BR102019014969A2

BR102019014969A2 - ION ANALYZER WITH ACCESSIBILITY FOR VISUALLY DISABLED

Info

Publication number: BR102019014969A2
Application number: BR102019014969-8A
Authority: BR
Inventors: Julio Cesar Bastos Fernandes; Samuel Carvalho Costa
Original assignee: Universidade Federal Do Oeste Do Pará
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-02-02

Abstract

A presente invenção descreve um analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais em formato geométrico conveniente baseado no método potenciométrico. O corpo do aparelho acomoda as baterias ou alimentação AC/DC, a placa de circuito impresso, o módulo mostrador com tela sensível ao toque. Os sensores indicador e de referência (eletrodo combinado) usados na medida da concentração de íons são acomodados na parte lateral do aparelho através de conexão com cabo coaxial. O analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais apresenta uma saída de áudio que pode ser acessada com um fone de ouvido onde o operador pode ouvir o valor da concentração do íon analisado.

The present invention describes an ion analyzer with accessibility for the visually impaired in a convenient geometric format based on the potentiometric method. The body of the device accommodates batteries or AC / DC power, the printed circuit board, the display module with a touch screen. The indicator and reference sensors (combined electrode) used to measure the ion concentration are accommodated on the side of the device through connection with a coaxial cable. The ion analyzer with accessibility for the visually impaired features an audio output that can be accessed with a headset where the operator can hear the analyzed ion concentration value.

Description

ANALISADOR DE ÍONS COM ACESSIBILIDADE PARA DEFICIENTES VISUAISION ANALYZER WITH ACCESSIBILITY FOR VISUALLY DISABLED

[001] A presente invenção trata de um analisador com acessibilidade para deficientes visuais e aplicação na área de análises químicas para a determinação de espécies iônicas em diferentes tipos de amostras. O medidor tem sua eletrônica baseada no método potenciométrico, o qual mede o potencial elétrico desenvolvido na superfície de um eletrodo. Este potencial elétrico é convertido em frequência sonora correspondente as notas musicais através de um software embarcado no microcontrolador do aparelho, visando a acessibilidade de pessoas com impedimento visual em atividades técnicas até de ensino em química.[001] The present invention deals with an analyzer with accessibility for the visually impaired and application in the area of chemical analysis for the determination of ionic species in different types of samples. The meter has its electronics based on the potentiometric method, which measures the electrical potential developed on the surface of an electrode. This electrical potential is converted into a sound frequency corresponding to musical notes through software embedded in the device's microcontroller, aiming at the accessibility of people with visual impairments in technical activities, even teaching chemistry.

