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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE QUÍMICA DE SÃO CARLOS
Thalita Rocha SacilotoThalita Rocha SacilotoThalita Rocha SacilotoThalita Rocha Saciloto
Desenvolvimento e aplicação de eletrodos compósitos
impressos à base de grafite e poliuretana
SÃO CARLOS
2014
Thalita Rocha SacilotoThalita Rocha SacilotoThalita Rocha SacilotoThalita Rocha Saciloto
Desenvolvimento e aplicação de eletrodos compósitos
impressos à base de grafite e poliuretana
Tese apresentada ao Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutor em Ciências.
Área de concentração: Química Analítica e Inorgânica
Orientador: Prof. Dr. Éder Tadeu Gomes Cavalheiro
SÃO CARLOS
2014
DedicatDedicatDedicatDedicatórióriórióriaaaa
Aos meus pais: Claudio e Lenita Aos meus pais: Claudio e Lenita Aos meus pais: Claudio e Lenita Aos meus pais: Claudio e Lenita
Pelos ensinamentos, orientações
e infinito amor dado à mim!
Ao meu irmão: RamonAo meu irmão: RamonAo meu irmão: RamonAo meu irmão: Ramon
Pelo carinho e amizade sempre.
Nosso elo é eterno!
ÀÀÀÀ minha tia :Lessandraminha tia :Lessandraminha tia :Lessandraminha tia :Lessandra
Por todo carinho e cuidado
em todos esses anos da minha vida.
Ao meu namorado: João Ao meu namorado: João Ao meu namorado: João Ao meu namorado: João
Por ter se tornado minha motivação diária e me provar que as dificuldades
ficam insignificantes quando se sonha junto.
AgradecimentosAgradecimentosAgradecimentosAgradecimentos
Primeiramente a Deus, por me conceder saúde e paz em todos esses anos.
Ao Instituto de Química de São Carlos – USP, pelo apoio institucional e
instalações necessárias para o desenvolvimento deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Éder Tadeu Gomes Cavalheiro, pela oportunidade de
trabalharmos juntos, pelas discussões científicas, pela atenção dispensada a
mim quando necessário, e acima de tudo, pela ótima convivência e boas
risadas. Sou muito grata a você!
Ao Prof. Dr. Gilberto Orivaldo Chierice, pelo acolhimento, amizade e
ensinamentos.
À Priscila, pela grande amizade construída que levarei comigo por toda
vida. Pela ajuda indispensável desde o primeiro dia em que entrei no
laboratório, pelas infinitas discussões produtivas e improdutivas, por todas
as viagens e congressos que fizemos juntas, pela torcida sempre, tanto na
minha vida pessoal quanto profissional e, acima de tudo, pela humildade e
competência, tão rara em profissionais capacitados. Valeu por tudo, Pri!
Aos amigos do LATEQS e do GQATP: Ana Paula, Abigail, Adriana, Amanda,
Arley, Aline, Beatriz, Carol, Eliene, Fernanda, Fellipy, Gabriela, Glauco,
Graziela, Hellen, Janaína, Letícia, Lídia, Luis, Marli, Manoel Carlos, Marco,
Mônia, Onias, Pedro, Renata, Rita, Roberta e Sidney (Puff). À vocês, o meu
muito obrigada! Não só pelas inúmeras ajudas, mas por fazerem com que os
meus dias de trabalho transcorressem de maneira muito mais agradável e
divertida. Lembrarei sempre de vocês com muito carinho.
Aos técnicos do laboratório LATEQS e GQATP: Ana Paula Garcia Ferreira,
Priscila Cervini Assumpção, Antônio José Reimer (Toninho) e Salvador Claro
Neto, pela amizade e ajuda.
Às minhas amigas de Piracicaba: Vinha e Jú, que me acompanham e me
apoiam desde quando nasci e, em especial à Lú, por todo amor, cuidado e
dedicação dado a mim desde os meus primeiros anos de minha vida!
À minha amiga Paula, por toda força, amizade e companheirismo
incondicional, sempre me ajudando a enxergar que sou mais forte do que
penso ser. Sem você certamente seria mais difícil chegar até aqui. Obrigada
por tudo!
Às meninas da república whiskas: Mary, Bia, Má, Caty e Lais, pelos 4 anos
de estudos, festas, pagodes, choros, angústias e acima de tudo, amizade. Foi
com vocês que dividi uma das melhores fases da minha vida e aprendi a ser
uma pessoa melhor.
Às meninas do time de futsal do CAASO: Nat, Path, Jú e Pretinha, e ao meu
treinador Rene, por todos os churrascos, treinos, jogos e gols que fizemos
juntos. Em especial, à Nat, por todos os almoços, shakes e cia insubstituível de
academia. Minhas melhores risadas certamente foi com você!
Aos meus sogros, Cleusa e João e meus cunhados, Karina e Daniel, por
sempre me acolherem em São Carlos com muito carinho. E à minha cunhada
Priscila, pelo carinho e apoio mesmo de longe.
Aos funcionários da Biblioteca Prof. Johannes Rudiger Lechat do IQSC-USP,
pela dedicação e pelos serviços prestados.
Aos funcionários da Seção de Pós-Graduação do IQSC-USP, por todos os
serviços prestados.
Ao Prof. Dr. José Anchieta Gomes Neto e Felipe Manfroide, pelas medidas
espectroscópicas realizadas nas amostras de etanol combustível.
À FAPESP pela bolsa concedida (2010/05913-6).
Enfim, a todos que de alguma forma colaboraram para que este trabalho
fosse realizado, os meus mais sinceros agradecimentos.
Conquistas sem riscos são sonhos sem méritos.
Ninguém é digno dos sonhos se não usar a derrota para cultivá-los
(Augusto Cury)
RESUMO
Um método de fabricação para eletrodos compósitos impressos à base de grafite
e resina poliuretana (EIGPU) foi desenvolvido, iniciando-se pela tinta e processo para a
impressão, além da otimização dos parâmetros para garantir a aplicabilidade e
maximização da resposta dos mesmos. Os parâmetros otimizados na fabricação da tinta
foram a composição de 60% grafite e 40% poliuretana (m/m), a natureza e quantidade
de solvente, dimensão do conjunto impresso, quantidade de demãos aplicadas no
processo de “screen-printing”, espessura da máscara adesiva e o tipo de isolante que
define os contatos elétricos e a área ativa do eletrodo. Também foi proposto e
desenvolvido um procedimento de ativação da superfície do eletrodo, que consiste em
uma compressão do compósito, seguido de tratamento eletroquímico da superfície do
eletrodo de trabalho, que se mostraram fundamentais para o desempenho adequado do
sensor. Os resultados desses estudos inciais foram avaliados usando K3[Fe(CN)6], como
sonda eletroquímica. Em seguida, o EIGPU foi avaliado quanto ao seu potencial para
determinação de analitos de interesse farmacológico, usando como modelo o
paracetamola (APAP) e suas misturasb com cafeína (CAF) em amostras de fármacos
(LOD=0,81a, 0,84b(APAP), 1,6b(CAF) µmol L-1); ambiental: Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+
simultaneamente em amostras de etanol combustível (LOD=300, 65, 30, 46 nmol L-1,
respectivamente) e biológico: epinefrina (EP) em amostras artificiais de fluido cérebro-
espinal sintético (LOD=42,8 e 768 nmol L-1, para DPV e SWV, respectivamente). Para
isso, foram usadas Voltametria Cíclica (CV), Voltametria de Pulso Diferencial (DPV),
Voltametria de Pulso Diferencial de RedissoluçãoAnódica(DPASV) e Voltametria de
Onda Quadrada (SWV). Na determinação dos analitos de interesse ambiental, os
eletrodos impressos foram modificados com sílica SBA-15, antes e após
organofuncionalização com a espécie benzotiazol-2-tiol. Os compósitos modificados
foram preparados substituindo quantidades correspondentes de pó de grafite de modo a
obter eletrodos com 5% (m/m) do modificador. Antes de realizar as análises, foram feitas
as otimizações dos parâmetros envolvidos em cada técnica escolhida e obtidas as
curvas analíticas. Em seguida, o EIGPU foi utilizado na determinação dos analitos nas
respectivas matrizes. A quantidade dos analitos presentes nas amostras foi determinada
pelo método de adição de padrão, em triplicata. Os resultados foram comparados com
aqueles obtidos por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e Espectroscopia
de Absorção Atômica (AAS), para as análises farmacêuticas e ambientais,
respectivamente.
ABSTRACT
A method for the fabrication of a graphite polyurethane composite based screen
printed electrodes (EIGPU) was proposed by developing a ink and a imprinting
procedure after optimizing parameters such as ink composition 60% graphite and 40%
polyurethane (m/m), nature and quantity of solvent, dimensions of the electrode set,
number of ink layers, deepness of the adhesive mask and nature of the insulating that
defines the active electrode area and the electrical contacts. Procedures for activating
the electrode surface, by mechanically compressing the ink followed by an
electrochemical treatment of the surface were also developed. The results of this phase
were evaluated using K3[Fe(CN)6] as an electrochemical probe. Than the EIGPU was
evaluated regarding its potentialities for the determination of analytes with
pharmacological interest using paracetamola (APAP) and its mixturesb with caffeine
(CAF) in pharmaceutical formulations (LOD=0,81a, 0,84b(APAP), 1,6b(CAF) µmol L-1),
environmental relevance as metal ions Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ determined
simultaneously in ethanol fuel samples (LOD=300, 65, 30, 46 nmol L-1, respectively) and
biologically important as epinephrine (EP) contained in artificial cerebro-spinal fluid.
(LOD=42,8 e 768 nmol L-1, for DPV e SWV, respectively).These applications were
achieved by means of Cyclic Voltammetry (CV), Differential Pulse Voltammetry (DPV),
Square Wave Voltammetry (SWV) and Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry
(DPASV). In the determination of the metal ions in ethanol fuel, the electrodes were
modified with SBA-15 silica organofunctionalized with benzothiazol-2-thiol. The
composities were prepared by substituting corresponding amounts of graphite powder in
order to have 5% (m/m) of the modifier in the final device. Before performing the analysis
several parameters were optimized for each case for each technique before measuring
the analytical curves. After, the EIGPU was used in the determination of the different
analytes in the chosen matrices. The amount of analytes present in the samples was
determined using addition method in triplicate. The results were compared with those
obtained using high performance liquid chromatography (HPLC) and Atomic Absorption
Spectrocopy (AAS), as comparision methods.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
∆∆∆∆Ep - Diferença de potencial
a- Amplitude de pulso
AA - Ácido Áscórbico
AAS - Espectroscopia de Absorção Atômica
Ag/AgCl- Prata/Cloreto de Prata
AINE - Anti-Inflamatório Não Esteróide
APAP - Paracetamol
AU - Ácido Úrico
b - Coeficiente angular da reta
BIA - Batch Injection Analysis
BS - Borracha de Silicone
CAF- Cafeína
CSF - Fluido Cérebro-Espinal
CV - Voltametria Cíclica
DA - Dopamina
DPASV - Voltametria de Redissolução Anódica de Pulso Diferencial
DPV - Voltametria de Pulso Diferencial
Eac - Potencial de acumulação
EGM - Eletrodo Gotejante de Mercúrio
EIGPU - Eletrodo compósito impresso à base de grafite e poliuretana
EIGPU SBA-15 - Eletrodo compósito impresso à base de grafite e poliuretana
modificado com sílica SBA-15
EIGPU-MO - Eletrodo compósito impresso à base de grafite e poliuretana modificado
com sílica SBA-15 organofuncionalizada com benzotiazol-2-tiol
EP - Epinefrina
Epa - Potencial de pico anódico
FA - Ácido fólico
GFAAS - Espectroscopia de Absorção Atômica com Forno de Grafite
GQATP - Grupo de Química e Tecnologia de Polímeros
HMI - Home Made Ink
HPLC - Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
HR-CS-FAAS - Espectrometria de Absorção Atômica de Alta Resolução com Chama
de Fonte Contínua
Ipa - Corrente de pico anódica
Ipc - Corrente de pico catódica
Kf - Constante de formação
Ka - Constante de acidez
LOD - Limite de detecção
MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura
MIP - Polímero Molecularmente Impresso
MTX - Metotrexato
OTC -Oxitetraciclina
PU - Poliuretana
PVC - Cloreto de Polivinila
R- Coeficiente de correlação linear
sd- Desvio padrão do branco
SPE - Screen Printed Electrode
SWASV - Voltametria de Redissolução Anódica de Onda Quadrada
SWV - Voltametria de Onda Quadrada
TC - Tetraciclina
ν - Velocidade de varredura
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Publicações referentes ao uso dos eletrodos impressos. (Fonte: ISI Web of Knowlodge para tópicos de Química e Eletroquímica – palavra chave: “Screen-printed Electrodes”) – até setembro 2014...................................................................................35 Figura 2 - Esquema do eletrodo impresso após processo de impressão da tinta no substrato inerte. A área ativa dos eletrodos e a área de contato elétrico são definidas pela tinta isolante. Fonte: Autoria própria...............................................................................................36 Figura 3 - Fórmula estrutural do benzotiazol-2-tiol utilizado na funcionalização da sílica.....49 Figura 4 - Fórmula estrutural das metilxantinas.................................................................52
Figura 5 - Fotografia mostrando: (a) Máquina de recorte utilizada na confecção da máscara adesiva, (b) Agulha da máquina fazendo o contorno dos eletrodos no adesivo....................73 Figura 6 - Desenho do eletrodo no software CorelDraw, contendo (a) eletrodo de trabalho, (b) eletrodo auxiliar e (c) contato elétrico para o eletrodo de referência................................74 Figura 7 - Fotografia mostrando a placa de PVC 0,3 mm e a máscara adesiva contendo o recorte dos eletrodos..............................................................................................................74 Figura 8 - Fotografia da máscara adesiva contendo os eletrodos recortados, sendo fixada na placa de PVC, com auxílio de uma máscara transparente................................................75 Figura 9 - Fotografia mostrando:(a) Exposição dos eletrodos recortados no adesivo e (b) Vista do adesivo sobre a placa de PVC, expondo as formas a serem impressas.................76 Figura 10 - Fotografia da máscara adesiva sobre a placa de PVC, após aplicação da tinta.........................................................................................................................................76 Figura 11 - Fotografia mostrando: (a) remoção da primeira parte da máscara adesiva, expondo o conjunto impresso e (b) remoção da segunda parte da máscara adesiva, expondo a forma dos eletrodos..............................................................................................77 Figura 12 - Fotografia dos eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de referência, já impressos, com o compósito curado e fixado sobre a placa de PVC.........................................................................................................................................78 Figura 13 - Fotografia do eletrodo impresso pronto, contendo a cola de Ag/AgCl e o isolante PU definindo as áreas de contato elétrico e a área de atuação do eletrodo..........................78 Figura 14 - Dependência da corrente de pico anódica (Ipa) e catódica (Ipc) com o número de ciclos de varredura.................................................................................................................93 Figura 15 - Voltamogramas cíclicos para os eletrodos: tratado e não-tratado em solução de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de APAP e velocidade de varredura de 25 mV s-1...........................................................................................................94
Figura 16 - Voltamogramas cíclicos obtidos com o eletrodo impresso comercial de carbono (DropSens®), com e sem tratamento eletroquímico, em solução de 1,0 x 10-4 mol L-1 de APAP, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, ν = 25 mV s-1..................................95 Figura 17 - Voltamogramas cíclicos obtidos com o EIGPU e com o eletrodo impresso comercial de carbono em solução de 1,0x10-4 mol L-1 de APAP, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1,pH 6,0, ν = 25 mV s-1...........................................................................................95 Figura 18 - Voltamogramas de DPVobtidos com o EIGPU com tratamento eletroquímico, porém sem compactação, em comparação com o eletrodo impresso comercial, com e sem ativação da superfície, em tampão fosfato 0,1 mol L-1,pH 6,0, com ν = 25mV s-1, em solução de APAP 1,0 x 10-4mol L-1.......................................................................................................97
Figura 19 - Voltamogramas de DPV (a) com o EIGPU antes e depois da compactação e (b) com o EIGPU compactado em comparação com um eletrodo impresso comercial, em tampão fosfato 0,1 mol L-1,pH 6,0,com ν= 25mV s-1, em solução de APAP 1,0 x 10-4 mol L-1.....................................................................................................................................98
Figura 20 - Voltamogramas de DPV obtidos para o paracetamol e cafeína, em tampão fosfato 0,1 mol L-1,pH 6,0, amplitude de pulso de 75 mV e ν = 25 mV s-1...........................109 Figura 21 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU. As concentrações em mol L-1 de (a) APAP são: (1) 1,0 x 10-6, (2) 4,0 x 10-6, (3) 8,0 x 10-6, (4) 1,0 x 10-5, (5) 2,0 x 10-5, (6) 4,0 x 10-5, (7) 8,0 x 10-5, (8) 1,0 x 10-4, (9) 2,0 x 10-4. (b) CAF são: (1) 1,0 x 10-6, (2) 4,0 x 10-6, (3) 1,0 x 10-5, (4) 4,0 x 10-5, (5) 8,0 x 10-5, (6) 1,0 x 10-4, (7) 1,8 x 10-4, (8) 2,0 x 10-4. Detalhe: Dependência linear da corrente de pico com a concentração de cada analito. As condições são descritas no texto...........................................................................................................111 Figura 22 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU para (a) APAP e (b) CAF variando as concentrações (mol L-1) entre (1) 1,0 x 10-6 , (2) 4,0 x 10-6, (3) 8,0 x 10-6 , (4) 1,0 x 10-5, (5) 2,0 x 10-5, (6) 4,0 x 10-5, (7) 8,0 x 10-5, (8) 1,0 x 10-4, (9) 2,0 x 10-4, na presença de 6,0 x 10-5 mol L-1 do outro analito.........................................................................................113 Figura 23 - (a) Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU para APAP e CAF em tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, nas concentrações, em mol L-1, de:(1) 1,0 x 10-6 , (2) 2,0 x 10-6 (3) 4,0 x 10-6, (4) 8,0 x 10-6 , (5) 1,0 x 10-5, (6) 2,0 x 10-5, (7) 4,0 x 10-5, (8) 8,0 x 10-5, (9) 1,0 x 10-
4, (10) 2,0 x 10-4. (b) Curvas analíticas para o paracetamol e a cafeína...............................114
Figura 24 - (a) Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU na determinação de [APAP] = 4,0 x 10-5 mol L-1 e [CAF] = 1,0 x 10-5 mol L-1. (b) Curvas de adição de padrão para o paracetamol e a cafeína.......................................................................................................115 Figura 25- Microscopia eletrônica de varredura para o (a) EIGPU e (b) EIGPU-MO...........120
Figura 26 - Voltamogramas de DPASV para os eletrodos: EIGPU, EIGPU SBA-15 e EIGPU-MO obtidos na presença de 5,0 x 10-5 mol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de KCl 0,1 mol L-1, pH 3,0. Potencial de acumulação de -1,1 (vs.pseudo-Ag/AgCl) V, tempo de pré-concentração de 300s,ν = 10 mV s-1e a = 50 mV.................................................................121
Figura 27 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, variando-se o potencial de acumulação, com tempo de pré-concentração de 300 s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV.............................................................................................................................125
Figura 28 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/diferentes eletrólitos suportes, com potencial de acumulação de -1,3 (vs.pseudo-Ag/AgCl) V, tempo de pré-concentração de 300 s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV.....................................................................................126 Figura 29 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, em diferentes concentrações de [H+], com potencial de acumulação de -1,3 (vs.pseudo-Ag/AgCl) V, tempo de pré-concentração de 300 s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV...................................................128
Figura 30 - Efeito da concentração hidrogeniônica na intensidade da corrente de pico anódica. Valores de Ipa obtidas a partir da Figura 32............................................................129
Figura 31 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, amplitude de (a) 25 mV e (b) 50 mV, variando a velocidade de varredura entre 5,0 e 25 mV s 1...................130
Figura 32 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, com velocidade de varredura de (a) 10 mV s-1 e (b) 25 mV s-1, variando o tempo de pré-concentração entre 60 e 600 s.............................................................................................................................131
Figura 33 - (a) Dependência dos voltamogramas de DPASV com as concentrações (mol L-1) de Zn2+: (1) 1,0 x 10-6, (2) 1,5 x 10-6, (3) 2,5 x 10-6, (4) 4,5 x 10-6, (5) 7,5 x 10-6, (6) 8,5 x 10-6 e (7) 1,0 x 10-5; Pb2+, Cu2+ e Hg2+: (1) 4,0 x 10-7, (2) 6,0 x 10-7, (3) 8,0 x 10-7, (4) 1,0 x 10-6, (5) 2,0 x 10-6, (6) 4,0 x 10-6 e (7) 6,0 x 10-6, em 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, com os parâmetros descritos anteriormente. (b) Curvas analíticas obtidas para os quatro íons metálicos...............................................................................................................................133
Figura 34 - (a) Voltamogramas de DPASV, obtidos com o EIGPU-MO, na determinação de [Zn2+] = 5,0 µmol L-1, [Pb2+] = 0,4 µmol L-1, [Cu2+] = 0,8 µmol L-1 e [Hg2+] = 0,4 µmol L-1, com as condições otimizadas descritas anteriormente. (b) Curvas de adição de padrão para os quatro íons metálicos............................................................................................................138
Figura 35 - Voltamogramas cíclicos obtidos com o EIGPU, mostrando 4 ciclos sucessivos, na presença de 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP, em meio de L-1 tampão fosfato 0,1 mol, pH 7,0, ν = 25 mV s-1.........................................................................................................................143 Figura 36 - Voltamogramas cíclicos para o EIGPU na presença de 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP, variando as velocidades de varredura entre 10 - 150 mV s-1, em meio de tampão fosfato, 0,1 mol L-1, pH 7,0. (a) 1º ciclo de varredura, (b) 2º ciclo de varredura......................................144
Figura 37- Relação da corrente de pico anódica(Ipa) e catódica (Ipc) com a velocidade de varredura..............................................................................................................................145
Figura 38 - Gráfico da relação linear entre a variação de pH vs. Epa e pH vs. Ipa, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP.............................................146
Figura 39 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU, para as concentrações de EP, em mol L-1, de: (1) 1,0 x 10-6, (2) 2,0 x 10-6, (3) 4,0 x 10-6, (4) 6,0 x 10-6, (5) 8,0 x 10-6, (6) 1,0 x 10-5, (7) 2,0 x 10-5, (8) 4,0 x 10-5 e (9) 6,0 x 10-5. No detalhe: dependência linear da corrente de pico com a concentração da EP......................................................................................148
Figura 40 - Voltamogramas de SWV obtidos com o EIGPU, para as concentrações de EP, em mol L-1, de: (1) 1,0 x 10-6, (2) 2,0 x 10-6, (3) 4,0 x 10-6, (4) 6,0 x 10-6, (5) 8,0 x 10-6, (6) 1,0 x 10-5, (7) 2,0 x 10-5, (8) 4,0 x 10-5 e (9) 6,0 x 10-5. No detalhe: dependência linear da corrente de pico com a concentração da EP......................................................................................149
Figura 41 - Voltamogramas de DPV para o EIGPU, tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,5, contendo 20 µmol L-1 de EP, na presença de ( ) 10,0 ( ) 20,0 e ( ) 40,0 µmol L-1 de (A) AU, (B) AA, (C) DP...............................................................................................................152
Figura 42 - (a) Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU, na determinação de [EP] = 3,0 µmol L-1,com as condições otimizadas descritas anteriormente. (b) Curvas de adição de padrão para a EP..................................................................................................................154 Figura 43 - (a) Voltamogramas de SWV, obtidos com o EIGPU, na determinação de [EP] = 3,0 µmol L-1,com as condições otimizadas descritas anteriormente. (b) Curvas de adição de padrão para a EP..................................................................................................................155
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resumo dos resultados descritos e outras aplicações utilizando eletrodo impresso, incluindo tipos de eletrodos, técnicas, limite de detecção e referências................45 Tabela 2 - Medicamentos utilizados nas análises farmacêuticas..........................................69 Tabela 3 - Amostras de etanol combustível utilizadas nas análises ambientais....................69 Tabela 4 - Substâncias utilizadas na preparação do CSF para as análises biológicas........70 Tabela 5- Valores da corrente anódica e da diferença de potencial, obtidas para os eletrodos confeccionados com diferentes quantidades de máscara adesiva e para o eletrodo impresso comercial.................................................................................................................................90 Tabela 6 - Otimização dos parâmetros na confecção dos eletrodos impressos....................92 Tabela 7 - Correntes de pico e potenciais de oxidação do APAP,observados no EIGPU e no eletrodo impresso comercial...................................................................................................96 Tabela 8 - Resistência Ôhmica dos EIGPU´s confeccionados e tratados de diferentes maneiras...............................................................................................................................100 Tabela 9 - Parâmetros otimizados e as melhores condições para a determinação de APAP..........................................................................................................................103 Tabela 10 - Região linear, limite de detecção (LOD) e equação da reta, obtidos para o paracetamol..........................................................................................................................104 Tabela 11 - Determinação de APAP em formulações farmacêuticas usando EIGPU/CV e HPLC....................................................................................................................................104 Tabela 12 - Coeficientes de recuperação de paracetamol em quatro formulações farmacêuticas.......................................................................................................................105 Tabela 13 - Otimização dos parâmetros de DPV para paracetamol e cafeína....................108 Tabela 14 - Determinação simultânea de APAP e CAF em formulações farmacêuticas usando EIGPU/DPV e HPLC................................................................................................116 Tabela 15 - Coeficientes de recuperação de APAP e de CAF nastrês formulações farmacêuticas analisadas.....................................................................................................117 Tabela 16 - Correntes anódicas observadas em 5,0 x 10-5 mol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, determinados simultaneamente nos eletrodo não-modificado e modificadosa.....................122 Tabela 17- Valores das correntes anódicas obtidas com o EIGPU em soluções com diferentes porcentagens de etanol no meio..........................................................................124
Tabela 18 - Otimização dos parâmetros para o EIGPU-MO, com as melhores condições..............................................................................................................................132 Tabela 19 - Região linear, limite de detecção e equação da reta para os quatro íons metálicos...............................................................................................................................134 Tabela 20 - Efeitos de cátions e ânions na resposta voltamétrica dos íons metálicos, utilizando as condições otimizadas, comparando as soluções com e sem a espécie interferente............................................................................................................................136 Tabela 21 - Comparação entre as concentrações dos íons metálicos, obtidas pelo método proposto e o método recomendado, para três amostras comerciais de etanol combustível...........................................................................................................................139 Tabela 22 - Coeficientes de recuperação de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ nas três amostras comerciais de etanol combustível analisadas......................................................................140 Tabela 23 - Otimização dos parâmetros das técnicas de DPV e SWV para epinefrina.......147 Tabela 24 - Região linear, sensibilidade, limite de detecção (LOD) e o coeficiente de correlação linear obtidos para a EP, utilizando DPV e SWV................................................150 Tabela 25 - Efeitos do ácido úrico, ácido ascórbico e dopamina na resposta voltamétrica de soluções 20 µmol L-1 de epinefrina, comparando as soluções com e sem a espécie interferente............................................................................................................................153 Tabela 26 - Determinação de EP no fluido cérebro-espinal sintético..................................156
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 23
1.1 Proposta e Justificativa do Trabalho ............................................................. 23
1.2 Considerações sobre sensores eletroquímicos e eletroanálise .................... 24
1.3 Eletrodos compósitos .................................................................................... 26
1.4 Resina poliuretana (PU) ................................................................................ 28
1.5 Revisão bibliográfica de eletrodos compósitos à base de grafite e poliuretana
............................................................................................................................ 30
1.6 Eletrodos impressos...................................................................................... 34
1.6.1 Processo de fabricação dos eletrodos impressos ............................................ 37
1.6.2 Propriedades das tintas .................................................................................... 38
1.7 Revisão bibliográfica de eletrodos impressos ............................................... 39
1.8 Considerações sobre sílicas mesoporosas ................................................... 47
1.9 Analitos avaliados ......................................................................................... 49
1.9.1 Paracetamol ..................................................................................................... 49
1.9.1.1 Comportamento eletroquímico do paracetamol........................ 51
1.9.2 Cafeína ............................................................................................................. 52
1.9.2.1 Comportamento eletroquímico da cafeína ............................... 54
1.9.3 Íons metálicos: Zinco(II), Chumbo(II), Cobre(II) e Mercúrio(II) ......................... 55
1.9.3.1 Mecanismo de acumulação/redissolução e comportamento de
óxido-redução dos metais na superfície dos eletrodos modificados com
sílica organofuncionalizada .................................................................. 58
1.9.4 Epinefrina ......................................................................................................... 59
1.9.4.1 Comportamento eletroquímico da epinefrina ........................... 61
2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 65
3 PARTE EXPERIMENTAL ...................................................................................... 67
3.1 Reagentes e soluções ................................................................................... 67
3.2 Amostras analisadas ..................................................................................... 68
3.3 Instrumentação ............................................................................................. 70
3.3.1 Medidas voltamétricas ...................................................................................... 70
3.3.2 Eletrodos .......................................................................................................... 71
3.4 Fabricação da tinta........................................................................................ 71
3.5 Método de fabricação dos eletrodos impressos ............................................ 72
3.5.1 Otimização dos parâmetros para a confecção dos eletrodos impressos.......... 79
3.6 Tratamentos da superfície do eletrodo.......................................................... 79
3.7 Medida da resistência ôhmica dos eletrodos compósitos impressos ............ 80
3.8 Preparação dos eletrodos compósitosimpressos grafite-PU modificados com
sílica SBA-15 funcionalizada (EIGPU-MO) ......................................................... 81
3.8.1 Avaliação dos EIGPU-MO na determinação simultânea de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e
Hg2+ ........................................................................................................................... 81
3.9 Procedimentos empregados para a determinação dos analitos em amostras
............................................................................................................................ 82
3.9.1 Determinação de paracetamol em formulações farmacêuticas comerciais ...... 82
3.9.2 Determinação simultânea de paracetamol e cafeína em formulações
farmacêuticas comerciais .......................................................................................... 82
3.9.3 Determinação simultânea de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em etanol combustível .. 84
3.9.4 Determinação de epinefrina em fluido cérebro-espinal sintético ...................... 85
3.10 Método oficial de análise ............................................................................. 86
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 87
4.1 Confecção dos eletrodos impressos ............................................................. 89
4.1.1 Otimização dos parâmetros para o desenvolvimento da tinta e do eletrodo
impresso .................................................................................................................... 89
4.1.2 Tratamentos da superfície do eletrodo impresso ............................................. 92
4.1.2.1 Tratamento eletroquímico ........................................................ 92
4.1.2.2 Tratamento físico ...................................................................... 96
4.1.3 Repetibilidade, reprodutibilidade e estabilidade dos eletrodos impressos
desenvolvidos ............................................................................................................ 99
4.1.4 Medida da resistência ôhmica dos eletrodos compósitos impressos. ............100
4.2 Determinação de paracetamol em formulações farmacêuticas comerciais 103
4.2.1 Otimização dos parâmetros experimentais ....................................................103
4.2.2 Curva analítica ...............................................................................................103
4.2.3 Aplicação do método voltamétrico na determinação de amostras comerciais
................................................................................................................................104
4.2.4 Estudo de interferentes ..................................................................................105
4.3 Determinação simultânea de paracetamol e cafeína em formulações
farmacêuticas comerciais ..................................................................................108
4.3.1 Otimização dos parâmetros experimentais ....................................................108
4.3.2 Determinação individual de paracetamol e cafeína ........................................110
4.3.3Determinação simultânea de paracetamol e cafeína ......................................111
4.3.4 Aplicação do método voltamétrico na determinação de amostras comerciais
................................................................................................................................114
4.4 Determinação simultânea de Zn2+,Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em etanol combustível
..........................................................................................................................119
4.4.1 Efeito da funcionalização química do modificador ..........................................119
4.4.1.1 Caracterização morfológica da superfície dos eletrodos
modificados ........................................................................................119
4.4.1.2 Caracterização eletroquímica da modificação dos eletrodos
impressos ...........................................................................................120
4.4.2 Otimização dos parâmetros experimentais para aplicação do EIGPU em meio
não-aquoso .............................................................................................................123
4.4.2.1 Estudo do efeito da quantidade de etanol no meio ................123
4.4.2.2 Estudo do efeito do potencial de acumulação ........................124
4.4.2.3 Estudo do efeito do eletrólito suporte .....................................126
4.4.2.4 Estudo do efeito da concentração hidrogeniônica do meio ....127
4.4.2.5 Estudo do efeito da velocidade de varredura e amplitude de
pulso ...................................................................................................129
4.4.2.6 Estudo do efeito do tempo de pré-concentração ....................130
4.4.3 Curva analítica ...............................................................................................133
4.4.4 Estudo de interferentes ..................................................................................135
4.4.5 Aplicação do método voltamétrico na determinação de amostras comerciais
................................................................................................................................137
4.5 Determinação de epinefrina em fluido cérebro-espinal sintético .................143
4.5.1 Estudo do comportamento eletroquímico do eletrodo compósito impresso
grafite e PU frente ao processo de oxidação da epinefrina .....................................143
4.5.2 Otimização dos parâmetros experimentais ....................................................147
4.5.3 Curva analítica ...............................................................................................148
4.5.4 Estudo de interferentes ....................................................................151
4.5.5 Aplicação do método voltamétrico na determinação de amostras de CSF
sintético ...................................................................................................................153
5 CONCLUSÕES ....................................................................................................158
Trabalhos Futuros ...................................................................................................161
Outras atividades ....................................................................................................163
Trabalhos apresentados .................................................................................163
Congressos nacionais ..............................................................................163
Congressos internacionais .......................................................................164
Produção bibliográfica resultante deste trabalho ............................................165
Artigos científicos .....................................................................................165
Patente .....................................................................................................165
Prêmio ............................................................................................................165
Estágio Supervisionado em Docência ............................................................166
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................168
Capítulo 1. Introdução
Introdução - 23
1 INTRODUÇÃO
1.1 Proposta e justificativa do trabalho
A química analítica tem sido de grande importância no controle de processos
industriais e no monitoramento ambiental, com diferentes aplicações em áreas tão
diversas quanto a medicina e a biotecnologia. O aumento da demanda das análises
químicas e a necessidade do desenvolvimento de metodologias rápidas, confiáveis e
de baixo custo, capazes de fornecer informações sobre a composição de um
sistema para o monitoramento de espécies químicas tem evoluído de maneira rápida
e acentuada.
