Radiofrequency Absorbance as a Novel Concentration Indicator in Sucrose Aqueous Solutions

• Published in: Ingeniería e investigación Vol. 43; no. 1
• Main Authors: Yagüe Jiménez, Virginia, Blanco Murillo, José Luis, Coronel Gaviro, Javier
• Format: Journal Article
• Language: Spanish
• Published: 2023
• Subjects: Absorbance Spectra; Aqueous Solutions; Espectro de Absorción; Radio Deifinida por Software; Radiofrecuencia; Radiofrequency; Software Defined Radio; Soluciones Acuosas
• ISSN: 0120-5609; 2248-8723

Microwave-based methods have been used for years to monitor processes, tests, and substance mixtures. Solutions must preserve sample integrity and avoid time-consuming procedures to scale inline industrial applications and promote on-field tests. Today, testing procedures use portable, cost-effective devices operating on wide frequency ranges to perform low-power, wide-band microwave dielectric spectroscopy. This paper describes a proof of concept using SDR technology to match all these requirements. A prototype was tested for measuring sucrose-in-water solutions at different concentrations, which resulted in a novel concentration indicator based on radiofrequency absorbance. This application is critical for in-line monitoring and on-field testing in the food and beverage industries. The proposed method delivered robust, replicable, and reliable results. High levels of significance (> 99%) were achieved in statistical tests in the frequency range of 4 125 to 4 410 MHz. The indicator was shown to be sensitive to concentrations below those reported in the literature and could be easily integrated into non-destructive early chemical evaluation for food quality and production monitoring or into on-field testing devices, to name some applications. Los métodos basados en microondas se han utilizado durante años para monitorizar procesos, pruebas y mezclas de sustancias. Estas soluciones buscan preservar la integridad de las muestras y evitar procedimientos lentos para escalar aplicaciones industriales en línea y promover pruebas en campo. Actualmente, los procedimientos de prueba emplean dispositivos portátiles y económicos que operan en amplios rangos de frecuencia para realizar espectroscopia dieléctrica de microondas de baja potencia y banda ancha. Este artículo describe una prueba de concepto que emplea la tecnología SDR para cumplir con todos estos requisitos. Se evaluó un prototipo para la medición de soluciones de sacarosa en agua a diferentes concentraciones, lo cual derivó en un nuevo indicador de concentración basado en la absorbancia por radiofrecuencia. Esta aplicación es crucial para la monitorización en línea y la realización de pruebas en campo en la industria alimentaria y de bebidas. El método propuesto aportó resultados robustos, replicables y confiables. Se alcanzaron altos niveles de significancia (> 99%) en las pruebas estadísticas en el rango de 4 125 a 4 410 MHz. Este indicador demostró ser sensible a concentraciones inferiores a las reportadas en la literatura y podría integrarse fácilmente en la evaluación química temprana no destructiva de la calidad de los alimentos y el control de la producción, o incluso en dispositivos de prueba en campo, por nombrar algunas aplicaciones.