[002] Atualmente, Potenciometria é um método eletroquímico que tem sido usado nas determinações analíticas de espécies iônicas contidas em amostras clínicas, ambiental, forense, alimentícia ou industrial. Esse sistema consiste basicamente de um eletrodo indicador e um eletrodo de referência. Quando simultaneamente imersos dentro da solução a ser analisada os eletrodos formam uma célula eletroquímica. O potencial elétrico desenvolvido na superfície do eletrodo indicador devido a solução iônica e, relativo ao eletrodo de referência, é medido pela célula potenciométrica. O potencial elétrico é proporcional ao logaritmo da atividade iônica, por exemplo, de íons hidrogênio (pH), íons potássio, íons cloreto, íons sódio e outros íons. A equação de Nernst descreve a relação entre o potencial elétrico e atividade iônica. A eletrônica do aparelho de medida potenciométrico necessita ter um amplificador com alta impedância de entrada para minimizar os erros de carga. A magnitude do erro de carga na medida do potencial elétrico depende da razão entre a resistência interna do medidor e a resistência do eletrodo indicador. Resistência interna do medidor maior que 1011 ohms atenua o erro de carga quando a resistência interna do eletrodo indicador é menor que 109 ohms (D. A. Skoog, D. M. West and F. J. Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh edition, Saunders College Publishing, United States, 1996, 415). Os eletrodos indicadores deverão ter resposta rápida e reprodutível para variações na concentração iônica do analito. Há três tipos de eletrodos: o metálico, o de membrana e o transistor de efeito de campo seletivo a íons. Eletrodos indicadores metálicos podem ser de primeira ou segunda espécie e os eletrodos redox são constituídos de materiais inertes. Um eletrodo metálico de primeira espécie é um metal puro que está em equilíbrio direto com seu cátion na solução. Eletrodos metálicos de segunda espécie, o metal serve como eletrodo indicador para a atividade de ânions que formam precipitados ligeiramente solúveis ou complexos estáveis com o íon do metal. Um condutor metálico inerte, tais como platina, ouro, paládio ou carbono condutivo, podem também serem usados como eletrodos indicadores uma vez que eles respondem ao potencial desenvolvido por sistemas redox em solução, com a qual ele está em contato. Eletrodos indicadores metálicos não apresentam seletividade e respondem para qualquer espécie iônica presente na solução. Eletrodos indicadores tipo membrana podem ser feitos de membrana de vidro, líquida ou de estado-sólido cristalina. Esses eletrodos apresentam alta seletividade para a espécie iônica de interesse e são então denominados de eletrodos íon-seletivo. Membranas específicas de vidro, líquido ou estado sólido podem responder seletivamente para cátions ou ânions dependendo da composição da membrana. Por exemplo, a composição de membrana contendo valinomicina (0.54%), tetrafenil borato de potássio (0.01%), dioctiladipato (54.25%), nitrobenzeno (18.08%) e cloreto de polivinila - PVC (27.12%) responde seletivamente para íons potássio em amostras de sangue (A. K. Convington, Ion-selective Electrode Methodology, vol. 2, CRC Press, [45] Inc, Boca Raton, Florida, 1979, pp. 50). Outras membranas seletivas para íons magnésio, cálcio, bário, lítio, dentre outras, são descritas no artigo intitulado "Selective Membrane Electrodes for Analysis" (J. D. R. Thomas, Analyst 119, 1994, 203). Membranas de estado sólido-cristalino tem sido preparadas a partir da compactação de uma massa de pó de haletos de prata e aplicada para a determinação de íons cloreto, brometo e iodeto. Misturas de sulfeto de prata policristalino com sulfeto de chumbo, sulfeto de cádmio ou sulfeto de cobre produz membranas seletivas para íons sulfeto, chumbo, cádmio e cobre, respectivamente. Cristal de fluoreto de lantânio dopado com fluoreto de európio (II) é usado na produção de eletrodos de estado sólido-cristalino sensíveis a íons fluoreto (D. A. Skoog, D. M. West and F. J. Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh edition, Saunders College Publishing, United States, 1996, 400-407). Transistores de efeito de campo seletivo a íons (ISFETs) são derivados de aparelhos semicondutores de estado sólido, chamados de transistores de óxido metálico de efeito de campo (MOSFET), que são amplamente usados em circuitos eletrônicos como uma chave para o controle elétrico do fluxo de corrente. Foi observado que os primeiros MOSFETs fabricados apresentavam pronunciada sensibilidade para impurezas iônicas. Esta característica é indesejável para aplicação eletrônica mas é muito interessante para análises químicas usando o método potenciométrico. Desde 1970, tem sido desenvolvido muitos ISFETs para vários íons. Algumas empresas comercializam ISFET para a medida do íon hidrogênio ou pH (Pulse Instruments Company - 16117 Covello Street Van Nuys, CA 91406 , pH ISFET Non-Glass pH Electrode model PI0150 or Cole-Parmer Company - 625 East Bunker Court