Os sensores eletroquímicos descartáveis tem sido uma opção interessante na
aplicação em vários tipos de sistemas, uma vez que podem ser produzidos em
massa, a um baixo custo e sem algumas limitações apresentadas pelos eletrodos
sólidos, como por exemplo a dificuldade da repetibilidade da área ativa entre
polimentos sucessivos.
Nosso grupo de pesquisa vem trabalhando há algum tempo com o eletrodo
compósito sólido convencional de grafite e poliuretana, tendo obtido sucesso em
vários tipos de aplicações analíticas.
Desta forma, o propósito deste trabalho foi desenvolver um método de
fabricação de eletrodos compósitos impressos descartáveis à base de grafite e
resina poliuretana (EIGPU), bem como a tinta para ser usada no processo de
impressão e, posteriormente, avaliar os dispositivos desenvolvidos na determinação
de analitos em três diferentes tipos de amostras: farmacêutica, ambiental e
biológica, utilizando as diferentes técnicas eletroanáliticas de Voltametria Cíclica
Introdução - 24
(CV), Voltametria de Pulso Diferencial (DPV), Voltametria de Redissolução Anódica
de Pulso Diferencial (DPASV) e Voltametria de Onda Quadrada (SWV).
Inicialmente, o paracetamol foi usado como sonda eletroquímica, uma vez
que apresenta comportamento voltamétrico bastante conhecido.
A determinação simultânea clássica de paracetamol e cafeína em
formulações farmacêuticas, representou um desafio ao sensor, dado aos potenciais
relativamente elevados da oxidação da cafeína, devendo o eletrodo ser capaz de
responder adequadamente sob condições relativamente difíceis.
A determinação simultânea de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ foi proposta a fim de
mostrar a possibilidade de modificação dos EIGPU, bastando apenas misturar o
modificador à tinta, além de aplicá-los em análises de amostras de etanol
combustível (um exemplo de meio não-aquoso), o qual pode conter metais pesados
de interesse ambiental.
Por fim, a determinação de epinefrina (EP) em amostras artificiais de fluido
cérebro-espinal sintético foi realizada levando em conta a demonstração do
desempenho do EIGPU nesse tipo de amostra, tendo em vista à importância do
controle dos teores desse hormônio neurotransmissor em fluidos biológicos, uma
vez que alterações nos níveis de concentração de EP no organismo tem sido
associado à diversos distúrbios e doenças neurodegenerativas, como o Mal de
Parkinson e o Alzheimer.
1.2 Considerações sobre sensores eletroquímicos e eletroanálise
O desenvolvimento de sensores eletroquímicos para uso em metodologia
eletroanalítica tem sido uma das áreas de maior avanço da química analítica nos
últimos anos, tendo merecido inúmeras revisões na literatura.1-7 Esse tipo de sensor
Introdução - 25
funciona como um dispositivo capaz de fornecer informações sobre a espécie de
interesse, através da medida de alguma propriedade física ou química, o que
permite o seu monitoramento. Sensores amperométricos e voltamétricos fazem uso
de uma camada quimicamente seletiva, que reconhece o analito e promove a sua
conversão redox em um sinal detectável por meio de um transdutor, usando uma
instrumentação adequada. Estes dispositivos, em geral, funcionam por aplicação de
uma diferença de potencial entre um eletrodo de trabalho e um eletrodo de
referência, o que proporciona a oxidação ou redução da espécie eletroativa sobre o
eletrodo de trabalho e possibilita a medida da corrente resultante,3,5 a qual é
proporcional à concentração do analito. Desta forma, torna-se possível quantificar a
espécie de interesse. A aplicação do potencial pode ser constante durante a medida,
no caso do sensor amperométrico; ou ser realizada empregando-se uma
programação de potencial, no caso do sensor voltamétrico.
As inúmeras possibilidades de confecção de eletrodos a partir de diferentes
materiais eletródicos, com formas e dimensões cada vez mais diferenciados tem
contribuído significativamente para o interesse despertado por este tipo de sensores
nas áreas industrial, ambiental, farmacêutica, clínica médica e outras.8,9 Em adição,
a possibilidade de incorporar espécies na superfície eletródica, visando alterar a
natureza físico-química da interface eletrodo/solução, tem contribuído para melhorar
a seletividade e sensibilidade desses dispositivos nas análises.
A eletroanálise consiste no ramo da química analítica com uma das maiores
diversidades de técnicas disponíveis, além de oferecer metodologias de baixo custo
e aplicações nas mais diversas matrizes, algumas vezes sem necessitar de
tratamento da amostra. Apesar disso, a sua difusão fora dos laboratórios de
pesquisa especializados ainda é muito limitada, devido principalmente a
Introdução - 26
complexidade dos conceitos fundamentais envolvidos nos processos eletródicos.
Felizmente, este quadro tem mudado nos últimos anos, devido à maior divulgação
dos estudos dos mecanismos envolvendo oxidação e redução dos mais diferentes
analitos (compostos inorgânicos, orgânicos e organometálicos) e à crescente
formação de recursos humanos na área. Além disso, tem se observado um
melhoramento vertiginoso na qualidade e tecnologia dos novos equipamentos e
acessórios eletroquímicos, tornando-os mais amigáveis na interface usuário-
equipamento.
1.3 Eletrodos compósitos
Os eletrodos sólidos foram os primeiros a serem utilizados em
eletroquímica.10,11 Com o advento da polarografia, proposta por Heyrovski em
1922, popularizou-se o eletrodo gotejante de mercúrio (EGM), inicialmente
proposto por Kucera em 1903, com grandes vantagens na renovação constante da
superfície e relativa repetibilidade de área.12
Entretanto, as limitações apresentadas pelo EGM em potenciais positivos,
nos quais o mercúrio é oxidado, fez do desenvolvimento de materiais eletródicos
alternativos um campo de pesquisa importante em eletroquímica e eletroanalítica.
Além disto, os problemas ambientais resultantes da toxicidade do Hg e seus
compostos, vêm limitando cada vez mais o seu uso como material de eletrodo,
apesar das vantagens apresentadas por esse.
Por outro lado, os eletrodos metálicos apresentam, como principal
desvantagem, a formação de óxidos na sua superfície, além da dificuldade de
repetibilidade de área superficial entre polimentos sucessivos e do custo de
preparação quando se usam metais nobres, como ouro, platina, etc.11
Introdução - 27
Desta forma, os eletrodos à base de carbono se apresentam como uma
opção interessante, devido ao seu custo relativamente baixo e possibilidade de
preparação usando as diversas formas em que este elemento se apresenta.
A literatura apresenta diversas estratégias para a preparação de eletrodos à
base de carbono, sendo exemplos clássicos os eletrodos de carbono vítreo, grafite
pirolítico, pó de grafite, fibras de carbono, etc.11,13 Dentre estas alternativas pode-se
destacar os eletrodos compósitos que, segundo Tallman e Petersen,14 são
constituídos de pelo menos uma fase condutora misturada a pelo menos uma fase
isolante, resultando em um material com propriedades diferentes dos originais. A
fase condutora é normalmente a grafite e a fase isolante pode ser constituída de
óleos minerais, no caso da pasta de carbono, ou ceras e polímeros, no caso de
compósitos sólidos.
As propriedades elétricas do compósito dependem da natureza de cada
componente, da sua quantidade relativa e da sua distribuição no corpo do material.
A resistência elétrica é determinada pela conectividade das partículas do condutor
no interior do compósito. Isso significa que a quantidade de cada componente do
compósito deve ser estudada para a determinação da composição ideal.15
A principal vantagem dos eletrodos compósitos reside na estabilidade,
principalmente em solventes não aquosos e aplicações em fluxo, além da
resistência mecânica de tais arranjos, melhoria da relação sinal/ruído, com
conseqüente ganho nos limites de detecção, facilidade de preparação e renovação
da superfície, possibilidade de incorporação de modificadores no corpo do eletrodo
e não apenas na superfície, baixo custo na preparação e relativa repetibilidade da
área ativa.16
Introdução - 28
Um exemplo dos polímeros que vem sendo utilizado na confecção de
eletrodos compósitos sólidos são as poliuretanas (PU), como a que foi utilizada
nesse trabalho.
Desde 2002, nosso grupo de pesquisa vem desenvolvendo estudos sobre as
potencialidades analíticas do compósito à base de grafite e poliuretana de origem
vegetal, quando utilizado como material de eletrodos em diversas técnicas
eletroanalíticas e na determinação de vários analitos.17,18
1.4 Resina poliuretana (PU)
Em 1848, Wurtz et al.19 descobriram o uretano (ou uretana), produto da
reação química entre um grupo isocianato e um grupo hidroxila, conforme a
Equação 1.
R N C O + HO R R NH OR
O
(1)
Isocianato Hidroxila Uretano
No entanto, esta descoberta somente teve aplicação comercial nos anos 40,
quando Bayer19 desenvolveu, na Alemanha, os primeiros polímeros à base de
poliuretano.
A polimerização dos uretanos ocorre quando um composto com dois ou mais
grupos isocianato reage com um poliol, ou seja, um álcool polifuncional, conforme a
Equação 2.
Introdução - 29
O C N R1 N C O + HO R2 OH ... O C N
O
R1 N C O R2 O
H H
O
...
Di-isocianato Poliol Poliuretano ......(2)
A tendência mundial para a procura de materiais biodegradáveis e não
poluentes fez com que as pesquisas com poliuretanos de origem vegetal fossem
ampliadas, abrindo novas perspectivas para o seu desenvolvimento. A resina
poliuretana utilizada no presente estudo foi desenvolvida pelo Grupo de Química e
Tecnologia de Polímeros (GQATP) – USP – São Carlos ainda no início dos anos 80.
Essa resina é derivada do óleo de mamona, conhecido também como óleo de
rícino, (em inglês, “Castor oil”), que é uma matéria prima renovável e de origem
natural, contendo cerca de 95% (m/m) de ácido ricinoleico.20,21
As principais vantagens do uso da resina PU de origem vegetal são:
Sustentabilidade ambiental por ser derivada de fonte renovável;
Processo de cura à temperatura ambiente;
Bicomponente, o que confere facilidade de preparação e estocagem;
Possibilidade de incorporação de modificadores, por simples
homogeneização;
Alta hidrofobicidade, reduzindo variação de volume em presença de
soluções aquosas e evitando infiltrações indesejáveis nos eletrodos;
Facilidade de manuseio e moldagem, podendo ser usada em
diferentes composições;
Resistência a solventes não aquosos;
Redução na dependência tecnológica, por ser produzida no Brasil.
Introdução - 30
Como já citado anteriormente, a poliuretana tem se mostrado bastante útil
como aglutinante na preparação de eletrodos compósitos à base de grafite, com
versatilidade de preparação e aplicação a diversos analitos, inclusive com
modificação dos eletrodos. Uma vez que o polímero é líquido antes da cura, ele
pode ser usado sem problemas na tinta de impressão contendo grafite, desde que
otimizadas as condições de aplicação. Esta resina por ser à base de óleo vegetal
deve apresentar um acentuado caráter hidrofóbico, melhorando suas características
em relação à percolação e inchamento, observados em outros materiais
poliméricos. Outra vantagem é a elevada adesividade a diversos materiais que
podem servir de suporte aos sensores descartáveis, como o PVC.
1.5 Revisão bibliográfica de eletrodos compósitos à base de grafite e
poliuretana
O primeiro trabalho desenvolvido buscou estabelecer as condições de
preparação do material compósito grafite-PU e realizar uma investigação geral de
suas possíveis aplicações.22
Mendes et al.23, avaliaram a respota voltamétrica do eletrodo compósito
grafite-PU em voltametria de pulso diferencial na determinação de hidroquinona em
reveladores fotográficos. O limite de detecção (LOD) de 934 nmol L-1 foi obtido
dentro da faixa linear de 66 a 530 nmol L-1. A determinação da hidroquinona em
amostras de reveladores fotográficos mostrou uma concordância com os valores
rotulados, dentro do nível de confiança de 95%, com um máximo de 2,0% de erro
relativo, sendo que o coeficiente de recuperação variou entre 100,1% e 100,4%.
Cervini et al.24 avaliaram o desempenho do eletrodo compósito grafite-PU
como detector amperométrico para análise em fluxo na determinação de
Introdução - 31
hidroquinona em reveladores fotográficos. O LOD obtido no intervalo de 1,0 x 10-4 a
1,0 x 10-2 mol L-1 foi de 100 µmol L-1. Os resultados obtidos empregando-se o
método proposto estão de acordo com os obtidos empregando-se o método de
HPLC, dentro de um nível de confiança de 95%.
Cervini et al.25 utilizaram o eletrodo compósito grafite-PU como detector
amperométrico para análise em fluxo na determinação de paracetamol em
formulações farmacêuticas. Uma curva analítica foi obtida no intervalo de 50
µmol L-1 a 5,0 mmol L-1 com o LOD de 18,9 µmol L-1. Os resultados obtidos estão de
acordo com os obtidos empregando-se o método HPLC, dentro de um nível de
confiança de 95%.
Cervini et al.26 também avaliaram o eletrodo compósito grafite-PU como
detector amperomético para análise em fluxo na determinação do anti-hipertensivo
atenolol em formulações farmacêuticas. Uma curva analítica foi obtida no intervalo
entre 0,2 e 3,0 mmol L-1 com LOD de 18,1 µmol L-1. Foram observadas somente
interferências do propranolol e da furosemida. Portanto, foi possível realizar a
determinação do atenolol em comprimidos sem interferência de outros
componentes da formulação farmacêutica. Os resultados obtidos concordam com
os obtidos pelo método HPLC, em um nível de confiança de 95%.
Ainda como detector amperométrico para análise em fluxo, Perantoni et al27
utilizaram um eletrodo grafite-PU na determinação de etambutol em urina sintética,
com LOD igual a 63,4 µmol L-1. A repetibilidade da resposta amperométrica foi
avaliada em 5,1%, para n = 30 e a freqüência analítica foi de 160
determinação/hora. Os resultados obtidos com o método proposto concordaram
com aqueles obtidos pelo método recomendado de eletroforese capilar, em um
nível de confiança de 95%.
Introdução - 32
Várias aplicações foram desenvolvidas utilizando os eletrodos compósitos à
base de grafite e PU na determinação de fármacos em formulações farmacêuticas,
além de amostras ambientais e biológicas.
Cervini et al.28 também realizaram a determinação de atenolol em
formulações farmacêuticas utilizando o eletrodo compósito grafite-PU, porém
usando a técnica de voltametria de pulso diferencial. Uma curva analítica linear foi
observada no intervalo entre 4,00 - 100 µmol L-1 com LOD de 3,16 µmol L-1, sem
necessidade de renovação da superfície entre as medidas sucessivas, obtendo
recuperações entre 95,5% e 108%. Foi observada a interferência de outras drogas
anti-hipertensivas, porém não de componentes comuns dos comprimidos. Os
resultados do método proposto concordaram com o HPLC com 95% de nível de
confiança.
Calixto et al.29 avaliaram o eletrodo compósito grafite-PU na determinação do
antibiótico tetraciclina em amostras de água natural, usando a voltametria de pulso
diferencial, com LOD de 2,8 µmol L-1, sem necessidade de renovação da superfície.
Foram obtidas recuperações entre 92,6% e 100%, após etapa de pré-concentração.
Calixto et al30 também avaliaram o potencial do eletrodo compósito grafite-
PU, sem modificação, na determinação dos antibióticos tetraciclina (TC) e
oxitetraciclina (OTC) em amostras de urina humana e bovina, respectivamente. As
amostras de urina foram acidificadas e, em seguida, centrifugadas para a remoção
de partículas sólidas e proteínas e analisadas diretamente em tampão fosfato pH
2,5. Usando DPV, obteve-se um LOD de 2,6 µmol L-1 (TC) e 1,7 µmol L-1 (OTC).
Foram encontradas recuperações entre 96% e 100%, após etapa de centrifugação.
Também foi investigada a possibilidade de inserir modificadores na matriz do
compósito visando aumentar a seletividade e sensibilidade dos eletrodos obtidos.
Introdução - 33
Entre alguns trabalhos, pode-se citar o eletrodo compósito grafite-PU
modificado com sílica SBA-15 organofuncionalizada com benzotiazol-2-tiol para a
determinação de íons Cu2+ em amostras de etanol combustível. Após 20 minutos de
tempo de acumulação, uma região linear foi obtida entre 0,1 e 1,2 µmol L-1, com
LOD igual a 3,9 x 10-8 mol L-1.31
Cervini et al.32 prepararam um polímero metacrilato molecularmente impresso
(MIP) com paracetamol e incorporado ao eletrodo compósito. O compósito foi
utilizado na determinação de APAP em formulações farmacêuticas, em DPV,
obtendo um LOD igual a 6,7 x 10-8 mol L-1.
Pereira et al.33 sintetizou um MIP usando o ácido fólico (FA) como molde. O
MIP foi utilizado na modificação de eletrodos compósitos à base de grafite e
poliuretana, variando-se sua percentagem de 2,5 a 10%. Utilizando voltametria
cíclica e de pulso diferencial, os eletrodos modificados foram comparados ao
eletrodo sem modificação, para avaliar qual a melhor percentagem de modificador e
uma possível melhora na sensibilidade. O eletrodo modificado com 2,5% de MIP
apresentou LOD menor que os demais e foi usado na determinação de FA em
fármacos e no estudo de interferentes, como o metotrexato (MTX).
Além do sistema grafite-PU, nosso grupo também desenvolveu compósitos à
base de grafite-borracha de silicone (BS)34, nanotubos de carbono35,36, e grafite-
Araldite®.37-39
Calixto et al.40 apresentaram em um artigo o comportamento voltamétrico de
três tipos diferentes de eletrodos compósitos: grafite-PU, grafite-BS e grafite-
Araldite®. Os compósitos foram caracterizados utilizando microscopia eletrônica de
varredura e termogravimetria.
Introdução - 34
Sousa et al41 utilizaram eletrodos de grafite-PU e grafite-BS para
determinação de minoxidil em amostras farmacêuticas, amostras de urina e plasma
artificial, utilizando as técnicas de CV, DPV e SWV. Os eletrodos apresentaram
respostas similares em relação aos LOD´s e sensibilidade.
Uma das vantagens apresentadas para os compósitos é a possibilidade de
seu uso em diversas formas, como o eletrodo compósito impresso à base de grafite
e PU (EIGPU) desenvolvido neste trabalho. Tanto a fabricação, quanto as
aplicações utilizando os eletrodos impressos, já divulgadas na forma de patente e
trabalhos publicados, estão descritas na sequência desta tese.
1.6 Eletrodos impressos
Atualmente, existem diversos tipos de materiais de eletrodos preparados em
diversos arranjos, que são utilizados em determinações analíticas, porém a
reprodutibilidade da área ativa de eletrodos sólidos representa forte limitação ao seu
uso, apesar das potencialidades inclusive comerciais desse tipo de eletrodo em
áreas como medicina, indústria, farmacêutica e ambiental. Em adição, deve-se
considerar que não há procedimentos únicos ou definitivos para a regeneração da
área, que depende fortemente da atuação do operador42. Portanto, nos últimos anos,
tem se observado um aumento significativo no desenvolvimento de dispositivos com
maior robustez e com adaptações no tamanho e no arranjo dos eletrodos que
permitem o uso de metodologias mais simplificadas. Desta forma, visa-se oferecer
ao operador não só instrumentos mais econômicos, com respostas sensíveis e
seletivas, mas também facilidade de uso e simplicidade na medida da resposta.
Sendo assim, a produção em massa de sensores descartáveis e equipamentos
Introdução - 35
portáteis vêm sendo cada vez mais procurados para a descentralização de análises
químicas.
Dentro deste contexto, o desenvolvimento de eletrodos impressos (SPE)
“screen-printed electrode” tem atendido a demanda deste mercado, fazendo a
tecnologia “screen-printing” privilegiada entre as demais devido a simplicidade de
elaboração e adequação a laboratórios em geral, possibilitando a produção em
massa dos eletrodos descartáveis, a um baixo custo. Além disso, esses sensores
comerciais são fabricados em um sistema completo contendo os eletrodos de
trabalho, auxiliar e referência, todos impressos e contidos no mesmo suporte. Em
adição, o formato planar e a facilidade de miniaturização destes eletrodos são
bastante apropriados para a sua integração a pequenos equipamentos portáteis43.
Na Figura 1 pode ser observado o crescente número de publicações nos
últimos anos demonstrando o interesse da comunidade científica acerca dos
eletrodos impressos e suas aplicações em diferentes áreas de interesse. No último
SIBEE (Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica) e SIBAE (Congresso
da Sociedade Iberoamerciana de Eletroquímica), respectivamente Campos do
Jordão e La Serena/Chile, essa tendência ficou muito clara.44,45
Figura 1 - Publicações referentes ao uso dos eletrodos impressos. (Fonte: ISI Web of
Knowlodge para tópicos de Química e Eletroquímica – palavra chave: “Screen-printed Electrodes”) – até setembro 2014.
De uma forma geral, o eletrodo i
sobre um suporte inerte, geralmen
coberto por uma segunda camada de um isolante para definir uma área de contato
elétrico numa extremidade e outra área para ser a superfície do
extremidade, como apresentado na Figura 2.
Figura 2 - Esquema do esubstrato inerte. A área ativa dos eletrodos e a área de contato elétrico sãdefinidas pela tinta isolante
Quanto às possibilidades de modificações, os EIs se assemelham aos
eletrodos compósitos à base de carbono, sejam pastas ou sólidos aglutinados por
polímeros, uma vez que
eletrodos de pasta de carbono se adequam aos EIs.
resultantes das modificações dos eletrodos serão conseqüências das novas
formulações das tintas, com propriedades
composição exata das tintas comerciais, uma vez que pertencem aos
patenteados. Em um estudo
comerciais à base de carbono foram
eletroquímico apresentado pelas mesmas e foi possível observar diferenças
significativas no comportamento eletr
De uma forma geral, o eletrodo impresso consiste em um filme depositado
sobre um suporte inerte, geralmente de PVC ou cerâmica. Este filme é parcialmente
coberto por uma segunda camada de um isolante para definir uma área de contato
elétrico numa extremidade e outra área para ser a superfície do
extremidade, como apresentado na Figura 2.
Esquema do eletrodo impresso após processo de impressão da tinta no substrato inerte. A área ativa dos eletrodos e a área de contato elétrico sãdefinidas pela tinta isolante. Fonte: Autoria própria.
Quanto às possibilidades de modificações, os EIs se assemelham aos
compósitos à base de carbono, sejam pastas ou sólidos aglutinados por
polímeros, uma vez que, todos os artifícios utilizados para modificação dos
eletrodos de pasta de carbono se adequam aos EIs. Porém,
resultantes das modificações dos eletrodos serão conseqüências das novas
formulações das tintas, com propriedades específicas. Dificilmente encontra
composição exata das tintas comerciais, uma vez que pertencem aos
Em um estudo descrito na literatura científica4
comerciais à base de carbono foram utilizadas para observação
uímico apresentado pelas mesmas e foi possível observar diferenças
no comportamento eletroquímico.
Introdução - 36
um filme depositado
e filme é parcialmente
coberto por uma segunda camada de um isolante para definir uma área de contato
elétrico numa extremidade e outra área para ser a superfície do eletrodo na outra
letrodo impresso após processo de impressão da tinta no substrato inerte. A área ativa dos eletrodos e a área de contato elétrico são
Quanto às possibilidades de modificações, os EIs se assemelham aos
compósitos à base de carbono, sejam pastas ou sólidos aglutinados por
, todos os artifícios utilizados para modificação dos
as potencialidades
resultantes das modificações dos eletrodos serão conseqüências das novas
ificilmente encontra-se a
composição exata das tintas comerciais, uma vez que pertencem aos produtos
46 diferentes tintas
observação do perfil
uímico apresentado pelas mesmas e foi possível observar diferenças
Introdução - 37
1.6.1 Processo de fabricação dos eletrodos impresso s
Uma discussão bastante clara e objetiva sobre a preparação e uso dos
“Screen-Printed Electrodes” foi apresentada por Valberes e Angnes.42
Segundo esses autores, o processo de "screen-printing" consiste
basicamente em forçar uma tinta a passar através de uma tela para ser depositada
sobre um substrato plano, reproduzindo no substrato o desenho definido pelas
partes abertas da tela. Em geral, a etapa final de impressão consiste na aplicação
de uma camada parcial de um isolante para definir uma área a ser usada como
contato elétrico numa extremidade e outra área para ser a superfície do eletrodo na
outra extremidade. Tais tintas podem ser compósitos à base de grafite e polímeros.
A confecção de um SPE envolve etapas de preparação e escolha da tinta,
tela, impressão, secagem e cura. O processo é eventualmente repetido para as
camadas sucessivas.
O material impresso pode requerer aquecimento para polimerização da tinta
antes da camada estar pronta para a próxima etapa de impressão.
Após a impressão da tinta no suporte, o filme é seco e usualmente curado a
temperaturas que podem chegar a 1000 oC. Através deste processo forma-se um
filme rígido e aderente, com espessura de 10-20 µm, com as propriedades
mecânicas e elétricas desejadas.43
Para aumentar a condutividade elétrica do EI, a primeira camada pode ser
de uma tinta metálica condutora de Ag, Au, Pt ou outro metal. Neste caso, as
camadas sucessivas devem ser posicionadas sobre a trilha metálica para prevenir o
contato entre o metal e a solução eletrolítica. Camadas metálicas são também
freqüentemente utilizadas para imprimir eletrodos de referência e auxiliar
conjuntamente com o eletrodo de trabalho para sistemas de três eletrodos.42
Introdução - 38
O uso de suportes cerâmicos é apropriado quando temperaturas altas de
cura são requeridas. Mais recentemente, tintas que requerem temperaturas de cura
mais baixas têm sido desenvolvidas usando-se polímeros ao invés de vidros como
suportes.43
1.6.2 Propriedades das tintas
A composição das chamadas “home-made inks” (HMI’s, ou “tintas caseiras”)
compreende basicamente um material base inerte de elevada condutividade como
o grafite, preferencialmente de alta pureza e finamente pulverizado; um aglutinante
e um sistema solvente. Outras características precisam ser consideradas na
formulação de uma HMI, além das propriedades químicas e eletroquímicas que se
esperam de um material a ser usado como base na fabricação de eletrodos, entre
essas características adicionais, destacam-se:42
Viscosidade – deve ser adequada ao processo de "screen-printing". A
viscosidade é uma propriedade relacionada intrinsecamente com a
natureza do aglutinante, e se estende à composição percentual, à
presença de aditivos e ao sistema solvente utilizado. Esse último deve
apresentar uma volatilidade adequada, baixa o suficiente para prolongar
o tempo de evaporação, de modo a facilitar a operação de "screen-
printing";
Aderência – deve ser suficiente para permitir uma fixação adequada do filme
ao suporte. O sistema solvente pode também contribuir para melhorar a
aderência do filme ao suporte, especialmente quando este último é
levemente corroído pelo solvente;
Introdução - 39
Flexibilidade – deve evitar a formação de rachaduras na superfície do
eletrodo durante o seu manuseio, sendo a mais importante para
eletrodos impressos em suportes flexíveis como PVC;
Resistividade elétrica - deve ser a mais baixa possível. Quanto mais baixa for
a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de uma
corrente elétrica. A resistividade está diretamente relacionada com
percentagem de substrato condutor, aglutinante e outros aditivos como
enzimas, mediadores etc.
