Detecção voltamétrica de peróxido de hidrogênio utilizando um eletrodo impresso de carbono modificado com CB e Ag/ẟ-FeOOH

ÁREA

Química Analítica

Autores

Melo, W.E.R. (UFVJM) ; Santos, T.S.X. (UFVJM) ; Neto, A.R.S. (UFVJM) ; Afonso, A.S. (UFVJM)

RESUMO

O trabalho trata-se da modificação da superfície de um eletrodo impresso modificado com carbono black, CB/ẟ-FeOOH e CB//Ag/ẟ-FeOOH para detectar H2O2 empregando para isto, a voltametria cíclica, na faixa de potencial de 1 a -1V vs Ag|AgCl a 100mV s-1. O eletrodo modificado com CB// Ag/ẟ-FeOOH apresentou melhor resposta eletroanalítica em potencial de -0,8V. Dessa forma, o eletrodo modificado com CB// Ag/ẟ-FeOOH possui potencial para ser utilizado na construção de um sensor para H2O2.

Palavras Chaves

eletrodo impresso; carbon black; óxido hidróxido de ferro

Introdução

O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um líquido transparente, com odor característico, miscível em água muito utilizado com agente oxidante nas indústrias têxteis, papel e celulose e no tratamento de águas residuais. Além disso, o H2O2 é o principal metabólito de oxigênio, conhecido como espécie reativa de oxigênio em organismos vivos (MILLER et al., 2010). O monitoramento de H2O2 liberado por células é de grande importância uma vez que diferentes níveis de concentração de H2O2 em nível celular está relacionada com a várias doenças. Por isso, a detecção de H2O2 necessita de tecnologias mais sensíveis. Para a detecção desse metabólito, são utilizados vários métodos como a cromatografia, fluorescência, espectrometria entre outras. Essas técnicas são caras e laboriosas, enquanto as técnicas eletroquímicas são mais baratas, rápidas, são de fácil miniaturização e alta sensibilidade (KEERTHY et al., 2019). As pesquisas relacionadas ao sensoriamento eletroquímico de H2O2 e eletrodos modificados mostram que os óxidos metálicos, como óxido hidróxido de ferro (FeOOH) e nanomateriais, como carbono black (CB), são uma promissora alternativa para melhorar a sensibilidade e seletividade de sensores eletroquímicos(WEI CHEN et al., 2012). Neste trabalho, eletrodos impressos de carbono (SPCE) foram modificados com carbono black (CB) , CB e ẟ-FeOOH e CB e Ag\ẟ-FeOOH e utilizados para detecção eletroquímica de H2O2 em PBS.

Material e métodos

Reagentes e instrumentos Hidróxido de sódio (NaOH), peróxido de hidrogênio (30% H2O2 (v/v), hexa- hidrato de sulfato de ferro e amônio (II) [(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O], borohidreto de sódio (NaBH4), nitrato de prata (AgNO3), cloreto de polidialildimetilamônio (PDDA), CB, cloreto de potássio (KCl), fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4), adquiridos na Sigma-Aldrich. Fosfato de sódio dibásico (Na2HPO4) adquiridos da Merck (Darmstadt, Alemanha). As soluções foram preparadas com água ultrapura Millipore, Direct Q ® sistema (Billerica, MA, EUA). Os equipamentos utilizados foram o vórtex mixer (Thermo Scientific), modelo LB e ultrassom (Solidsteel). As medidas eletroquímicas foram realizadas utilizando-se um Potenciostato/Galvanostato Autolab, modelo PGSTAT 128N (EcoChemie, Holanda), acoplado a um computador operando com o software NOVA 2.0. A célula eletroquímica utilizada foi um SPCE de tinta de carbono, de acordo com a metodologia descrita por Afonso e colaboradores. Procedimento experimental ẟ-FeOOH e Ag/ẟ-FeOOH foram sintetizados de acordo com procedimento anteriormente reportado pelo grupo (MEIRA. F, et al 2020). A superfície do eletrodo de trabalho foi modificada utilizando uma dispersão de 1,0 mL contendo 1,0 µL de PDDA e 1,0 mg de CB, ou 1,0 mg de ẟ-FeOOH ou 1,0 mg de Ag/ ẟ-FeOOH. A dispersão foi levada ao banho ultrassom durante 25 min em uma temperatura de 30 ºC. Em seguida, 15,0 µL da dispersão foi depositada na superfície do eletrodo de trabalho por drop casting e deixou-se secar em temperatura ambiente por 2 h. O H2O2 foi detectado em tampão PBS 0,2 M pH 7,2, desoxigenado com N2 ultra puro durante 20 min. A voltametria cíclica foi empregada em um intervalo de potencial de -1 a 1V vs Ag|AgCl, com velocidade de varredura de 100 mV s-1.