Vernon Hills, Illinois 60061, pH ISFET Electrode registered trade-mark FlexipHet) e numerosas tem sido aplicadas para esta tecnologia (exemplos, US Patent 4,505,799; US Patent 4,735,702; US Patent 4,816,118; US Patent 4,791,465). Sensores sensíveis a gás e biossensores potenciométricos são também possíveis de fabricar. Apesar dos sensores potenciométricos serem sensíveis apenas a íons é possível medir espécies moleculares como moléculas de gás ou biomoléculas. Para isso, o analito deverá sofrer uma reação que produz um íon em uma quantidade proporcional a concentração do analito na amostra. Sensores sensíveis a gás consistem de um tubo contendo um eletrodo específico para um íon imerso em uma solução interna apropriada. Uma membrana permeável a gás está conectada ao fim do tubo e serve como uma barreira entre a solução interna e a solução de análise. Quando moléculas de gás como dióxido de carbono atravessam a membrana permeável, elas são dissolvidas pela solução interna e produzem íons bicarbonato que modificam o pH da solução interna e esta mudança é detectada por um eletrodo de vidro (D. A. Skoog, D. M. West and F. J. Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh edition, Saunders College Publishing, United States, 1996, 408-410). Estratégia similar é usada na determinação de biomoléculas por biossensores potenciométricos. Por exemplo, a concentração de biomoléculas de ureia é medida potenciometricamente pela determinação da concentração de íons amônio. Ureia é proporcionalmente convertida para íons amônio pela enzima urease imobilizada sobre uma membrana. Uma membrana seletiva a íons dopada com o ionóforo nonactina, detecta os íons amônio (A. A. S. C. Machado, "Conductive Epoxybased on Ion-selective Electrodes", Analyst 119, 1994, 2263). Um eletrodo de referência é um sensor o qual mantém o potencial de eletrodo constante e insensível para a composição do analito na solução (J. A. Bard; L. R. Faulkner, Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2 ed., Wiley, 2000). Os eletrodos de referência mais comuns são formados por um corpo de plástico ou vidro contendo uma solução saturada de cloreto de potássio (KCI), na qual é imerso um fio ou uma pasta de mercúrio/cloreto mercuroso (Hg/HgCI2) ou prata/cloreto de prata (Ag/AgCI). O contato iônico entre a solução de referência (KCI) e a solução teste é feito por um plug de vidro poroso (K. Camman, Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden [Working with Ion-Selective Electrodes], 2nd edition, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, pp. 44-47, 1977). O fio de Ag/AgCI é normalmente feito pela eletrodeposição de prata sobre um fio de platina com a conversão de 15% a 25% da prata em cloreto de prata por eletrodeposição anódica (G. J. Janz; H. Taniguchi; "The Silver-Silver Halide Electrodes. Preparation, Stability, and Standard Potentials in Aqueous and non-Aqueous Media." Chem. Rev. 53 (3), 397-437, 1953). Alternativamente, tem sido desenvolvido eletrodos de referência de estado sólido, os quais são descritos em algumas patentes como US Patents 4,507,194 e 3,856,645 e artigos científicos (Guth, U., Gerlach, F., Decker, M., Oelßner, W., Vonau, W.: Solid-state reference electrodes for potentiometric sensors, J. Solid State Electrochem., 13, 27-39, 2009 e Fernandes, J. C. B.; Heinke, E. V. Alternative strategy for manufacturing of all-solid-state reference electrodes for potentiometry. J. Sens. Sens. Syst., 4, 53-61, 2015). A patente US Patents 4,507,194 compreende um eletrodo metal/sal metálico coberto com um substrato condutivo e um polímero complexo de prata. O polímero complexo de prata pode ser coberto com um filme polimérico para evitar a penetração de íons estranhos. US Patent 3,856,645 descreve um eletrodo metal/sal metálico tendo uma camada hidrofílica contendo um sal solúvel coberta por uma camada hidrofóbica de cloreto de polivinila. A camada hidrofílica é aplicada por imersão do eletrodo em uma solução aquosa de sal e álcool polivinílico. Eletrodos de referência tipo-junção são descritos na US Patent 4,536,274. Um eletrodo de Paládio/óxido de paládio e prata/haleto de prata são aplicados para um substrato eletricamente não condutivo, parcialmente coberto com um isolante dielétrico e com qualquer material polimérico que forme uma membrana. Um eletrodo de referência de prata/cloreto de prata coberto com o polímero silicone saturado de cloreto de potássio é descrito em US Patent 4,589,418. Eletrodos de referência usando membranas de troca iônica baseada em ácido perflúor sulfônico são descritos por Sekerka and Lechner (Analytical Letters 15 (A7), 611, 1982). Uma alternativa para produzir eletrodos de referência de estado sólido por eletrodeposição de prata metálica e cloreto de prata sob pó de grafite sem o uso de corrente elétrica é detalhado por Fernandes e Heinke (Fernandes, J. C. B.; Heinke, E. V. Alternative strategy for manufacturing of all-solid-state reference electrodes for potentiometry. J. Sens. Sens. Syst., 