INTRODUCCIÓN

RESUMEN

CONCLUSIONES

Las curtiembres bolivianas desechan grandes cantidades aguas contaminadas con sales de cromo trivalente – Cr(III), utilizadas en el curtido, cuyas concentraciones deben medirse (para cumplir con normativas ambientales) con métodos destructivos que requieren laboratorios con equipos costosos, personal especializado y procesos de tratamiento largos.

ESPECTROMETRO BASADO EN TELEFONOS INTELIGENTES Y UN KIT DE BAJO COSTO PARA MEDICIONES DE TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA: ENFOQUE

EN MEDICIONES DE CROMO EN CURTIEMBRES

Omar Ormachea1, Alex Villazón2, Ramiro Escalera3, Miguel Carballo2,Grover Zurita1

1Centro de Investigaciones Ópticas y Energías (CIOE) 2Centro de Investigaciones en Nuevas Tecnologías Informáticas (CINTI)

3Centro de Investigaciones de Procesos Industriales (CIPI)

- Se desarrolló y validó un espectrómetro miniaturizado de bajo costo que utiliza la cámara de un teléfono inteligente y una aplicación Android propia.

- El espectrómetro fue aplicado a la medición de Cr(III) en licores de curtido, de manera rápida y precisa, datos que pueden ser obtenidos en tiempo real

- El espectrómetro puede aplicarse a la medición de otras sustancias relevantes en diferentes áreas de la ciencia e ingeniería (análisis de alimentos,

aguas, colorantes naturales y sintéticos y otros)

DISEÑO Y DESARROLLO

RESULTADOS

Un espectrómetro es un dispositivo óptico que descompone luz poli-cromática en sus componentes monocromáticos y las distribuye para ser analizadas como un espectro en función de la longitud de onda.

Debido a sus capacidades de procesamiento, visualización, conectividad, y captura de imágenes, el uso de teléfonos inteligentes ha sido explorado

recientemente como una opción factible para el desarrollo de instrumentos de medida en diferentes áreas (e.g. bio-sensores, espectrometría, sensores

electro químicos). El presente trabajo presenta el desarrollo de un espectrómetro miniaturizado de bajo costo que utiliza la cámara de un teléfono

inteligente y procesa las imágenes en un software propio de espectrometría (aplicación Android). El prototipo incluye un Kit de medición, conformado por

un porta-cubetas, una fibra óptica con un elemento conector, y una fuente LED blanca de alta intensidad. La aplicación Android permite una calibración

inicial en función de la longitud de onda, para luego calibrar el dispositivo y obtener valores de absorbancia y transmitancia y obtener curvas espectrales

en tiempo real. La validación del prototipo se realizó con un estudio de caso del área industrial, para la medición de concentración de cromo en licores de

curtido, comparando los resultados con un espectrofotómetro convencional calibrado.

Configuración clásica de un

espectrómetro en transmisión

Problemática

del sector

de curtiembres

La UPB desarrolló y validó un método no destructivo rápido y simple para medición del Cr(III) en licores de curtido con patrones que utilizan los mismos reactivos químicos aplicados en el curtido de pieles. Sin embargo, este método utiliza todavía un espectrofotómetro comercial convencional costoso, por lo que se plantea en este proyecto el desarrollo y validación de un Espectrómetro de bajo costo basado en teléfonos inteligentes.

Espectrómetro y Kit de medición

Se diseñó y desarrolló un sistema espectrométrico

consistente en: (a) un espectrómetro miniaturizado

acoplable a la cámara de un teléfono inteligente, y

(b) un Kit de medición para obtener absorbancias y

transmitancias

Aplicación

Android

para

espectrometría

Espectros

obtenidos por el

espectrómetro

desarrollado

y un

espectro-

fotómetro

comercial

La validación cualitativa se realizó comparando el espectro

de una solución de Rhodamine 6G obtenido por un

espectrofotómetro Shimadzu UV-1601 con el obtenido por el

prototipo. Los picos de absorción están dentro de la

resolución espectral <2nm: espectrofotómetro comercial

l=532 nm; prototipo l=531,6 nm.

Para la validación cuantitativa, se utilizó el método espectrofotométrico no destructivo con licores de

curtiembre que contienen Cr(III). Se calibraron las curvas de concentración de Cr(III) en función de

la absorbancia obtenida por el espectrómetro desarrollado y el espectrofotómetro Shimadzu UV-

1601. La curva de calibración obtenida por el prototipo propuesto, tiene una forma cuadrática (b),

que una vez linearizada (c), permite medir concentraciones de Cr(III) muy cercanas a las medidas

por el espectrofotómetro Shimadzu (a), 2,161 g-Cr/L y 2,149 g-Cr/L, respectivamente.

Trabajo previo:

Método espectrofotométrico (2006)

PREMIO PLURINACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA, LA PAZ 2016

(b)

(a)

Se desarrolló un software (Android App) para la visualización

y procesamiento de imágenes (formato YUV), que son

obtenidas por la cámara del teléfono inteligente. La aplicación

permite la calibración por longitud de onda y el sistema tiene

una resolución espectral inferior a 2 nm.

Espectrómetro y Kit de medición acoplado al

teléfono inteligente y software en funcionamiento

El espectrómetro es acoplado al porta-cubetas

mediante una fibra óptica de plástico. La fuente de luz

utilizada está basada en un LED blanco de alto brillo.

Para la calibración de absorbancia se requiere medir los

valores de intensidad incidente I0 y la radiación que pasa a

través de la muestra en solución I de acuerdo a la siguiente

expresión matemática: 𝐴 = 𝑙𝑛𝐼0−𝐼𝐷𝑎𝑟𝑘

𝐼−𝐼𝐷𝑎𝑟𝑘.

(a) (b) (c)

Validación cualitativa Validación cuantitativa

Universidad Privada Boliviana