Utilização de sensores eletroquímicos portáteis para determinação de chumbo em águas de rios de Marabá/PA

ÁREA

Química Analítica

Autores

Mota, L.B.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Feitosa, R.M.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Albino, U.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Garcia, P.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ)

RESUMO

Utilizou-se sensores eletroquímicos portáteis baseados em eletrodos impressos comerciais, visando a determinação voltamétrica de chumbo em amostras de águas de rio de Marabá/PA. Empregou-se a técnica de voltametria de redissolução anódica para o tratamento da amostra e a técnica de voltametria de onda quadrada para a detecção do analito. Foram otimizados parâmetros de detecção (amplitude, step e frequência) para obter a condição que forneça a melhor resposta analítica. Foi obtida boa correlação linear na faixa de concentração de chumbo de 20 a 100 mg/L. Os limites de detecção e quantificação estimados foram 45 µg/L e 151 µg/L, respectivamente. O sensor demonstrou potencialidade para a determinação de chumbo de modo simples, rápido, portátil e de baixo custo.

Palavras Chaves

Eletroanalítica; eletrodos impressos; metais pesados

Introdução

Os sensores analíticos miniaturizados vêm ganhando grande atenção nos últimos anos, uma vez que proporcionam vantagens como: redução do tempo de análise, redução do volume de amostra, baixo custo e portabilidade. Dentre esses sensores, se destacam os eletroquímicos, os quais geralmente consistem em três eletrodos fabricados sobre a superfície de um substrato, como por exemplo papel e/ou plástico (GARCIA, p. 1-3, 2017). Dentre as técnicas eletroanalíticas, se destaca a voltametria. Ela é uma técnica que as informações qualitativas e/ou quantitativas de uma espécie química são obtidas através do monitoramento da corrente elétrica proveniente da oxidação ou redução do analito na superfície do eletrodo de trabalho (GUIMARÃES, p. 21-22, 2011). A maioria das cidades estão localizadas nas proximidades de rios, tendo como fonte de renda a pescaria, turismo, dentre outros. Os rios que passam pela cidade carregam com si muitas vezes sequelas da poluição adquirida pela população local, ou por grandes empresas que realizam o descarte indevido dos seus dejetos químicos, como metais pesados. A cidade de Marabá está inserida na mesorregião Sudeste Paraense, sendo banhada pelos rios Tocantins e Itacaiúnas. O acesso à cidade pode ser feito por via aérea, rodoviária e ferroviária (SILVA et al, p. 2, 2015). O chumbo é um metal de fácil obtenção na atmosfera terrestre e em certas quantidades, são consideradas toleráveis, porém este pode causar danos à saúde humana desencadeando desde disfunções nos rins, aborto até alguns tipos de câncer (SILVA et al, p. 21, 2019; MESQUITA et al, p. 91-96, 2019). O presente trabalho teve como objetivo a avaliação de sensores eletroquímicos portáteis visando a determinação de Chumbo em amostras de águas dos rios Tocantins e Itacaiúnas da cidade de Marabá.

Material e métodos

Todos os reagentes utilizados foram de grau analítico. As soluções foram preparadas utilizando água destilada, obtida de um sistema de destilador de água do tipo pilsen (modelo: Q341-25). Soluções estoque contendo 1000 mg/L de Chumbo foram preparadas a partir da solubilização do nitrato de chumbo com pureza de 99% diretamente no eletrólito de suporte (KCl 0,1 mol/L). As medições voltamétricas foram realizadas em um mini potenciostato/galvanostato µSTAT 400 (DropSens). O sensor eletroquímico comercial utilizado (modelo 110 da DropSens) contém eletrodos impressos em uma plataforma cerâmica. O eletrodo de trabalho (4 mm de diâmetro) e eletrodo auxiliar são constituídos de carbono e o eletrodo de referência é constituído de prata. As dimensões do sensor são: 33 mm de comprimento, 10 mm de largura e 0,5 mm de espessura. Utilizou-se a técnica de voltametria de redissolução anódica para o pré-tratamento da amostra e a técnica de voltametria de onda quadrada para a detecção do analito, sendo a associação das duas técnicas conhecida como SWASV (Square- Wave Anodic Stripping Voltammetry). Primeiramente otimizou-se os parâmetros de detecção (amplitude, step e frequência), visando obter a condição que forneça a melhor resposta em termos de corrente e de relação sinal/ruído. Os parâmetros de pré-tratamento foram fixados em: Econd= 0,5 V, tcond= 60 s, Edep= 0 V, tdep= 150 s e tequil= 3 s. A Amplitude foi variada de 0,01 V a 0,05 V (incrementos de 0,01 V), o step variou de 0,001 V a 0,005 V (incremento de 0,001 V) e os valores avaliados de frequência foram iguais a 5, 10, 15, 20, 30, 40 e 50 Hz. Em seguida, construiu-se uma curva analítica usando soluções diluídas de chumbo nas concentrações iguais a 20 mg/L, 40 mg/L, 60 mg/L, 80 mg/L e 100 mg/L.

