Realizado em Vitória/ES, de 17 a 19 de Setembro de 2014.
ISBN: 978-85-85905-08-8
TÍTULO: O ESTUDO DE ESTABILIDADE DO ESTADO ESTACIONÁRIO NO DESEMPENHO DO SENSOR SELETIVO DOS ÍONS DE METAIS TRANSITIVOS, BASEADO EM POLIPIRROL, DOPADO PELO ÁCIDO 5-SULFOSALICÍLICO
AUTORES: Tkach, V. (UNIVERSIDADE NACIONAL DE CHERNIVTSI) ; Maia, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL) ; de Oliveira, S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL) ; Ansari, R. (UNIVERSIDADE DE GUILIÃ) ; Ojani, R. (UNIVERSIDADE DE MAZANDARÃ) ; Yagodynets´, P. (UNIVERSIDADE NACIONAL DE CHERNIVTSI)
RESUMO: O comportamento do elétrodo íon-seletivo, baseado em polipirrol, dopado pelo ácido
5-sulfosalicílico, foi estudado teoricamente por meio da teoria de estabilidade
lineal e da análise de bifurcações. As conclusões da modelagem, além de confirmar
o observado experimentalmente, explicam o comportamento do elétrodo noutros meios
e na presença das outras substâncias.
PALAVRAS CHAVES: polímeros condutores; sensores eletroquímicos; elétrodos íon-seletivos
INTRODUÇÃO: A determinação analítica do cobre, haja vista a alta importância dos seus
compostos no ambiente, é um processo de importância relevante. Por exemplo, a
hemocianina, cujo componente é o complexo de cobre (II) com porfirina, é o
transportador de oxigênio no sangue de certos animais, como polvos [1], dando-
lhe também a característica cor azul. Já para os seres humanos, embora estes
possam tolerar as altas concentrações de cobre, o seu excesso pode causar os
sintomas diferentes. A falta de cobre no organismo humano causa a anemia,
enquanto a sua acumulação causa a doença de Wilson [2].
Para a detecção de baixas concentrações do cobre foram propostos vários métodos,
sendo que a maioria tinha o baixo limite de detecção e alta seletividade. Sem
embargo, eles possuíam certas desvantagens, como o alto custo de uso e
metodologias complicadas de resposta lenta. Destarte, os métodos mencionados não
poderiam ser usados para os processos analíticos simples, baratos e eficientes.
Os polímeros condutores, combinando as propriedades dos plásticos com a
condutividade de semicondutores e metais, bem como com as características
“afináveis”, já são usados em sensores e biossensores (sós e em compósitos) e em
muitas outras aplicações [3], como em revestimentos protetores, estabilizadores
de nanopartículas e em aparelhos eletroquímicos.
Neste trabalho descreve-se o modelo matemático do desempenho do sensor do íon de
cobre (II), baseado em polímeros condutores, dopados pelo ácido sulfosalicílico,
o que fornece informações importantes acerca do comportamento do sensor.
MATERIAL E MÉTODOS: Como o alvo deste trabalho é descrever o desempenho do mencionado sensor na
presença das substâncias interferentes (prótons, íons hidroxila ou outros),
introduzir-se-ão as três variáveis:
c – a concentração dos cátions de cobre (II) na camada pré-superficial;
θ – o grau de recobrimento da superfície anódica pelo polímero condutor,
modificado pelos íons de cobre (II);
u – a concentração da substância interveniente.
Para simplificar a modelagem e evitar a aparição das equações
diferenciais em derivativas parciais de segunda ordem, supomos que o reator
esteja agitando-se intensamente (assim é possível menosprezar a influência do
fluxo de convecção) e que o eletrólito de suporte se esteja em excesso (sendo
possível menosprezar a influência do fluxo de migração) e também que a camada
pré-superficial é de espessura estável, igual a δ. Outrossim, supõe-se que a
distribuição concentracional das substâncias na camada pré-superficial seja
lineal.
As equações de balanço do modelo incluem tanto as reações do analito
(íons de cobre), quanto as reações de uma substância interferente, destarte,
deixa de avaliar os fatores do comportamento do ponto de vista de ambas as
substâncias.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Tanto os trabalhos experimentais como os cálculos teóricos mostram que a reação
é controlada pela difusão. Outrossim, o fator principal de estabilidade do
estado estacionário serão as influências da formação-decomposição de complexo e
da reação eletroquímica à estrutura da dupla camada, bem como o comportamento da
substância interveniente. Modelando, na terceira equação o comportamento de
ácido ou alcali, será possível explicar o porquê de o pH mais conveniente do
desempenho do sensor estar entre 3,5 e 6. Nesta região de parâmetros os
parâmetros nos colchetes têm valores positivos e os de fora dos colchetes,
negativos, o que presume a estabilidade de estado estacionário. Para os outros
cátions, ou outro polímero, as margens do pH podem ser diferentes.
No caso da igualdade das influências mencionadas às que mantêm a estabilidade de
estado estacionário, realizar-se-á a instabilidade monotônica, correspondente à
margem dos estados estacionários estáveis com os instáveis.
Como o mecanismo do processo sensitivo, não tem etapas autocatalíticas, as
únicas causas do comportamento oscilatório podem ser as influências dos
processos da formação-destrução de complexo e da oxidação eletroquímica de
polímero condutor à dupla camada. O mesmo fator é responsável pelas oscilações
eletroquímicas nos sensores, descritos matematicamente em [72 – 77], mas que lá
é só vigente para os processos eletroquímicos. Já neste caso, a formação e
destrução dos íons complexos muda a estrutura da dupla camada.
CONCLUSÕES: 1. A estabilidade de estado estacionário no sistema da determinação de cobre
pelo sensor, baseado em polipirrol, dopado pelo ácido sulfosalicílico, é
controlada pela difusão e definida pelo comportamento da substância interveniente
e pela influência dos processos da formação-destrução de complexo e da reação
eletroquímica à dupla camada.
2. Estas últimas podem causar o comportamento oscilatório, sendo, destarte,
confirmada a presença das estruturas dissipativas temporais, cuja existência é
mantida pela difusão dos íons Cu2+ e pela oxidação eletroquímica do polímero
condutor.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1.B. Linzen, Naturwissenschaften, 76(1989), 206
2. N.N. Greenwood, A.Earnshow, Chemistry of Elements, Nova Iorque, 1984, p. 628 – 630
3. R. Ansari, E-J. Chem., 3(2006), 186
4. R. Ansari, Z. Mosaayebzadeh, M. Arvand, A. Mohammad-khan, J. Nanostruct. Chem., 3(2013), 33