4, 53-61, 2015). Eletrodos planares de referência também são produzidos comercialmente. Filme espesso de Ag/ AgCI são comercializados por DuPont Microcircuit Materials - 14 T.W. Alexander Drive Research Triangle Park USA , NC 27709 -(Biosensor Materials, models BQ164, BQ174, BQ5870 or BQ5874) e Creative Materials Incorporated - 141 Middlesex Road - Tyngsboro, MA USA 01879 (DS 113-09 or DS119-10) para a construção de eletrodos referência planares de estado sólido. Normalmente, o eletrodo indicador e de referência são conectados para o medidor através de um cabo coaxial. Contudo, diversos projetos ornamentais para pHmetros de bolso são descritos em US Patents D360,840, D462,024S and D453,905S, onde não são utilizados cabos coaxiais para conectar o sensor ao circuito eletrônico. Muitas empresas têm comercializado estes projetos como pHmetros de bolso (Oakton Instruments - P.O. Box 5136, Vernon Hills, IL USA 60061, models WD-35634-10, WD-35634-20, D-35634-30 and WD-35423-10; Kelilong Electron Co. Ltd - 60 Xing Ye Middle Road, Fuan 355019,Fujian, China models KL-009(I), KL-009(I) A, KL-009(I)B and L-009(l) C; Hanna Instruments Inc. - USA 584 Park East Drive, Woonsocket, Rhode Island 02895 , models HI 96107, HI 98108, HI 98127, HI 98128 and others) onde um tradicional eletrodo combinado de pH é conectado para o medidor através de um apropriado conector. Um típico eletrodo combinado de pH consiste de um eletrodo indicador de vidro junto com um eletrodo de referência em um único corpo. O eletrodo indicador consiste de um fino bulbo de vidro selado sensível ao pH fixado no fim de um tubo de vidro ou plástico, o qual é inserido num tubo de diâmetro maior. O tubo interno contém um pequeno volume de ácido clorídrico diluído, o qual está separado da solução de análise pela membrana de vidro. Um fio de prata é imerso dentro da solução de ácido clorídrico e forma uma interface prata/cloreto de prata que serve como transdutor do sinal químico em elétrico. No lado de fora do tubo interno tem-se o eletrodo de referência, geralmente um fio de prata/cloreto de prata imerso em solução saturada de cloreto de potássio (KCI). O tubo externo tem contato com a solução do lado de fora da membrana de pH por meio de um plug poroso. Quando não em uso, o eletrodo combinado de vidro é armazenado em solução saturada de KCI para manter a hidratação da membrana de vidro e reduzir a velocidade de lixiviação da solução de referência interna (solução saturada de KCI) do eletrodo de referência. Por causa da lixiviação da solução de referência interna o eletrodo combinado de pH necessita de constante manutenção para completar o nível dessa solução.[002] Currently, potentiometry is an electrochemical method that has been used in the analytical determinations of ionic species contained in clinical, environmental, forensic, food or industrial samples. This system basically consists of an indicator electrode and a reference electrode. When simultaneously immersed in the solution to be analyzed, the electrodes form an electrochemical cell. The electrical potential developed on the surface of the indicator electrode due to the ionic solution and, relative to the reference electrode, is measured by the potentiometric cell. The electrical potential is proportional to the logarithm of ionic activity, for example, hydrogen ions (pH), potassium ions, chloride ions, sodium ions and other ions. The Nernst equation describes the relationship between electrical potential and ionic activity. The electronics of the potentiometric measuring device must have an amplifier with high input impedance to minimize load errors. The magnitude of the charge error when measuring the electrical potential depends on the ratio between the internal resistance of the meter and the resistance of the indicator electrode. Meter internal resistance greater than 1011 ohms attenuates the load error when the internal resistance of the indicator electrode is less than 109 ohms (DA Skoog, DM West and FJ Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh edition, Saunders College Publishing, United States, 1996, 415). The indicator electrodes should have a fast and reproducible response to variations in the ion concentration of the analyte. There are three types of electrodes: the metallic, the membrane and the ion selective field effect transistor. Metallic indicator electrodes can be of the first or second kind and the redox electrodes are made of inert materials. A first-rate metal electrode is a pure metal that is in direct equilibrium with its cation in the solution. Secondary metal electrodes, the metal serves as an indicator electrode for anion activity that forms slightly soluble precipitates or stable complexes with the metal ion. An inert metallic conductor, such as platinum, gold, palladium or conductive carbon, can also be used as indicator electrodes since they respond to the potential developed by redox systems in solution, with which it is in contact. Metallic