ÁREA
Química Ambiental
Autores
Oliveira, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Suarez, W. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA)
RESUMO
Neste estudo, é apresentado o desenvolvimento de um sensor colorimétrico para a determinação de Cu(II) em amostras de água e cachaça empregando um dispositivo microfluídico baseado em fio de algodão modificado com cuprizona e carboximetilcelulose, utilizando um smartphone como detector. O método desenvolvido permite a quantificação de cobre na faixa de 1 a 12 mg L-1, com um baixo limite de detecção de 0,21 mg L-1.
Palavras Chaves
Dispositivo microfluídico; Fio de algodão; Cobre
Introdução
O cobre é um micronutriente essencial para funções humanas vitais, porém, seu desequilíbrio pode acarretar em problemas gastrointestinais, hepáticos e renais, bem como distúrbios como Alzheimer, Parkinson e doença de Wilson (BISAGLIA; BUBACCO, 2020; KEPP; SQUITTI, 2019; UNITED STATES, 2005). A exposição excessiva ao cobre é frequentemente devido a ingestão de água e alimentos contaminados (ATSDR, 2022), inclusive por bebidas alcoólicas, como a cachaça (FRANCO et al., 2021). Regulamentações variam entre países, como o limite de 2,0 mg L-1 na água potável na União Europeia (COUNCIL, 2020) e Brasil (BRASIL, 2021) , enquanto nos Estados Unidos esse limite é de 1,3 mg L-1 (UNITED STATES, 2018). No Brasil, especificamente, a cachaça não deve exceder a concentração de 5,0 mg L-1 (BRASIL, 2005). No campo das tecnologias microfluídicas, destaca-se o Microfluidic Thread-based Analytical Device (μTAD), uma plataforma que pode ser facilmente construída a partir de fios de algodão. Essa abordagem possibilita análises portáteis e rápidas, permitem várias etapas em um único dispositivo (MANZ; GRABER; WIDMER, 1990; SACKMANN; FULTON; BEEBE, 2014), útil em emergências ou áreas remotas. Além disso, o emprego de smartphone para capturar e processar imagens digitais, a fim de realizar análise quantitativa do analito, contribui para a acessibilidade dessa abordagem. Nesse trabalho, a técnica empregada para construção do μTAD baseou-se na reação de complexação do Cu(II) com cuprizona, resultando em um produto de coloração azul intensa no fio. Esse produto é pré-concentrado na região de interesse (ROI) devido à presença de carboximetilcelulose no fio. O dispositivo (Figura 1) demonstrou ser preciso e eficaz na detecção de cobre em uma ampla faixa de concentração.
Material e métodos
O μTAD é um dispositivo analítico desenvolvido usando uma fita adesiva dupla face como área hidrofóbica fixada a uma folha de papel. Fios tratados e cortados de 5 cm de comprimento foram esticados e fixados na fita, com um ponto fixo desenhado a 3 cm de uma extremidade como referência para a região de interesse (ROI). Nessa ROI, foram depositados 0,1 microlitros de reagente cromógeno (cuprizona a 2 g/L em uma solução de 60% v/v etanol/água), seguido por 15 microlitros de suspensão de carboximetilcelulose (CMC) a 1% (m/v). Após secagem, adicionou-se 5 microlitros de solução tampão (pH 8) à porta amostra. Para usar o dispositivo, 20 microlitros de solução padrão/amostra são adicionados à porta amostra. Devido à capilaridade, a solução flui pelo fio, resultando na formação quase instantânea de cor azul na ROI devido à reação de complexação entre o Cu(II) presente na amostra e o reagente cuprizona. Para análise quantitativa, imagem do μTAD é capturada com um smartphone. A imagem é analisada em termos de coordenadas de cores RGB por meio de um aplicativo Color Grab.
Resultado e discussão
O desempenho do sensor na detecção de íons Cu(II) (em água) foi avaliado com e
sem a adição de CMC no μTAD. O μTAD com pré-concentração também foi calibrado em
solução alcoólica (40% etanol). As curvas analíticas obtidas (Figura 2b e 2c)
demonstraram uma relação linear entre a intensidade do canal R (-log R/R0) e a
concentração de íons cúpricos (mg L-1). Os parâmetros analíticos estão descritos
da Figura 2a.
A adição de CMC ao μTAD teve impactos significativos. A curva analítica
apresentou maior linearidade com a presença de CMC e um aumento na
sensibilidade. Esse efeito é resultado da interação entre o complexo Cu-CPZ
formado e a CMC presente na ROI, que imobiliza esse quelato, resultando em maior
intensidade e uniformidade da coloração azul na fibra de algodão para uma mesma
concentração de Cu(II). Por outro lado, no caso sem CMC, o complexo é arrastado
pelo fluxo amostral, diminuindo a intensidade no fio. Além disso, é notável que
a pré-concentração proporcionou uma faixa de trabalho mais ampla para o método.
Foram estimados os valores de limite de detecção (LD) e limite de quantificação
(LQ) do método µTAD com pré-concentração para a determinação de Cu(II) em água e
em matriz alcoólica. Para água, o LD foi 0,23 mg L-1 e LQ 0,78 mg L-1; na matriz
alcoólica, LD foi 0,21 mg L-1 e LQ 0,69 mg L-1. A precisão foi avaliada por
repetibilidade, resultando em desvio padrão relativo de 4,56% (água) e 5,49%
(álcool) para 5,0 mg L-1 de Cu(II).
Os ensaios de recuperação em água e cachaça, enriquecidos com Cu(II), exibiram
recuperação entre 84,9%-107% para água e 88,5%-105% para cachaça, demostrando a
boa exatidão do método.
Fotografia e arranjo estrutural detalhado do μTAD \r\nconstruído para detecção de Cu(II).
(a) Parâmetros analíticos. E curva analítica (b) \r\npara amostras de água utilizando o µTAD com e sem \r\nCMC e (b) em matriz alcoólica com CMC.
Conclusões
A construção do sensor microfluídico, utilizando fio de algodão como substrato e CMC para a pré-concentração do complexo azul formado, revelou-se altamente apropriada para a determinação quantitativa de cobre em amostras de água e cachaça. Uma vez que, esse proporciona analises rápidas (apenas 10 minutos), com baixo consumo de amostra (20 µL), e garante boa precisão e exatidão, sem requerer instrumentação de alto custo.
Agradecimentos
A Universidade Federal de Viçosa, ao Programa de Pós-graduação em Agroquímica, a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais(FAPEMIG-APQ-01889-21)
Referências
ATSDR. Toxicological profile for copper. Public Health, n. April, p. 314, 2022. Disponível em: https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp132.pdf.
BISAGLIA, Marco; BUBACCO, Luigi. Copper Ions and Parkinson’s Disease: Why Is Homeostasis So Relevant? Biomolecules, v. 10, n. 2, p. 195, 2020. Disponível em: https://www.mdpi.com/2218-273X/10/2/195.
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