A composição das tintas utilizadas como substrato pode ser alterada pela
adição de várias substâncias como metais, enzimas, polímeros, agentes
complexantes, etc, além da possibilidade de se modificar o eletrodo já fabricado
através da deposição de metais, filmes poliméricos e enzimas. Desta forma, os
eletrodos impressos podem ser: sem modificação, modificados por filme,
modificados por enzima e modificados por antígeno-anticorpo.
1.7 Revisão bibliográfica de eletrodos impressos
Em 2007, Dominguez-Renedo e colaboradores47 apresentaram uma revisão
dos recentes desenvolvimentos e aplicações utilizando os sensores eletroquímicos
descartáveis, de acordo com os tipos de materiais utilizados para modificar o
eletrodo de trabalho.
Existem poucos trabalhos relatando a utilização de eletrodos impressos sem
modificação. O material mais utilizado na confecção dos SPE sem modificação tem
sido a grafite, devido à sua manipulação simples, características físico-químicas e
baixo custo.
Introdução - 40
Usando eletrodos impressos de carbono sem modificação foi desenvolvido
um método simples e rápido para determinação amperométrica de procaína, em
sistema de injeção em fluxo.48 Os mesmos autores realizaram a determinação de
aurotiomalato, medicamento usado no tratamento de artrite, em amostras de urina
humana.49 Ainda em amostras reais, foi realizada a determinação de creatinina, que
é um indicador de insuficiência renal, muscular e disfunções tireoidianas.50
Eletrodos impressos à base de carbono foram ainda aplicados na
determinação de metais pesados.51,52 Recentemente, Miscoria et al53 apresentaram
um estudo no qual eletrodos impressos à base de carbono foram preparados,
caracterizados e utilizados na determinação de espécies de cromo hexavalente,
Cr(VI), em meio de ácido sulfúrico (pH 1,0). A determinação amperométrica de
Cr(VI) apresentou um intervalo de resposta linear entre 3,0 µmol L-1 - 10 mmol L-1,
com um LOD de 1,0 µmol L-1. A resposta dos sensores não é interferida pela
presença de Cr(III) na solução, embora seja possível detectar a formação de Cr(III)
na superfície do eletrodo após a redução de Cr(VI), quando o ácido
dietilenotriamina-penta-acético (DTPA), um agente complexante para o Cr(III) é
incorporado nas pastas.
Uma alternativa aos eletrodos impressos fabricados com tinta de grafite, são
os eletrodos impressos fabricados com tinta de metais, como ouro e prata. Laschi et
al54 descreveram a fabricação de um eletrodo impresso em laboratório. Para isso
utilizaram tintas condutoras comerciais de carbono para o eletrodo auxiliar, prata
para o eletrodo de pseudo-referência e ouro para o eletrodo de trabalho. O eletrodo
foi utilizado para a determinação de Pb(II) por voltametria de redissolução anódica
de onda quadrada, na presença de Cu(II) em águas fluviais. As amostras foram
fortificadas com esses dois metais e após otimização dos parâmetros, foi possível
Introdução - 41
obter um LOD de 0,5 µg L-1, apresentando um desvio padrão de 3,0% para 10
medidas consecutivas no mesmo eletrodo. Um eletrodo impresso de ouro também
foi usado na determinação de Hg(II) em amostras de água de origem industrial e
água de chuva. Os resultados obtidos empregando-se o método proposto foram
similares com aqueles obtidos empregando-se o método de referência ICP-MS.55
A possibilidade de adicionar espécies na superfície eletródica, visando alterar
a natureza físico-química da interface eletrodo/solução, tem contribuído para
melhorar a seletividade e sensibilidade desses dispositivos. Essa combinação entre
a versatilidade dos eletrodos impressos e a possibilidade de modificação da sua
superfície com reagentes específicos, tem ampliado significativamente as suas
aplicações.
Existem muitos trabalhos na literatura que utilizam eletrodos impressos
modificados com filme, como no trabalho pioneiro de Wang na determinação de
chumbo em amostras de urina e água com eletrodo impresso de carbono modificado
com filme de mercúrio.56 Em trabalho recente, Guell et al57 utilizaram eletrodos
impressos de carbono modificados com filme de mercúrio na determinação de
chumbo(II), cádmio(II), cobre(II) e zinco(II) em diferentes amostras de água, usando
SWASV em uma célula de fluxo. Diferentes condições experimentais foram
avaliadas visando à sua aplicação para o monitoramento in situ. Os limites de
detecção foram de 2,8 µg L-1, 4,1 µg L-1 e 7,5 µg L-1 para o cádmio, chumbo e cobre,
respectivamente.
O mercúrio vem sendo substituído na modificação dos eletrodos para análises
de metais, devido à sua alta toxicidade. Neste sentido, eletrodos impressos de
carbono modificados com filmes de bismuto também são descritos, já que
apresentam características semelhantes aos modificados com mercúrio no processo
Introdução - 42
de pré-concentração dos analitos utilizado nas técnicas de redissolução. Na
literatura são encontrados trabalhos utilizando SPE modificados com bismuto (Bi-
SPE) para determinação de Pb2+ e Cd2+ em amostras de arroz. Utilizando SWASV e
sob condições otimizadas, a faixa linear de resposta do eletrodo foi de 1,0 a 80,0 µg
L-1 para ambos íons metálicos, com um LOD de 0,08 µg L-1 para o Cd(II) e 0,10 µg L-
1 para o Pb(II),58 além de outros trabalhos recentes semelhantes.59,60
São descritos também, eletrodos impressos de carbono modificados com
filme de chumbo (Pb-SPE) na determinação simultânea de níquel e cobalto61 e
modificados com filme de ouro na determinação de cobre em amostras ambientais.62
O desenvolvimento de materias em nanoescala vem crescendo nos últimos
anos e abrindo caminho para o desenvolvimento de tecnologias que se incorporam
bem à produção dos eletrodos impressos. Assim, foram desenvolvidas técnicas para
a síntese de nanopartículas metálicas em solução, bem como a sua deposição sobre
superfícies de interesse. Essa combinação dos eletrodos impressos com a
eletrodeposição de nanopartículas metálicas permite a produção em massa de
sensores que catalisam várias reações, gerando dispositivos mais sensíveis quanto
ao limite de detecção.
Eletrodos impressos de carbono modificados com nanopartículas de ouro
(AuNPs) e negro de fumo (do inglês carbon black, CB) foram usados na
determinação de Arsênio(III), usando voltametria de redissolução anódica, com LOD
de 0,4 ppb. Após otimizadas as condições, o CB/AuNPs/SPE foi aplicado na análise
de traços de As(III) em água mineral, obtendo recuperações satisfatórias de
99,9%.63
Recentemente, um eletrodo impresso modificado com nanopartículas de ouro
e cisteína foi utilizado com sucesso na determinação simultânea de antibióticos
Introdução - 43
tetraciclina e cefixima em amostras de urina, soro e leite, usando SWV e ferramentas
quimiométricas.64 Nanopartículas de óxido de níquel também foram utilizadas na
modificação de eletrodos impressos juntamente com nanotubos de carbono, na
determinação de insulina.65 Verificou-se que o eletrodo tem excelente atividade
catalítica para a oxidação da insulina devido as propriedades das nanopartículas de
NiO, obtendo-se um LOD de 6,1 nmol L-1. Vários outros trabalhos utilizando
nanopartículas de metais também são relatados na literatura.66-71
A modificação de eletrodos impressos por enzimas resulta nos biossensores.
Apesar do alto custo referente à extração, isolamento e purificação, as enzimas são
amplamente utilizadas devido à relativa seletividade com que catalisam
determinadas reações. Em um artigo científico recente, Molinero-Abad et al72
apresentam um eletrodo impresso de carbono modificado com tetratiofulvaleno e
enzima sulfito oxidase para determinação de sulfito em amostras de vinho. Foram
otimizadas amperometricamente as condições experimentais para a quantificação
do analito, tendo em vista a complexidade das amostras. O método proposto foi
aplicado para a determinação de sulfito em amostras de vinho branco e tinto, com
recuperações médias de 101,5% e 101,8%, respectivamente. Os biossensores
oferecem também possibilidade de análises de pesticidas e herbicidas73, metais
pesados74, neurotransmissores75 e doenças como o HPV.76
Por fim, os eletrodos impressos podem ser modificados com anticorpos e
assim chamados de imunossensores (Imuno-SPE). Estes são mais comumente
usados em pesquisas biológicas, em diagnóstico de medicina, em genética forense
e testes de drogas. Sua formação ocorre através do acoplamento de específicos
antígenos-anticorpos na superfície dos eletrodos impressos. Esses eletrodos
associados às técnicas eletroquímicas oferecem alta sensiblidade e baixo custo de
Introdução - 44
análise, utilizam aparelhos miniaturizados de fácil transporte e apresentam
resultados em poucos minutos.77
Lu e colaboradores utilizaram um imuno-SPCE para a determinação de
hormônios esteróides por cronoamperometria.78 Esteróides são hormônios
anabolizantes utilizados para promover o crescimento de animais destinados ao
abate, porém proibido. Esta mesma técnica foi usada posteriormente na
determinação de testosterona em urina bovina.79
Imunossensores foram relatados na detecção de anfetaminas, drogas
consumidas por estimularem o sistema nervoso central. Na literatura são descritos
trabalhos relatando a determinação de anfetaminas, empregando-se eletrodos
impressos, em saliva e urina, por amperometria.80,81
Finalmente, vale destacar a publicação recente de duas revisões
bibliográficas sobre eletrodos impressos. Em 2012, Li et al82 apresentaram uma
visão geral das aplicações eletroquímicas usando eletrodos impressos em amostras
ambientais, incluindo a determinação de compostos orgânicos, metais pesados e
gases poluentes.
Em 2013, Niu e colaboradores83 descreveram os desenvolvimentos atuais de
fabricação de eletrodos impressos à base de carbono, resumindo suas aplicações
sem modificação e modificados na determinação de traços de metais pesados.
Na Tabela 1 é apresentado um resumo dos resultados descritos, além de
outras aplicações utilizando eletrodos impressos.
Introdução - 45
Tabela 1 - Resumo dos resultados descritos e outras aplicações utilizando eletrodo impresso, incluindo tipos de eletrodos, técnicas, limite de detecção e referências
Eletrodo Analito Técnica LOD Ref.
SPCE Procaína FIA 6,0 x 10-6 mol L-1 48
SPCE Aurotiomalato LSASV 6,5 x 10-7 mol L-1 49
SPCE Creatinina SWASV 8,6 x 10-6 mol L-1 50
SPCE Pb(II) DPASV 2,5 ng mL-1 51
SPCE Cu(II) DPASV 8,2 mg mL-1 52
SPCE Cr(VI) AMP 1,0 µmol L-1 53
Au-SPE Pb(II) SWASV 0,5 µg L-1 54
Au-SPE Hg(II) SWASV 1,1 ng mL-1 55
Filme Hg-SPE Pb(II) SWASV 1,0 ppb 56
Filme Hg-SPE Cd(II), Pb(II) e Cu(II),
SWASV 2,8, 4,1 e 7,5 (µg L-1) 57
Filme Bi-SPE Pb(II) e Cd(II) SWASV 0,08 e 0,10 (µg L-1) 58
Filme Bi-SPE Pd, Pt, Rh AdDPSV 0,008, 0,006 e 0,005 (µg L-1) 59
Filme Bi/GFN/SPE Cd(II) e Pb(II) DPASV 0,042 e 0,089 (µg L-1) 60
Filme Pb-SPE Ni(II) e Co(II) AdDPSV 0,2 e 0,3 (µg L-1) 61
Filme Au-SPE Cu(II) POT 6,3 x 10-7 mol L-1 62
CB/AuNP/SPE As(III) LSASV 0,4 ppb 63
Cys/AuNP/SPE Tetraciclina e cefixima
SWV Urina: 0,42 e 0,32 µmol L-1, Soro: 0,54 e 0,38 µmol L-1, Leite: 0,52 e 0,35 µmol L-1
64
NT/AuNP/SPE Insulina CroAMP 6,1 nmol L-1 65
AuNP/SPE e AgNP/SPE
Cr(VI) DPV 85 e 40 (µmol L-1) 66
PtNP/SPE As(III) CV 5,68 µg L-1 67
AgNP/SPE Oxcarbazepina AdDPSV 2,54 x 10-5 mol L-1 68
PtNP/SPE H2O2 CroCOU 16 µmol L-1 69
Introdução - 46
Tabela 1 - Continuação
Eletrodo Analito Técnica LOD Ref.
AuNP/SPE Vanádio CroAMP 3,9 µmol L-1 70
GFN/pANI/AuNP/GO Glicose DPV 1,0 x 10-4 mol L-1 71
TT/SulfOx/SPE Sulfito AMP 6,0 µmol L-1 72
AChE/SPE Pesticidas CroAMP 1,0 x 10-9 à 8,0 x 10-9 mol L-1 73
AChE/SPE As(III) AMP 1,1 x 10-8 mol L-1 74
FEA/SPE Norepinefrina AMP 100 pg mL-1 75
Immuno/SPE HPV SWV 4,0 x 10-9 mol L-1 76
Immuno/SPE Boldenona e metilboldenona
CroAMP 30,9 e 120,2 (pg mL-1) 78
Immuno/SPE Testosterona CroAMP 1,8 pg mL-1 79
Immuno/SPE MDA AMP 0,36 (saliva) e 0,042 (urina) ng mL-1
80
Immuno/SPE Metanfetamina AMP --- 81
PH/SPE Isoniazida LSV, DPV e SWV
50, 17 e 25 (µmol L-1) 84
PO/FDH/SPE Frutose AMP 0,8 µmol L-1 85
SD/SPE Pb(II) SWASV 0,25 µg L-1 86
ASM/SPE Co(II) POT 3,1 x 10-7 mol L-1 87
NT/SPE Paracetamol e naproxeno
FIA-AMP 0,4 e 0,3 (µmol L-1) 88
SPE Cu(II) SWASV 0,4 µg L-1 89
TS/AuNP/SPE Ce(III) POT 9,5 x 10-8 mol L-1 90
PAD/SPE NaDH CroAMP 0,22 µmol L-1 91
NT/Imuno/SPE Ceruloplasmina AMP 21 ng mL-1 92
Grafite/Nafion/SPE Dopamina LSV 0,023 µmol L-1 93
NT/SPE Glutationa DPV 0,47 µmol L-1 94
Introdução - 47
Tabela 1 - Conclusão
Eletrodo Analito Técnica LOD Ref.
Imuno/SPE Escherichia coli e Enterobacter sakazakii
CV 4,57 x 103 e 3,27 x 103 (cfu/mL)
95
NT/Nafion/Bi/SPE Zn(II), Cd(II) e Pb(II)
DPASV 0,3, 0,1 e 0,07 (µg L-1) 96
SPE Paracetamol e ácido ascórbico
LC-AMP 20 e 50 (µmol L-1) 97
HRP/AZ/SPE Paracetamol AMP 6,21 x 10-8 mol L-1 98
OI/SPE Adrenalina e dopamina
AMP 30 e 15 nmol L-1 99
Sílica/SCPE Pb(II) AdPASV 0,91 ppb 100
SPE: Eletrodo impresso; SPCE: Eletrodo impresso de carbono; LSASV: Voltametria de varredura linear de redissolução anódica; SWASV: Voltametria de onda quadrada de redissolução anódica; DPASV: Voltametria de pulso diferencial de redissolução anódica; AMP: Amperometria; POT: Potenciometria; CroAMP: Cronoamperometria; CroCOU: Cronocoulometria; GFN: Grafeno; CB: Negro de fumo; AuNP: Nanopartícula de ouro; Cys: Cisteína; NT: Nanotubo de carbono; AgNP: Nanopartícula de prata; PtNP: Nanopartícula de platina; pANI: Polianilina; GO: Glicose oxidase; TT: Tetratiafulvaleno; SulfOx: Enzima sulfito oxidase; AChE: Enzima acetilcolinesterase; FEA: Enzima feniletanolamina N-metil transferase; Imuno-SPE: Eletrodo impresso modificado com anticorpos; MDA: 3,4-metilenedioxianfetamina; PH: Poli-L-histidina; PO: Polímero de ósmio; FDH: Enzima frutose dehidrogenase; SD: Sais de diazônio; ASM: Alumino-silicato de magnésio; TS: Tiol-surfactante; PAD: Poli-cloridrato de alilamina; LC-AMP: Cromatografia líquida com detecção amperométrica; HRP: Enzima peroxidase de rábano; AZ: Filme de alcóxido de zircônio; OI: Filme de óxido de irídio.
Através dos dados expostos na Tabela 1 é possível observar a variedade de
analitos e modificadores que podem ser determinados e utilizados na construção de
eletrodos impressos, respectivamente, além da aplicação desses sensores em uma
diversidade de amostras.
1.8 Considerações sobre sílicas mesoporosas
Apesar da grande variedade de materiais à base de sílica e a sua fascinante
química de superfície, a implicação deste tipo de material em eletroquímica só
começou a ter destaque em meados dos anos 90101. Isso se deu provavelmente pela
Introdução - 48
descoberta das numerosas possibilidades de imobilizar inteligentemente a sílica na
superfície dos eletrodos, a fim de melhorar a sua resposta ao combinar as
propriedades intrínsecas do modificador à uma determinada reação eletroquímica.
A sílica mesoporosa apresenta propriedades atraentes como matriz regular
dos seus poros, elevado volume de poros, capacidade de adsorção, estabilidade
térmica e sensibilidade, as quais podem ser vantajosamente exploradas. Além disso,
a sílica pode ser combinada com uma variedade de grupos funcionais, conduzindo a
um enriquecimento considerável das suas propriedades de superfície. Finalmente, a
elevada área superficial das sílicas sintéticas, quando combinada com a sua
superfície química, as torna valiosos suportes para vários catalisadores.101
As sílicas podem ser encontradas na forma de sólidos naturais ou preparados
de acordo com os procedimentos de síntese. A maioria dos compostos da primeira
categoria são de natureza cristalina, enquanto os obtidos em laboratório são
essencialmente amorfos. Entre as sílicas mesoporosas, a MCM41 e a SBA15 podem
ser consideradas os dois membros mais populares nesta grande família de sílicas
mesoporosas ordenadas.
A química da sílica (pelo menos a de alta área superficial) é regida
principalmente pelas propriedades de superfície destes sólidos. A superfície da sílica
é constituída por vários tipos de silanol e siloxano. Os grupos silanóis são
considerados fortes sítios de adsorção enquanto os siloxanos são geralmente
considerados como hidrofóbicos. Algumas das propriedades da sílica podem ser
explicadas pelas diferentes reatividades dos diferentes sítios de adsorção silanol,
tendo sido demonstrado que esta ionização de silanóis aumenta grandemente a
fixação de cátions de metais em superfícies de sílica.102-103
Introdução - 49
Além de sílicas puras, sílicas modificadas quimicamente tem atraído uma
atenção considerável, resultante da combinação vantajosa das propriedades
intrínsecas da matriz inorgânica com a reatividade específica dos modificadores. Do
ponto de vista eletroquímico, tais materiais são modificadores atraentes (tipicamente
de eletrodos de pasta de carbono) uma vez que permitem trazer para a interface
eletrodo/solução uma grande variedade de funcionalidades orgânicas que estão
ligadas covalentemente à matriz condutora, impedindo, portanto, a sua lixiviação na
solução, como é frequentemente o caso de grupos orgânicos adicionados
diretamente ao material de eletrodo.101 Dentre os diversos modificadores, a espécie
benzotiazol-2-tiol (Figura 3) foi utilizada com sucesso na modificação dos eletrodos
impressos apresentada neste trabalho.
S
N
HS
Figura 3 - Fórmula estrutural do benzotiazol-2-tiol utilizado na funcionalização da sílica.
1.9 Analitos avaliados
1.9.1 Paracetamol
Paracetamol (APAP), também conhecido como acetaminofen
(acetaminopeno, N-acetil-p-amonifenol ), é uma amida aromática acilada, o qual foi
primeiramente introduzido na medicina como um antipirético/analgésico por Von
Mering em 1893.
Atualmente, é um dos medicamentos mais utilizados e com grande eficiência
para alívio de dores crônicas e febre em adultos e crianças. Ele vem substituindo a
aspirina® (AAS-Ácido acetilsalicílico), apresentando propriedades analgésica e
Introdução - 50
antipirética análogas, sendo principalmente recomendado a pessoas com
sensibilidade ao AAS, porém ao contrário de outros analgésicos comuns, como a
aspirina e o ibuprofeno, não possui propriedades anti-inflamatórias e, portanto, não
é um membro da classe de fármacos conhecidos como anti-inflamatórios não-
esteróides (ou AINEs).
Esse fármaco é extremamente seguro em doses normais, mas, devido à sua
ampla disponibilidade, overdoses intencionais ou acidentais não são incomuns. Em
doses normais, o APAP não é irritante para a mucosa do estômago e não afeta a
coagulação do sangue, rins ou o canal arterial fetal e, ao contrário de analgésicos
opióides, o APAP não causa euforia ou alteração de humor, além de não suportar
nenhum risco de vício, dependência, tolerância e abstinência.104
Estudos recentes têm mostrado que o APAP está associado à toxicidade
hepática e renal, apesar do seu carácter aparentemente inofensivo. A toxicidade
hepática começa com níveis plasmáticos de APAP em 120 µg mL-1 e uma lesão
aguda é apresentada com os níveis plasmáticos de até 200 µg mL-1 4 horas após a
ingestão.
Em doses terapêuticas normais, o paracetamol é metabolizado rápido e
completamente passando por glucuronidação e sulfatação para metabólitos inativos
que são eliminados na urina. No entanto, doses mais elevadas de APAP produzem
acúmulo de metabólitos tóxicos causando a morte dos hepatócitos. A overdose de
paracetamol é uma causa freqüente de insuficiência hepática fulminante na Europa
e EUA.104
Em 2006, Bosch e colaboradores104 apresentaram uma revisão a fim de
avaliar a utilidade das diferentes metodologias analíticas para quantificação de
paracetamol em formulações farmacêuticas e amostras biológicas. Entre elas,
Introdução - 51
estão as técnicas eletroanalíticas, podendo-se destacar um método rápido e
simples para determinação de APAP em urina, utilizando um eletrodo impresso de
carbono modificado com um filme de acetato de celulose.105
Em 2011, Sarakbi et al106, também utilizaram um eletrodo impresso de
carbono como detector amperométrico acoplado a cromatografia líquida na
determinação simultânea de APAP e AA em formulações farmacêuticas. Mais
recentemente, foi publicado um trabalho no qual os autores realizaram a
determinação simultânea de paracetamol e naproxeno, por análise de injeção em
fluxo, utilizando um eletrodo impresso modificado com nanotubo de carbono.107
1.9.1.1 Comportamento eletroquímico do paracetamol
Segundo Van Benschoten et al108, o mecanismo de reação de oxidação do
paracetamol em eletrodo de pasta de carbono utilizando voltametria cíclica, se dá
pelas reações representadas na Equação 3.
N
OH
H COCH3
N
O
COCH3
-2é
-2H+
+ H+
N
O
COCH3H
- H+
O
O
H
OC
NH
+ H2O -CH3CONHH2
O
O
(I) (II)
(III) (IV) (V) (3)
Introdução - 52
No mecanismo proposto, observa-se que a molécula de paracetamol (I) é
eletroquimicamente oxidada em um processo que envolve a perda de 2 elétrons e 2
prótons, produzindo uma espécie intermediária N-acetil-p-quinoneimina (II). Em
valores de pH maiores ou igual a 6,0, a espécie (II) é estável na forma
desprotonada. Em soluções mais ácidas, essa substância é imediatamente
protonada produzindo a espécie (III) menos estável, porém, eletroquimicamente
ativa, que produz rapidamente a forma hidratada (IV), eletroquimicamente inativa,
que se converte, finalmente, a benzoquinona (V).
1.9.2 Cafeína
A cafeína ou 1,3,7-trimetilxantina (Figura 4) é um composto químico do grupo
das xantinas, assim como a teofilina e a teobromina.109 Este alcalóide é encontrado
em grande quantidade nas sementes de café e nas folhas de chá verde. Também
pode ser encontrada em outros produtos vegetais, particularmente no cacau, no
guaraná e na erva-mate. Embora uma parcela pequena da população consuma
cafeína na forma de fármacos, como por ex. antigripais, grande parte deste
alcalóide é ingerida na forma de bebidas.
N
N N
N
O
O
R1
R3
R2
Figura 4 - Fórmula estrutural das metilxantinas.
R1 R2 R3 Composto
H H H Xantina
CH3 CH3 H Teofilina
H CH3 CH3 Teobromina
CH3 CH3 CH3 Cafeína
Introdução - 53
Uma vez absorvida, a cafeína exerce uma variedade de ações
farmacológicas, dentre outros efeitos, alterações no sistema nervoso central,
sistema cardiovascular e homeostase de cálcio.110
Os efeitos da cafeína sobre o comportamento humano têm sido objeto de
estudos há algumas décadas. Esses efeitos podem ser descritos como aumento da
capacidade de alerta e redução da fadiga, com concomitante melhora no
desempenho de atividades que requeiram maior vigilância. Em contrapartida, a
ingestão excessiva de cafeína pode provocar em algumas pessoas, irritabilidade,
agitação, insônia e dor de cabeça, sendo que a dose letal para uma pessoa adulta
pesando 70 kg é cerca de 10 g, o que equivale a tomar 100 xícaras de café, 200
latas de coca-cola ou ingerir 50 kg de chocolate.110
Apesar de estruturalmente semelhante, o principal mecanismo de ação da
cafeína é contrário ao da adenosina, a qual tem função inibitória, contrária a função
estimulante da cafeína. Efeitos cardiovasculares, causados pela ingestão de
cafeína, podem resultar devido aos seus múltiplos mecanismos de ação, incluindo o
aumento da circulação das catecolaminas , enquanto a hipotensão pode resultar na
diminuição do débito cardíaco e vasodilatação. Assim, como as dores de cabeça
occorem quando há dilatação dos vasos sanguíneos no cérebro, muitos
medicamentos são normalmente associados à cafeína, pois esta causa a constrição
dos vasos sanguíneos ocasionando o alívio da dor de cabeça mais
rapidamente.111,112
A cafeína também entra na composição de diversas formulações
analgésicas, antipiréticas e antigripais, sob diferentes formas de dosagens,
associadas como por exemplo, com o ácido acetilsalicílico, ajudando no alívio ou
Introdução - 54
interrupção de crises de enxaqueca. Além disso, a cafeína, como fármaco isolado,
é utilizada como sonolítico, tônico e revigorante.113
Os métodos eletroquímicos utilizando eletrodo impresso tem sido uma opção
interessante na determinação da cafeína individual ou associada a outras
substâncias. Em 2010, Alkyilmaz et al114 apresentaram um eletrodo impresso de
ouro modificado com cisteamina para determinação de cafeína. O biossendor foi
baseado na inibição da enzima fosfatase alcalina (ALP) pela cafeína e o princípio
da medição foi baseado na determinação da diferenciação das respostas do
biossensor na reação enzimática catalisada pela ALP, na ausência e na presença
de cafeína, apresentando LOD de 0,08 µmol L-1.
1.9.2.1 Comportamento eletroquímico da cafeína
Hansen et al115 investigaram o comportamento eletroquímico da cafeína e
teobromina em um eletrodo de grafite pirolítico e propuseram um mecanismo de
oxidação. As reações estão apresentadas na Equação 4
No mecanismo proposto, foi observado que a reação de oxidação da cafeína
(I) envolve 4ē por molécula de xantina. A primeira etapa envolve a perda de 2
elétrons e 2 prótons ocorrendo a oxidação da molécula na ligação dupla –N=C-
obtendo-se um ácido úrico substituído (II - composto intermediário). Em seguida, o
composto intermediário é imediatamente oxidado em uma segunda etapa que
envolve a perda de mais 2 elétrons, formando assim o ácido úrico 4,5 diol (III).
Introdução - 55
N
N N
N
O
O
H3C
CH3
CH3
lenta
+ H2O
N
N N
N
O
O
H3C
CH3
CH3
H
O + 2H+ + 2é
rápida 2 H2O
N
N N
N
O
O
H3C
CH3
CH3
H
O
OH
OH
+ 2H+ + 2é
(I) (II)
(III) (4)
1.9.3 Íons metálicos: Zinco(II), Chumbo(II), Cobre( II) e Mercúrio(II)
É inegável que a poluição por metais tóxicos na água e no solo tornou-se
uma das questões mais graves em todo o mundo. Esta poluição é uma ameaça ao
meio ambiente e à saúde humana, uma vez que os metais tóxicos não podem ser
biodegradados e, portanto, são retidos indefinidamente no ecossistema. Além
disso, o excesso dessas espécies em alimentos e bebidas também é uma ameaça
à saúde. Por estas razões, tornou-se fundamental obter informações a respeito das
concentrações de metais tóxicos em diversas matrizes.
