta técnica com a análise de imagem digital, sendo, portanto, uma alternativa adequada para análise de compostos catiônicos por ser um material custo-efetivo, de fácil manuseio e com carga residual negativa. Além disso, foi proposto um método de discriminação usando PLS-DA, distinguindo eficazmente amostras contaminadas e não contaminadas mesmo em níveis extremamente baixos (0,2 μg L–1) em uma matriz complexa de água superficial (lago), sendo obtido sensibilidade acima de 95% e especificidade próxima de 90% para os conjuntos treinamento e teste. Na segunda aplicação, pontas de papel odontológico e um sistema de eletroextração automatizado possibilitou um aumento da praticidade e reprodutibilidade da técnica. Adicionalmente, foi proposto um método de classificação one-class por meio de um modelo DD-SIMCA utilizando tanto dados espectrofotométricos quanto dados de imagem digital. Os dados espectrofotométricos apresentaram bom desempenho, sendo obtido uma sensibilidade de 0,96 (treinamento) e 1 (teste), além de especificidade de 0,94. Adicionalmente, para os dados espectrofotométricos os erros de classificação ficaram limitados à menor concentração testada (2 μg L–1). O modelo com dados de imagem digital, por sua vez, obteve melhor desempenho, alcançando sensibilidade de 0,96 (treinamento) e 1 (teste) além de especificidade de 1. Em conclusão, os modelos obtidos são simples, rápidos e promissores para triagem de contaminação por corantes antimicrobianos em matrizes de água superficial.
Abstract
Antimicrobial dyes such as malachite green, gentian violet, and methylene blue are environmental micropollutants whose analysis presents significant analytical challenges due to low monitored concentrations and matrix complexity. Despite prohibitions, these dyes continue to be irregularly used in aquaculture for infection prevention. The present study aimed to develop efficient analytical methods, proposing the use of simple, rapid, accessible techniques with high analytical frequency. To achieve this, multiphase electroextraction was employed in sample preparation, while for analytical determination was utilized digital image analysis and spectrophotometry associated with chemometric tools. In the first application, magnesium silicate was employed in multiphase electroextraction, proving pivotal for its integration with digital image analysis, therefore being a suitable alternative for the analysis of cationic compounds as it is cost-effective, easy to handle, and known to have a negative residual charge. Furthermore, a discrimination method using PLS-DA was proposed, effectively distinguishing between contaminated and uncontaminated samples, even at extremely low levels (0.2 μg L–1) within complex surface water matrices, obtaining a remarkable accuracy rate exceeding 95%. In the second application, dental paper points and an automated electroextraction system facilitated increased practicality and reproducibility of the technique. Additionally, a one-class classification method was proposed using a DD-SIMCA model, utilizing both spectrophotometric and digital image data. Spectrophotometric data exhibited great performance, obtaining a sensitivity of 0.96 (training) and 1 (test), in addition to a specificity of 0.94, where the classification errors was confined to the lowest tested concentration (2 μg L–1). Conversely, the model incorporating digital image data outperformed, achieving sensitivity of 0.96 (training) and 1 (testing), along with a specificity of 1. In conclusion, the obtained models are simple, rapid, and promising for screening antimicrobial dye contamination in surface water matrices.
Assunto
Química analítica, Preparação de amostra (Química), Extração (Química), Corantes, Análise discriminante, Mínimos quadrados, Espectrofotometria, Processamento de imagens, Quimiometria, Solventes orgânicos
Palavras-chave
Extração assistida por campo elétrico, Corantes trifenilmetanos, Azul de metileno, Química verde, DD-SIMCA, PLS-DA