CARACTERIZAÇÃO DE UMA NOVA PLATAFORMA A BASE DE NANOTUBOS DE CARBONO VISANDO A DETECÇÃO DE UM POLUENTE AMBIENTAL

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Silva de Sousa, C. (UFMA) ; Gomes dos Santos Neto, A. (UFMA) ; da Silva Freires, A. (UFMA) ; Santos Damos, F. (UFMA) ; Silva Luz, R.C. (UFMA)

Resumo

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e caracterização eletroquímica de uma plataforma à base de nanotubos de carbono oxidado e óxido de grafeno, suportados em um eletrodo de carbono vítreo, visando sua aplicação como sensor em amostra ambiental. Os parâmetros eletroquímicos como os valores dos potenciais redox e as intensidades de corrente foram avaliados utilizando a técnica de Voltametria Cíclica. Os valores das resistências às transferências de cargas dos filmes foram estudados por meio da Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, para as seguintes modificações: Mn(Salen)Cl, NTCPMO/GO e NTCPMO/GO/Mn(Salen)Cl. Os melhores resultados para os parâmetros avaliados foram obtidos para o eletrodo de carbono vítreo modificado com NTCPMO/GO/Mn(Salen)Cl.

Palavras chaves

sensor; nanotubo oxidado; caracterização

Introdução

Diversos compostos perigosos são liberados de indústrias, hospitais, veículos e produtos de uso doméstico, gerando elevadas quantidades de resíduos e efluentes que são, muitas vezes, dispostos diretamente em cursos naturais e impactam consideravelmente o meio ambiente [1]. Dentre esses compostos está o composto fenólico Hidroquinona, que é conhecidos por ser amplamente utilizado em produtos farmacêuticos, pesticidas, borrachas, corantes, produtos químicos fotográficos, agentes aromatizantes, papéis e cosméticos [2,3]. Os estudos mostraram que o mesmos em altas concentrações poderia causar danos nos rins [4] e levarar à leucemia mielóide aguda [5]. Devido à sua alta toxicidade, mesmo a baixas concentrações, foi identificado como importante poluente a ser monitorado em ambientes aquáticos pela Environmental Protection Agency (EPA) e pela União Européia (UE) [6,7]. Considerando a fabricação industrial e a prevenção da poluição, é essencial desenvolver um método analítico que seja simples, rápido e de baixo custo para a determinação da Hidroquinona [8]. Recentemente, os métodos eletroquímicos tem atraído um crescente interesse na detecção destes compostos devido aos seus benefícios de baixo custo, resposta rápida, alta sensibilidade e seletividade quando comparados a outros métodos [9,10]. Neste sentido, foram realizados estudos eletroquímicos empregando-se um eletrodo de carbono vítreo (ECV) modificado com nanotubos de carbono de paredes múltiplas oxidadas (NTCPMO) com óxidos de grafeno (OG) e (Mn(Salen)Cl) visando a detecção de hidroquinona em amostras ambientais.

Material e métodos

Foram utilizados reagentes como nanotubos de carbono de paredes múltiplas oxidado contendo em uma das extremidades o óxido de grafeno (NTCPMO/GO), sendo o mesmo produzido de acordo com a literatura[20], Mn(Salen)Cl; Hidroquinona (SIGMA-ALDRICH); Catecol (SIGMA-ALDRICH); Fosfato de Potássio (ISOFAR); Hidróxido de Sódio (ISOFAR); Alumina (FORTEL); Ferricianeto de Potássio (SIGMA-ALDRICH); Cloreto de Potássio (FORTEL); Acetonitrila; Água deionizada a qual foi purificada pelo Ultrapurificador GEAKA. As medidas eletroquímicas foram realizadas com um potenciostato/galvanostato Autolab® modelo PGSTAT 128 N da Echo Chemie (Utrecht, The Netherlands), acoplado a um microcomputador com o software GPES 4.9 para controle de potencial, aquisição e tratamento de dados. As respostas eletroquímicas de corrente de pico e potencial foram obtidas através das técnicas de voltametria cíclica. Na pesagem das massas dos materiais utilizados no preparo das soluções foi utilizada uma balança analítica com precisão de 0,1 mg, modelo AY220. Para ajuste do pH das soluções tampão, utilizou-se soluções NaOH 0,2 mol L-1 ou HCl 0,1 mol L-1 e um pHmetro QUIMIS modelo Q400AS e ajustado com soluções 0,1 mol L-1 de HCl ou 0,2 mol L-1 de NaOH. Na realização dos ensaios foi utilizada uma célula eletroquímica com capacidade para 5 ml, um eletrodo de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl) com eletrodo de referência, um eletrodo de fio de platina com eletrodo auxiliar, e um eletrodo de carbono vítreo como eletrodo de trabalho.