O Brasil é pioneiro no uso de etanol como combustível e nos últimos anos
tem aumentado significativamente a sua produção, sendo este classificado como
anidro ou hidratado, dependendo do seu uso. O etanol anidro é aquele misturado à
gasolina numa proporção aproximada de 20% a 25% (v/v), ou mesmo maior, e o
hidratado é utilizado diretamente como combustível, por se tratar de um
Introdução - 56
combustível renovável, de baixo impacto ambiental e que vem contribuindo para
reduzir os níveis de emissão de CO2 na atmosfera.116
Apesar de ser menos poluente que derivados do petróleo, o etanol
apresenta diversos contaminantes tais como os metais zinco(II), chumbo(II),
cobre(II), cádmio(II), ferro(II), níquel(II) e cobalto(II), que mesmo presentes em
baixas concentrações, podem exercer efeitos prejudiciais como a corrosão dos
motores ou promover a formação de gomas e sedimentos que afetam o tempo de
longevidade e manutenção do motor. Além disso, estes metais podem ser liberados
para a atmosfera durante a combustão, no qual uma pequena parte pode ser
respirada por seres vivos e o resto precipita-se rapidamente ao solo, contaminando
águas, alimentos e pastagens, representando uma importante fonte de poluição ao
meio ambiente e consequentemente aos seres humanos. Desta forma, além de
entrar no organismo por inalação, os metais tóxicos também penetram por ingestão
de alimentos contaminados.
Para metais, a legislação brasileira, regulamentada pela Agência Nacional do
Petróleo117 especifica apenas limites de concentração de Cu, Fe e Na no etanol
combustível, diferentes para etanol anidro ou hidratado. A concentração de Cu é
limitada no etanol anidro em 0,07 mg kg-1. Por sua vez, a concentração de ferro é
controlada no etanol hidratado (máximo de 5 mg kg-1). A legislação não especifica
limites de concentração para outros elementos de interesse ambiental, como Zn,
Pb, Cd e As.
A presença de metais tóxicos em etanol combustível esta associada às
diferentes etapas de produção, transporte e armazenamento do produto, portanto, o
monitoramento destes contaminantes inorgânicos é de fundamental interesse para
o controle da qualidade do etanol como combustível. Embora o mercúrio não seja
Introdução - 57
comumente encontrado nesse tipo de matriz, não deixa de ser um metal importante,
uma vez que é volátil e representa graves preocupações ambientais.
Para tal fim, é útil que se desenvolvam novas metodologias analíticas que
permitam determinar a concentração de metais com rapidez, sensibilidade e baixo
custo. Neste contexto, as técnicas eletroanalíticas mostram-se promissoras pelo
seu reduzido custo e rapidez aliada a uma considerável sensibilidade e simplicidade
no tratamento de amostras. A literatura descreve um trabalho de revisão relatando
a ánalise eletroquímica de metais em amostras de etanol combustível, utilizando
eletrodos convencionais.116
Em um levantamento bibliográfico recente foi encontrado um trabalho no qual
os autores apresentam a utilização de eletrodos impressos comerciais adaptados
para uma célula BIA (Batch Injection Analysis). Segundo os autores, tal sistema, em
combinação com outros componentes movidos a bateria (pipeta eletrônica, mini-
potenciostato e computador portátil), pode ser operado em campo, na ausência de
uma fonte de alimentação externa. O desempenho do sistema portátil foi avaliado
utilizando diclofenaco, peróxido de hidrogénio e os íons dos metais Pb(II), Cu(II) e
Hg(II) em amostras de biodiesel.118 Entretanto, até o presente momento, não foram
encontrados trabalhos sobre a determinação de íons metálicos em amostras etanol
combustível, utilizando eletrodos impressos.
Tal aplicação é oportuna tendo em vista a crescente utilização desse
combustível como alternativa aos combustíveis fósseis, a praticidade dos eletrodos
impressos quanto à miniaturização dos sistemas, a possibilidade de uso a campo,
além de serem descartáveis, minimizando problemas de contaminação, entre
medidas.
Introdução - 58
Diante desse contexto, foi realizado um estudo para avaliar o desempenho
dos eletrodos impressos desenvolvidos neste trabalho na determinação de zinco(II),
chumbo(II), cobre(II) e mercúrio(II), em amostras de etanol combustível.
1.9.3.1 Mecanismo de acumulação/redissolução e comp ortamento de óxido-
redução dos metais na superfície dos eletrodos modi ficados com
sílica organofuncionalizada
Cesarino et al31 propuseram um mecanismo para a oxidação dos metais na
superfície do eletrodo modificado com a sílica SBA-15 organofuncionalizada com a
espécie benzotiazol-2-tiol. O Esquema 1 apresenta a acumulação e a redissolução
do metal na superfície do eletrodo modificado, influenciada pelo pH do meio.
Essa proposta mecanística, adaptada dos eletrodos convencionais em forma
de bastões31, pode ser considerada tanto em águas naturais, quanto em bebidas e
etanol combustível, uma vez que o sistema responde adequadamente em meios
aquosos ou em misturas aquo-etanólicas.
Ka
Kf- M2+ + M
2+
N
S
S
H
Si CH2CH2CH2O
O
O
S
N
S
SSi CH2CH2CH2O
O
O
S- H+
+ H+
SBA-15 SBA-15
N
S
SSi CH2CH2CH2O
O
O
S
M2+
SBA-15
+ 2e-
- 2e-
N
S
SSi CH2CH2CH2O
O
O
SSBA-15
Red
isso
luçã
o
Acum
ulação
+ Mo
Esquema 1 - Representação esquemática do mecanismo de acumulação e redissolução
proposto para os metais na superfície do eletrodo modificado.
Introdução - 59
1.9.4 Epinefrina
Epinefrina (ou adrenalina), dopamina e noradrenalina são hormônios
pertencentes ao grupo das catecolaminas. As catecolaminas são
neurotransmissores presentes no sistema nervoso simpático, sintetizadas pela
glândula adrenal. Emoções fortes como medo ou raiva liberam as catecolaminas
para a corrente sanguínea, com a finalidade de reduzir a quantidade de sangue que
vai para a circulação periférica, transferindo o fluxo sanguíneo para órgãos
importantes como coração, cérebro, fígado e rins119. A dosagem das catecolaminas
no organismo pode ser indício de uma série de doenças. Altas concentrações
podem indicar trauma no sistema nervoso central, danos no tronco cerebral,
tumores neuroendócrino medular, diabetes e hipertensão arterial, enquanto baixas
concentrações podem acarretar em sérias doenças neurológicas, déficit de
aprendizado e memória, dificuldade no controle da pressão arterial e
esquisofrenia.120
Especificamente a epinefrina (EP), é um hormônio secretado pela medula
das glândulas supra-renais, que atua potentemente na estimulação dos receptores
alfa e beta-adrenérgicos. Ela existe como um cátion orgânico nos tecidos do
sistema nervoso central dos mamíferos e apresenta um modo de ação no corpo
que está diretamente relacionado às condições externas como estresse físico ou
psicológico.120
Nestas condições, a EP é secretada na corrente sanguínea resultando em
aumento da atividade elétrica miocárdica, aumento do fluxo sangüíneo cerebral e
coronariano, aumento da freqüência cardíaca, da força muscular, da pressão
arterial e do metabolismo.121
Introdução - 60
Quando administrada rapidamente em doses farmacológicas por via
intravenosa, provoca um efeito característico sobre a pressão arterial, que sofre
rápida elevação até atingir um pico proporcional à dose, além dos efeitos
vasculares sobre as arteríolas menores e respiratórios, tendo poderosa ação
broncodilatadora e metabólica, elevando as concentrações de glicose e de lactato
no sangue.
A EP não é eficaz após administração oral, visto que é rapidamente oxidada
na mucosa gastrointestinal e no fígado. A absorção a partir dos tecidos
subcutâneos ocorre de modo relativamente lento, devido à vasoconstrição local,
podendo ser ainda mais reduzida pela presença de hipotensão sistêmica, como, por
exemplo, em paciente com choque. A absorção é mais rápida após injeção
intramuscular. Em situações de emergência, pode ser necessário, administrar a
epinefrina por via intravenosa.122
A epinefrina está disponível numa variedade de formulações desenvolvidas
para diferentes indicações clínicas, como injeção, inalação ou tópica.
A dose habitual, para adultos, administrada por via subcutânea, varia de 0,3 -
0,5 mg e se a solução for administrada por via intravenosa, deve ser
adequadamente diluída e injetada muito lentamente. Além disso, dispõe-se de uma
formulação a 1% (1:100) para administração por inalação. Todas as precauções
devem ser tomadas para não confundir essa solução 1:100 com a solução 1:1000
destinada a administração parenteral, visto que a injeção inadvertida pode ser
fatal.122
Desta forma, o interesse na química das catecolaminas, deve-se ao fato de
muitos desses compostos estarem envolvidos diretamente em processos de
Introdução - 61
neurotransmissão e, consequentemente, relacionados com doenças
neurodegenerativas, entre elas o Mal de Parkison e o de Alzheimeir.120
A associação da EP com diversos problemas do sistema neurológico
evidencia a importância do desenvolvimento de métodos analíticos para a sua
detecção em fluido cérebro-espinal. Dentre eles, os métodos eletroquímicos
utilizando eletrodos impressos, apresentam-se como uma das técnicas favoráveis
para a determinação de EP, devido a seu baixo custo, alta sensibilidade e de fácil
operação. Em um trabalho recente descrito na literatura, Ku e colaboradores123
apresentaram um eletrodo compósito impresso de carbono à base de grafite e
nafion, seletivo para dopamina. O sensor fabricado exibe uma oxidação catalítica
para DA, com um limite de detecção de 0,023 µmol L-1.
1.9.4.1 Comportamento eletroquímico da epinefrina
Hawley et al124 estudaram o comportamento eletroquímico da epinefrina em
função do pH, uma vez que varia com a acidez do meio. Dessa forma, propuseram
o mecanismo redox descrito na Equação 5.
Os autores estudaram o comportamento eletroquímico da EP em solução de
1,0 mol L-1 de H2SO4. Neste meio, ocorre a oxidação da epinefrina (I) à quinona (II).
Após a inversão de potencial, ocorre a redução da quinona (II) à epinefrina (I). Em
ciclos subsequentes, somente este sistema quase reversível é observado.
Introdução - 62
OH
H2NCH3
HO
HO
OH
H2NCH3
O
O
+ 2H+ + 2é
OH
HNCH3
O
O
+ H+
HO
HO N
CH3
OH
1
2
(I) (II)
OH
H2NCH3
O
O
OH
HNCH3
O
O
HO
HO N
CH3
OH
+ 2H+ + 2é
HO
HO N
CH3
OH HO
HO N
CH3
+ H2O
(III)
(IV)
(V)
HO
HO N
CH3
O
O N
CH3
+ 2H+ + 2é
O
O N
CH3
OH
3 4
5
6
7
8
(VI)
(5)
Entretanto, em solução com pH igual ou maior que 3,0, o mecanismo
eletroquímico ocorre de maneira muito diferente da solução de ácido sulfúrico. Na
primeira varredura anódica, ocorre a oxidação da epinefrina (I) à quinona (II). Na
inversão do potencial, ocorre a redução desta quinona (II) formando a espécie
leucoadrenocromo (III), com um pico catódico de menor intensidade quando
comparado ao pico de redução encontrado em meio de 1,0 mol L-1 de H2SO4. Em
seguida, a leudoadrenocromo (III) se oxida gerando o produto adrenocromo (IV).
Dessa forma, um processo reversível (espécie (III)/(IV)) pode ser observado à partir
do segundo ciclo.
Introdução - 63
Isso pode ser facilmente explicado, uma vez que em pH < 3,0, a
epinefrinaquinona é protonada em grande extensão (pKa = 8,88) e,
consequentemente, a reação de ciclização é impedida. No entanto, a partir de pH
3,0, a quinona não é protonada e, quando disponível, ela é suficiente para permitir
que a reação de ciclização ocorra.
Pode ocorrer ainda a desidratação da leucoadrenocromo, formando a
espécie 5,6-di-hidroxi-N-metilindola (V). Essa espécie pode se oxidar gerando o
produto 5,6-di-quinona-N-metilindola (VI).
Capítulo 2. Objetivos
Objetivos - 65
2. OBJETIVOS
Objetivo Geral:
1. Desenvolver uma tinta e um método de preparação de eletrodos
compósitos impressos descartáveis à base de grafite e resina poliuretana
(EIGPU) de origem vegetal e avaliar o desempenho desse sensor na
determinação de diversos tipos de analitos em diferentes matrizes.
Objetivos Específicos:
1. Determinar analitos de interesse farmacêutico em amostras de
formulações comerciais, usando paracetamol e misturas de paracetamol e
cafeína;
2. Determinar analitos de interesse ambiental, em amostras de etanol
combustível comerciais, usando Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+;
3. Determinar analitos de interesse biológico usando epinefrina em amostras
de fluido cérebro-espinal sintético, como molécula modelo.
Capítulo 3. Parte Experimental
Parte Experimental - 67
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Reagentes e soluções
Todos os reagentes utilizados foram de grau analítico (PA) e todas as
soluções foram preparadas com água purificada em sistema BarnsteadTM EasyPure®
RoDi (Thermoscientific, modelo D13321), condutividade menor que 18 MΩ-1 cm-1.
Na otimização das condições de preparo da tinta de impressão foram
utilizadas grafite em pó (Aldrich, < 20 µm), resina poliuretana composta de poliol B-
471 e pré-polímero A-249 (Poliquil, Brasil) e como solventes clorofórmio (Merck),
acetona (Synth) e diclorometano (Tedia).
As soluções de ferricianeto de potássio (K3[Fe(CN)6], Merck) usadas como
sonda eletroquímica, foram preparadas pesando-se 0,0825 g de K3[Fe(CN)6] e 1,864
g de KCl (Mallinckrodt), os quais foram dissolvidos em 50 mL de água para preparar
uma solução de 5,0 mmol L-1 e 0,50 mol L-1, respectivamente. Soluções de trabalho
foram obtidas por diluição da solução estoque.
As soluções de tampão fosfato utilizadas como eletrólito suporte foram
preparadas misturando-se quantidades adequadas de KH2PO4 e Na2HPO4 (ambos
da Spectrum®) de acordo com o pH desejado e diluídas em água. O pH final foi
ajustado com NaOH ou HCl 1,0 mol L-1.
Soluções estoque de paracetamol (Sigma-Aldrich) 1,00 mmol L-1 e cafeína
(Sigma-Aldrich) 1,00 mmol L-1, foram preparadas previamente ao uso, em meio de
tampão fosfato 0,1 mol L-1 pH 6,0 e diluídas a fim de se obter as soluções de
trabalho.
Para a modificação dos eletrodos, foi utilizada sílica SBA-15 sintetizada em
laboratório, a qual apresenta mesoporos cilíndricos, empacotados hexagonalmente,
Parte Experimental - 68
área superficial extremamente alta (> 1500 m2 g-1) e tamanhos de poros bem
definidos de 50 a 300 Å, ultrapassando a barreira de tamanho de poros (> 15 Å) das
zeolitas microporosas.125 Para a organofuncionalização da sílica amorfa, utilizou-se
benzotiazol-2-tiol (Sigma-Aldrich).31
Nos estudos da otimização dos eletrólitos suporte, soluções de KNO3 (Sigma-
Aldrich) 0,1 mol L-1, LiCl (Mallinckrodt) 0,1 mol L-1 e KCl (Spectrum) 0,1 mol L-1,
também foram preparadas pela solubilização dos seus respectivos sais em água.
A partir de padrões certificados da marca SpecSol®, foram preparadas
soluções estoque em concentração 1,0 x 10-3 mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. A
partir dessas soluções estoque foram preparadas todas as soluções de trabalho, por
diluição com alíquotas tomadas com auxílio de micropipetas Eppendorff de volume
variável, previamente calibradas nas faixas dos volumes usados.
As soluções contendo etanol (Panreac®, grau HPLC) foram preparadas
misturando-se a porcentagem de etanol desejada com a solução do eletrólito
suporte.
Soluções estoque de epinefrina (Sigma-Aldrich) 1,0 x 10-4 mol L-1 foram
preparadas previamente ao uso e também protegida da luz, em meio de tampão
fosfato 0,1 mol L-1 pH 7,5 e diluídas a fim de se obter as soluções de trabalho.
3.2 Amostras analisadas
As análises individuais de paracetamol e de misturas contendo paracetamol e
cafeína foram realizadas em amostras farmacêuticas. A Tabela 2 resume os
medicamentos, bem como sua procedência. Todas as amostras foram adquiridas em
fármacias locais de São Carlos.
Parte Experimental - 69
Tabela 2 - Medicamentos utilizados nas análises farmacêuticas
Analito Amostra Procedência
Paracetamol
Tylenol® Janssen-Cilag Resfenol® Kley Hertz S.A.
Buscopan Duo® Boehringer Ingelheim Trimedal® Novartis Biociências S.A.
Paracetamol e
Cafeína
Tylenol DC® Janssen-Cilag
Excedrin® Novartis Biociências S.A
Maxidrin® Kley Hertz S.A.
Para o preparo das amostras foram macerados vinte comprimidos até a
obtenção de um pó fino e as massas de interesse pesadas em uma balança
analítica.
A análise simultânea de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2, foram realizadas em amostras
de etanol combustível obtidas de diferentes postos de gasolina da cidade de São
Carlos, conforme descrito na Tabela 3. As amostras receberam adições conhecidas
dos íons dos metais de interesse e, em seguida, diluídas no eletrólito suporte,
obtendo-se concentrações correspondentes à 30/70 de etanol/eletrólito suporte (v/v).
Tabela 3 - Amostras de etanol combustível utilizadas nas análises ambientais
Analito Amostra Procedência
Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+
Amostra 01 Posto de combustível 01 Amostra 02 Posto de combustível 01 Amostra 03 Posto de combustível 01
Para a determinação da epinefrina, uma solução artificial do fluido cérebro-
espinal sintético (CSF) proposta por Oser126 e Zhang et al127 foi preparada contendo
a maioria dos interferentes presentes no fluido biológico. A Tabela 4 resume as
substâncias utilizadas, bem como as quantidades e procedência de cada uma.
Parte Experimental - 70
Tabela 4 - Substâncias utilizadas na preparação do CSF para as análises biológicas
Analito Amostra Substância Quantidades (g) Procedência
Epinefrina CSF NaCl 2,10 Merck
KCl 0,07 Spectrum
CaCl2 0,08 Baker
Glucose 0,20 Synth
NaHCO3 0,40 Quemis
Uréia 0,002 Synth
Para o preparo das amostras foram misturadas em um balão volumétrico de
250 mL, as quantidades de cada substância descrita acima e ajustado o pH para
7,4. A solução foi imediatamente usada após a preparação para evitar a hidrólise da
uréia.
3.3 Instrumentação
3.3.1 Medidas voltamétricas
As medidas voltamétricas foram realizadas utilizando-se um potenciostato-
galvanostato AUTOLAB PGSTAT-30 (Ecochemie), acoplado a um microcomputador
e controlado com um programa GPES v. 4.9 (Ecochemie). As medidas de pH das
soluções foram realizadas em um pHmetro digital CORNING, modelo 320, com
eletrodo combinado de vidro.
O software Corel Draw® foi utilizado para fazer o desenho dos eletrodos
impressos. Em seguida, uma máquina plotter de recorte, modelo expert 24, GCC, foi
utilizada para cortar os adesivos que foram utilizados como molde na fabricação dos
eletrodos impressos.
Parte Experimental - 71
3.3.2 Eletrodos
Os eletrodos utilizados foram os eletrodos impressos descartáveis
desenvolvidos nesse trabalho, contendo o eletrodo de trabalho (3 mm de diâmetro),
o eletrodo auxiliar e o eletrodo de referência, todos impressos em tinta de material
condutor à base de carbono e contidos no mesmo suporte de PVC. Para estudos de
comparação, foi utilizado um eletrodo impresso comercial (DropSens®) de grafite,
também com diâmetro do eletrodo de trabalho de 3 mm.
Para conecção dos eletrodos foi desenvolvido um conector, o qual é
encaixado na extremidade dos contatos elétricos e ligados a saída dos eletrodos do
potenciostato/galvanostato.
Os experimentos eletroquímicos foram realizados em uma célula de volume
total de 20 mL.
3.4 Fabricação da tinta
A composição grafite/PU do eletrodo tem influência direta no funcionamento
do mesmo, sendo que os melhores resultados foram obtidos com eletrodos com
composição de 60% de grafite e 40% de resina PU. Essa composição foi definida
em trabalho anterior22, utilizando um eletrodo de grafite/PU na forma convencional
de bastões. Assim, para o desenvolvimento da tinta, foi necessário a otimização de
dois parâmetros: a natureza do solvente e a sua quantidade. Para isso, tintas à base
de grafite e PU foram preparadas com diferentes solventes e em diferentes
proporções dos mesmos.
Os solventes avaliados foram acetona, diclorometano e clorofórmio, os quais
apresentam densidades iguais a 0,791, 1,33 e 1,48 g/cm³, respectivamente. As
proporções testadas foram 50; 100 e 150 % de solvente (m/m) em relação a uma
Parte Experimental - 72
massa total de 5,0 g do compósito. Para cada solvente pesaram-se as massas de
2,5; 5,0 e 7,5 g, correspondentes às proporções citadas acima, respectivamente.
Desta forma, a tinta foi composta de uma mistura de grafite de alta pureza,
finamente pulverizado, como material inerte de elevada condutividade, resina
poliuretana de origem vegetal como aglutinante e um sistema solvente para
melhorar a fluidez durante a aplicação da tinta sobre a placa de PVC.
A formulação da tinta seguiu o seguinte procedimento: pesou-se 3,0 g de
grafite em pó, em seguida, adicionou-se 0,9 g de poliol e 1,1 g de pré-polímero
(resina poliuretana) seguindo recomendação do fabricante. Essa mistura foi
homogeneizada em um almofariz de vidro com o auxílio de um pistilo durante 10
minutos. Esse tempo, além de ser o ideal para cura parcial da resina, garante
homogeneidade adequada aos compósitos.
Em seguida, adicionou-se 5,0 mL (1:1,5 m/m, compósito:solvente) do solvente
e misturou-se até a formação de uma pasta. A pasta obtida foi a tinta utilizada na
preparação do eletrodo.
3.5 Método de fabricação dos eletrodos impressos
O processo de fabricação dos eletrodos impressos consistiu-se basicamente
em forçar a tinta, formada pela mistura do compósito (grafite/PU) com o solvente, a
passar através de uma máscara para ser depositada sobre uma placa de PVC com
0,3 mm de espessura.
Para simplificar e reduzir os custos envolvidos neste procedimento, foi
proposto um método no qual o perfil a ser impresso foi recortado em um filme
plástico adesivo, usado na preparação de material de comunicação visual, o qual foi
preparado em uma máquina de recorte comercial (Figura 5). Uma vez definidos os
perfis dos eletrodos, vários
qual foi aplicada sobre uma placa de PVC com espessura de 0,3 mm, usada como
base dos eletrodos. A
removidas, deixando-se a más
vazados, definindo-se o contorno dos eletrodos.
Figura 5 - Fotografia mostrando: (a) Máquina de recorte adesiva, (b) Agulha da m
Uma descrição mais detalhada
Etapa 1: Confecção da m
A confecção da máscara consistiu
eletrodo no software Corel
Nesse programa foi possível fazer o desenho do perfil eletródic
perfis dos eletrodos, vários deles foram reproduzidos em uma mesma máscara, a
qual foi aplicada sobre uma placa de PVC com espessura de 0,3 mm, usada como
base dos eletrodos. As películas que definem o desenho do eletrodo
se a máscara. Finalmente, a tinta foi aplicada sobre os perfis
se o contorno dos eletrodos.
Fotografia mostrando: (a) Máquina de recorte utilizada na confecção da máscara adesiva, (b) Agulha da máquina fazendo o contorno dos eletrodos no adesivo.
descrição mais detalhada deste procedimento é apresentada a seguir.
: Confecção da máscara
ecção da máscara consistiu primeiramente em fazer um desenho do
eletrodo no software Corel Draw (programa de desenho vetorial
possível fazer o desenho do perfil eletródic
Parte Experimental - 73
deles foram reproduzidos em uma mesma máscara, a
qual foi aplicada sobre uma placa de PVC com espessura de 0,3 mm, usada como
que definem o desenho do eletrodo foram
aplicada sobre os perfis
(a)
(b)
utilizada na confecção da máscara os eletrodos no adesivo.
apresentada a seguir.
primeiramente em fazer um desenho do
(programa de desenho vetorial bidimensional).
possível fazer o desenho do perfil eletródico de forma precisa.
Além disso é possível adicionar
adesiva diretamente à partir do programa. A Figura
conjunto de eletrodos contendo o eletrodo de trabalho, o eletrod
elétrico do eletrodo de referência,
Figura 6 - Desenho do eletrodo no software Corel(b) eletrodo auxiliar e
Após o desenho
eletrodos no adesivo, reproduzindo várias cópias do mesmo, simultaneamente,
como mostra a Figura 7.
Figura 7 - Fotografia mostrando a
recorte dos eletrodos.
possível adicionar tantos eletrodos quantos couber
à partir do programa. A Figura 6 ilustra a elaboração de um
conjunto de eletrodos contendo o eletrodo de trabalho, o eletrodo auxiliar
e referência, confeccionado com auxílio da máquina de recorte.
Desenho do eletrodo no software Corel Draw, contendo (a) eletrodo de trabalho, b) eletrodo auxiliar e (c) contato elétrico para o eletrodo de referência.
Após o desenho em Corel Draw®, a máquina recortou
eletrodos no adesivo, reproduzindo várias cópias do mesmo, simultaneamente,
Fotografia mostrando a placa de PVC 0,3 mm e a máscara adesivarecorte dos eletrodos.
Parte Experimental - 74
couberem na máscara
ilustra a elaboração de um
o auxiliar e o contato
máquina de recorte.
a) eletrodo de trabalho, c) contato elétrico para o eletrodo de referência.
máquina recortou o desenho dos
eletrodos no adesivo, reproduzindo várias cópias do mesmo, simultaneamente,
áscara adesiva contendo o
Etapa 2: Fixação do adesivo na p
Após remoção do prot
máscara adesiva transparente e, com ajuda de uma espátula, aplica
PVC, como ilustra a Figura 8
na fixação mais perfeita possível do filme, evitando
distorção da matriz por repuxo.
Figura 8 - Fotografia da máscarana placa de PVC, com auxíl
Após a fixação do filme sobre a placa d
ser mantida para proteção da matriz de impressão, devendo ser removida
aplicação da tinta.
Etapa 3: Exposição do desenho do eletrodo na p
Nessa etapa, retirou
recorte, expondo a matriz que reproduz os eletrodos, definindo o desenho das partes
vazadas da máscara (Figura 9
auxiliar, assim como o contato elétrico
sobre a placa de PVC (Figura 9
Fixação do adesivo na placa de PVC
Após remoção do protetor de papel, o filme adesivo foi
máscara adesiva transparente e, com ajuda de uma espátula, aplica
, como ilustra a Figura 8. Essa máscara transparente é importante
na fixação mais perfeita possível do filme, evitando-se a formação de bolhas e
distorção da matriz por repuxo.
Fotografia da máscara adesiva contendo os eletrodos recortados, na placa de PVC, com auxílio de uma máscara transparente.
Após a fixação do filme sobre a placa de PVC, a máscara transparente pode
ser mantida para proteção da matriz de impressão, devendo ser removida
: Exposição do desenho do eletrodo na placa de PVC
Nessa etapa, retirou-se o adesivo, previamente recortado na máquina de
recorte, expondo a matriz que reproduz os eletrodos, definindo o desenho das partes
(Figura 9.a). Assim, o contorno dos eletrodos de trabalho e
contato elétrico do eletrodo de referência, foram
bre a placa de PVC (Figura 9.b).
Parte Experimental - 75
or de papel, o filme adesivo foi fixado em uma
máscara adesiva transparente e, com ajuda de uma espátula, aplicado na placa de
. Essa máscara transparente é importante para auxiliar
se a formação de bolhas e
recortados, sendo fixada ra transparente.
, a máscara transparente pode
ser mantida para proteção da matriz de impressão, devendo ser removida antes da
se o adesivo, previamente recortado na máquina de
recorte, expondo a matriz que reproduz os eletrodos, definindo o desenho das partes
o contorno dos eletrodos de trabalho e
do eletrodo de referência, foram reproduzidos
Figura 9 - Fotografia mostrando:Vista do adesivo sobre a placa de PVC, expondo as formas a
Etapa 4: Impressão da tinta
Com ajuda de uma espátula, a tinta foi
máscara que está sobre a placa de PVC
Figura 10 - Fotografia da máscara adesiva
Ao final desta etapa tem
referentes aos eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do
eletrodo de referência.
(a)
Fotografia mostrando: (a) Exposição dos eletrodos recortados no adesivo e (b) Vista do adesivo sobre a placa de PVC, expondo as formas a
inta
ajuda de uma espátula, a tinta foi passada uniformemente, através da
bre a placa de PVC, como mostra a Figura 10
Fotografia da máscara adesiva sobre a placa de PVC, após aplicação da tinta.
Ao final desta etapa tem-se o compósito curado preenchendo os espaços
referentes aos eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do
Parte Experimental - 76
(a)
(b)
(a) Exposição dos eletrodos recortados no adesivo e (b) Vista do adesivo sobre a placa de PVC, expondo as formas a serem impressas.
passada uniformemente, através da
, como mostra a Figura 10.
após aplicação da tinta.
se o compósito curado preenchendo os espaços
referentes aos eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do
Etapa 5: Retirada da máscara
Após a impressão, a tinta
para a cura total da resina PU e eliminação do solvente.
Em seguida, retirou
eletrodo impresso, representado pelo conjunto de ele
assim como o contato elétrico do eletrodo de referência, ainda envolvidos pela
porção do filme adesivo,
Figura 11 - Fotografia mostrando: (a) remoção da expondo o conjunto impressoadesiva, expondo a forma dos eletrodos.
Etapa 6: Exposição dos eletrodos impressos em sua forma f
Finalmente, nessa etapa, retirou
os eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de
referência.
Ao final deste processo formou
propriedades mecânicas e elétricas desejadas,
trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de referê
apresenta a Figura 12.
áscara
Após a impressão, a tinta secou à temperatura ambiente, durante 24 horas
para a cura total da resina PU e eliminação do solvente.