indicator electrodes have no selectivity and respond to any ionic species present in the solution. Membrane-type indicator electrodes can be made of glass, liquid or crystalline solid-state membrane. These electrodes have high selectivity for the ionic species of interest and are then called ion-selective electrodes. Specific glass, liquid or solid state membranes can respond selectively to cations or anions depending on the composition of the membrane. For example, the membrane composition containing valinomycin (0.54%), potassium tetrafenyl borate (0.01%), dioctyladipate (54.25%), nitrobenzene (18.08%) and polyvinyl chloride - PVC (27.12%) responds selectively to potassium ions in blood samples (AK Convington, Ion-selective Electrode Methodology, vol. 2, CRC Press, [45] Inc, Boca Raton, Florida, 1979, pp. 50). Other selective membranes for magnesium, calcium, barium, lithium ions, among others, are described in the article entitled "Selective Membrane Electrodes for Analysis" (J. D. R. Thomas, Analyst 119, 1994, 203). Solid-crystalline state membranes have been prepared from the compaction of a mass of silver halide powder and applied for the determination of chloride, bromide and iodide ions. Mixtures of polycrystalline silver sulfide with lead sulfide, cadmium sulfide or copper sulfide produce selective membranes for sulfide, lead, cadmium and copper ions, respectively. Europium (II) doped lanthanum fluoride crystal is used in the production of solid-crystalline state electrodes sensitive to fluoride ions (DA Skoog, DM West and FJ Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh edition, Saunders College Publishing, United States, 1996, 400-407). Ion-selective field effect transistors (ISFETs) are derived from solid-state semiconductor devices, called field-effect metal oxide transistors (MOSFET), which are widely used in electronic circuits as a key to electrical flow control due. It was observed that the first MOSFETs manufactured had a pronounced sensitivity to ionic impurities. This feature is undesirable for electronic application but is very interesting for chemical analysis using the potentiometric method. Since 1970, many ISFETs have been developed for various ions. Some companies market ISFET for the measurement of hydrogen ion or pH (Pulse Instruments Company - 16117 Covello Street Van Nuys, CA 91406, pH ISFET Non-Glass pH Electrode model PI0150 or Cole-Parmer Company - 625 East Bunker Court Vernon Hills, Illinois 60061 , pH ISFET Electrode registered trade-mark FlexipHet) and numerous have been applied to this technology (examples, US Patent 4,505,799; US Patent 4,735,702; US Patent 4,816,118; US Patent 4,791,465). Gas sensitive sensors and potentiometric biosensors are also possible to manufacture. Although potentiometric sensors are sensitive to ions only, it is possible to measure molecular species such as gas molecules or biomolecules. For this, the analyte must undergo a reaction that produces an ion in an amount proportional to the concentration of the analyte in the sample. Gas sensitive sensors consist of a tube containing an electrode specific for an ion immersed in an appropriate internal solution. A gas-permeable membrane is connected to the end of the tube and serves as a barrier between the internal solution and the analysis solution. When gas molecules like carbon dioxide cross the permeable membrane, they are dissolved by the internal solution and produce bicarbonate ions that modify the pH of the internal solution and this change is detected by a glass electrode (DA Skoog, DM West and FJ Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh edition, Saunders College Publishing, United States, 1996, 408-410). A similar strategy is used in the determination of biomolecules by potentiometric biosensors. For example, the concentration of urea biomolecules is measured potentiometrically by determining the concentration of ammonium ions. Urea is proportionally converted to ammonium ions by the enzyme urease immobilized on a membrane. An ion selective membrane doped with the nonactin ionophore, detects ammonium ions (A. A. S. C. Machado, "Conductive Epoxybased on Ion-selective Electrodes", Analyst 119, 1994, 2263). A reference electrode is a sensor which maintains the electrode potential constant and insensitive to the composition of the analyte in the solution (J. A. Bard; L. R. Faulkner, Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2 ed., Wiley, 2000). The most common reference electrodes consist of a plastic or glass body containing a saturated solution of potassium chloride (KCI), in which a wire or a paste of mercury / mercury chloride (Hg / HgCI2) or silver / chloride is immersed silver (Ag / AgCI). The ionic contact between the reference solution (KCI) and the test solution is made through a porous glass plug (K. Camman, Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden [Working with Ion-Selective Electrodes], 2nd edition, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, pp. 