Resultado e discussão

Voltamograma cíclicos foram obtidos em solução tampão fosfato 0,1 mol L-1 a uma velocidade de varredura de 0,05 V s-1 na faixa de potencial de -0,5 até 0,5 V vs Ag/AgCl, para o eletrodo de carbono vítreo limpo e para as diferentes modificações, NTCPMO/GO, Mn(Salen)Cl e NTCPMO/GO/Mn(Salen)Cl. Os resultados mostram que a melhor resposta eletroquímica corresponde ao ECV/NTCPMO/GO/Mn(Salen)Cl, fato que é evidenciado pelas maiores intensidades de corrente. A utilização dos NTCPMO/OG juntamente com o Mn(Salen)Cl promovem maiores correntes de pico devido um aumento da área superficial do ECV obtida através da porosidade dos nanotubos oxidados contendo óxidos de grafeno. A resposta eletroquímica do sensor também foi avaliada pela técnica de EIE. A partir dos espectros obtidos foi possível obter os valores referentes á resistência à transferência de carga (Rtc). Os resultados mostram que para o ECV/NTCPMO/OG/Mn(Salen)Cl, observa-se um menor valor para a Rtc comparando- se aos valores encontrados para o ECV, ECV/NTCPMO/OG e ECV/Mn(Salen)Cl devido à transferência de carga eletrônica mais elevada, mostrando que a modificação do ECV/Mn(Salen)Cl/NTCPMO/GO facilita a transferência de elétrons entre o par redox e a superfície do eletrodo. Foram obtidos voltamogramas cíclicos para o ECV/NTCPMO/GO/Mn(Salen)Cl em diferentes concentrações de hidroquinona, a partir de uma solução estoque. Observou-se que há uma dependência da intensidade da corrente anódica e catódica em função da (à medida que aumenta a) concentração do analito na solução eletrolítica. A relação linear entre a corrente de pico vs concentração de hidroquinona, sugere que a plataforma desenvolvida apresenta potencial para aplicação como sensor para determinação de hidroquinona em amostras reais.

Experimentos conduzidos em solução tampão fosfato pH 7,0 em 0,05 V s-1


Experimentos realizados em solução tampão fosfato pH 7,0. [Hidroquinona]= 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 e 1000 µmol L-1.

Conclusões

Este trabalho demostrou que o ECV/NTCPMO/OG/Mn(Salen)Cl é um execelente material para desenvolvimento de sensores. Os melhores resultados voltamétricos foram obtidos para o eletrodo ECV/NTCPMO/OG/Mn(Salen)Cl. Na caracterização por EIE, o valor para a Rtc foi menor para o ECV/NTCPMO/OG/Mn(Salen)Cl sugerindo que o filme é benéfico para a transferência de elétrons entre a probe redox e a superfície do eletrodo. O sensor desenvolvido mostrou-se promissor para a detecção e quantificação de Hidroquinona em baixos potenciais. O novo método eletroquímico mostrou-se simples e estável.

Agradecimentos

Agradeço primeiramente à Deus. À minha orientadora Rita de Cássia pela oportunidade na pesquisa, à CNpq, à CBQ e aos amigos do grupo de pesquisa "LabS".

Referências

[1]J.Wang. J.N. Park,X.Y. Wei, C.W. Lee, Chem. Commun.(2003) 628-629.
[2]Y. Wang, Y. Xiong, J. Qu, J. Qu, S. Li, Sens. Actuators B 223, 501–508 (2016).
[3] S.X. Santos, E.T.G. Cavalheiro, Anal. Lett. 49, 1513–1525 (2016)
[4]G.H. Zhao, M.F. Li, Z.H. Hu, H.X. Li, T.C. Cao,J. Mol. Catal. A: Chem. 255(2006) 86-91.
[5]M.Gaskell, K.I. McLuckie, P.B. Farmer, Mutat. Res-Fund. Mol. M. 554 (2004) 387-398.
[6]L.H.Keith (Ed.), Compilation of Sampling Analysis Methods, US Environmental Protection Agency, First, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, 1991.
[7] European Community, Brussels (Ed.), EEC Directive 80/77/CEE, 15-7-1990, Off. J. Eur. Communities 30-8-1990(1990).
[8] J. Di, J.Cheng, Q. Xu. H. Zheng, J. Zhuang, Y. Sun, et al., Direct electrochemistry of lactate dehydrogenase immobilized on silica sol-gel modified gold electrode and its application, Biosens, Bioelectron. 23 (2007) 682-687.
[9] H. Du, J. Ye, J. Zhang, X. Huang, C. Yu, J. Electroanal. Chem. 650, 209–213 (2011).
[10] S.J. Li, Y. Xing, G.F. Wang, Microchim. Acta 176, 163–168 (2012).