Em seguida, retirou-se o excesso de filme adesivo, deixando
eletrodo impresso, representado pelo conjunto de eletrodos de trabalho e auxiliar,
assim como o contato elétrico do eletrodo de referência, ainda envolvidos pela
, que define o eletrodo impresso, como mostra a Figura 11
(a)
Fotografia mostrando: (a) remoção da primeira parte da máscara adesivaexpondo o conjunto impresso e (b) remoção da segunda parte da máscara adesiva, expondo a forma dos eletrodos.
eletrodos impressos em sua forma final
Finalmente, nessa etapa, retirou-se o molde de adesivo restante, expondo
os eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de
deste processo formou-se um filme rígido e ade
ecânicas e elétricas desejadas, correspondente aos eletrodos de
trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de referê
Parte Experimental - 77
à temperatura ambiente, durante 24 horas*,
adesivo, deixando-se apenas o
trodos de trabalho e auxiliar,
assim como o contato elétrico do eletrodo de referência, ainda envolvidos pela
mpresso, como mostra a Figura 11.
(b)
primeira parte da máscara adesiva, remoção da segunda parte da máscara
se o molde de adesivo restante, expondo-se
os eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de
se um filme rígido e aderente, com as
rrespondente aos eletrodos de
trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico do eletrodo de referência, como
Figura 12 - Fotografia dos eletrodos de trabalho e auxiliareletrodo de referênciaplaca de PVC.
Etapa 7: Aplicação da cola de prata
Após a preparação dos eletrodos de trabalho e auxiliar e do contato elétrico
do eletrodo de referência
aplicada sobre a placa de PVC, sobrepondo
referência. Finalmente, o conjunto de eletrodos que compõe o eletrodo impresso foi
parcialmente coberto por uma camada da res
definir a área de contato elétrico em uma extremidade e, na outra, para defin
ativa dos eletrodos, permitindo o
Figura 13.
Figura 13 - Fotografia do eletrodo impresso
PU definindo as áreas de contato elétrico e a área de atuação do eletrodo.
Após a etapa 7, o processo de fabricação dos eletrodos
obtendo-se um eletrod
Fotografia dos eletrodos de trabalho e auxiliar, assim como o contato elétrico odo de referência, já impressos, com o compósito curado e fixado so
: Aplicação da cola de prata e do isolante sobre os eletrodo
Após a preparação dos eletrodos de trabalho e auxiliar e do contato elétrico
do eletrodo de referência, com o auxílio de uma espátula, uma pasta de Ag/AgCl
aplicada sobre a placa de PVC, sobrepondo-se ao contato elétrico
Finalmente, o conjunto de eletrodos que compõe o eletrodo impresso foi
parcialmente coberto por uma camada da resina PU, usada como isolante, para
definir a área de contato elétrico em uma extremidade e, na outra, para defin
rmitindo o contato elétrico externo do conjunto, como mostra a
Fotografia do eletrodo impresso pronto, contendo a cola de Ag/AgCl e PU definindo as áreas de contato elétrico e a área de atuação do eletrodo.
Após a etapa 7, o processo de fabricação dos eletrodos
se um eletrodo impresso com dimensões de 1,0 x
Parte Experimental - 78
, assim como o contato elétrico do
com o compósito curado e fixado sobre a
e do isolante sobre os eletrodos
Após a preparação dos eletrodos de trabalho e auxiliar e do contato elétrico
auxílio de uma espátula, uma pasta de Ag/AgCl, foi
se ao contato elétrico do eletrodo de
Finalmente, o conjunto de eletrodos que compõe o eletrodo impresso foi
ina PU, usada como isolante, para
definir a área de contato elétrico em uma extremidade e, na outra, para definir a área
contato elétrico externo do conjunto, como mostra a
, contendo a cola de Ag/AgCl e o isolante
PU definindo as áreas de contato elétrico e a área de atuação do eletrodo.
Após a etapa 7, o processo de fabricação dos eletrodos foi finalizado,
so com dimensões de 1,0 x 3,5 cm
Parte Experimental - 79
(largura/comprimento). A aplicação do isolante seguiu os mesmos passos descritos
para a impressão dos eletrodos impressos, usando-se desde o Corel Draw® para
desenhar o seu contorno, até o uso e remoção do filme adesivo para definir sua área
útil, como foi descrito acima.
Procedimentos semelhantes foram conduzidos para obter eletrodos com
diferentes tamanhos e geometrias, afim de avaliar as melhores condições de
confecção.
3.5.1 Otimização dos parâmetros para a confecção do s eletrodos impressos
Os parâmetros otimizados para a confecção dos eletrodos foram: quantidade
de demãos a serem aplicadas no processo de “screen-printing”, espessura da
máscara adesiva utilizada na fabricação do molde, tipo de isolante e dimensão total
do conjunto impresso. Testes voltamétricos usando CV em 5 mmol L-1 de Fe(CN)64-
em KCl 0,5 mol L-1, como sonda eletroquímica, foram usados na escolha dos
melhores parâmetros.
3.6 Tratamentos da superfície do eletrodo
Após a confecção dos eletrodos, efetuada conforme o processo descrito
anteriormente, eles foram submetidos a um tratamento físico e eletroquímico para a
ativação de sua superfície. Apenas após esse tratamento é que os mesmos irão
atingir seu desempenho máximo em termos de reatividade de superfície e
rendimento em termos de correntes de pico e transferência de elétrons.
O tratamento físico constitui-se na compactação manual da tinta antes da
cura do compósito, a fim de unir as partículas de grafite e PU, homogeneizando a
superfície do eletrodo. Isso foi feito utilizando como base um tubo cilíndrico de
Parte Experimental - 80
politetrafluoretileno (Teflon®), com 0,5 mm de diâmetro e 10 cm de comprimento.
Suportado pelo cilindro, têm-se um outro tubo de borracha, também cilíndrico, com
diâmetro e comprimento de 1,0 e 4,0 cm, respectivamente. Este tubo de borracha é
o responsável por comprimir a superfície do eletrodo.
Tomou-se o cuidado de pesquisar esse tipo de material, para que no
momento da impressão não ocorra a adesão da pasta no material e
conseqüentemente a remoção do compósito impresso.
Após 10 minutos de impressão, foi possível fazer a compressão, o que foi
tomado como tempo ótimo para tal procedimento.
Em uma segunda etapa os eletrodos passaram por uma ativação dos sítios
ativos, o que pode ser feito ciclando-se sucessivamente a superfície do eletrodo em
um meio eletrolítico adequado, por um número definido de vezes. Para isso,
otimizou-se o número de ciclos de varredura e a velocidade de varredura, utilizando
voltametria cíclica.
Esses estudos foram realizados em comparação com um eletrodo comercial
da Dropsens®, com mesmo diâmetro do eletrodo de trabalho, comprovando a
necessidade dos tratamentos físico e eletroquímico.
3.7 Medida da resistência ôhmica dos eletrodos comp ósitos impressos
Com o propósito de completar a caracterização dos eletrodos, foi feito um
estudo com os EIGPU a fim de analisar de que forma os parâmetros como
tratamento eletroquímico da superfície, compactação da superfície, espessura da
máscara adesiva e o número de demãos utilizadas na confecção dos eletrodos,
influenciam na resistência ôhmica dos mesmos. Para isso, mediu-se a resistência
ôhmica de eletrodos confeccionados com 1, 2 e 3 camadas de máscara adesiva; 1,
Parte Experimental - 81
2 e 3 demãos de tinta; eletrodos tratados e não-tratados eletroquimicamente e
eletrodos compactados/tratados e compactados/não-tratados.
As medidas foram realizadas usando um multímetro de bancada (Minipa,
MDM-8045), com os eletrodos impressos imersos em uma poça de Hg e usando um
eletrodo de fio de platina para fechar o circuito.
3.8 Preparação dos eletrodos compósitos impressos g rafite-PU modificados
com sílica SBA-15 funcionalizada (EIGPU-MO)
Como já descrito anteriormente, de acordo com a recomendação do
fabricante (Poliquil, Araraquara-SP, Brasil) a resina poliuretana foi preparada
misturando-se 0,9 partes do poliol (491-ID) e 1,1 partes do pré-polímero (A-249) com
a proporção grafite-PU (60%, m/m). Os compósitos modificados foram preparados
substituindo quantidades correspondentes de pó de grafite pela sílica SBA-15
organofuncionalizada, para obter a composição desejada. A proporção de PU foi
fixada em 40% (m/m) e substituiu-se quantidades correspondentes de pó de grafite
de modo a obter eletrodos com 5% do modificador, uma vez que diminuindo a
quantidade de PU, a homogenização se torna mais difícil. Em seguida, do mesmo
modo que nos EIGPU sem modificação, adicionou-se 5,0 mL do solvente a fim de se
obter a tinta a ser impressa na máscara de adesivo.
3.8.1 Avaliação dos EIGPU-MO na determinação simult ânea de Cd 2+, Pb2+,
Cu2+ e Hg2+
A fim de avaliar a potencialidade da modificação nos eletrodos impressos, fez-
se um estudo comparativo utilizando um eletrodo compósito impresso grafite-PU
(EIGPU), um eletrodo compósito impresso grafite-PU modificado com a sílica
Parte Experimental - 82
SBA-15 (EIGPU SBA-15) e um eletrodo compósito impresso grafite-PU modificado
com a sílica SBA-15 organofuncionalizada com benzotiazol-2-tiol (EIGPU-MO).
Esses três tipos de eletrodos foram avaliados na detecção simultânea de Cd2+, Pb2+,
Cu2+ e Hg2+, em meio aquoso, pela adição de volumes conhecidos dos padrões a
fim de se obter concentrações finais de cada íon metálico de 5,0 x 10-5 mol L-1.
Os parâmetros utilizados nesse estudo inicial foram os já otimizados
anteriormente pelo grupo para eletrodos convencionais31: velocidade de varredura
de 10 mV s-1, amplitude de pulso de 50 mV, tempo de acumulação de 300 s em -1,1
(vs. pseudo-Ag/AgCl) V e utilizando KCl 0,1 mol L-1 e ajustado para 3,0 com HCl 0,1
mol L-1, como eletrólito suporte.
3.9 Prodecimentos empregados para a determinação do s analitos em amostras
3.9.1 Determinação de paracetamol em formulações fa rmacêuticas comerciais
Para avaliar o desempenho do EIGPU no controle de qualidade de
medicamentos, escolheu-se o APAP como sonda eletroquímica para esse tipo de
amostra e, em seguida, procedeu-se à determinação simultânea de APAP e CAF.
O preparo das amostras seguiu as recomendações da Farmacopéia
Brasileira 1988128 e todas as medidas, foram realizadas da mesma forma que
apresentado a seguir na determinação simultânea de paracetamol e cafeína em
formulações farmacêuticas.
3.9.2 Determinação simultânea de paracetamol e cafe ína em formulações
farmacêuticas comerciais
O EIGPU foi utilizado para investigar o comportamento eletroquímico do
paracetamol e da cafeína simultaneamente, usando DPV. Para isso, foram
Parte Experimental - 83
otimizadas a velocidade de varredura e a amplitude de pulso, variando entre 10 e
100 mV s-1 e 25 e 100 mV, respectivamente. Essas medidas foram feitas em solução
de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0 já definida anteriormente, na presença de
1,0 x 10-4 mol L-1 de cada analito.
Após a otimização dos parâmetros em DPV, foi obtida uma curva analítica
para cada analito individualmente e outra curva analítica para os dois analitos
simultaneamente, variando-se a concentração de APAP e CAF entre 1,00 e 200
µmol L-1.
Em seguida, o EIGPU foi utilizado na determinação simultânea desses dois
analitos em formulações farmacêuticas. As quantidades dessas substâncias
presentes nas amostras foram determinadas pelo método de adição de padrão, em
triplicata.
De acordo com as recomendações da Farmacopéia Brasileira 1988,128 foram
triturados vinte comprimidos de cada amostra e pesadas, rigorosamente, porções do
pó obtido equivalentes a 500,0 mg de APAP e 65,00 mg de CAF de Tylenol DC®,
Excedrin® e Maxidrin®, de acordo com o rótulo. Em seguida, foram dissolvidos em
100 mL de tampão fosfato 0,1 mol L-1 pH 6,0 para obter soluções correspondente a
3,0 x 10-3 mol L-1 de APAP e 7,5 x 10-3 mol L-1 de CAF. As soluções foram
submetidas a banho de ultrasson durante 15 minutos a fim de completar a
dissolução.
As soluções das amostras de Tylenol DC® e Excedrin® foram tratadas em
carvão ativado, por 5 minutos, a 40 ºC e em seguida filtradas, a fim de remover o
corante constituinte na formulação farmacêutica, para evitar interferências nas
análises.
Parte Experimental - 84
É importante lembrar que a cafeína tem um potencial de oxidação
relativamente elevado em eletrodos à base de carbono129, o que representa um
desafio significativo para os testes de desempenho desse novo tipo de eletrodo.
3.9.3 Determinação simultânea de Zn 2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em etanol
combustível
O EIGPU também foi utilizado para avaliar a possibilidade da determinação
simultânea dos íons Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em amostras de etanol combustível,
usando DPASV.
Foram otimizados os seguintes parâmetros: porcentagem de etanol no meio,
eletrólito suporte, concentração hidrogeniônica do meio, velocidade de varredura,
amplitude de pulso, potencial de deposição e tempo de acumulação. Todas as
otimizações foram realizadas em solução contendo os metais em concentrações
finais de 3,0 x 10-5 mol L-1. Aqui, o controle da concentração hidrogeniônica substitui
a medida de pH, já que não seria adequado medir esse valor em meio de
etanol/água.
Após a otimização dos parâmetros em DPASV, foram obtidas curvas
analíticas, variando-se as concentrações de Zn2+ entre 1,00 e 10,0 µmol L-1 e Pb2+,
Cu2+ e Hg2+ entre 0,4 e 6,0 µmol L-1.
Em seguida, o EIGPU-MO foi utilizado na determinação simultânea desses
quatro íons metálicos em etanol combustível, adquiridos de postos de gasolina
locais. As amostras foram intencionalmente contaminadas com os analitos e a
quantidade dessas espécies presentes nas amostras foi determinada pelo método
de adição de padrão, a fim de minimizar efeitos de matriz.
Parte Experimental - 85
Essas amostras receberam alíquotas das soluções estoque 1,0 x 10-4 mol L-1
de cada íon metálico, de forma que, após a diluição em KCl 0,1 mol L-1 para se obter
soluções correspondentes a 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, as concentrações finais
fossem 5,0 µmol L-1 de Zn2+, 0,4 µmol L-1 de Pb2+, 0,8 µmol L-1 de Cu2+ e 0,4 µmol L-
1 de Hg2+.
3.9.4 Determinação de epinefrina em fluido cérebro- espinal sintético
O último desafio do EIGPU foi investigar o comportamento eletroquímico da
epinefrina, usando CV e, em seguida, determiná-la em amostra de fluido cérebro-
espinal sintético, usando DPV e SWV de forma comparativa.
Utilizando a CV, o efeito do pH sobre o potencial de pico (Epa) e a corrente de
pico de oxidação (Ipa) da EP foi examinado em tampão fosfato 0,1 mol L-1, variando o
pH entre 5,0 e 8,0. Além disso, foi feito um estudo para analisar a depedência entre
a corrente de pico anódica e a velocidade de varredura na superfície do eletrodo.
Todas as otimizações foram realizadas em solução contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de
epinefrina.
Com a finalidade de maximizar o sinal analítico das técnicas escolhidas e
melhorar as condições experimentais, a melhor resposta do eletrodo EIGPU foi
avaliada em relação a velocidade de varredura e amplitude de pulso (DPV) e
freqüência e incremento de potencial (SWV).
Após a otimização dos parâmetros, foram obtidas curvas analíticas em DPV e
em SWV, variando, em ambos os casos, as concentrações de EP entre 1,00 e 60,0
µmol L-1.
Em seguida, o método proposto foi aplicado na determinação de EP em
amostra de fluido cérebro-espinal sintético, preparada no laboratório. A amostra foi
Parte Experimental - 86
intencionalmente contaminada por diluição de alíquotas das soluções estoque
1,0 x 10-4 mol L-1, de forma a se obter concentrações de 3,0 µmol L-1 de EP e as
quantidades das espécies presentes foram determinadas pelo método de adição de
padrão, em triplicata.
3.10 Método oficial de análise
Para as análises farmacêuticas, o método de comparação para a
determinação de paracetamol e cafeína foi realizado de acordo com recomendações
da Farmacopéia Americana (USP XXXII)130. Foram realizadas utilizando um
cromatógrafo Schimadzu LC-10AD UP, sistema de HPLC equipado com um detector
SPD-10A UP UV, bomba LC-6AD (610) e software Class-VP. As condições
cromatográficas utilizadas foram uma coluna C-18 (15 cm x 4,6 mm, 5 µm),
comprimento de onda do detector de 225 nm, fase móvel água, metanol e ácido
acético glacial, com uma vazão de 0,8 mL min-1, à temperatura ambiente.
Já nas análises ambientais, a espectroscopia de absorção atômica foi
utilizada como o método de comparação de modo a avaliar os resultados obtidos
com o procedimento DPASV proposto. Os íons metálicos Pb2+, Cu2+ e Hg2+ foram
determinados por espectroscopia de absorção atômica com forno de grafite
(GFAAS), usando espectrômetro SIMAA 6000 (Perkin Elmer, Shelton, CT, EUA)
equipado com um atomizador de tubos de grafite transversalmente aquecido (THGA)
com efeito de correção longitudinal Zeeman e um amostrador automático AS-72.
Espectrometria de absorção atômica de alta resolução com chama de fonte contínua
(HR-CS-FAAS) foi utilizada para a determinação de Zn2+, empregando um
espectrofotômetro modelo ContrAA 300 (Perkin Elmer, Shelton, CT, EUA).
Capítulo 4. Resultados e Discussão
4.1 Confecção dos eletrodos impressos
Resultados e Discussão - 89
4.1 Confecção dos eletrodos impressos
Foi proposto e desenvolvido um método de fabricação para eletrodos
compósitos impressos à base de grafite e resina poliuretana de origem vegetal,
visando a obtenção de um sensor simples, descartável, de baixo custo e com
características de ser sensível e seletivo. Além disso, foi possível desenvolver a tinta
para o processo de impressão.
4.1.1 Otimização dos parâmetros para o desenvolvime nto da tinta e do
eletrodo impresso
Na confecção da tinta, melhores respostas em termos de perfil voltamétrico e
intensidade de corrente foram obtidas com o solvente clorofórmio, na proporção de
1:1,5 (m/m), em relação à massa total do compósito. Por exemplo, para 5,0 g do
compósito, usou-se 7,5 g (correspondente a 5 mL de solvente). Essa proporção foi
definida uma vez que a tinta apresentou consistência e fluidez adequadas,
facilitando o processo de impressão sobre o suporte de PVC.
Na confecção dos eletrodos impressos, foram desenvolvidos eletrodos com 1,
2 e 3 camadas de máscara adesiva, a fim de avaliar de que forma a espessura final
do compósito influenciaria na resposta voltamétrica do mesmo.
A Tabela 5 apresenta os valores de corrente anódica (Ipa) e a diferença de
potencial (∆Ep) obtidas nas medidas voltamétricas, com eletrodos preparados com
diferentes camadas, em solução de ferricianeto de potássio 5 mmol L-1.
Resultados e Discussão - 90
Tabela 5 - Valores da corrente anódica e da diferença de potencial, obtidas para os eletrodos confeccionados com diferentes quantidades de máscara adesiva e para o eletrodo impresso comercial
Número de máscara adesiva Ipa / µA ∆Ep / mV
1 24,4 243 2 29,2 199 3 34,5 171
Eletrodo comercial 26,4 112
Obteve-se melhor resposta com 3 camadas de adesivo em termos de
intensidade de corrente, forma das curvas e ∆Ep. Esses resultados podem ser
facilmente compreendidos, pois o número de camadas da máscara adesiva é
proporcional à área ativa do eletrodo dada a contribuição da espessura. Observou-
se ainda, que esses parâmetros chegam a ser melhores do que àqueles obtidos com
o eletrodo comercial.
Em relação ao número de demãos, foram feitos eletrodos em triplicata,
utilizando 1 camada de máscara adesiva, porém variando-se o número de demãos
de tinta de 1 a 3, a fim de avaliar a influência dessas demãos no comportamento
voltamétrico do eletrodo, supondo melhora no recobrimento do suporte.
O estudo revela que o uso de 1 camada de máscara adesiva e 1 a 3 demãos
de tinta não leva à modificações significativas, tanto nas correntes de pico, quanto
no perfil voltamétrico.
A conclusão entre os estudos combinados de número de camadas adesivas e
de demãos foi que deve-se usar 1 camada de máscara adesiva e ao menos 2
demãos para melhores resultados, uma vez que a resposta voltamétrica do eletrodo
com 3 camadas de máscara adesiva foi equivalente à resposta voltamétrica do
eletrodo com 1 camada de adesivo, porém 2 demãos.
Isso se deve, provalvelmente, ao melhor recobrimento da placa de PVC
quando se aplicam 2 demãos, levando a um melhor contato elétrico entre as
Resultados e Discussão - 91
partículas do compósito e evitando descontinuidades no filme condutor. A vantagem
de usar 1 camada é que não há problemas de repetibilidade na posição da matriz
durante a aplicação da máscara adesiva no suporte de PVC.
Outro parâmetro otimizado foi o tipo de isolante, o qual é responsável por
definir a área de contato elétrico e a área de atuação do eletrodo. Foram testados
verniz, base de unha e a resina PU.
O perfil voltamétrico mostrou-se bem resistivo para os eletrodos em que
utilizou-se verniz e base de unha, o que não ocorreu quando a PU foi usada,
apresentando processo redox reversível. Uma possível explicação seria uma
interação entre a base de unha e o verniz, com a PU, provocando quebra dos
contatos elétricos no compósito, e consequentemente, impedindo o fluxo de corrente
através do eletrodo.
Além disso, foram avaliadas duas dimensões do conjunto impresso: 1,0 x 3,5
cm e 3,0 x 5,0 cm, sendo que, no conjunto com dimensão menor, o diâmetro do
eletrodo de trabalho é de 3,0 mm e no eletrodo de dimensão maior é de 5,0 mm.
Não se observou diferenças significativas na resposta voltamétrica dos dois
eletrodos, optando-se, desta forma, pelo eletrodo de 1,0 x 3,5 cm para todos os
estudos posteriores. Essa dimensão é a mesma dos eletrodos impressos comerciais,
podendo-se então, comparar os resultados obtidos com o compósito e esses
eletrodos.
A Tabela 6 apresenta um resumo dos parâmetros otimizados no
desenvolvimento da tinta e, também, no processo de fabricação dos eletrodos
impressos, destacando os melhores resultados.131
Resultados e Discussão - 92
Tabela 6 - Otimização dos parâmetros na confecção dos eletrodos impressos*
Material desenvolvido
Parâmetros otimizados Variáveis estudadas*
Tinta
Solvente
Acetona Diclorometano Clorofórmio
Proporção de solvente (m/m)
0,5 1,0 1,5
Eletrodo impresso
Número de camada de adesivo
1 2 3
Número de demãos
1 2 3
Isolante
Verniz Base de unha
Resina PU Dimensão do conjunto impresso
/ cm 1,0 x 3,5 2,0 x 5,0
*em vermelho estão as melhores condições
A caracterização eletroquímica dos diferentes eletrodos foi feita em
voltametria cíclica, usando K3[Fe(CN)6] 5,0 mmol L-1 em meio de KCl 0,5 mol L-1.
4.1.2 Tratamentos da superfície do eletrodo impress o
4.1.2.1 Tratamento eletroquímico
Foi observada a necessidade de promover um tratamento da superfície dos
eletrodos, antes do uso, para que o mesmo atinja um melhor desempenho nas
respostas voltamétricas.
Inicialmente, optou-se por um tratamento eletroquímico que consistiu em uma
ativação dos sítios ativos da superfície dos eletrodos, o qual foi feito ciclando-se
sucessivamente o eletrodo em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,0, em um
intervalo de -1,0 a +1,5 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V.
Para isso, foi necessário nesta etapa, um estudo para definir o número
mínimo de ciclos necessários para ativação da superfície, de forma que o tempo
Resultados e Discussão - 93
necessário para fazer o tratamento fosse o menor possível. Avaliou-se o efeito do
número de ciclos entre 0 e 300 varreduras. Resposta satisfatória foi obtida após 150
ciclos, uma vez que acima desse número de ciclos o tempo de tratamento do
eletrodo é maior e a intensidade de corrente não tem um aumento significativo,
permanecendo praticamente constante, como pode ser visualizado na Figura 14.
0 50 100 150 200 250 300
-20
-10
0
10
20
I / µ
A
Número de ciclos
Ipa
Ipc
Figura 14 - Dependência da corrente de pico anódica (Ipa) e catódica (Ipc) com o número de ciclos de varredura.
Definido o número de ciclos necessários para ativar a superfície do eletrodo,
realizou-se um estudo da velocidade de varredura a ser utilizada, de forma que
ocorra a ativação da superfície em um menor tempo possível. Para isso, foram
testadas as velocidade de 100, 200 e 400 mV s-1, usando como sonda eletroquímica
uma solução de K3[Fe(CN)6] em meio de KCl 0,5 mol L-1.
A velocidade de 200 mV s-1 foi escolhida por apresentar melhor perfil
voltamétrico quando comparada ao voltamograma obtido com a velocidade de 400
mV s-1 e por ser mais rápida que 100 mV s-1, como desejado.
A Figura 15 mostra voltamogramas cíclicos obtidos em solução contendo
1,0 x 10-4 mol L-1 APAP com um eletrodo recém-preparado sem nenhum tratamento
e um eletrodo submetido ao tratamento eletroquímico nas condições otimizadas.
Resultados e Discussão - 94
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
-0,8
-0,4
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
I / µ
A
E / V (vs. pseuso-Ag/AgCl)
sem tratamento com tratamento
Figura 15 - Voltamogramas cíclicos para os eletrodos: tratado e não-tratado em solução de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de APAP e velocidade de varredura de 25 mV s-1.
É possível observar que o tratamento eletroquímico é fundamental antes da
utilização do EIGPU. Dessa forma, foi realizado um estudo com eletrodos impressos
comerciais, a fim de avaliar o comportamento voltamétrico do mesmo, com e sem a
ativação da superfície. Para isso, um eletrodo impresso comercial da DropSens®,
também de carbono, foi submetido às mesmas condições de tratamento
eletroquímico utilizadas com o EIGPU, na presença de solução de paracetamol
1,0 x 10-4 mol L-1. Os resultados estão apresentados na Figura 16.
Os resultados também mostraram a necessidade de ativação superficial em
eletrodos impressos comerciais, revelando ser uma característica comum ao
eletrodo desenvolvido neste trabalho e ao eletrodo impresso comercial.
Resultados e Discussão - 95
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
-0,8
-0,4
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Sem tratamento eletroquímico Com tratamento eletroquímico
Figura 16 - Voltamogramas cíclicos obtidos com o eletrodo impresso comercial de carbono (DropSens®), com e sem tratamento eletroquímico, em solução de 1,0 x 10-4 mol L-1 de APAP, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, ν = 25 mV s-1.
A Figura 17 apresenta os voltamogramas cíclicos obtidos com o EIGPU na
presença de 1,0 x 10-4 mol L-1 de APAP, comparado com um eletrodo impresso
comercial impresso de carbono na mesma solução e tratado sob as mesmas
condições.
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8-1,2
-0,8
-0,4
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
EIGPU
Eletrodo comercial (Dropsens®)
Figura 17 - Voltamogramas cíclicos obtidos com o EIGPU e com o eletrodo impresso
comercial de carbono em solução de 1,0 x 10-4 mol L-1 de APAP, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, ν = 25 mV s-1.
Resultados e Discussão - 96
É evidente que um par de picos redox aparece entre 0,0 e -0,2 (vs. pseudo-
Ag/AgCl) V em ambos os casos. No entanto, o eletrodo impresso comercial
apresentou menor intensidade de corrente (Ip) e maior diferença de potencial de pico
(∆Ep) quando comparado ao EIGPU. A Tabela 7 apresenta os resultados
quantitativos.
Tabela 7 – Correntes de pico e potenciais de oxidação do APAP, observados no EIGPU e no eletrodo impresso comercial
Eletrodo Ipa / µA Ipc / µA Epa / mV Epc / mV ∆Ep / mV
EIGPU 1,37 1,13 150 77 73 Comercial 1,12 0,81 235 120 115
Em adição, pode-se afirmar que o EIGPU é mais ativo e apresenta maior
intensidade de corrente que o eletrodo comercial, nas condições atuais, como se
pode observar pelos perfis voltamétricos, associado a uma antecipação dos picos, o
que indica menor energia de ativação na transferência eletrônica e permite a
determinação em potenciais mais próximos de 0,0 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V,
minimizando possíveis interferências.
4.1.2.2 Tratamento físico
O tratamento eletroquímico, apesar de ser muito eficiente, quando o eletrodo
é utilizado em voltametria cíclica, não tem o efeito esperado nas respostas
voltamétricas quando os mesmos são submetidos à análises em DPV, o qual
apresentou correntes de pico muito baixas quando comparadas com as correntes
obtidas com o eletrodo comercial (Figura 18).
Resultados e Discussão - 97
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
1
2
3
4
5
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
EIGPU com ativação e sem compactação Eletrodo comercial sem ativação Eletrodo comercial com ativação
Figura 18 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU com tratamento eletroquímico, porém sem compactação, em comparação com o eletrodo impresso comercial, com e sem ativação da superfície, em tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, com ν = 25 mV s-1, em solução de APAP 1,0 x 10-4 mol L-1.
Na tentativa de solucionar este problema, foi desenvolvido um procedimento
para compactar o compósito, buscando unir as partículas de grafite, deixando a
superfície mais homogênea e conseqüentemente mais condutiva, aumentando a
sensibilidade do eletrodo.
O efeito dessa compactação foi avaliado por voltamogramas cíclicos
utilizando um EIGPU com a superfície compactada e outro com a superfície não
compactada e comparando o EIGPU de superfície compactada com um eletrodo
impresso comercial. O experimento foi realizado em meio de 1,0 x 10-4 mol L-1 de
APAP, com velocidade de varredura de 25 mV s-1. Os voltamogramas obtidos em
DPV estão apresentados na Figura 19.