44-47, 1977). The Ag / AgCI wire is usually made by electroplating silver onto a platinum wire with the conversion of 15% to 25% of silver into silver chloride by anodic electrodeposition (GJ Janz; H. Taniguchi; "The Silver-Silver Halide Electrodes. Preparation, Stability, and Standard Potentials in Aqueous and non-Aqueous Media. "Chem. Rev. 53 (3), 397-437, 1953). Alternatively, solid-state reference electrodes have been developed, which are described in some patents such as US Patents 4,507,194 and 3,856,645 and scientific articles (Guth, U., Gerlach, F., Decker, M., Oelßner, W., Vonau , W .: Solid-state reference electrodes for potentiometric sensors, J. Solid State Electrochem., 13, 27-39, 2009 and Fernandes, JCB; Heinke, EV Alternative strategy for manufacturing of all-solid-state reference electrodes for potentiometry. J. Sens. Sens. Syst., 4, 53-61, 2015). US Patent 4,507,194 comprises a metal / metal salt electrode covered with a conductive substrate and a complex silver polymer. The complex silver polymer can be covered with a polymeric film to prevent the penetration of foreign ions. US Patent 3,856,645 describes a metal / metal salt electrode having a hydrophilic layer containing a soluble salt covered by a hydrophobic layer of polyvinyl chloride. The hydrophilic layer is applied by immersing the electrode in an aqueous solution of salt and polyvinyl alcohol. Junction-type reference electrodes are described in US Patent 4,536,274. A palladium / palladium oxide and silver / silver halide electrode is applied to an electrically non-conductive substrate, partially covered with a dielectric insulator and with any polymeric material that forms a membrane. A silver / silver chloride reference electrode covered with the potassium chloride saturated silicone polymer is described in US Patent 4,589,418. Reference electrodes using ion exchange membranes based on perfluoro sulfonic acid are described by Sekerka and Lechner (Analytical Letters 15 (A7), 611, 1982). An alternative for producing solid state reference electrodes by electrodeposition of metallic silver and silver chloride under graphite powder without the use of electric current is detailed by Fernandes and Heinke (Fernandes, JCB; Heinke, EV Alternative strategy for manufacturing of all- solid-state reference electrodes for potentiometry. J. Sens. Sens. Syst., 4, 53-61, 2015). Planar reference electrodes are also commercially produced. Ag / AgCI thick films are marketed by DuPont Microcircuit Materials - 14 T.W. Alexander Drive Research Triangle Park USA, NC 27709 - (Biosensor Materials, models BQ164, BQ174, BQ5870 or BQ5874) and Creative Materials Incorporated - 141 Middlesex Road - Tyngsboro, MA USA 01879 (DS 113-09 or DS119-10) for construction of solid state planar reference electrodes. Normally, the indicator and reference electrodes are connected to the meter via a coaxial cable. However, several ornamental designs for pocket pH meters are described in US Patents D360,840, D462,024S and D453,905S, where coaxial cables are not used to connect the sensor to the electronic circuit. Many companies have marketed these projects as pocket pH meters (Oakton Instruments - PO Box 5136, Vernon Hills, IL USA 60061, models WD-35634-10, WD-35634-20, D-35634-30 and WD-35423-10; Kelilong Electron Co. Ltd - 60 Xing Ye Middle Road, Fuan 355019, Fujian, China models KL-009 (I), KL-009 (I) A, KL-009 (I) B and L-009 (l) C; Hanna Instruments Inc. - USA 584 Park East Drive, Woonsocket, Rhode Island 02895, models HI 96107, HI 98108, HI 98127, HI 98128 and others) where a traditional combined pH electrode is connected to the meter through an appropriate connector. A typical combined pH electrode consists of a glass indicator electrode together with a reference electrode in a single body. The indicator electrode consists of a thin, pH-sensitive sealed glass bulb attached to the end of a glass or plastic tube, which is inserted into a larger diameter tube. The inner tube contains a small volume of diluted hydrochloric acid, which is separated from the analysis solution by the glass membrane. A silver wire is immersed inside the hydrochloric acid solution and forms a silver / silver chloride interface that serves as a transducer of the chemical to electrical signal. On the outside of the inner tube there is the reference electrode, usually a silver wire / silver chloride immersed in a saturated solution of potassium chloride (KCI). The outer tube is contacted with the solution on the outside of the pH membrane by means of a porous plug. When not in use, the combined glass electrode is stored in a saturated KCI solution to maintain hydration of the glass membrane and reduce the leaching speed of the internal reference solution (KCI saturated solution) from the reference electrode. Because of the leaching of the internal reference solution, the combined pH electrode needs constant maintenance to complete the level of this solution.

