Plataforma microfluídica baseada em papel para análise de nutrientes essenciais para plantas visando agricultura de precisão

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Albuquerque, Jéssica Rodrigues de Paula
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: agricultura de precisão; colorimetria; colorimetry; macronutrientes; macronutrients; microfluídica; microfluidics; precision agriculture; soil; solo
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-14042022-170749/

A Organização das Nações Unidas estima que até os anos de 2030 haverá um crescimento populacional expressivo que exigirá um aumento de 70% na produção agrícola para atender à crescente demanda por alimentos. A expansão e intensificação agrícola tradicionais podem levar a escassez de recursos. Por isso, implementação de práticas agrícolas sustentáveis é fundamental para atingir a segurança alimentar e minimizar o impacto ambiental. A agricultura de precisão (AP) é uma ferramenta de gerenciamento de plantio que visa o uso mais eficiente de recursos naturais para otimizar a produção. A fertilidade do solo é um dos parâmetros monitorados pela AP para garantir o fornecimento adequado de nutrientes para as plantas. Desta forma, nesta dissertação, propõe-se uma plataforma microfluídica baseada em papel para determinação de nutrientes essenciais para as plantas por meio de métodos colorimétricos. O objetivo é desenvolver um dispositivo portátil que permita a análise simultânea dos macronutrientes nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio e magnésio em campo, com o auxílio de um smartphone para a leitura e armazenamento de dados. Para a construção das curvas analíticas, foram avaliados os sinais analíticos decorrentes de reações colorimétricas de cada um dos nutrientes em diferentes espaços de cores. No caso do potássio, diversos parâmetros de diferentes espaços de cores indicaram uma possível linearidade com a concentração do analito. Porém, a falta de homogeneidade na distribuição dos reagentes na zona de detecção pode contribuir na imprecisão das medidas e, por isso, os métodos precisam ser melhor investigados. Para o fósforo, o método vanadomolibdato não foi suficiente para detectar as baixas concentrações do analito na solução do solo e método colorimétricos ou eletroquímicos mais sensíveis devem ser desenvolvidos. Para o nitrato, o método que resultou em melhor linearidade (R2 = 0,992), limite de detecção e quantificação (0,299 e 0,996 mmol L-1, respectivamente), precisão intermediária (8%) e repetibilidade (4%) foi o RGB. Para o cálcio, a escala de cinza o melhor método de quantificação, com linearidade, limite de detecção e quantificação, precisão intermediária e repetibilidade de 0,993; 0,595 mmol L-1; 1,98 mmol L-1; 3% e 4%, respectivamente. Para o magnésio, a tonalidade foi o parâmetro que melhor quantificou os níveis esperados do analito no solo, com linearidade, limite de detecção e quantificação, precisão intermediária e repetibilidade de 0,999; 0,144 mmol L-1; 0,481 mmol L -1; 0,2% e 1,0%, respectivamente. Por fim, para o amônio, a tonalidade também foi o melhor método, com linearidade, limite de detecção e quantificação, precisão intermediária e repetibilidade de 0,988; 0,170 mmol L -1; 0,481 mmol L-1; 0,8% e 0,4%, respectivamente.