Resultados e Discussão - 98
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,80
1
2
3
4
5I /
µΑ
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
EIGPU com compactação EIGPU sem compactação
(a)
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,80
1
2
3
4
5
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
EIGPU com compactação Eletrodo impresso comercial
(b)
Figura 19 - Voltamogramas de DPV (a) com o EIGPU antes e depois da compactação e (b)
com o EIGPU compactado em comparação com um eletrodo impresso comercial, em tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, com ν = 25 mV s-1, em solução de APAP 1,0 x 10-4 mol L-1.
Na Figura 19.a é possível observar claramente a melhora na intensidade de
corrente quando o EIGPU é compactado durante a fabricação, chegando próxima à
corrente obtida com o eletrodo comercial (Figura 19.b). Portanto, após estes
estudos, ficou definido o tratamento físico e eletroquímico como parte indispensável
do processo.
Esses pré-tratamentos físicos e eletroquímicos indicam um melhor
desempenho destes eletrodos pelo aumento das velocidades de transferência
eletrônica e da adsorção dos analitos da superfície.132 Estas melhorias são
explicadas em termos da combinação de efeitos como a “limpeza” do eletrodo,
livrando a superfície de impurezas e aumento de área ativa relativa aos planos
longitudinais na superfície do grafite devido à formação de rachaduras e à oxidação
da superfície que gera grupos funcionais ativos.133 Existem trabalhos na literatura
descrevendo procedimentos para tratamento da superfície de eletrodo
impresso,134,135 entretanto, segundo Fiorucci136, pode-se concluir que não há uma
regra básica para um pré-tratamento eletroquímico sendo necessário escolher
empiricamente o mais adequado a cada analito.
Resultados e Discussão - 99
4.1.3 Repetibilidade, reprodutibilidade e estabilid ade dos eletrodos impressos
desenvolvidos
A repetibilidade, reprodutibilidade e estabilidade dos eletrodos compósitos
impressos desenvolvidos foram estudadas em solução tampão fosfato 0,1 mol L-1,
pH 6,0 contendo paracetamol 1,0 x 10-4 mol L-1. Todos os experimentos foram
realizados com eletrodos impressos compactados e, em seguida, submetidos ao
tratamento eletroquímico para ativação da superfície.
A repetibilidade intra-dias foi determinada por medidas sucessivas no mesmo
dia, com desvio padrão relativo das correntes de 1,8% para o EIGPU, com base em
dez medidas sucessivas realizadas usando o mesmo eletrodo. A repetibilidade inter-
dias foi avaliada em dias diferentes (n = 5) em diferentes soluções de paracetamol
utilizando um único eletrodo e o desvio padrão relativo foi de 4,6%.
A reprodutibilidade também foi investigada utilizando cinco eletrodos
impressos, em 5 dias diferentes, preparados independentemente e de igual modo.
Foi obtido um desvio padrão relativo das correntes de 5,1% para os eletrodos.
A estabilidade dos eletrodos desenvolvidos foi investigada utilizando cinco
eletrodos com tempo de fabricação de 1, 30, 60, 90 e 120 dias. Os eletrodos
impressos foram guardados à temperatura ambiente, quando fora de uso. As
respostas obtidas com os eletrodos com diferentes tempo de vida não apresentaram
nenhuma mudança significatica em termos de perfil voltamétrico, sugerindo uma boa
aderência do compósito ao PVC e integridade do compósito após impressão.
No desenvolvimento deste trabalho, foi utilizado um único eletrodo para cada
conjunto de medidas ou análises descritas a seguir.
Resultados e Discussão - 100
4.1.4 Medida da resistência ôhmica dos eletrodos co mpósitos impressos
Mediu-se a resistência ôhmica de três eletrodos para cada parâmetro
investigado e os resultados podem ser visualizados na Tabela 8.
Tabela 8 - Resistência Ôhmica dos EIGPU´s confeccionados e tratados de diferentes maneiras
Parâmetros Otimizados
Confec. EIGPU
Número de camadas adesivasc Número de demãos de tintaa,c
1 2 3 1 2 3
Resist. Ôhm.
/ kΩ
3,07 1,93 1,07 3,48 3,02 3,01 3,08 1,98 1,19 3,43 3,01 3,11 3,17 1,89 1,09 3,36 3,01 3,01
Média ± sd d 3,10 ± 0,05 1,93 ± 0,04 1,11 ± 0,06 3,42 ± 0,06 3,01 ± 0,005 3,04 ± 0,05
Tratam. Superf.
Físicob (Compactação) Eletroquímicob (Ativação) Físico e Eletroquímicob
SIM NÃO SIM NÃO SIM
Resist. Ôhm.
/ kΩ
2,03 3,06 2,04 3,23 2,02 2,03 3,06 2,01 3,29 1,97 2,06 3,09 2,09 3,26 1,81
Média ± sd d 2,04 ± 0,01 3,07 ± 0,01 2,04 ± 0,04 3,26 ± 0,03 1,93 ± 0,1 aTodos os eletrodos submetidos às várias demãos foram fabricados com 1 camada de adesivo bTodos os eletrodos submetidos aos diversos tratamentos foram fabricados com 1 camada de adesivo e 2 demãos cTodos os eletrodos submetidos à várias camadas de adesivo e demãos foram compactados dMédia ± desvio padrão, n = 3
A análise da Tabela 8 permite concluir que à medida que aumenta o número
de camadas de adesivo, diminui a resistência do eletrodo, uma vez que aumenta a
área ativa do mesmo pelo aumento da espessura da camada de tinta. Da mesma
forma, o aumento no número de demãos de tinta, também diminui a resistência, pois
melhora o recobrimento da superfície do eletrodo, aumentando sua área efetiva,
diminuindo as falhas de cobertura.
Resultados e Discussão - 101
Com relação aos tratamentos, é possível observar que o procedimento usado
para compactar a pasta, visando unir as partículas de grafite, deixa a superfície mais
homogênea e conseqüentemente mais reativa, diminuindo a resistência.
Essa compactação unida ao tratamento eletroquímico da superfície do
eletrodo atinge os menores valores em termos de resistência ôhmica resultando em
um perfil voltamétrico melhor definido e melhor desempenho dos eletrodos em
termos de intensidade de corrente e utilizando DPV.
Assim, conclui-se que o uso de 1 camada de máscara adesiva, 2 demãos de
tinta, compactação e ativação da superfície do eletrodo são fundamentais para que o
mesmo atinja seu desempenho máximo, pois os resultados das medidas de
resistência corroboram as observações anteriores.
Como resultado, foi feito um pedido de registro de patente referente ao
processo de confecção do eletrodo compósito impresso grafite-PU, ao
desenvolvimento da tinta para impressão e ao eletrodo impresso obtido pelo
referido processo.131
4.2 Determinação de Paracetamol em Formulações
Farmacêuticas Comerciais
Resultados e Discussão - 103
4.2 Determinação de paracetamol em formulações farm acêuticas comerciais
Como uma primeira avaliação do EIGPU, o paracetamol foi utilizado como
sonda eletroquímica, usando CV, a fim de avaliar o desempenho do eletrodo
impresso desenvolvido na determinação de fármacos, uma vez que o mesmo
apresenta comportamento voltamétrico conhecido e estrutura química relativamente
simples. A seguir apresenta-se um resumo dos resultados.
4.2.1 Otimização dos parâmetros experimentais
A Tabela 9 resume os parâmetros otimizados e os melhores resultados
obtidos com o EIGPU em solução de 1,0 x 10-4 mol L-1 de paracetamol, utilizando a
voltametria cíclica.
Tabela 9 - Parâmetros otimizados e as melhores condições para a determinação de APAP
Parâmetros otimizados Variaveis estudadas Melhor resposta
Eletrólito suporte / 0,1 mol L-1 Tampão fosfato e universal Tampão fosfato pH 5,0 a 10 6,0
Velocidade de varredura / mV s-1 10, 25 e 50 25
De acordo com a reação de oxidação do APAP, as melhores condições para
sua determinação em CV foram em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0 e
velocidade de varredura de 25 mV s-1.
4.2.2 Curva analítica
A Tabela 10 apresenta os parâmetros da curva analítica obtida para o
paracetamol, variando-se as concentrações entre 1,0 e 100 µmol L-1.
Resultados e Discussão - 104
Tabela 10 - Região linear, limite de detecção (LOD) e equação da reta, obtidos para o paracetamol
Analito Região linear /
µmol L-1
LOD /
µmol L-1
Equação da reta* (Ipa/µA)
Ip = a + b CAPAP
Paracetamol 1,0 – 100 0,81 Ip = 0,068 + 0,009 CAPAP
*a = intercepto / µA, b = inclinação / µA µmol-1 L (R=0,9997 e n = 9)
4.2.3 Aplicação do método voltamétrico na determina ção de amostras
comerciais
Na Tabela 11 estão os resultados obtidos por voltametria cíclica, comparados
com àqueles obtidos por HPLC, os quais concordam entre si com nível de confiança
de 95%, de acordo com o teste t-Student, para a análise de APAP, sob condições
otimizadas.
Tabela 11 - Determinação de APAP em formulações farmacêuticas usando EIGPU/CV e HPLC
Amostras
Paracetamol E1
c / %
E2d / %
Rotulado CVa,b HPLCb Unidade de concentração
Tylenol® 750 784 ± 1 769 ± 2 mg comp-1 4,0 -2,5
Buscopan Duo® 500 509 ± 2 510 ± 3 mg comp-1 2,0 2,0
Resfenol® 40 42 ± 3 40 ± 3 mg/mL solução 5,0 -2,4
Trimedal® 500 514 ± 1 510 ± 1 mg comp-1 3,0 -2,3 aresultado ± desvio padrão b3 determinações cCV vs. Rotulado (CV – Rotulado / Rotulado) x 100% dHPLC vs. CV (HPLC – CV / CV) x 100%
Por fim, na Tabela 12 são apresentados os resultados de recuperação na
análise de quatro amostras comerciais, contendo paracetamol.
Resultados e Discussão - 105
Tabela 12 - Coeficientes de recuperação de paracetamol em quatro formulações farmacêuticas
Amostra Adição Adicionado / µmol L-1
Encontrado / µmol L-1
Recuperação / %
Tylenol® 1ª 2ª 3ª
10,0 15,0 20,0
9,91 15,02 19,44
99,1 100,1 97,2
99 ± 1* Buscopan
Duo® 1ª 2ª 3ª
10,0 15,0 20,0
9,93 15,34 19,45
99,3 102,2 97,2
100 ± 2* Resfenol® 1ª
2ª 3ª
10,0 15,0 20,0
9,79 14,80 19,62
97,9 98,6 98,1
98,2 ± 0,3* Trimedal® 1ª
2ª 3ª
10,0 15,0 20,0
9,82 14,61 20,02
98,2 97,4
100,1
98 ± 1*
*média ± desvio padrão, n=3
Estes resultados mostram a potencialidade do EIGPU na determinação de
fármacos, particularmente o APAP usado como sonda neste teste.138 Entretanto,
uma avaliação mais detalhada e buscando maior sensibilidade foi feita na presença
de cafeína, usando DPV, como será apresentado na próxima seção.
4.2.4 Estudo de interferentes
Considerando a presença de ácido ascórbico (AA) em uma das formulações
analisadas (Trimedal®), a interferência deste constituinte na determinação de APAP
pelo método proposto foi avaliada. Experimentos de CV foram realizados para 50,0
µmol L-1 de APAP na presença de 25,00, 50,00 e 100,0 µmol L-1 de ácido ascórbico.
Os resultados obtidos foram comparados com àqueles obtidos com a solução de
APAP padrão. A análise das respostas permitiu concluir que este composto não
interfere significativamente na resposta do APAP utilizando o método proposto.
Resultados e Discussão - 106
Além disso, as recuperações mostradas na Tabela 12 também sugerem que
não há interferência dos outros componentes das formulações farmacêuticas,
utilizando o eletrodo proposto.
1
138SACILOTO, T. R.; CERVINI, P.; CAVALHEIRO, E. T. G. New screen printed electrode based on graphite and polyurethane composite for the determination of acetaminophen. Analytical Letters , v. 46, p. 312-322, 2013.
4.3 Determinação Simultânea de Paracetamol e Cafeína em
Formulações Farmacêuticas Comerciais
Resultados e Discussão - 108
4.3 Determinação simultânea de paracetamol e cafeín a em formulações
farmacêuticas comerciais
Esta seção descreve a otimização dos parâmetros instrumentais e a utilização
do EIGPU na determinação simultânea clássica de paracetamol e cafeína em
amostras de formulações farmacêuticas comerciais, utilizando a DPV. Para isso, as
condições para determinação do paracetamol e da cafeína foram avaliadas tanto
individual quanto simultaneamente.
4.3.1 Otimização dos parâmetros experimentais
Com o tratamento físico através da compactação, foi resolvido o problema em
se utilizar o EIGPU em voltametria de pulso diferencial. Assim, com a finalidade de
maximizar o sinal analítico, a melhor resposta para o eletrodo EIGPU foi avaliada em
relação à velocidade de varredura e amplitude de pulso para cada analito
individualmente. Essas medidas foram realizadas em solução tampão fosfato 0,1
mol L-1, pH 6,0, uma vez que foi aquele que propiciou melhores resultados no estudo
anterior, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 do analito desejado. A Tabela 13 resume o
intervalo empregado para cada variável investigada e as melhores condições
encontradas.
Tabela 13 - Otimização dos parâmetros de DPV para paracetamol e cafeína
Parâmetros otimizados Intervalo Valor ótimo
Velocidade de varredura / mV s-1
Amplitude de pulso / mV
10 - 100
25 - 100
APAP CAF 70 25 75 75
No caso de análise voltamétrica simultânea de APAP e CAF, devido ao fato
de que a cafeína está presente em menor concentração nas formulações
Resultados e Discussão - 109
farmacêuticas comerciais, quando comparada à concentração de paracetamol
(65:500 mg), o seu pico de oxidação é menos intenso e, conseqüentemente, mais
difícil de ser visualizado. Baseando-se nisso e, considerando-se que os dois analitos
vão ser determinados simultaneamente, priorizou-se os parâmetros otimizados para
a cafeína.
Assim, tendo em vista a necessidade de maior sensiblidade para CAF nas
determinações simultâneas, optou-se por aplicar velocidades de varredura de
25 mV s-1 e amplitudes de pulso de 75 mV, nesses estudos.
A Figura 20 apresenta os voltamogramas, obtidos sob condições otimizadas
de eletrólito suporte, pH, amplitude de pulso e velocidade de varredura para
soluções contendo apenas APAP ou apenas CAF. Essas curvas mostram a
possibilidade de determinação simultânea dos dois analitos, além da determinação
individual dos mesmos. Os potenciais de oxidação obtidos com o EIGPU podem ser
observados em aproximadamente +0,3 V e +1,3 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V para APAP
e CAF, respectivamente.
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
7
8
9
10
11
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Branco APAP CAF
Figura 20 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU para 1,0 x 10-4 mol L-1 de paracetamol e cafeína, em tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, amplitude de pulso de 75 mV e ν = 25 mV s-1.
Resultados e Discussão - 110
4.3.2 Determinação individual de paracetamol e cafe ína
Após a otimização dos parâmetros experimentais, foram obtidas curvas
analíticas para o paracetamol e cafeína individualmente. As medidas voltamétricas
foram realizadas utilizando o mesmo eletrodo, sem renovação da superfície entre as
determinações sucessivas.
A Figura 21.a apresenta a curva analítica obtida para o paracetamol, no
intervalo de concentrações entre 1,00 e 200 µmol L-1 em tampão fosfato 0,1 mol L-1,
pH 6,0. Resposta linear foi apresentada no intervalo entre 1,00 - 100 µmol L-1, que
pode ser representada pela Equação 6, com um coeficiente de correlação linear de
0,9997 (n = 8). Acima de 100 µmol L-1 parece haver saturação dos sítios ativos na
superfície do eletrodo.
Ipa (µA) = 0,025 (µA) + 0,017 (µA µmol-1 L) x CAPAP (6)
O limite de detecção (LOD) calculado foi de 1,2 µmol L-1, determinado usando
a relação 3(sd)/b, na qual (sd) é o desvio padrão dos valores médios de 10
voltamogramas do branco e (b) é o coeficiente angular da reta.137
Do mesmo modo, a Figura 21.b apresenta a curva analítica obtida para a
cafeína. O intervalo investigado também foi entre 1,00 e 200 µmol L-1 em tampão
fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0. A região linear obtida foi entre 4,00 e 180 µmol L-1, que
pode ser representada pela Equação 7, com um coeficiente de correlação linear de
0,9996 (n = 8). Acima de 180 µmol L-1, também neste caso, parece haver saturação
dos sítios ativos na superfície do eletrodo.
Ipa (µA) = -0,011 (µA) + 0,011 (µA µmol-1 L) x CCAF (7)
O limite de detecção calculado da mesma forma que no caso anterior137, foi
de 2,7 µmol L-1.
Resultados e Discussão - 111
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
9
(a)
2 µΑ
(b)
1
8
10 50 100 150 200
0.5
1.0
1.5
2.0
I / µ
Α
CCAF / µmol L-1
0 20 40 60 80 100
0.4
0.8
1.2
1.6
I / µ
Α
CAPAP / µmol L-1
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Figura 21 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU. As concentrações em mol L-1 de (a) APAP são: (1) 1,0 x 10-6, (2) 4,0 x 10-6, (3) 8,0 x 10-6, (4) 1,0 x 10-5, (5) 2,0 x 10-5, (6) 4,0 x 10-5, (7) 8,0 x 10-5, (8) 1,0 x 10-4, (9) 2,0 x 10-4. (b) CAF são: (1) 1,0 x 10-6, (2) 4,0 x 10-6, (3) 1,0 x 10-5, (4) 4,0 x 10-5, (5) 8,0 x 10-5, (6) 1,0 x 10-4, (7) 1,8 x 10-4, (8) 2,0 x 10-4. Detalhe: Dependência linear da corrente de pico com a concentração de cada analito. As condições são descritas no texto.
4.3.3 Determinação simultânea de paracetamol e cafe ína
Experimentos com DPV foram realizados visando a determinação simultânea
de paracetamol e cafeína, utilizando os mesmos parâmetros selecionados na Tabela
13. A diferença de potencial de aproximadamente 1,0 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V entre
os picos de oxidação do paracetamol e da cafeína permite tal determinação para
esses compostos.
Primeiramente, a resposta eletroquímica do paracetamol e da cafeína, ambos
presentes na mesma amostra, foi investigada. O comportamento do paracetamol ou
Resultados e Discussão - 112
da cafeína foi testado na presença de um excesso do concomitante, neste caso de
cafeína ou paracetamol, em solução tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0.
Assim, a resposta voltamétrica de paracetamol na faixa de 1,00 e 200
µmol L-1 foi avaliada em soluções contendo cafeína na concentração fixa de
6,0 x 10-5 mol L-1 (Figura 22.a). O mesmo foi feito para a cafeína em concentrações
variando entre 1,00 e 200 µmol L-1, em soluções contendo paracetamol na
concentração fixa de 6,0 x 10-5 mol L-1 (Figura 22.b), no mesmo meio.
A análise da Figura 22.a mostra que o pico de corrente anódica do
paracetamol aumenta como o aumento da sua concentração, na presença de
cafeína na concentração de 6,0 x 10-5 mol L-1. Nesse caso, o pico de corrente
anódica da cafeína permanece praticamente constante.
Do mesmo modo, como mostra a Figura 22.b, mantendo-se a concentração
do paracetamol constante, o pico anódico de oxidação da cafeína aumenta com o
aumento da sua concentração, não havendo alteração na resposta do paracetamol.
Embora o aumento das concentrações de cafeína faça com que mude
notavelmente a linha de base, isso não interferiu na determinação de paracetamol.
Deve-se notar ainda, que há um pico em aproximadamente -0,2 (vs. pseudo-
Ag/AgCl) V, que foi atribuído ao tampão fosfato, o qual se mostrou dependente do
pH, quanto ao Epa, conforme discutido no trabalho de Christian e Purdy.139
Entretanto, ele não afetou as medidas quantitativas e será desconsiderado nos
resultados apresentados adiante, assim como foi omitido nos gráficos anteriores,
para manter o foco nos analitos de interesse.
Resultados e Discussão - 113
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5
2 µΑ
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
(a)
(b)
9
1
9
1
Figura 22 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU para (a) APAP e (b) CAF
variando as concentrações (mol L-1) entre (1) 1,0 x 10-6 , (2) 4,0 x 10-6, (3) 8,0 x 10-6 , (4) 1,0 x 10-5, (5) 2,0 x 10-5, (6) 4,0 x 10-5, (7) 8,0 x 10-5, (8) 1,0 x 10-4, (9) 2,0 x 10-4, na presença de 6,0 x 10-5 mol L-1 do outro analito.
Após este estudo, as determinações de paracetamol e cafeína foram
realizadas variando-se as concentrações de ambos simultaneamente, obtendo-se
assim a curva analítica para cada um dos analitos, agora na presença um do outro.
A Figura 23.a mostra as curvas de DPV registradas para as soluções contendo
paracetamol e cafeína na mesma solução tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0 e para
as concentrações de ambos analitos variando de 1,00 a 200 µmol L-1 e a Figura 23.b
apresenta as curvas analíticas obtidas para cada analito.
Resultados e Discussão - 114
-0,3 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,54
6
8
10
12
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
10
1
(a)
0 20 40 60 80 100
0,5
1,0
1,5
2,0
Paracetamol Cafeína
I / µ
Α
Canalito / µmol L-1
(b)
Figura 23 - (a) Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU para APAP e CAF em tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 6,0, nas concentrações, em mol L-1, de: (1) 1,0 x 10-6 , (2) 2,0 x 10-6 (3) 4,0 x 10-6, (4) 8,0 x 10-6 , (5) 1,0 x 10-5, (6) 2,0 x 10-5, (7) 4,0 x 10-5, (8) 8,0 x 10-5, (9) 1,0 x 10-4, (10) 2,0 x 10-4. (b) Curvas analíticas para o paracetamol e a cafeína.
A curva analítica do paracetamol apresentou uma região linear no intervalo de
concentração entre 1,00 e 40,0 µmol L-1, com um coeficiente de correlação linear de
0,9993 (n = 7), obedecendo à Equação 8:
Ipa (µA) = -0,038 (µA) + 0,035 (µA µmol-1L) x CAPAP (8)
Já a curva analítica da cafeína apresentou uma região linear no intervalo
entre 4,0 e 100 µmol L-1, com um coeficiente de correlação linear de 0,9997 (n = 8),
obedecendo à Equação 9:
Ipa (µA) = 0,084 (µA) + 0,017 (µA µmol-1L) x CCAF (9)
O limite de detecção137 encontrado foi LOD = 0,84 e 1,6 µmol L-1 para o
paracetamol e cafeína, respectivamente, tendo sido calculados da mesma forma
anteriormente descrita.
4.3.4 Aplicação do método voltamétrico na determina ção de amostras
comerciais
Finalmente, amostras farmacêuticas comerciais contendo paracetamol e
cafeína foram analisadas para sua determinação simultânea, a fim de avaliar a
Resultados e Discussão - 115
eficácia do método proposto e o desempenho do EIGPU nessa determinação
clássica.
O método da adição de padrão foi utilizado na quantificação destes analitos
em três amostras comerciais dos medicamentos descritos na Tabela 2. A Figura 24
ilustra os voltamogramas obtidos empregando-se o método de adição de padrão
para uma das amostras de produtos comerciais, como exemplo. As demais
apresentaram respostas similares.
0,0 0,5 1,0 1,53
4
5
6
7
8
9
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
branco amostra 1º adição 2º adição 3º adição
(a)
-80 -40 0 40 80
1
2
3
4
CAPAP add / µmol L-1
I / µ
Α
(b)
-20 -10 0 10 20
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
CCAF add / µmol L-1
I / µ
Α
Figura 24 - (a) Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU na determinação de [APAP] =
4,0 x 10-5 mol L-1 e [CAF] = 1,0 x 10-5 mol L-1. (b) Curvas de adição de padrão para o paracetamol e a cafeína.
Resultados e Discussão - 116
A Tabela 14 apresenta os resultados obtidos para paracetamol e cafeína,
determinados simultaneamente em três formulações farmacêuticas empregando o
método proposto DPV e o método comparativo HPLC.
Tabela 14 - Determinação simultânea de APAP e CAF em formulações farmacêuticas usando EIGPU/DPV e HPLC
Amostras Analitos Rotulado /
mg/compr.
DPVa,b /
mg/compr. HPLCa,b /
mg/compr. E1
c /
% E2
d /
%
Tylenol DC®
APAP
CAF
500
65,0
516 ± 1
67 ± 2
514 ± 2
66 ± 2
3,2
3,0
0,4
1,5
Excedrin®
APAP
CAF
500
65,0
524 ± 2
66 ± 1
518 ± 3
63 ± 2
4,8
1,5
1,1
4,7
Maxidrin®
APAP
CAF
500
65,0
520 ± 3
68 ± 2
519 ± 3
68 ± 1
4,0
4,6
0,2
0,0 aresultado ± desvio padrão b3 determinações cDPV vs. Rotulado (DPV – Rotulado / Rotulado) x 100% dDPV vs. HPLC (DPV – HPLC / HPLC) x 100%
Ensaios de recuperação realizados para avaliar os efeitos da matriz após as
adições de padrão revelaram uma média de recuperação para as duas substâncias
de 94,9% para APAP e 90,9% para CAF, indicando que não houve interferência
significativa da matriz para as amostras analisadas pelo método DPV proposto. A
Tabela 15 apresenta os resultados de recuperação nas análises das três amostras
comerciais.
Resultados e Discussão - 117
Tabela 15 - Coeficientes de recuperação de APAP e de CAF nas três formulações farmacêuticas analisadas
Amostras Adição Adicionado /
µmol L-1
Encontrado /
µmol L-1
Recuperação / %
Tylenol DC® APAP
CAF
1ª 2ª 3ª
1ª 2ª 3ª
40,0 60,0 80,0
100,0 150,0 200,0
36,1 59,3 77,6
87,7 141,0 182,5
90,0 99,0 97,0
95,3 ± 4
88,0 94,0 91,0
91,0 ± 3 Excedrin® APAP
CAF
1ª 2ª 3ª
1ª 2ª 3ª
40,0 60,0 80,0
100,0 150,0 200,0
34,8 58,6 77,0
85,7 140,0 184,8
87,0 97,0 96,2
93,4 ± 5
86,0 93,4 92,4
90,6 ± 4 Maxidrin® APAP
CAF
1ª 2ª 3ª
1ª 2ª 3ª
40,0 60,0 80,0
100,0 150,0 200,0
38,1 57,3 78,1
89,0 138,4 184,5
95,3 95,6 97,6
96,1 ± 1
89,0 92,2 92,2
91,1 ± 1
*média ± desvio padrão, n=3
Como pode ser observado na Tabela 14, os resultados obtidos empregando-
se o método de DPV concordaram com os resultados obtidos empregando-se o
método de HPLC recomendado. Aplicou-se o teste t-Student para os resultados
obtidos empregando-se o procedimento proposto e o procedimento de referência,
indicando que não há diferença significativa entre os valores encontrados, em um
nível de confiança de 95%. Ademais, os erros relativos encontrados estão dentro de
um erro aceitável.1402
2140SACILOTO, T. R.; CERVINI, P.; CAVALHEIRO, E. T. G. Simultaneous voltammetric determination of acetaminophen and caffeine at a graphite and polyurethane screen-printed composite electrode. Journal of the Brazilian Chemical Society , v. 24, p. 1461-1468, 2013.
4.4 Determinação Simultânea de Zn2+
, Pb2+
, Cu2+
e Hg2+
em
Etanol Combustível
Resultados e Discussão - 119
4.4 Determinação simultânea de Zn 2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em etanol combustível
Uma das maiores limitações ao se determinar metais em amostras de etanol
combusível usando-se técnicas eletroquímicas, consiste nas dificuldades
encontradas em se trabalhar em meio não-aquoso. Os meios orgânicos apresentam
baixa condutividade e, por isso, é necessário encontrar um eletrólito de suporte
solúvel e com comportamento adequado, para minimizar ou eliminar os efeitos da
queda ôhmica. Dessa forma, o grande desafio desse tipo de análise é determinar os
metais em amostras contendo 100% de etanol. Além disso, como produto destilado,
o álcool combustível, de forma geral, apresenta estes elementos em concentrações
muito baixas, a não ser em caso de contaminações, exigindo, também, técnicas
sensíveis para sua determinação ou etapas de pré-concentração da amostra.
Esta seção do trabalho descreve o desenvolvimento, caracterização
eletroquímica e a utilização do EIGPU-MO, para a determinação simultânea de Zn2+,
Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em amostras comerciais de etanol combustível, utilizando DPASV.
4.4.1 Efeito da funcionalização química do modifica dor
4.4.1.1 Caracterização morfológica da superfície do s eletrodos modificados
A morfologia dos eletrodos compósitos impressos modificados foi examinada
pela Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A Figura 25 mostra as imagens da
superfície dos eletrodos sem modificação e modificados com sílica SBA-15,
organofuncionalizada com benzotiazol-2-tiol.
Resultados e Discussão - 120
Figura 25 - Microscopia eletrônica de varredura para o (a) EIGPU e (b) EIGPU-MO.
Nota-se na Figura 25.a uma superfície homogênea com distribuição uniforme
das partículas do compósito, com tamanho da ordem de 10 µm. Há também poros
inerentes ao processo de aplicação da tinta. Na presença da sílica
organofuncionalizada (Figura 25.b), nota-se uma cobertura da superfície também
uniforme, porém com menor porosidade. Além disso, é possível observar a presença
de partículas maiores (~30 µm) no seio do compósito, que pode ser atribuída a
sílica.
4.4.1.2 Caracterização eletroquímica da modificação dos eletrodos
impressos
O comportamento eletroquímico do eletrodo não modificado (EIGPU) e
daqueles modificados com sílica SBA-15 (EIGPU SBA-15) e sílica SBA-15
organofuncionalizada com benzotiazol-2-tiol (EIGPU-MO) foi investigado usando
voltametria de pulso diferencial.
O experimento foi realizado em meio de KCl 0,1 mol L-1, pH 3,0, na presença
de 5,0 x 10-5 mol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, com velocidade de varredura de 10
mV s-1, amplitude de pulso de 50 mV, potencial de deposição de -1,1 (vs. pseudo-
Ag/AgCl) V e tempo de acumulação de 300 s.
Resultados e Discussão - 121
A Figura 26 mostra os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para os
três eletrodos diferentes.