[003] Toda a descrição anterior refere-se aos analisadores de íons e seus insumos disponíveis comercialmente ou em desenvolvimento pela literatura especializada, porém, até o momento nenhum desses equipamentos fornece acessibilidade para deficientes visuais, o que implica na dificuldade em atender a Declaração de Salamanca no que se refere a inclusão de estudantes com deficiência na educação básica e superior, pois os mesmos não terão como realizar experimentos didáticos principalmente nos cursos de Química.[003] All the previous description refers to ion analyzers and their inputs available commercially or in development by the specialized literature, however, until now, none of this equipment provides accessibility for the visually impaired, which implies the difficulty in complying with the Declaration of Salamanca with regard to the inclusion of students with disabilities in basic and higher education, as they will not be able to carry out didactic experiments mainly in Chemistry courses.

[004] Com o intuito de solucionar tais problemas a presente invenção, propõe um analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais. O analisador pode apresentar diferentes formatos, onde as geometrias tradicionalmente usadas são retangular ou quadrada, mas nada impede de sua caixa apresentar outros formatos geométricos ou mesmo de uma caneta. O corpo do aparelho é dividido em duas partes. Uma metade tem uma janela retangular para acomodar um módulo de display, por exemplo, um display LCD de vidro e uma saída de áudio. A interface entre o analisador e o operador é feita através de botões, os quais podem ser do tipo um push-button ou através de um display touch-screen. Para isso, a apropriada abertura é feita próximo a janela retangular que acomoda o display. A placa do circuito impresso que contém a eletrônica de conversão do sinal elétrico em sinal de audio pode ser colocada na mesma metade do corpo do medidor sobre o display ou na parte inferior do aparelho. O aparelho pode ser alimentado por um conjunto de baterias ou por uma fonte de tensão AC/DC, ambos simétricas, que serve como fonte de energia para o circuito eletrônico. Os eletrodos, indicador e de referência, usados para a medida da concentração iônica são aqueles disponíveis comercialmente ou em desenvolvimento. O eletrodo indicador pode ser selecionado a partir de um eletrodo metálico, vidro (por exemplo, pH), estado sólido-cristalino, íon-seletivo, ISFET, material biológico imobilizado (biossensor, por exemplo, enzima, anticorpo, ácido desoxiribonucléico - DNA e outras e sensor de gás. O eletrodo de referência usado para o analisador pode também ser um eletrodo de referência de estado sólido. O analisador com acessibilidade consiste de uma interface eletrônica contendo um amplificador operacional (opamp) de alta impedância em configuração “buffer” (Horowitz, P.; Hill, W. The Art of Electronics. 3Th edition, Cambridge University Press: New York, United States, 2015; 1225p.), que pode ser adquirido de diferentes fabricantes (Texas, Analog devices, Maxim, NEC). Na entrada não inversora do opamp está conectado o eletrodo indicador e, ao terra do sistema, o eletrodo de referência. A saída do opamp após a etapa de “amplificação” é conectada a entrada analógico/digital (A/D) de um microcontrolador que pode ser de várias marcas (Texas, Atmel, Microchip). Na saída digital do microcontrolador é ligado um conector de áudio do tipo P2. Através de um software desenvolvido em linguagem C e embarcado no microcontrolador, o potencial elétrico medido pela célula eletroquímica, consistindo do eletrodo indicador e de referência, é convertido em frequência sonora na faixa de 130,81 a 659,26 Hz. Estes extremos correspondem a notas musicais C3 (dó), uma oitava abaixo da oitava perfeita C4 e, E5 (mi), uma oitava acima da oitava perfeita E4. Cada nota musical corresponde a um valor do logaritmo negativo do íon de interesse (pX) com precisão 0,5 unidades. Esta precisão no valor de pH pode ser melhorada ampliando o valor da escala musical. O deficiente visual pode então ouvir o valor de pH medido pelo sensor através da saída de áudio do aparelho usando um fone de ouvido (headphone). O som emitido corresponde a uma onda quadrada, uma vez que a saída digital do microcontrolador só pode assumir dois valores, 0 ou 5 Volts. O analisador de íons pode trocar dados com um microcomputador através de um protocolo de comunicação. O aparelho deve ser usado principalmente em atividades de ensino, porém, não limitada a mesma.[004] In order to solve such problems the present invention proposes an ion analyzer with accessibility for the visually impaired. The analyzer can have different shapes, where the geometries traditionally used are rectangular or square, but nothing prevents its box from presenting other geometric shapes or even a pen. The device body is divided into two parts. One half has a rectangular window to accommodate a display module, for example, an LCD glass display and an audio output. The interface between the analyzer and the operator is made through buttons, which can be a push-button type or through a touch-screen display. For this, the appropriate opening is made near the rectangular window that accommodates the display. The printed circuit board containing the electronics for converting the electrical signal into an audio signal can be placed on the same half of the meter body on the display or on the bottom of the device. The device can be powered by a set of batteries or by an AC / DC voltage source, both symmetrical, which serves as a power source for the electronic circuit. The electrodes, indicator and reference, used to measure ionic concentration are those available commercially or in development. The indicator electrode can be selected from a metal electrode, glass (for example, pH), solid-crystalline, ion-selective, ISFET, immobilized biological material (biosensor, for example, enzyme, antibody, deoxyribonucleic acid - DNA and others and gas sensor. The reference electrode used for the analyzer can also be a solid state reference electrode. The accessibility analyzer consists of an electronic interface containing a high impedance operational amplifier (opamp) in a buffer configuration ( Horowitz, P .; Hill, W. The Art of Electronics. 3Th edition, Cambridge University Press: New York, United States, 2015; 1225p.), Which can be purchased from different manufacturers (Texas, Analog devices, Maxim, NEC) The non-inverting input of the opamp is connected to the indicator electrode and to the system ground, the reference electrode.The output of the opamp after the “amplification” step is connected to the analog / digital (A / D) input of a microcontrollerwhich can be of several brands (Texas, Atmel, Microchip). An P2 type audio connector is connected to the digital output of the microcontroller. Through software developed in C language and embedded in the microcontroller, the electrical potential measured by the electrochemical cell, consisting of the indicator and reference electrode, is converted into a sound frequency in the range of 130.81 to 659.26 Hz. These extremes correspond to musical notes C3 (c), one octave below the perfect octave C4 and, E5 (mi), one octave above the perfect octave E4. Each musical note corresponds to a negative logarithm value of the ion of interest (pX) with an accuracy of 0.5 units. This accuracy in the pH value can be improved by expanding the value of the musical scale. The visually impaired person can then hear the pH value measured by the sensor through the device's audio output using a headphone. The sound emitted corresponds to a square wave, since the digital output of the microcontroller can only assume two values, 0 or 5 Volts. The ion analyzer can exchange data with a microcomputer through a communication protocol. The device should be used mainly in teaching activities, but not limited to it.

