7° ENTEQUI - APARATO “LABMADE” PARA TRATAMENTO ELETROQUÍMICO DO ELETRODO DE DIAMANTE DOPADO COM BORO USANDO UM HARDWARE DE CÓDIGO FONTE ABERTO “ARDUINO”

7º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Vitória/ES, de 17 a 19 de Setembro de 2014.
ISBN: 978-85-85905-08-8

TÍTULO: APARATO “LABMADE” PARA TRATAMENTO ELETROQUÍMICO DO ELETRODO DE DIAMANTE DOPADO COM BORO USANDO UM HARDWARE DE CÓDIGO FONTE ABERTO “ARDUINO”

AUTORES: Rosa, T.R. (UFES) ; Rodrigues, J.G.A. (UFES) ; Ferreira, R.Q. (UFES)

RESUMO: Neste trabalho, construiu-se um aparato usando uma plataforma de código fonte aberto "Arduino" para controlar um sistema de limpeza de um eletrodo de diamante dopado com boro (DDB) para fins analíticos. O sistema "labmade" proporcionou repetitividade das correntes de pico para as concentração 0,59; 1,00; 1,48; 1,92 e 2,36 mmol L^-1 de ácido gálico em ácido sulfúrico 0,5 mol L^-1.

PALAVRAS CHAVES: Arduino; Diamante Dopado com Boro; Voltametria Onda Quadrada

INTRODUÇÃO: O uso das técnicas eletroanalíticas é a cada dia mais frequentes em diversas áreas de conhecimento como a medicina, bioquímica, biologia molecular, química ambiental e fisico-química. Com um aparato relativamente simples, essas técnicas proporcionaram uma alternativa para a quantificação de substâncias devido à relação direta entre a concentração do analito e alguma propriedade elétrica do sistema[1]. No entanto, essa relação de concentração e corrente de pico é válida se a área de superfície eletroquimicamente ativa do eletrodo for constante durante toda o ensaio[2]. Na polarografia clássica, esse parâmetro não foi agravante devido as propriedades do mercúrio metálico como a reprodutibilidade da superfície em virtude do seu estado líquido a temperatura ambiente[3]. No entanto, o mercúrio é um metal tóxico e novos materiais vem sendo estudados para substituí-lo. Uma alternativa potencialmente substitutiva para os eletrodos de mercúrio é o Diamante Dopado com Boro (DDB). A janela eletroquímica desse eletrodo abrange a do mercúrio considerando os mesmos eletrólitos suporte. No entanto, durante os processos de oxirredução, com o qual se obtém a corrente de pico, moléculas com características irreversíveis poderão adsorver à superfície do eletrodo. Diante disso, uma tratamento anódica, para limpeza, deverá ser realizada e, como um caso peculiar do DDB, um tratamento catódico, para ativação, deverá também ser efetuado para aumentar a resposta analítica do eletrodo como relatado na literatura[4]. Nessa perspectiva, os processos de limpeza/ativação foram automatizados com o uso de uma plataforma open-source de prototipagem "Arduino".

MATERIAL E MÉTODOS: O aparato para limpeza e ativação do DDB foi construído usando um Arduino modelo Mega 2560 R3, display de cristal líquido (do inglês Liquid Crystal Display, LCD), servo motor modelo 960 G, motor de passo e sistema de êmbolo, ventoinha adaptado para agitação, eletrodo de platina como contra eletrodo no processo de limpeza, além de outros componentes eletrônicos básicos. Os experimentos eletroquímicos foram realizados usando o próprio sistema do analisador voltamétrico 797Computrace da Metrohm® com três eletrodos e desaerado com gás argônio de alta pureza. Usou-se o DDB (8000 ppm) com área geométrica de 0,23 cm². Os eletrodos de referência e auxiliar usados foram, respectivamente, Ag/AgCl (saturado com KCl 3 mol L⁻¹) e Pt, ambos do próprio equipamento. A verificação da eficiência e repetitividade do processo de limpeza e ativação foram investigados realizando 7 varreduras de onda quadrada em cinco soluções de padrão de ácido gálico com concentrações de 0,59; 1,00; 0,48; 1,92 e 2,36 mmol L⁻¹ em meio de H₂SO₄ 0,5 mol L⁻¹. A avaliação dos resultados foram feitos segundo os critérios de aceitação relatado no Manual de Garantia da Qualidade Analítica do MAPA[5]

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A eficiência do sistema de limpeza e ativação foi investigada usando a voltametria de onda quadrada de 5 soluções de Ácido Gálico em eletrólito H₂SO₄ 0,5 mol L⁻¹ cujas concentrações variaram de 0,6 a 2,5 mmol L⁻¹. Esse sistema é irreversível e compromete a limpeza do eletrodo. Para cada solução, o procedimento proposto partiu da limpeza do eletrodo de DDB durante 15 s aplicando um potencial de +3,0 V. Em seguida, aplicou-se um potencial de ativação de -3,0 V por 45 s entre cada medida, além de agitação constante durante todo o processo. A repetitividade do método foi avaliada de acordo com o MAPA, onde o coeficiente de variação RSD_i de cada conjunto de dados para os 5 níveis de concentração foram obtidos. Comparando-os com o RSD_Horwitz teórico obtido pela equação de Horwitz RSDHorwitz = 2^{(1 – 0,5 logC)}, onde C é a fração mássica admensional (g/g) de cada nível de concentração investigado. Portanto, a Tabela 1 trás o resultado da repetitividade em cada nível estudado. Para cada nível de concentração, o desvio padrão relativo calculado pelas 7 correntes de oxidação do ácido gálico atenderam o critério de aceitação. Desta forma, a limpeza/ativação realizada entre cada uma das 35 voltametria de onda quadrada (5 níveis vezes 7 replicatas) foram repetitível.

Figura 1

(A) Voltamogramas de onda quadrada para a diferentes níveis de concentração do padrão ácido gálico e sua respectiva curva analítica (B).

CONCLUSÕES: O equipamento criado no laboratório proporcionou resultados repetitíveis usando pouca solução de limpeza (H₂SO₄ 0,5 mol L⁻¹) e menor tempo total de análise se compararmos com a maneira manual de limpeza e ativação.

AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao Laboratório de Química Analítica (LQA) e Laboratório de Materiais Carbonosos (LMC) ambos da Universidade Federal do Espírito Santo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] SOUZA, D.; MACHADO, S. A. S.; AVACA, L. A. Voltametria de onda quadrada. Primeira parte: aspectos teóricos. Química Nova, v. 26, n. 1, p. 81-89, 2003.
[2] BARD, A. J.; FAULKNER, L. R. Electrochemical methods: fundamentals and applications. New York: Wiley, 1980.
[3] ECONOMOU, A.; FIELDEN, P. Mercury lm electrodes: developments, trends and potentialities for electroanalysis. Analyst, The Royal Society of Chemistry, v. 128, n. 3, p. 205-213, 2003.
[4] SUFFREDINI, H. B. et al. Enhanced electrochemical response of boron-doped diamond electrodes brought on by a cathodic surface pre-treatment. Electrochimica Acta, v. 49, n. 22-23, p. 4021-4026, 2004.
[5] MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E ABASTECIMENTO – MAPA. Manual de Garantia da qualidade analítica - Resíduos e Contaminantes em Alimentos. 1 ed. Brasília: MAPA/ACS, p.227, 2011.