-1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
20
25
30
35
40
45Hg2+
Cu2+
Pb2+
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Branco EIGPU EIGPU SBA-15 EIGPU-MO
Cd2+
Figura 26 - Voltamogramas de DPASV para os eletrodos: EIGPU, EIGPU SBA-15 e EIGPU-MO obtidos na presença de 5,0 x 10-5 mol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de KCl 0,1 mol L-1, pH 3,0. Potencial de acumulação de -1,1 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, tempo de pré-concentração de 300s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV.
Nesta Figura 26 é possível observar que nos três eletrodos os analitos se
apresentam picos de potenciais quase idênticos de -0,8 (Cd2+), -0,55 (Pb2+), -0,15
(Cu2+) e +0,1 (Hg2+) (vs. pseudo-Ag/AgCl) V. Entretanto, em todos os casos é
evidente o aumento da intensidade da corrente anódica que chega a dobrar (EIGPU-
MO), quando se usa a sílica organofuncionalizada em relação ao eletrodo não
modificado e áquele modificado com sílica não-funcionalizada. Isso mostra que a
utilização da sílica organofuncionalizada melhora significativamente a resposta
voltamétrica dos metais no eletrodo impresso.
Como apresentado no mecanismo de oxidação proposto na introdução desse
trabalho, cada metal é redissolvido em potenciais específicos e com sensibilidade
própria de cada espécie, tendo em conta a sua constante de formação (Kf) com o
modificador da sílica e também afetada pela acidez do meio, já que o modificador
pode ser protonado no átomo de nitrogênio.141 Além disso, pode-se considerar que
Resultados e Discussão - 122
as redissoluções se dão em potenciais suficientemente afastados para permitir a
análise voltamétrica simultânea dos quatro cátions por DPASV.
O aumento nas correntes de pico anódico no eletrodo compósito modificado,
que pode ser visto na Tabela 16, demonstra que a funcionalização da sílica SBA-15
nanoestruturada com benzotiazol-2-tiol desempenha um papel importante no
processo de acumulação de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ na superfície do eletrodo com
vantagens na sensibilidade.
Tabela 16 - Correntes anódicas observadas em 5,0 x 10-5 mol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ determinados simultaneamente nos eletrodo não modificado e modificadosa
Eletrodo Ip,a / µA
Cd2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+
EIGPU não modificado 2,26 12,00 8,46 8,41 EIGPU SBA-15 3, 24 11,34 10,55 10,94
EIGPU SBA-15 MO 5,80 24,83 17,55 22,00
ameio aquoso de KCl 0,1 mol L-1, pH 3,0
Após esses testes preliminares em meio aquoso, ficou evidente que o EIGPU
pode também ser facilmente modificado e que o modificador apresentou
potencialidade na análise de metais.
Este estudo inicial foi realizado com cádmio(II), que posteriormente, foi
substituído pelo zinco(II), pois há uma menor probabilidade de encontrar o primeiro
em amostras reais. Optou-se pelo Cd2+ em primeiro momento dado ao seu
comportamento eletroquímico bem conhecido, o que o torna uma sonda
eletroquímica própria para avaliar o eletrodo.
Resultados e Discussão - 123
4.4.2 Otimização dos parâmetros experimentais para aplicação do EIGPU em
meio não-aquoso
Com a finalidade de maximizar o sinal analítico e visando futuras aplicações
em amostras de etanol combustível, foram otimizados os parâmetros experimentais
tais como: quantidade de etanol no meio, potencial de acumulação, eletrólito
suporte, concentração hidrogeniônica do meio, velocidade de varredura, amplitude
de pulso e tempo de pré-concentração.
4.4.2.1 Estudo do efeito da quantidade de etanol no meio
O objetivo seria trabalhar diretamente com o álcool sem diluição da amostra.
Porém, sabendo que isso é pouco viável, foi realizado um estudo a fim de avaliar o
efeito da quantidade de etanol na resposta voltamétrica e, consequentemente,
definir a quantidade máxima de etanol que se pode adicionar no meio para
determinação simultânea dos quatro metais. Para isso, foram investigadas cinco
soluções com 0, 30, 50, 75 e 100% de etanol/KCl 0,1 mol L-1.
O experimento foi realizado com o EIGPU, utilizando DPASV, em solução
contendo 3,0 x 10-5 mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Os parâmetros experimentais
utilizados foram: potencial de acumulação de -1.1 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, tempo de
pré-concentração de 300 s, velocidade de varredura de 10 mV s-1 e amplitude de
pulso de 50 mV. Os valores das correntes anódicas obtidas para cada íon metálico
no estudo voltamétrico estão apresentadas na Tabela 17.
O zinco(II), apesar de adicionado à solução, não pôde ser detectado, uma vez
que para este estudo inicial foi utilizado potencial de acumulação de -1,1 (vs.
pseudo-Ag/AgCl) V, o qual não é suficiente para reduzir e, consequentemente, pré-
concentrar este íon na superfície do eletrodo.
Resultados e Discussão - 124
Tabela 17 - Valores das correntes anódicas obtidas com o EIGPU em soluções com diferentes porcentagens de etanol no meio
Etanol / % (v/v) Corrente de pico anódica (Ipa) / µA
Zn2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+
0 --- 25,5 19,6 24,4 30 --- 1,30 8,18 1,22 50 --- 1,10 0,52 0,65 75 --- 0,46 0,32 0,10 100 --- --- --- ---
A Tabela 17 mostra que, à medida que aumenta a porcentagem de etanol no
meio, aumenta a dificuldade de detecção dos metais, provavelmente pelo aumento
da resistividade do meio142, que afetaria as constantes de formação dos complexos
com o modificador resultando em diminuição significativa do sinal de redissolução.
Apesar de ser possível medir as correntes até 75% de etanol/eletrólito
suporte, o decréscimo no valor da mesma é significativo e, além disso, à partir de
30%, começa a ocorrer distorções na forma dos picos anódicos, tornando a análise
pouco viável. Sendo assim, optou-se por utilizar soluções contendo 30% (v/v)
etanol/eletrólito suporte para os estudos posteriores.
4.4.2.2 Estudo do efeito do potencial de acumulação
No estudo do efeito da quantidade de etanol no meio foi possível observar
que o Zn2+ adicionado não foi detectado, pois o potencial de acumulação (Eac)
escolhido inicialmente não foi suficiente para reduzí-lo. Então, optou-se por avaliar o
efeito do potencial de acumulação na resposta dos metais, abrindo-se o intervalo de
potencial estudado para Eac mais negativo, como apresentado na Figura 27.
Resultados e Discussão - 125
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,618
21
24
27
30
33
36
39
Hg2+
Cu2+
Pb2+
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
-1.2 V -1.3 V -1.4 V -1.5 V
Eac
Zn2+
Figura 27 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5
mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, variando-se o potencial de acumulação, com tempo de pré-concentração de 300 s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV.
Através dos voltamogramas pode-se observar que, apenas com o potencial
de acumulação de -1,2 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, o sinal de Zn2+ não pode ser
observado. À partir do potencial de -1,3 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, aumentando no
sentido negativo, o pico anódico do Zn2+ pode ser visto claramente no potencial de
-1,1 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V. Isso sugere que a acumulação deste íon só ocorre em
potenciais mais negativos que -1,3 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V. Entretanto, potenciais
mais negativos aumentam os riscos da acumulação de interferentes e podem levar a
efeitos indesejados da superfície do eletrodo de trabalho, mudando as
características da sua superfície e, consequentemente, da resposta.14 Dessa forma,
o potencial de acumulação escolhido para estudos posteriores foi -1,3 (vs. pseudo-
Ag/AgCl) V, o qual se mostrou suficiente para acumular todos os analitos.
Resultados e Discussão - 126
4.4.2.3 Estudo do efeito do eletrólito suporte
O comportamento voltamétrico do eletrodo compósito impresso modificado
com sílica SBA-15 organofuncionalizada com benzotiazol-2-tiol foi examinado em
diferentes eletrólitos suportes tais como: LiCl 0,1 mol L-1, KCl 0,1 mol L-1, KNO3 0,1
mol L-1 e tampão fosfato 0,1 mol L-1, todos as com concentração hidrogeniônica
controlada em 0,01 mol L-1 com HCl e na presença dos quatro íons de interesse. Os
resultados são apresentados na Figura 28.
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Tampão Fosfato
KCl
Hg2+
Hg2+
KNO3
Cu2+
Pb2+
Zn2+
Zn2+
Pb2+
Cu2+
Hg2+
Cu2+Pb2+
Zn2+
Hg2+
Cu2+
Zn2+
LiCl
4 µΑ
Pb2+
Figura 28 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/diferentes eletrólitos suportes, com potencial de acumulação de -1,3 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V ,tempo de pré-concentração de 300 s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV.
Resultados e Discussão - 127
Picos voltamétricos de todos os quatro íons metálicos foram observados em
forma definida somente em soluções de LiCl 0,1 mol L-1 e KCl 0,1 mol L-1, com
diferenças de intensidades de correntes não significativas. Assim, foi mantido o
cloreto de potássio como eletrólito suporte para os próximos experimentos.
Segundo Cesarino et al143, os íons cloreto promovem melhor a reação de
acumulação, estabilizando por complexação, ainda que fracas, as espécieis
metálicas em solução (Equação 10), enquanto o íon fosfato interferiria nessa
acumulação promovendo precipitação dos íons metálicos de interesse e o íon NO3-
não apresenta capacidade de estabilização de espécies, por não apresentar força
suficiente para formação de complexos, especialmente no caso do Zn2+.
M + nCl- ↔ MCl-n (10)
4.4.2.4 Estudo do efeito da concentração hidrogeniô nica do meio
É de fundamental importância o controle da acidez do meio de trabalho para
prevenir a hidrólise das espécies metálicas. Entretanto, não se pode acidificá-lo
demasiadamente, para evitar a protonação do ligante ligado à sílica o que afetaria
na complexação e, consequentemente, na acumulação dos analitos. Assim, o efeito
da concentração hidrogeniônica do meio na resposta voltamétrica do EIGPU-MO foi
investigado. A cada solução contendo 30% de etanol foi adicionado um volume de
HCl a fim de se obter concentrações finais de H+ no meio de 1,0 x 10-2 mol L-1, 1,0 x
10-3 mol L-1, 1,0 x 10-4 mol L-1 e 1,0 x 10-5 mol L-1. Os resultados são apresentado na
Figura 29.
Resultados e Discussão - 128
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
[H+]=10-2 mol L-1
[H+]=10-3 mol L-1
[H+]=10-4 mol L-1
4 µΑ
Hg2+
Cu2+Pb2+
Zn2+
Hg2+
Cu2+Pb2+
Zn2+
Hg2+
Cu2+Pb2+
Zn2+
Hg2+
Cu2+
Pb2+
[H+]=10-5 mol L-1
Zn2+
Figura 29 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5 mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, em diferentes concentrações de [H+], com potencial de acumulação de -1,3 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V ,tempo de pré-concentração de 300 s, ν = 10 mV s-1 e a = 50 mV.
A corrente de pico anódica do Zn2+ foi observada de forma mal definida e
pouco intensa, quando a [H+] do meio foi de 1,0 x 10-2 mol L-1. A partir da [H+] = 1,0 x
10-3 mol L-1 foi possível observar os picos anódicos dos quatro íons metálicos, com
aumento da intensidade de corrente de todos eles à medida que diminui a
concentração de H+ (Figura 30), principalmente no caso do Zn2+. Dessa forma, foi
escolhida a concentração hidrogeniônica de 1,0 x 10-5 mol L-1, para melhor
sensibilidade em relação ao Zn2+.
Resultados e Discussão - 129
-5 -4 -3 -2
2
4
6
8
10 Zn2+
Pb2+
Cu2+
Hg2+
I / µ
Α
log [H+]
Figura 30 - Efeito da concentração hidrogeniônica na intensidade da corrente de pico anódica. Valores de Ipa obtidas a partir da Figura 29.
É sabido que o Zn2+ tem baixa capacidade de formação de complexos quando
comparado aos demais cátions em estudo. Dessa forma, nota-se que ao acidificar o
meio, a formação de complexo com o modificador da sílica diminui, assim como a
corrente de redissolução. Entretanto, uma concentração de H+ menor que 10-5
mol L-1 poderia acarretar na hidrólise das demais espécies.
4.4.2.5 Estudo do efeito da velocidade de varredura e amplitude de pulso
A velocidade de varredura na redissolução e a amplitude de pulso foram
otimizadas simultaneamente, a fim de se obter o melhor perfil avaliando-se a largura
de pico, potencial de pico e intensidade de corrente. Para isso, fixou-se a amplitude
de pulso em 25 mV (Figura 31.a) e 50 mV (Figura 31.b), variando a velocidade de
varredura de 5 a 25 mV s-1, para cada valor de amplitude.
No caso de análise voltamétrica simultânea de Zn2+, Pb2+, Cu2+, Hg2+, o pico
de oxidação do Zn2+ é menos intenso e, consequentemente, mais difícil de ser
visualizado. Baseando-se nisso e, considerando-se que as espécies serão
Resultados e Discussão - 130
determinadas simultaneamente, deu-se prioridade aos parâmetros que resultaram
em maior corrente de oxidação em relação ao sinal do Zn2+.
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
(b)
4 µA
Hg2+
Cu2+
Pb2+
Zn2+
Hg2+
Cu2+
Pb2+
5 mV s-1
10 mV s-1
25 mV s-1
(a)Zn2+
Figura 31 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5
mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, (a) amplitude de 25 mV e (b) amplitude de 50 mV, variando a velocidade de varredura entre 5,0 e 25 mV s-1.
Nas duas amplitudes de pulso estudadas, há um aumento da intensidade de
corrente à medida que aumenta a velocidade de varredura e, no caso específico do
Zn2+, esse aumento é visivelmente significativo em velocidade de 25 mV s-1. Além
disso, pode-se observar que as correntes de pico dos quatro íons metálicos são
maiores quando utilizada amplitude de pulso de 50 mV. Dessa forma, foram
escolhidas amplitude de pulso de 50 mV e velocidade de varredura de 25 mV s-1
para estudos posteriores.
4.4.2.6 Estudo do efeito do tempo de pré-concentraç ão
A dependência das correntes de pico anódicas com o tempo de
pré-concentração em solução 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1 contendo 3,0 x 10-5 mol L-1
Resultados e Discussão - 131
de íons Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, nas condições descritas anteriormente, também foi
investigada e os perfis voltamétricos são mostrados na Figura 32. Esse estudo foi
feito variando o tempo de pré-concentração entre 60 e 600 s, com velocidades de
varredura de 10 mV s-1 (a) e 25 mV s-1 (b).
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
(b)
4 µΑ
Hg2+
Cu2+Pb2+
Zn2+
Hg2+
Cu2+
Pb2+
1 min 3 min 5 min 10 min
(a)Zn2+
Figura 32 - Voltamogramas de DPASV obtidos com o EIGPU-MO em solução de 3,0 x 10-5
mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, em meio de 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, com velocidade de varredura de (a) 10 mV s-1 e (b) 25 mV s-1, variando o tempo de pré-concentração entre 60 e 600 s.
Em ambos os casos, como esperado, é possível observar que à medida que
aumenta o tempo de pré-concentração, há um aumento na intensidade dos picos
anódicos dos quatro íons metálicos, com a diferença que este efeito é menos
significativo para Pb2+, Cu2+ e Hg2+ e mais no Zn2+. Depois de 5 min de tempo de
pré-concentração, o equilíbrio do estado estacionário da formação/dissociação do
complexo parece ser atingido, uma vez que são observados apenas baixos ganhos
de corrente para chumbo(II), cobre(II) e mercúrio(II) quando são usados tempos de
pré-concentração maiores. Este comportamento é frequentemente observado em
Resultados e Discussão - 132
métodos de redissolução, onde a acumulação é baseada na adsorção ou formação
de complexos.144
Embora seja possível observar melhor definição dos picos em 10 mV s-1, para
todas as medições subsequentes foram empregados um tempo de pré-concentração
de 5 min e velocidade de varredura de 25 mV s-1, considerando os resultados
obtidos no estudo simultâneo do efeito da velocidade e amplitude.
A Tabela 18 resume todos os parâmetros otimizados, juntamente com as
melhores condições.
Tabela 18 - Otimização dos parâmetros para o EIGPU-MO, com as melhores condições
Parâmetros otimizados Melhores condições
Potencial de acumulação / V -1,3
Eletrólito suporte / 0,1 mol L-1 KCl
Concentração hidrogeniônica / mol L-1 1,0 x 10-5
Velocidade de varredura / mV s-1 25
Amplitude de pulso / mV 50
Tempo de pré-concentração / s 300
Finalizado a otimização desses parâmetros, pôde-se observar que em menor
quantidade de etanol, o eletrodo apresenta maior intensidade de corrente para os
quatro metais, não ocorrendo distorção dos picos. Isso pode ser explicado, pois à
medida que aumenta a porcentagem de etanol, varia a constante dielétrica do meio,
afetando as constantes de formação dos complexos com o modificador. Dessa
forma, não foi viável realizar a determinação em 100% de etanol sem diluição da
amostra, dado o efeito acima.
Resultados e Discussão - 133
4.4.3 Curva analítica
Utilizando os parâmetros experimentais otimizados, foi possível obter uma
curva analítica para os quatro íons metálicos Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, a fim de
analisar a dependência da intensidade da corrente anódica com as concentrações
dos metais. As medidas voltamétricas foram realizadas sem a necessidade de
limpeza da superfície do eletrodo entre determinações sucessivas em intervalos de
concentração entre 1,0 e 10 µmol L-1 de Zn2+ e 0,4 e 6,0 µmol L-1 de Pb2+ e Cu2+ e
Hg2+. Os voltamogramas obtidos estão apresentados na Figura 33.a. As correntes
foram medidas em triplicata e a média obtida permitiu obter as curvas analíticas para
cada íon metálico, como mostra a Figura 33.b.
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
Hg2+
Cu2+Pb2+
4 µA
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
1
7
(a)
Zn2+
0 2 4 6 8 100
3
6
9
12
15
I / µ
Α
CM2+ / µmol L-1
Zn2+
Pb2+
Cu2+
Hg2+
(b)
Figura 33 - (a) Dependência dos voltamogramas de DPASV com as concentrações (mol L-1)
de Zn2+: (1) 1,0 x 10-6, (2) 1,5 x 10-6, (3) 2,5 x 10-6, (4) 4,5 x 10-6, (5) 7,5 x 10-6, (6) 8,5 x 10-6 e (7) 1,0 x 10-5; Pb2+, Cu2+ e Hg2+: (1) 4,0 x 10-7, (2) 6,0 x 10-7, (3) 8,0 x 10-7, (4) 1,0 x 10-6, (5) 2,0 x 10-6, (6) 4,0 x 10-6 e (7) 6,0 x 10-6, em 30% etanol/KCl 0,1 mol L-1, com os parâmetros descritos anteriormente. (b) Curvas analíticas obtidas para os quatro íons metálicos.
As regiões lineares, os limites de detecção137, as equações da reta e os
coeficientes de correlação linear para os íons metálicos são apresentados na Tabela
19.
Resultados e Discussão - 134
Tabela 19 - Região linear, limite de detecção e equação da reta para os quatro íons metálicos.
Íon metálico Região linear /
µmol L-1
LOD /
nmol L-1
Equação da reta*
Ip = a + b Cion2+
Coeficiente de correlação linear (R)
Zn2+ 1,0 – 10,0 300 Ipa = 0,18 + 1,23 CZn2+ 0,9998
Pb2+ 0,40 – 2,0 65 Ipa = -1,58 + 5,52 CPb2+ 0,9993
Cu2+ 0,40 – 2,0 30 Ipa = -0,97 + 4,30 CCu2+ 0,9998
Hg2+ 0,40 – 2,0 46 Ipa = -1,15 + 5,61 CHg2+ 0,9997
* a = intercepto / µA, b = inclinação / µA µmol-1 L
À partir das curvas mostradas na Figura 33, pode ser visto que, em baixas
concentrações, existe mais de um sinal de redissolução para Cu2+ e Pb2+. Uma
possível explicação para tal evento, é a possibilidade de acumulação do metal em
outros sítios reativos na superfície do eletrodo, uma vez que o eletrodo também
contém grafite e a própria sílica na sua composição145,146. Outra possibilidade é a
complexação do tipo –N–M2+–S– ou –S–M2+–S–. Isto é ilustrado no mecanismo de
oxidação proposto por Cesarino et al31, que apresenta um equilíbrio ácido-base em
que a concentração de H+ no meio eletrolítico influencia o mecanismo de
complexação e acumulação dos cátions.
Em concentrações mais elevadas, este problema se torna pouco relevante
porque os sítios de coordenação alternativos são menos ativos e a pré-concentração
ocorre principalmente em sítios mais ativos. Independentemente, a corrente foi
medida no potencial de pico em que ocorreu um aumento da mesma nas
concentrações mais elevadas e um único pico foi observado. Além disso, o
mecanismo de complexação parece assegurar que os potenciais em que ocorrem as
redissoluções são suficientemente separados para permitir a determinação
simultânea de quatro cátions.
Resultados e Discussão - 135
Um único eletrodo impresso foi utilizado para obter a curva analítica, sem
necessidade de qualquer renovação ou de ativação da superfície durante as
medidas, demonstrando a robustez e durabilidade do eletrodo desenvolvido, além da
ausência do efeito de memória provocado por redissolução incompleta.
O limite de detecção encontrado para o Cu2+ foi suficientemente baixo para
ser capaz de determinar o cátion em níveis mais baixos do que o valor máximo de
0,07 mg kg-1 (~ 0,9 µmol L-1) em etanol combustível permitido pela legislação
brasileira.147 Não existem regulamentação oficial para as outras três espécies
metálicas, no Brasil.
4.4.4 Estudo de interferentes
A influência de algumas espécies catiônicas (Fe3+, Cd2+, Mn2+ e Na+) e
aniônicas (PO42- and SO4
2-), na determinação simultânea proposta foi avaliada. As
espécies potencialmente interferentes foram escolhidas com base em trabalhos
descritos na literatura, os quais alegam a presença das mesmas em etanol
combustível.148,149
O estudo dos interferentes foi realizado usando concentrações fixas de 3,0 x
10-5 mol L-1 de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, na presença de 1,5 x 10-5 e 3,0 x 10-5 mol L-1
de cada espécie interferente.
Os voltammograms de DPASV foram registrados na ausência e na presença
dos interferentes e as correntes de pico anódica de cada analito foram medidas e
comparadas. Os resultados estão resumidos na Tabela 20.
Resultados e Discussão - 136
Tabela 20 - Efeitos de cátions e ânions na resposta voltamétrica dos íons metálicos, utilizando as condições otimizadas, comparando as soluções com e sem a espécie interferente
Espécies interferentes
Concentrações /
µmol L-1
Sinal de M2+ / %
Zn2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+
Cd2+ 15,0
30,0
101
110
104
105
105
103
107
107
Fe3+ 15,0
30,0
---
---
102
101
81
72
90
89
Mn2+ 15,0
30,0
147
146
112
110
143
135
114
109
Na+ 15,0
30,0
140
155
102
101
124
135
104
104
PO43- 15,0
30,0
140
158
101
99
118
135
100
104
SO42- 15,0
30,0
140
150
104
104
134
134
109
104
*considerando-se o sinal= 100%, quando apenas [M2+] = 3,0 x 10-5 mol L-1 em solução
A presença do Fe3+ causou um deslocamento de todos os picos para
potenciais mais negativos, o que resultou na impossibilidade de detectar o sinal do
Zn2+ Embora interferência significativa do Fe3+ pode ser observada, pode-se concluir
que utilizando o método de adição de padrão foi possível determinar
simultaneamente os quatro metais, sem maiores problemas nas amostras
comerciais. As correntes de Cu2+ e Hg2+ diminuiram, enquanto a intensidade do pico
de Pb2+ permanece inalterada.
Quando Cd2+ foi adicionado na menor concentração, o potencial de oxidação
do Zn2+ foi deslocado de -1,1 à -1,3 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, enquanto que na
presença de Cd2+ em concentração igual à dos metais em solução, o pico do Zn2+
desaparece e um novo pico em -1,0 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V foi observado, o qual foi
Resultados e Discussão - 137
atribuído à oxidação de Cd0. Não houve efeitos visíveis sobre os sinais de Pb2+, Cu2+
e Hg2+. Este deslocamento de potencial do pico pode ser explicado pela competição
entre os analitos, especialmente Zn2+ e as espécies interferentes (Fe3+ ou Cd2+) nos
sítios de complexação, com diferentes níveis de energia necessários para a
deposição dos cátions na superfície do eletrodo modificado.
A adição de Na+, Mn2+, PO43- ou SO4
2- resultou em um aumento significativo
nas correntes de Zn2+ e Cu2+. A presença de Mn2+ causou um pequeno aumento nas
correntes de Pb2+ e Hg2+, enquanto na presença de PO43- ou SO4
2- não houve
efeitos significativos nos sinais para esses analitos.
4.4.5 Aplicação do método voltamétrico na determina ção de amostras
comerciais
Definidas as regiões lineares de resposta do EIGPU-MO em relação aos
quatro íons metálicos, o eletrodo foi utilizado na determinação de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e
Hg2+ em amostras comerciais de etanol combustível, usando DPASV, a fim de
avaliar a eficácia do método proposto e o desempenho do mesmo nessa matriz
complexa e de grande interesse econômico.
As amostras foram contaminadas intencionalmente com 5,0, 0,4, 0,8 e 0,4
µmol L-1 de zinco(II), chumbo(II), cobre(II) e mercúrio(II), respectivmante. As medidas
foram feitas em triplicata, usando o método da adição de padrão, a fim de eliminar
efeitos de matriz. A Figura 34.a mostra os voltamogramas para a amostra comercial
chamada aqui de amostra 01, tomada como exemplo uma vez que as demais
apresentam resultados similares. As curvas de adição de padrão para a mesma
amostra são apresentadas na Figura 34.b.
Resultados e Discussão - 138
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
6
7
8
9
10
11
Hg2+
Cu2+
Pb2+
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Amostra 1º adição 2º adição 3º adição
(a)
Zn2+
-9 -6 -3 0 3 6 9
0,2
0,4
0,6
0,8
CZn2+ add / µmol L-1
I / µ
Α
(b)
-0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6 0,9
0,8
1,6
2,4
3,2
(b)
CPb2+ add / µmol L-1
I / µ
Α
-1,8 -1,2 -0,6 0,0 0,6 1,2 1,8
0,3
0,6
0,9
1,2
(b)
CCu2+ add / µmol L-1
I / µ
Α
-0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6 0,9
0,6
1,2
1,8
2,4
(b)
CHg2+ add / µmol L-1
I / µ
Α
Figura 34 - (a) Voltamogramas de DPASV, obtidos com o EIGPU-MO, na determinação de [Zn2+] = 5,0 µmol L-1, [Pb2+] = 0,4 µmol L-1, [Cu2+] = 0,8 µmol L-1 e [Hg2+] = 0,4 µmol L-1, com as condições otimizadas descritas anteriormente. (b) Curvas de adição de padrão para os quatro íons metálicos.
Os resultados quantitativos obtidos pelo método de DPASV e o método
recomendado estão apresentados na Tabela 21.
Resultados e Discussão - 139
Tabela 21 - Comparação entre as concentrações dos íons metálicos, obtidas pelo método proposto e o método recomendado, para três amostras comerciais de etanol combustível
Amostras Íon metálico
Adicionado/
µg L-1
DPASVa,b /
µg L-1
Método recomendado,b,c /
µg L-1
Ed/
%
01
Zn2+
Pb2+
Cu2+ Hg2+
327 82 50 80
500 ± 10 70 ± 4 56 ± 2 80 ± 6
516 ± 5 70 ± 2 60 ± 2 81 ± 4
-3,1 0,0 -6,6 -1,2
02
Zn2+
Pb2+
Cu2+ Hg2+
327 82 50 80
530 ± 20 70 ± 6 57 ± 6 80 ± 5
530 ± 20 76 ± 0.5 60 ± 0.5
81 ± 3
0,0 -7,9 -5,0 -1,2
03
Zn2+
Pb2+
Cu2+ Hg2+
327 82 50 80
400 ± 20 70 ± 8 50 ± 3 79 ± 6
450 ± 20 70 ± 1 56 ± 2 80 ± 2
11,1 0,0 10,7 -1,2
aresultado ± desvio padrão; bn = 3 determinações; cGFAAS para Pb2+, Cu2+, and Hg2+ e FAAS para Zn2+; dE = DPASV vs. GFAAS (DPASV – GFAAS / GFAAS) x 100%.
A análise dos resultados apresentados na Tabela 21 permite concluir que não
há diferenças significativas entre os valores encontrados pelo método DPASV e pelo
método recomendado, concordando ao nível de 95% segundo o teste t-Student.
Entretanto, ambos os métodos apresentaram erros relativamente altos para as
medidas de Zn2+ e Cu2+, sugerindo que estes cátions estavam naturalmente
presentes nas amostras reais de etanol combustível, como já observado em
trabalhos anteriores.149
A Tabela 22 apresenta os dados de recuperação na análise de três amostras
comerciais.
Resultados e Discussão - 140
Tabela 22 - Coeficientes de recuperação de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ nas três amostras comerciais de etanol combustível analisadas
Amostra Íon metálico Adição Concentração / µmol L-1
Recuperação / %
Adicionado Encontrado
1 Zn2+
1ª 5,00 4,56 91,0
2ª 8,00 8,05 101
3ª 10,0 10,2 102
98 ± 6*
Pb2+
1ª 0,40 0,42 106
2ª 0,60 0,57 95,0
3ª 0,80 0,81 101
99 ± 3*
Cu2+
1ª 0,80 0,78 97,0
2ª 1,20 1,22 101
3ª 1,60 1,59 100
100 ± 2*
Hg2+
1ª 0,40 0,42 106
2ª 0,60 0,57 95,0
3ª 0,80 0,81 102
101 ± 6*
2 Zn2+
1ª 5,00 4,63 93,0
2ª 8,00 7,81 98,0
3ª 10,0 10,3 103
98 ± 5*
Pb2+
1ª 0,40 0,43 107
2ª 0,60 0,58 96,7
3ª 0,80 0,81 100
101 ± 6*
Cu2+
1ª 0,80 0,86 108
2ª 1,20 1,16 97,0
3ª 1,60 1,60 100
101 ± 6*
Hg2+
1ª 0,40 0,38 95.0
2ª 0,60 0,60 100
3ª 0,80 0,81 101
99 ± 3*
3 Zn2+
1ª 5,00 4,78 96,0
2ª 8,00 8,53 107
3ª 10,0 9,68 97,0
100 ± 6*
Pb2+
1ª 0,40 0,39 98,0
2ª 0,60 0,56 93,3
3ª 0,80 0,83 104
98 ± 5*
Cu2+
1ª 0,80 0,84 105
2ª 1,20 1,21 101
3ª 1,60 1,57 98,0
101 ± 4*
Hg2+
1ª 0,40 0,42 105
2ª 0,60 0,60 100
3ª 0,80 0,79 99,0
101 ± 4*
*média ± desvio padrão, n=3
Resultados e Discussão - 141
Ensaios de recuperação realizados para avaliar os efeitos da matriz após as
adições de padrão revelaram uma média de recuperação para os quatro metais de
100,2% para Zn2+, 99,7% para o Pb2+, 100,7% para o Cu2+ e 99,5% para Hg2+,
indicando que não houve interferência significativa da matriz para as amostras
analisadas utilizando o método proposto DPASV no modo de adição de padrão.
