Proyecto de investigación busca cuantificar iones de sales, nitratos y fosfatos, con aplicaciones de la plataforma smartphone, como el bluetooth y wifi, a fin de planificar una agricultura sostenible.

Científicos de la Universidad Nacional de Ingeniería vienen desarrollando el proyecto de investigación “Towards smart phone-assisted sensors for monitoring nutrients in sustainable farming» con el objetivo de construir dispositivos analíticos amigables, con aplicaciones de la plataforma smartphone, para la detección de diversos nutrientes en suelos agrícolas y, de este modo, promover la explotación productiva sostenible de la tierra cultivable en nuestro país.

El proyecto de investigación es liderado por el Dr. Gino Picasso Escobar, docente investigador de la Facultad de Ciencias de la UNI y líder del grupo de investigación de Tecnología de Materiales para Remediación Ambiental (TECMARA), en colaboración con el Centro de Investigación de Química Birchall Centre de la Escuela de Ciencias Químicas y Físicas de Keele University (Reino Unido), bajo la supervisión del Dr. Aleksandar Radu de Reino Unido, desde julio del año 2019.

El Dr. Gino Picasso señaló que, la primera etapa de la investigación consistió en lograr la cuantificación de iones de sodio empleando el dispositivo RASPBERRY PI, el cual evidenció un gran potencial, de fácil accesibilidad y de bajo costo para la detección de nutrientes en muestras de suelo o agua.

El siguiente paso será la preparación de membranas para la cuantificación de otros iones como potasio, nitratos y fosfatos para su análisis en muestras de suelos agrícolas, aplicando plataformas smartphone como el bluetooth y wifi, que permitiría el monitoreo de iones en tiempo real de una manera sencilla por cualquier operador agrícola”, aseguró el docente investigador de la UNI.

El Dr. Gino Picasso Escobar y algunos miembros del grupo de investigación de Tecnología de Materiales para Remediación Ambiental (TECMARA).

RESULTADOS OBTENIDOS:

De acuerdo a las pruebas experimentales realizados por el Bach. Sergio Espinoza, se obtuvieron membranas de optodos[1] para el reconocimiento de nutrientes (iones sodio) en suelos agrícolas mediante la detección colorimétrica usando el dispositivo RASPBERRY PI[2].

La interacción de cada membrana con las soluciones de sodio generó un cambio de color de azul a rojo de acuerdo con la concentración de iones sodio, en una escala del 1 al 10, con concentraciones de sodio de 0 a 0.1M (Figura 1).

Figura 1. Matices de color obtenidos por las membranas optódicas de iones Na+.

Las señales de color obtenidas fueron analizadas mediante espectrofotometría UV-visible donde se comprobó la relación del color con la concentración de sodio de las soluciones (Figura 2).

Figura 2. Espectros obtenidos con las soluciones de Na+

Resultados obtenidos usando el dispositivo RASPBERRY PI para la detección colorimétrica

Debido a la necesidad de proponer un método analítico de bajo costo y de fácil accesibilidad para la detección de nutrientes en las muestras de suelo o agua se usó el dispositivo RASPBERRY PI, en el cual se ha desarrollado un código de programación en lenguaje PYTHON para la conversión de la señal de color RGB a una señal analítica, como se muestra en la figura 3.

En el programa, la escala RGB se representa en un cubo (el negro es el vector 0,0,0 y el blanco es el vector 255,255,255). La señal analítica de la muestra se representa por un vector proyectado b’ (Figura 3).

Figura 3. Cuantificación de la intensidad de color de la muestra problema en la escala RGB.

Con fines de comparación, la calibración también se ha realizado con el instrumento UV-visible (Figura 4). Los datos obtenidos empleando el dispositivo RASPBERRY PI coincide con muy baja dispersión con los datos obtenidos UV visible, con dispersiones menores al 3%. 

Como conclusión, los resultados obtenidos para cuantificación de iones de sodio evidencian el gran potencial del optodo preparado usando el dispositivo RASPBERRY PI.

Figura 4. Calibración obtenida mediante espectrofotometría UV-visible (izquierda) y Raspberry Pi (derecha).

[1] Un OPTODO es un “sensor óptico que se basa en la interacción de los iones de un analito de interés en una solución acuosa y la fase sensora del optodo conteniendo los componentes activos como ionóforo, intercambiador de iones y cromoionóforo” (Soda et al., 2018, ACS Applied Nano Materials, 1(4), 1792–1800).

[2] RASPBERRY PI, es un dispositivo, que usando un lenguaje de programación (PYTHON) permite controlar instrumentos mecánicos, ópticos como luces, cámaras, así como sensores táctiles.  En este trabajo, este dispositivo permitió convertir la señal de color RGB a una señal analítica medible.

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