Resultado e discussão

Com a otimização dos parâmetros de detecção, observou-se que as condições que forneceram a melhor resposta (em termos de corrente e relação sinal/ruído) foram: amplitude igual a 0,05 V, step igual a 0,003 V e frequência igual a 5 Hz. Para chegar a essa conclusão foi utilizada a solução estoque de chumbo com concentração igual a 20 mg/L. A figura 1 mostra os resultados obtidos com as otimizações, sendo (A) amplitude, (B) step e (C) frequência. É importante ressaltar que para a avaliação dos parâmetros levou-se em consideração os valores obtidos de média de corrente, o desvio padrão e a relação sinal/ruído. A figura 2 mostra a curva analítica obtida na faixa de concentração de 20 mg/L a 100 mg/L, a qual apresentou boa linearidade (R2= 0,99801). A sensibilidade analítica foi de 0,66 µA/(mg/L) e os limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) estimados foram iguais a 45 µg/L e 151 µg/L, respectivamente. Vale mencionar que o LD foi estimado com base na relação de três vezes o desvio do branco e o coeficiente angular da curva analítica (LD= 3s/b); já o LQ foi estimado com base na relação de dez vezes o desvio do branco e o coeficiente angular (LQ= 10s/b).

Otimização de parâmetros de detecção usando solução de Chumbo 20 mg/L. (A) amplitude,(B) step e (C) frequência.


Curva Analítica para o Chumbo usando os sensores eletroquímicos miniaturizados e condições otimizadas.

Conclusões

Com base nos resultados apresentados, conclui-se que com este trabalho foi possível avaliar a utilização de sensores eletroquímicos portáteis para a determinação de chumbo. A otimização dos parâmetros de detecção foi importante para a obtenção da condição de melhor resposta analítica, bem como a construção da curva analítica foi primordial visando a próxima etapa do trabalho, que é a determinação de chumbo em amostras de águas dos rios Tocantins e Itacaiúnas, que são os rios que passam dentro da cidade de Marabá/PA.

Agradecimentos

A Faculdade de Química e ao Laboratório de Sensores Analíticos Portáteis (LaSAP) pela infraestrutura concedida e ao CNPq pelo financiamento do projeto através da bolsa PIBIC.

Referências

GARCIA, P. T. Desenvolvimento de sensores colorimétricos e eletroquímicos para aplicações clínicas e forenses. 162 f, p. 1-3. Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2017.
GUIMARÃES, M. B. Determinação de cádmio e chumbo em biodiesel por voltametria
de pulso diferencial e de redissolução anódica usando eletrodo de filme de bismuto em meio etanólico. Universidade Federal do Maranhão, São Luiz. n° 71, 21-22, 2011.
MESQUITA, K. F. C, SANTOS, M. L. S, PEREIRA, J. A. R, SILVA, M. A. M. Avaliação da concentração de metais na água subterrânea consumida em comunidades amazônicas brasileiras, p. 91-96. Ciência & Engenharia (Science & Engineering Journal), 2019.
SILVA, M. K. L. Desenvolvimento de sensores eletroquímicos para a detecção de metais pesados. 74 f, p.21. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Botucatu, 2019.
SILVA, F.L.; SILVA, R.C.; LOUREIRO, G. E. Caracterização física dos resíduos sólidos domiciliares da cidade de Marabá-PA. Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, p. 2, 2015.