Apesar da complexidade em analisar quatro cátions em amostras reais e no
meio não-aquoso, vale ressaltar que o uso do procedimento de adição de padrão,
com as medidas feitas em triplicatas, permitiu superar tais dificuldades que foram
atribuídas aos demais componentes da matriz, mostrando desempenho satisfatório
do EIGPU neste tipo de determinação.1503
3150SACILOTO, T. R.; CERVINI, P.; CAVALHEIRO, E. T. G. Simultaneous voltammetric determination
of Zn(II), Pb(II), Cu(II), and Hg(II) in ethanol fuel using an organofunctionalized modified graphite-
polyurethane composite disposable screen-printed device. Electroanalysis , v. 26, p. 1-14, 2014.
4.5 Determinação de Epinefrina em Fluido Cérebro-Espinal
Sintético
Resultados e Discussão - 143
4.5 Determinação de epinefrina em fluido cérebro-es pinal sintético
Este estudo descreve a caracterização eletroquímica e a utilização do EIGPU
para a determinação de epinefrina em amostra de fluido cérebro-espinal sintético,
utilizando a DPV e a SWV de forma comparativa.
4.5.1 Estudo do comportamento eletroquímico do elet rodo compósito
impresso grafite e PU frente ao processo de oxidaçã o da epinefrina
Com a finalidade de estudar o comportamento eletroquímico do EIGPU no
processo de oxidação da epinefrina, foi realizado um primeiro experimento utilizando
a voltametria cíclica. Esse estudo foi feito em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH
7,0, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP, no intervalo de pontenciais de -0,6 à +0,7 (vs.
pseudo-Ag/AgCl) V. A Figura 35 mostra os voltamogramas obtidos.
-0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6 0,9-6
-4
-2
0
2
4
6
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
branco 1º ciclo 2º ciclo 3º ciclo 4º ciclo
Figura 35 - Voltamogramas cíclicos obtidos com o EIGPU, mostrando 4 ciclos sucessivos, na presença de 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,0, ν = 25 mV s-1.
A Figura 35 revela que o EIGPU responde adequadamente aos processos de
oxido-redução da epinefrina. Conforme apresentado na introdução dessa tese, essa
catecolamina apresenta inicialmente um pico de oxidação que pode ser observado
em +0,15 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, o qual gera um produto cuja oxidação e redução
Resultados e Discussão - 144
envolvem um processo reversível visível em -0,25/-0,33 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V à
partir do segundo ciclo, no EIGPU, sob as condições utilizadas nesse trabalho.
Em seguida, foi avaliada a dependência do processo de oxidação da EP com
a velocidade de varredura, as quais foram variadas entre 10 – 150 mV s-1. Para cada
velocidade estudada, mediu-se 2 ciclos voltamétricos. A Figura 36.a e 36.b
apresentam os voltamogramas obtidos no primeiro e segundo ciclo,
respectivamente.
-0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6 0,9-4
-2
0
2
4
6
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
10 mV s-1
20 mV s-1
40 mV s-1
50 mV s-1
80 mV s-1
100 mV s-1
150 mV s-1
(a)
-0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6 0,9-4
-2
0
2
4
6
(b)
10 mV s-1
20 mV s-1
40 mV s-1
50 mV s-1
80 mV s-1
100 mV s-1
150 mV s-1
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Figura 36 - Voltamogramas cíclicos para o EIGPU na presença de 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP, variando as velocidades de varredura entre 10 – 150 mV s-1, em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,0. (a) 1º ciclo de varredura, (b) 2º ciclo de varredura.
Através da Figura 36.a, foi possível obter a relação linear entre a corrente de
pico anódica (Ipa) e catódica (Ipc) com a velocidade de varredura, para o 1º ciclo de
varredura no potencial de +0,15 (Ipa) e -0,33 (Ipc) (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, conforme
mostra Figura 37.
Resultados e Discussão - 145
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
I / µ
Α
v1/2 / (mV s-1)1/2
Figura 37 - Relação da corrente de pico anódica (Ipa) e catódica (Ipc) com a velocidade de varredura.
Pela Figura 37, é possível observar a existência de uma dependência linear
entre as correntes de pico anódica e catódica e a raiz quadrada da velocidade de
varredura, indicando que o processo é controlado por difusão, de acordo com a
relação de Randles e Sevcik.151
Com a finalidade de avaliar o efeito do pH no processo redox da EP sobre a
superfície do eletrodo compósito impresso desenvolvido, foi realizado um estudo da
dependência do potencial de oxidação da EP com o pH. Os experimentos foram
realizados utilizando a voltametria cíclica, com valores de pH variando de 0,5
unidade entre 5,0 e 8,0, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de epinefrina. A Figura 38
apresenta a dependência da corrente de pico anódica (Ipa) e o potencial de pico (Epa)
como função do pH.
Resultados e Discussão - 146
4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,50,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
pH
E /
V
1
2
3
4
5
I / µ
Α
Figura 38 - Gráfico da relação linear entre a variação de pH vs. Epa e pH vs. Ipa, em meio de
tampão fosfato 0,1 mol L-1, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP.
A variação de Epa com o pH demonstrou que um aumento no pH causa um
deslocamento do potencial pico para valores mais negativos de potencial. Esta
relação linear apresentou uma inclinação de 60,0 mV por unidade de pH. A
inclinação sugeriu o envolvimento do mesmo número de prótons e elétrons na
reação de eletro-oxidação da EP, como no trabalho desenvolvido por Hawley et
al125, o qual explica que a eletro-oxidação das catecolaminas é acompanhada pela
transferência de número iguais de prótons e elétrons.
A curva de Ipa vs. pH mostrou que o pico de corrente anódica tem um valor
máximo em pH = 7,5, diminuindo, acentuadamente, tanto para valores mais baixos
de pH, quanto para o mais alto. Isso pode ser explicado considerando-se o
mecanismo de óxido-redução da EP, apresentado na Equação 5. Nota-se que o
processo de oxidação envolve a liberação de 2H+/molécula, o que é prejudicado em
um meio ácido.
Por outro lado, a EP tem pKa = 8,88, assim, provavelmente, em pH mais
elevado ocorre um aumento na concentração da forma desprotonada, que não deve
ser eletroativa, provocando diminuição na corrente de pico.
Resultados e Discussão - 147
O pH fisiológico do fluido cérebro-espinal, para indivíduos sadios, é próximo
de 7,4 que corresponde à região de corrente máxima na Figura 38. Dessa forma, o
pH 7,5 foi escolhido para os experimentos posteriores.
4.5.2 Otimização dos parâmetros experimentais
Para maximizar o sinal de corrente usando tanto DPV, quanto SWV, os
efeitos dos parâmetros experimentais foram estudados, utilizando o EIGPU, em
meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,5, contendo 1,0 x 10-4 mol L-1 de EP, em
um intervalo de potenciais de -0,6 à +0,7 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V. A Tabela 23
mostra os parâmetros otimizados para cada técnica, bem como os valores
selecionados.
Tabela 23 - Otimização dos parâmetros das técnicas de DPV e SWV para epinefrina
Técnica
voltamétrica
Parâmetros
Otimizados
Variáveis
Estudadas
Valor selecionado
DPV Velocidade de varredura / mV s-1 10, 25 ,50 10
Amplitude de pulso / mV 25, 50, 100 100
SWV Frequência / s-1 8, 10, 25, 50 8
Incremento de potencial ∆Es / mV 2, 5, 10, 20 5
Na otimização dos parâmetros de DPV, para cada valor de amplitude de pulso
estudado, variou-se a velocidade de varredura entre 10 e 25 mV s-1. Da mesma
forma, para os estudos em SWV, cada valor de incremento de potencial foi avaliado
em todas as freqüências estudadas. Tanto para velocidades de varredura maiores
que 10 mV s-1, quanto valores de freqüência superiores à 8 s-1, foi verificado
deformações no perfil voltamétrico e diminuição na altura do pico de oxidação da
EP.
Resultados e Discussão - 148
4.5.3 Curva analítica
Voltametria de pulso diferencial
Experimentos de DPV foram realizados utilizando os parâmetros
instrumentais descritos na Tabela 23, com a finalidade de se obter uma curva
analítica para a epinefrina, utilizando o EIGPU. Todas as medidas foram feitas em
triplicata e as figuras de mérito foram calculadas a partir dos valores médios obtidos.
A curva analítica mostrada na Figura 39 apresentou uma resposta linear no intervalo
de 1,0 a 10,0 µmol L-1 e pode ser representada pela Equação 11:
Ipa (µA) = 0,138 (µA) + 0,140 (µA µmol-1L) x CEP (11)
O coeficiente de correlação linear foi de 0,9987, para n = 6. O limite de
detecção calculado foi de 42,8 nmol L-1, determinado por meio da razão 3(sd)/b,137
onde (sd) é o desvio padrão do valor médio de dez voltamogramas do branco e (b) é
o coeficiente angular da reta.
-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,60
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60
1
2
3
4
5
I / µ
Α
CEP
/ µmol L-1
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
1
9
Figura 39 - Voltamogramas de DPV obtidos com o EIGPU, para as concentrações de EP,
em mol L-1, de: (1) 1,0 x 10-6, (2) 2,0 x 10-6, (3) 4,0 x 10-6, (4) 6,0 x 10-6, (5) 8,0 x 10-6, (6) 1,0 x 10-5, (7) 2,0 x 10-5, (8) 4,0 x 10-5 e (9) 6,0 x 10-5. No detalhe: dependência linear da corrente de pico com a concentração da EP.
Resultados e Discussão - 149
A partir do segundo ciclo é possível observar picos referentes à oxidação do
produto formado no primeiro ciclo, com menor intensidade de corrente de pico, como
esperado, razão pela qual optou-se por usar o 1º ciclo e tomar as correntes no pico
em torno de +0,15 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V.
Voltametria de onda quadrada
Da mesma forma que na DPV, em SWV os experimentos foram realizados
utilizando os parâmetros instrumentais otimizados, visando a construção de uma
curva analítica para a epinefrina, utilizando o EIGPU. Todas as medidas foram feitas
em triplicata e as figuras de mérito foram calculadas a partir dos valores médios
obtidos. A curva analítica mostrada na Figura 40 também apresentou uma resposta
linear no intervalo de 1,0 a 10,0 µmol L-1 e pode ser apresentada pela Equação 12:
Ipa (µA) = 0,272 (µA) + 0,207 (µA µmol-1L) x CEP ...............................(12)
O coeficiente de correlação linear foi de 0,9964, para n = 6. O limite de
detecção calculado137 foi de 768 nmol L-1, calculado do mesmo modo que na DPV.
-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,61
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60
1
2
3
4
5
I / µ
Α
CEP
/ µmol L-1
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
1
9
Figura 40 - Voltamogramas de SWV obtidos com o EIGPU, para as concentrações de EP, em mol L-1, de: (1) 1,0 x 10-6, (2) 2,0 x 10-6, (3) 4,0 x 10-6, (4) 6,0 x 10-6, (5) 8,0 x 10-6, (6) 1,0 x 10-5, (7) 2,0 x 10-5, (8) 4,0 x 10-5 e (9) 6,0 x 10-5. No detalhe: dependência linear da corrente de pico com a concentração da EP.
Resultados e Discussão - 150
Assim como na DPV, na SWV, a partir do segundo ciclo também é possível
observar picos referentes à oxidação do produto formado no primeiro ciclo, também
com menor intensidade de corrente de pico, como esperado. Dessa forma, optou-se
por usar o 1º ciclo e tomar as correntes no pico em torno de +0,15 (vs. pseudo-
Ag/AgCl) V. A Tabela 24 resume as figuras de mérito obtidas a partir das curvas
analíticas para ambas as técnicas.
Tabela 24 - Região linear, sensibilidade, limite de detecção (LOD) e o coeficiente de
correlação linear obtidos para a EP, utilizando DPV e SWV
Técnica Região linear /
µmol L-1
Sensibilidade /
µA µmol-1L
LOD /
nmol L-1
R
DPV 1,0 – 10 0,140 42,8 0,9987
SWV 1,0 - 10 0,207 768 0,9964
A SWV se mostra mais sensível, com coeficiente angular da curva analítica
quase 50% maior e, surpreendentemente um limite de detecção 17x maior.
Entretanto, deve-se recordar da melhor capacidade da DPV em discriminar a
corrente residual,152 o que lhe confere essa habilidade de apresentar limites de
detecção muito baixos.
Tanto na voltametria de pulso diferencial, quanto na onda quadrada, foi
possível observar dois picos de oxidação, um em aproximadamente -0,2 (vs.
pseudo-Ag/AgCl) V e o segundo em torno de +0,2 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V. A
presença desses picos pode estar relacionado com o tampão fosfato139, como já
mencionado anteriormente, e com grupos funcionais da resina poliuretana,
respectivamente.
O pico de oxidação de grupos funcionais da resina PU, havia sido relatado por
Calixto30 em sua tese de doutorado, mas não havia sido observado no presente
estudo. De fato a corrente desse evento é relativametne pequena, quando
Resultados e Discussão - 151
comparada com as correntes dos analitos previamente investigados, como
paracetamol, cafeína e os íons metálicos. No estudo referente à determinação da
epinefrina, correntes relativamente menores foram sendo medidas e o referido
evento tornou-se mais significativo. Um olhar mais cauteloso dos voltamogramas dos
outros estudos revela pequenos ombros na mesma região de potenciais.
Entretanto, apesar da presença destes picos, a determinação da EP foi
possível, como se apresenta na sequência.
4.5.4 Estudo de interferentes
Um dos problemas normalmente encontrados na determinação da epinefrina,
é a presença de outras substâncias eletroativas que podem estar presentes em
amostras biológicas, como o ácido úrico (AU), o ácido ascórbico (AA) e a dopamina
(DP). Normalmente, essas substâncias estão presentes em concentrações maiores
que a concentração da EP livre, ou seja, na forma não metabolizada. Nesse sentido,
realizou-se um estudo para avaliar o efeito destes interferentes na eletro-oxidação
da EP.
Os experimentos foram realizados utilizando DPV, com amplitude de pulso de
100 mV e velocidade de varredura de 10 mV s-1, em meio eletrolítico de tampão
fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,5, contendo 20 µmol L-1 de EP e 10,0, 20,0 e 40,0 µmol L-1
de cada interferente.
Nestes experimentos, optou-se pela utilização da normalização da linha base,
a fim de melhor visualização dos eventos envolvidos. A Figura 41 mostra os
voltamogramas para cada interferente estudado.
Resultados e Discussão - 152
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0 EP
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
AU
(A)
-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
(b)
EP
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0 EP
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
I / µ
Α
(c)
Figura 41 - Voltamogramas de DPV para o EIGPU, tampão fosfato 0,1 mol L-1, pH 7,5, contendo 20 µmol L-1 de EP, na presença de ( ) 10,0 ( ) 20,0 e ( ) 40,0 µmol L-
1 de (A) AU, (B) AA, (C) DP.
A Figura 41.a mostra que, mesmo sendo a concentração de ácido úrico duas
vezes maior que a concentração de epinefrina, não foi observada nenhuma
sobreposição nos processos de oxidação do AU e da EP, uma vez que o eletrodo
compósito impresso proposto conseguiu separar os picos de oxidação desses
analitos. Entretanto, os dados na Tabela 25 revelam severa redução de sinal da EP,
quando o ácido úrico é adicionado na amostra.
A Figura 41.b mostra que não foram observados novos picos quando se
adicionou AA à solução contendo epinefrina. A interferência no sinal da EP foi
significativamente menor que aquela observada no caso do AU. Por outro lado, o
aumento do sinal sugere uma possível sobreposição de eventos.
Na Figura 41.c é possível observar uma forte interferência da DP, com
redução significativa da corrente de pico da epinefrina. A corrente da EP aumenta
quando mais dopamina é adicionada à solução teste.
Resultados e Discussão - 153
Tabela 25 - Efeitos do ácido úrico, ácido ascórbico e dopamina na resposta voltamétrica de soluções 20 µmol L-1 de epinefrina, comparando as soluções com e sem a espécie interferente
Espécies interferentes
Concentrações /
µmol L-1
Sinal da EP* / %
Interferência / %
AU 10,0
20,0
40,0
19,6
13,3
10,1
-80,4
-86,7
-89,9
AA 10,0
20,0
40,0
114,8
119,9
126,1
14,8
19,9
26,1
DP 10,0
20,0
40,0
38,7
56,0
86,1
61,3
44,0
13,9
*considerando-se o sinal= 100%, quando apenas [EP] = 20 mol L-1 em solução
Com base nos resultados apresentados no estudo de interferentes, o eletrodo
proposto se mostrou adequado para ser usado na determinação eletroquímica de
EP em fluido cérebro-espinal, porém apresentou interferência de substâncias
possivelmente presentes neste tipo de amostra, quando obtida de fontes biológicas.
É possível que o uso da estratégia de adição de padrão minimize tais efeitos.
4.5.5 Aplicação do método voltamétrico na determina ção de amostras de CSF
sintético
Após otimização dos parâmetros experimentais e definida a região linear e o
limite de detecção, o EIGPU foi utilizado na determinação de EP em fluido cérebro-
espinal sintético, utilizando a voltametria de pulso diferencial e voltametria de onda
quadrada, visando avaliar o desempenho do eletrodo impresso e do método
analítico proposto.
As amostras artificiais, preparadas conforme descrito na parte experimental
(Tabela 4), continham 3,0 µmol L-1 de epinefrina e as medidas foram feitas em
Resultados e Discussão - 154
triplicata, usando o método da adição de padrão. Nesta etapa, também visando
melhor visualização dos eventos envolvidos, foi utilizado o método de normalização
da linha base.
Voltametria de Pulso Diferencial
A Figura 42.a mostra os voltamogramas para a amostra de fluído cérebro-
espinal sintético, utilizando a DPV. A curva de adição de padrão obtida à partir dos
voltamogramas, esta apresentada na Figura 42.b.
-0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
Branco Amostra Adicão 1 Adição 2 Adição 3
(a)
EP
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
0,2
0,4
0,6
0,8
I / µ
Α
CEP
/ µmol L-1
(b)
Figura 42 - (a) Voltamogramas de DPV, obtidos com o EIGPU, na determinação de [EP] = 3,0 µmol L-1, com as condições otimizadas descritas anteriormente. (b) Curvas de adição de padrão para a EP.
Na resposta voltamétrica do eletrodo em CSF, novamente foi observado um
pico de corrente em +0,2 (vs. pseudo-Ag/AgCl) V, atribuído a grupos funcionais da
PU e que diminui com a presença de EP e um outro pico em +0,05 (vs. pseudo-
Ag/AgCl) V, que corresponde a eletro-oxidação da EP.
Nos voltamogramas de DPV, para as adições consecutivas de EP, foi
observado que os picos de corrente aumentam linearmente com as adições de EP.
Utilizando o método de adição de padrão foi possível calcular a concentração de
epinefrina contida na amostra, como sendo 3,10 µmol L-1, que corresponde a uma
recuparação média da ordem de 101,1 % ± 2,9.
Resultados e Discussão - 155
Voltametria de Onda Quadrada
Utilizando a SWV, foi possível obter os voltamogramas da Figura 43.a, para a
mesma amostra de fluído cérebro-espinal sintético. A Figura 43.b mostra a curva de
adição de padrão.
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
Branco Amostra Adicão 1 Adição 2 Adição 3
I / µ
Α
E / V (vs. pseudo-Ag/AgCl)
(a)
EP
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
I / µ
Α
CEP
/ µmol L-1
(b)
Figura 43 - (a) Voltamogramas de SWV, obtidos com o EIGPU, na determinação de [EP] = 3,0 µmol L-1, com as condições otimizadas descritas anteriormente. (b) Curvas de adição de padrão para a EP.
Utilizando SWV, também foi observado um pico de corrente em +0,2 (vs.
pseudo-Ag/AgCl) V, atribuído a grupos funcionais da PU e que diminui com a
presença de EP. Além disso, é possível vizualizar um outro pico em +0,05 (vs.
pseudo-Ag/AgCl) V, que corresponde a eletro-oxidação da EP.
Nos voltamogramas de SWV, para as adições consecutivas de EP, foi
observado que os picos de corrente aumentam linearmente com as adições de EP.
Utilizando o método de adição de padrão foi possível calcular a concentração de
epinefrina contida na amostra, como sendo 3,02 µmol L-1, que corresponde a uma
recuparação média da ordem de 101,5 ± 2,1.
A Tabela 26 apresenta os resultados das medidas de adição de padrão de EP
para a amostra artificial de fluido cérebro-espinal sintético.
Resultados e Discussão - 156
Tabela 26 - Determinação de EP no fluido cérebro-espinal sintético Técnica Adicionado /
µmol L-1 Encontrado /
µmol L-1 Recuperaçãoa / %
DPV 3,00 3,10 101 ± 3
SWV 3,00 3,02 102 ± 2
Os valores observados mostraram que o processo de adição de padrão
permite determinar com segurança a concentração de EP em CSF, com resultados
semelhantes tanto utilizando DPV, quanto SWV, e que o EIGPU mostrou-se eficiente
para tal determinação.
Capítulo 5. Conclusões
Conclusão - 158
5 CONCLUSÕES
Foi possível obter eletrodos impressos a partir de uma nova formulação de
tinta, baseada em grafite e poliuretana de origem vegetal, usando um processo de
impressão, o qual utiliza uma máscara adesiva como molde dos eletrodos. O
compósito apresentou elevada adesividade ao PVC, o qual foi usado como suporte
nesse trabalho, porém, há possibilidade de uso de outros materiais, como cerâmicas
e outros polímeros.
Os EIGPU´s resultantes apresentaram facilidade de construção e baixo custo,
o que lhes confere a caracterísitica de serem descartáveis, havendo necessidade de
ativar física e eletroquimicamente a sua superfície, antes do uso.
O EIGPU representa uma alternativa interessante para ser usado na análise
de produtos farmacêuticos, tendo sido inicialmente testado na determinação de
APAP, como sonda e, em seguida, na determinação simultânea de APAP e CAF. O
método foi aplicado satisfatoriamente em formulações farmacêuticas, revelando que
não há interferência de outros excipientes freqüentemente presentes nas amostras
comerciais.
Comparando os resultados obtidos a partir de determinação simultânea de
paracetamol e cafeína com a determinação separada desses compostos, os limites
de detecção obtidos são próximos, indicando que a determinação simultânea pode
ser considerada tão eficiente quanto as suas determinações individuais.
Foi possível modificar facilmente os eletrodos impressos, bastando-se apenas
adicionar o modificador à tinta desenvolvida. O desempenho dos EIGPU´s
modificados foi avaliado na determinação de espécies inorgânicas em amostras de
etanol combustível, sendo os resultados comparáveis com aqueles obtidos com
Conclusão - 159
GFFAS. Os limites de detecção sugerem a possibilidade de uso em amostras
comerciais dentro dos limites legais para íons Cu(II).
Os eletrodos também se mostraram úteis na determinação de espécies com
interesse biológico em fluido cérebro-espinal sintético, tanto por voltametria de pulso
diferencial quanto por voltametria de onda quadrada. Interferencias severas de
concomitantes possivemente presentes nessas amostras foram observadas,
podendo, talvez, serem contornadas com o uso da estratégia de adição de padrão.
Embora os eletrodos sejam descartáveis, eles puderam ser usados para cada
conjunto de medidas, sem necessidade de renovação da superfície ou substituição
do sensor.
Trabalhos Futuros
Trabalhos Futuros - 161
Trabalhos Futuros
Desenvolver novas tintas com nanopartículas metálicas como fase condutora
nos compósitos, visando obter novos tipos de eletrodos impressos à base de
poliuretana de origem vegetal;
Fazer análises utilizando a cela eletroquímica em fluxo, já desenvolvida para
o eletrodo impresso;
Fazer aplicações usando um potenciostato portátil;
Aplicar os eletrodos em amostras biológicas, buscando minimizar as
interferências pelo uso de procedimentos de adição de padrão, ou mesmo
usando cartucho de SPE para “clean-up” das amostras.
Outras Atividades
Outras Atividades - 163
Outras Atividades
Trabalhos apresentados
Congressos Nacionais
1. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Desenvolvimento de eletrodos
impressos descartáveis à base de compósitos grafite e poliuretana – Parte 1. In
33ª. Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2010, Águas de
Lindóia-SP. CD-ROM, 2010.
2. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Desenvolvimento de eletrodos
impressos descartáveis à base de compósitos grafite e poliuretana – Parte 2.
In 34ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2011,
Florianópolis-SC. CD-ROM, 2011.
3. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Otimização de alguns
parâmetros de fabricação de eletrodos compósitos impressos descartáveis à
base de grafite e poliuretana. In 18º Encontro da Sociedade Brasileira de
Química Regional Interior Paulista “Waldemar Saffioti”, 2011, São José do Rio
Preto-SP. Livro de resumos, 2011.
4. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Aplicação de um eletrodo
compósito impresso à base de grafite e poliuretana na determinação de
paracetamol. In: XVIII Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica,
2011, Bento Gonçalves – RS. CD-ROM, 2011.
5. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Avaliação da potencialidade
de eletrodos impressos à base de grafite-PU modificados com sílica
organofuncionalizada na determinação voltamétrica de espécies metálicas em
etanol: Hg2+ como sonda eletroquímica. In: XIX Simpósio Brasileiro de
Eletroquímica e Eletroanalítica, 2013, Campos do Jordão-SP. CD-ROM, 2013.
Outras Atividades - 164
6. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Determinação voltamétrica de
Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em meio etanólico utilizando eletrodos impressos à
base de Grafite-PU modificados com sílica SBA-15 organofuncionalizada com
benzotiazol-2-tiol. In: 17º Encontro Nacional de Química Analítica, 2013, Belo-
Horizonte-MG. CD-ROM, 2013.
Congressos Internacionais
1. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Development of screen
printed electrodes based on graphite and polyurethane composites. In: 61st
Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2010, Nice-
France. CD-ROM, 2010.
2. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Simultaneous voltammetric
determination of paracetamol and caffeine at a graphite/polyurethane screen-
printed composite electrode. In: 63st Annual Meeting of the International
Society of Electrochemistry, 2012, Prague-Czech Republic. CD-ROM,
2012.
3. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Utilização de eletrodos
impressos à base de grafite-PU modificados com sílica SBA-15
organofuncionalizada na determinação de Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em etanol
combustível. In: XXI Congreso de la Sociedad Iberoamericana de
Electroquímica, 2014, La-Serena-Chile. CD-ROM, 2014.
4. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Application of Graphite and
Polyurethane Screen-Printed Composite Electrode for Voltammetric
Determination of Epinephrine. In: 65st Annual Meeting of the International
Society of Electrochemistry, 2014, Lausanne-Switzerland. CD-ROM, 2014.
Outras Atividades - 165
Produção bibliográfica resultante deste trabalho
Artigos científicos
1. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. New screen printed electrode
based on graphite and polyurethane composite for the determination of
acetaminophen. Analytical Letters, v. 46, p. 312-322, 2013.
2. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Simultaneous voltammetric
determination of acetaminophen and caffeine at a graphite and polyurethane
screen-printed composite electrode. Journal of Brazilian Chemical Society, v.
24, n. 9, p. 1461-1468, 2013.
3. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. Simultaneous voltammetric
determination of Zn(II), Pb(II), Cu(II), and Hg(II) in ethanol fuel using an
organofunctionalized modified graphite-polyurethane composite disposable
screen-printed device. Electroanalysis, v. 26, p. 1-14, 2014.
Patente
1. Saciloto, T.R.; Cervini, P.; Cavalheiro, E.T.G. “Tinta e processo para
preparação de eletrodos impressos descartáveis à base de um compósito de
grafite e poliuretana e eletrodo obtido pelo referido processo”. Br PI
1.104.355-5, 27-out-2011.
Prêmio
Melhor trabalho apresentado na Sessão de Painéis de Eletroanalítica no
XXI Congresso da Sociedade Iberoamericana de Eletroquímica, 2014, La-
Serena-Chile.
Outras Atividades - 166
Menção honrosa por ter desempenhado atividade de destaque no
estágio de Programa de Aperfeiçoamento de Ensino, realizado no Instituto
de Química de São Carlos durante o 2º semestre de 2012.
Estágio Supervisionado em Docência
No período de 01/07/2012 à 30/11/2012, a aluna participou da etapa de
estágio supervisionado em docência do Programa de Aperfeiçoamento de Ensino
junto à disciplina SQM0407 – Química Analítica Qualitativa - Teoria, ministrada aos
alunos de graduação do curso de Bacharelado de Química do Instituto de Química
de São Carlos da Universidade de São Paulo.
No período de 01/02/2013 à 30/06/2013, a aluna participou da etapa de
estágio supervisionado em docência do Programa de Aperfeiçoamento de Ensino
junto à disciplina SQM0410 – Química Analítica Quantitativa - Teoria, ministrada aos
alunos de graduação do curso de Bacharelado de Química do Instituto de Química
de São Carlos da Universidade de São Paulo.
A aluna acompanhou a bolsista de iniciação científica/CNPq Lidia Akemi
Akamine nos estudos de desenvolvimento e aplicação de eletrodos compósitos à
base de grafite-borracha de silicone modificado com sílica organofuncionalizada.
Referências bibliográficas
Referências bibliográficas - 168
Referências bibliográficas
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