[005] O analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais com as características descritas acima poderá ser melhor compreendido através da seguinte descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, onde:[005] The ion analyzer with accessibility for the visually impaired with the characteristics described above can be better understood through the following detailed description, in line with the attached figures, where:

[006] A FIGURA 1 representa um corpo de aparelho dividido em duas partes, o lado da frente (A) e o lado de trás (B) do analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais, onde uma das partes tem as aberturas apropriadas para os conectores. Na vista da lateral do corpo do aparelho, na borda da frente, serão colocados os conectores do tipo BNC e P2 para a ligação dos eletrodos, indicador combinado com eletrodo de referência e fone de ouvido, respectivamente.[006] FIGURE 1 represents an apparatus body divided into two parts, the front side (A) and the back side (B) of the ion analyzer with accessibility for the visually impaired, where one of the parts has the appropriate openings for the connectors. In the side view of the device body, on the front edge, connectors of the BNC and P2 type will be placed for the connection of the electrodes, indicator combined with reference electrode and headset, respectively.

[007] A FIGURA 2 representa o diagrama em bloco do circuito eletrônico do aparelho;[007] FIGURE 2 represents the block diagram of the device's electronic circuit;

[008] Com referência a estas figuras, pode-se observar a parte frontal do aparelho (1A) com o corte para um display (a), sendo a caixa dotada de dois orifícios uma para a colocação de um conector BNC (b) usado como padrão em eletrodos combinados potenciométricos, e um orifício padrão de 0,35 mm para um conector de áudio tipo P2 (c).[008] With reference to these figures, it is possible to observe the front part of the device (1A) with the cut for a display (a), the box being provided with two holes one for the placement of a BNC connector (b) used as standard on combined potentiometric electrodes, and a standard 0.35 mm hole for a P2 type audio connector (c).

[009] A caixa (1A) é fechada por um compartimento (1B) contendo orifícios (d) para a fixação através de parafusos a caixa (1A) e uma abertura para colocação de baterias (e). Uma lâmina (1C) fecha a abertura para a colocação de baterias (e).[009] The box (1A) is closed by a compartment (1B) containing holes (d) for fixing the box (1A) with screws and an opening for placing batteries (e). A blade (1C) closes the opening for placing batteries (e).

[010] A caixa (1) conjuga as funções de coletar os dados potenciométricos dos íons e convertê-los em sinal de áudio, de acordo com o diagrama de bloco do circuito eletrônico do aparelho (2).[010] Box (1) combines the functions of collecting the potentiometric data of the ions and converting them into an audio signal, according to the block diagram of the device's electronic circuit (2).

Claims

“Analisador de ions com acessibilidade para deficientes visuais” caracterizado por ser constituído de baterias ou fonte de tensão AC/DC, uma placa de circuito impresso contendo a eletrônica potenciométrica, um microcontrolador com conexão a saída de áudio, um módulo display touch-screen, um eletrodo indicador, um eletrodo de referência e um fone de ouvido;“Ion analyzer with accessibility for the visually impaired” characterized by being made up of batteries or AC / DC voltage source, a printed circuit board containing potentiometric electronics, a microcontroller with connection to audio output, a touch-screen display module, an indicator electrode, a reference electrode and a headset;

“Analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo eletrodo indicador podendo ser um eletrodo metálico, um eletrodo de membrana de vidro, líquido ou de estado sólido, um eletrodo íon-seletivo, um eletrodo ISFET, um eletrodo com material biológico imobilizado (biossensor) ou um sensor de gás;“Ion analyzer with accessibility for the visually impaired” according to claim 1, characterized by the indicator electrode which can be a metal electrode, a glass, liquid or solid state membrane electrode, an ion-selective electrode, an ISFET electrode, an electrode with immobilized biological material (biosensor) or a gas sensor;

“Analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais” de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo eletrodo indicador e de referência poderem ser substituídos;“Ion analyzer with accessibility for the visually impaired” according to claim 2, characterized in that the indicator and reference electrodes can be replaced;

“Analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais” de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo sinal da medida do potencial elétrico desenvolvido na superfície do eletrodo indicador ser convertido em som na faixa de frequência audível do ser humano;“Ion analyzer with accessibility for the visually impaired” according to claim 2, characterized by the signal of the measurement of the electric potential developed on the surface of the indicator electrode being converted into sound in the audible frequency range of the human being;

“Analisador de íons com acessibilidade para deficientes visuais” de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela troca de dados com um microcomputador através de um protocolo de comunicação.“Ion analyzer with accessibility for the visually impaired” according to claim 2, characterized by the exchange of data with a microcomputer through a communication protocol.