Determinação de nitrito em sistema intensivo de criação de peixes usando método óptico de baixo custo

Abstract

Resumo: O peixe desempenha um papel crucial na alimentação humana, fornecendo energia, proteína e uma variedade de nutrientes essenciais. Segundo dados da Associação Brasileira da Piscicultura (2024), em 2023, a produção pesqueira no Brasil ultrapassou 887 mil toneladas, com a tilápia representando 65% da produção total e seu consumo tem aumentado em 93% na última década. Esses animais, devido ao seu metabolismo, naturalmente secretam amônia, que é facilmente oxidada a nitrito. A presença sistemática de altos níveis de nitrito pode afetar a qualidade da água e comprometer o desenvolvimento e a saúde do peixe. As principais formas de determinação de nitrito envolvem a aplicação de métodos colorimétricos ou espectrofotométricos, sendo que os primeiros podem ser imprecisos, devido a sua subjetividade, já os segundos possuem alta precisão, porém, maior custo e portabilidade limitada. Além disso, as determinações de nitrito em água devem ser realizadas em curto intervalo de tempo entre a coleta, transporte e tratamento de amostras para evitar a degradação do analito. Uma alternativa eficaz é utilizar dispositivos customizados de baixo custo com componentes como impressão 3D, Arduino e placas de circuito impresso, que podem superar os problemas de portabilidade, custo e precisão. Este trabalho apresenta um fotômetro de três faixas para quantificar o íon inorgânico nitrito, utilizando placas Arduino NANO, Módulo Led RGB, sensor de luminosidade, com o auxílio do software livre Rstudio, banco de dados e interface dedicada para compilação dos resultados. O protótipo demonstrou resultados satisfatórios em testes de estabilidade, sendo validado em laboratório para determinação de nitrito na faixa de 0,2500 a 5,0300 mg/L e coeficiente de correlação (R²) de 0,9954, sendo preciso e exato a 95% de confiança testado pela análise de variância (ANOVA) comparado à metodologias já utilizadas usualmente. Após validado o equipamento foi aplicado na análise de amostras de aquário e açudes comerciais e familiares contendo até 60 mil peixes e os resultados variaram de 0,1074 a 8,4242 mg/L de nitrito. O protótipo oferece uma solução eficaz e acessível para monitorar a presença do nitrito em propriedades rurais que possuem diversos tanques de criação intensiva de peixes

Abstract: Fish play a crucial role in human nutrition, providing energy, protein, and a variety of essential nutrients. According to data from the Brazilian Association of Aquaculture (2024), in 2023, fishery production in Brazil exceeded 887 thousand tons, with tilapia accounting for 65% of the total output, and its consumption has increased by 93% over the last decade. These animals, due to their metabolism, naturally secrete ammonia, which is easily oxidized to nitrite. The systematic presence of high nitrite levels can affect water quality and compromise fish development and health. The main methods for nitrite determination involve colorimetric or spectrophotometric techniques, with the former being potentially inaccurate due to subjectivity. At the same time, the latter offers high precision but at a higher cost and with limited portability. More than this, nitrite determinations in water must be performed within a short time frame between sample collection, transport, and processing to avoid analyte degradation. An adequate alternative is the use of customized low-cost devices incorporating components such as 3D printing, Arduino, and printed circuit boards, which can overcome issues related to portability, cost, and precision. This study presents a three-band photometer for quantifying the inorganic nitrite ion, using Arduino NANO boards, an RGB LED module, and a light sensor, with the aid of the open-source software RStudio, a database, and a dedicated interface for compiling results. The prototype demonstrated satisfactory stability test results and was validated in the laboratory for nitrite determination in the range of 0.2500 to 5.0300 mg/L, with a correlation coefficient (R²) of 0.9954, proving to be precise and accurate at a 95% confidence level when tested by analysis of variance (ANOVA) compared to conventional methodologies. After validation, the equipment was applied to analyze samples from aquariums and commercial and family-owned fishponds containing up to 60,000 fish, with results ranging from 0.1074 to 8.4242 mg/L of nitrite. The prototype offers a utility and accessible solution for monitoring nitrite presence in rural properties with multiple intensive fish farming tanks