Resultado e discussão

Foi comparada a corrente de resposta do H2O2 no SPCE, no SPCE modificado com CB, com CB//δ-FeOOH e CB//Ag/δ-FeOOH usando voltametria cíclica (VC) com potencial de 1 a -1 V vs Ag|AgCl. Figura 1 A e B mostra a VC dos eletrodos acima mencionados em tampão PBS desoxigenado com N2 na ausência e na presença de 500 µM de H2O2, respectivamente. O eletrodo sem modificação e o modificado com CB não mostraram nenhum pico de oxidação e nem de redução na presença do H2O2. Na Figura 1A, a VC do SPCE modificado com CB//δ-FeOOH, observa-seum pico de redução em -0.8 V e uma corrente de 5,6 µA, enquanto que na Figura 1B, no mesmo potencial, uma corrente de 7,2 µA foi observada.. Um incremento de 28,6% no valor de corrente observada na presença de H2O2 pode ser explicada pela reação tipo Fenton que sugerimos ocorrer na superfície do eletrodo de trabalho. Etapa 1: δ-FeOOH + H2O2 →(δ-FeOOH) + H2O2 Etapa 2: Fe(III)(surf)(H2O2) + e-→ Fe(II) + HOO•+ H+ Fe(II)(surf) + HOO•+ H+→ Fe(III) + H2O + 1/2O2 Com relação ao eletrodo impresso modificado com CB//Ag/ δ-FeOOH, foram observados picos nos potenciais de -0,8 V; -0,2 V; -0,3 V cujos processo eletroquímicos são relacionamos ao elemento Fe. O pico em 0,1 V está relacionada a presença de Ag. No pico de oxidação no potencial de 0, 1 V foi possível observar uma corrente de 48,3 µA em PBS (fig.A) e 63,0 µA ao adicionar 500 µM de H2O2 (fig. B). O incremento de 30,4% na corrente de redução pode ser utilizado na detecção de H2O2. Esse aumento na corrente pode ser explicado pelo efeito catalisador da Ag que promoveu a redução do H2O2 segundo o mecanismo: H2O2 →1/2 O2 + H2O O2 + e- ⇌ [O2 .-] ads [O2 .-] ads + H2O⇌ HO. 2(ads) + OH- HOO. (ads) + O2 .- ⇌ HOO- (aq) + O2 ou HOO. (ads) + e- ⇌ HOO- (aq)

Ilustração esquemática da modificação do eletrodo


SPCE modificado com CB, CB//δ-FeOOH e CB//Ag δ- FeOOH em PBS 0.2 M (pH= 7.2), desoxigenado com N2 por 20 min, a uma velocidade de varredura a 100mV s-1


SPCE modificado com CB, CB//δ-FeOOH e CB//Ag δ- FeOOH em PBS 0.2 M (pH= 7.2), desoxigenado com N2 por 20 min, a uma velocidade de varredura a 100mV s-1

Conclusões

De acordo com os resultados de VC foi possível modificar a superfície do SPCE com CB, ẟ-FeOOH e Ag/ ẟ-FeOOH. O eletrodo modificado com CB//Ag δ-FeOOH apresentou melhor resposta eletroanalítica para o analito H2O2. Isso sugere que o eletrodo impresso modificado com CB//Ag δ-FeOOH possui potencial para ser utilizado na construção de um sensor eletroquímico para determinar H2O2.

Agradecimentos

Agradecemos ao Instituto de Ciência, Engenharia e Tecnologia (ICET) e a Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) pelo apoio a esse trabalho.

Referências

ANDRÉ S. AFONSOA, B, C, BRIZA PEREZ-LO ´PEZA, D, RONALDO C. FARIAB, LUIZ H.C. MATTOSOC, MANUELA HERNA ´NDEZ-HERREROE, ARTUR XAVIER ROIG-SAGUE ´SE, MARISA MALTEZ-DA COSTAA, ARBEN MERKOC –IA. Electrochemical detection of Salmonella using gold nanoparticles. Biosensors and Bioelectronics 40 (2013) 121–126
EW MILLER, BC DICKINSION, CJ CHANG. Aquaporin-3 medeia a absorção de peróxido de hidrogênio para regular a sinalização intracelular a jusante. Proc. Natl. Acad. Sci. EUA 107 (2010) 15681 - 15686
KEERTHY DHARA, DEBIPROSAD ROY MAHAPATRA (2019). Avanços recentes em sensores eletroquímicos de peróxido de hidrogênio não enzimáticos baseados em nanomateriais: uma revisão. Springer Science 54: 12319–12357
MEIRA, F; RESENDE, S; MONTEIRO, D; PEREIRA, M; MATTOSO, L; FARIA, R e AFONSO, A. A Non‐enzymatic Ag_δ‐FeOOH Sensor for Hydrogen Peroxide Determination using Disposable Carbon‐based Electrochemical Cells.en.pt. Eletroanalysis : 2020
PINKERNELL U, EFFKEMANN S, KARST U (1997). Simultaneous HPLC definition of peroxyacetic acid and hidrogênio peroxide. Anal Chem 69 (17): 3623-3627 Khan SS et al (2000). Um sensor químico de eletrodo de imagem baseado em fl uorescência para peróxido de hidrogênio. Anal Chim Acta 404 (2): 213-221
YANYAN, L; HONGMEI, L; SHIPENG, G; YONGNING, C; RUIRUI, X; QIANQING, W. JIA, T; FANLIANG, M; PENG Z. A novel non-enzymatic electrochemical biosensor based on the nanohybrid of bimetallic PdCu nanoparticles/carbon black for highly sensitive detection of H2O2 released from living cells. Sensors & Actuators: B. Chemical 290 (2019) 249–257
ZHENYU CHU, LEI SHI, YU LIU, WANQIN JIN N, NANPING XU. No local crescimento de micro-cúbico azul da Prússia - TiO2 filme composto por abordagem de co-deposição de aerossol para um sensor altamente sensível a H2O2 sensor. Biossensors and Bioelectronics 47 (2013) 329 – 334