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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE QUÍMICA DE SÃO CARLOS Thalita Rocha Saciloto Thalita Rocha Saciloto Thalita Rocha Saciloto Thalita Rocha Saciloto Desenvolvimento e aplicação de eletrodos compósitos impressos à base de grafite e poliuretana SÃO CARLOS 2014

Thalita Rocha SacilotoThalita Rocha Saciloto€¦ · Nosso elo é eterno! ÀÀÀÀ minha tia :Lessandraminha tia :Lessandraminha tia :Lessandra ... penso ser. Sem você certamente

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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Conquistas sem riscos são sonhos sem méritos.

Ninguém é digno dos sonhos se não usar a derrota para cultivá-los

(Augusto Cury)

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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Capítulo 1. Introdução

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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%.

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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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

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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;

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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,

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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)

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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

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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

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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).

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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.

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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).

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Capítulo 2. Objetivos

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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.

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Capítulo 3. Parte Experimental

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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,

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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,

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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).

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Capítulo 4. Resultados e Discussão

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4.1 Confecção dos eletrodos impressos

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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4.2 Determinação de Paracetamol em Formulações

Farmacêuticas Comerciais

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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.

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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.

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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.

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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.

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4.3 Determinação Simultânea de Paracetamol e Cafeína em

Formulações Farmacêuticas Comerciais

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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4.4 Determinação Simultânea de Zn2+

, Pb2+

, Cu2+

e Hg2+

em

Etanol Combustível

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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+.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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4.5 Determinação de Epinefrina em Fluido Cérebro-Espinal

Sintético

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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Capítulo 5. Conclusões

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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

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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.

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Trabalhos Futuros

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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.

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Outras Atividades

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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.

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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.

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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.

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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.

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Referências bibliográficas

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