Realizado em Tereseina/PI, de 11 a 13 de Setembro de 2019.
ISBN 978-85-85905-26-2
TÍTULO: Preparação e Caracterização Eletroquímica de Eletrodos de Trabalho desenhados a Lápis sobre Papel Sulfite
AUTORES: Cleiton dos Santos, J. (UESPI) ; Pereira dos Santos, G. (IFPI/UFPI) ; Borges Vieira, V. (UESPI) ; Lenon Chaves Carvalho, C. (UFPI) ; Santos Gerôncio da Silva, E.T. (UFPI) ; Alves de Sousa Luz, R. (UFPI)
RESUMO: O interesse no desenvolvimento de Eletrodos de Trabalho à base de papel tem
crescido nas últimas décadas. Nesse sentido, o presente trabalho descreve a
preparação de Eletrodos de Trabalho descartáveis a partir de grafite de
lápis e papel sulfite por técnica de desenho a lápis. O desempenho
eletroquímico dos eletrodos preparados foi investigado por Voltametria
Cíclica usando hexacianoferrato(II) de potássio como sonda redox. Desta
forma, o sistema eletroquímico proposto mostrou o perfil eletroquímico
característico da sonda redox e alta reprodutibilidade para 5 eletrodos. O
método de fabricação dos eletrodos de trabalho se mostrou como alternativa
barata, rápida e eficiente, bem como pode oferecer informações importantes
para estudos futuros para sensoriamento eletroquímico de fármacos.
PALAVRAS CHAVES: Grafite de Lápis; Papel Sulfite; Eletrodos de Trabalho
INTRODUÇÃO: Nos últimos anos, a comunidade científica tem aumentado o interesse no
desenvolvimento de dispositivos eletroquímicos miniaturizados à base de
papel para diversas aplicações práticas[1][2]. As principias vantagens do
substrato de papel incluem o baixo-custo, flexibilidade, portabilidade, ação
capilar, biocompatibilidade e biodegradabilidade[2]. Essas propriedades
foram estudadas para investigar o potencial prático dos substratos de papel
como baterias, capacitores, células solares, sensores e biossensores
eletroquímicos[3]. Consequentemente, a preparação desses dispositivos
necessita a deposição de materiais condutores na superfície do papel. Neste
contexto, o desenho com grafite de lápis em eletrodo de papel é a
metodologia mais simples e barata para depositar carbono grafite no
substrato de papel. Além disso, os lápis são materiais de baixo-custo, fácil
acesso, portáteis, descartáveis e fáceis de manusear. Contudo, em função do
lápis conter também partículas de argila e cera, as trilhas condutoras de
argila podem apresentar resistência elétrica considerável[4]. Desta forma, o
processo mecânico de exfoliação de camadas de grafite pode comprometer o
desempenho eletroquímico dos eletrodos desenhados a lápis. Neste intuito,
além do procedimento mecânico a literatura tem reportado etapas adicionais
de tratamento química, físico e/ou eletroquímico para melhorar a
transferência de elétrons na superfície do papel[2-3]. Portanto, o presente
trabalho tem como objetivo a preparação eletrodos de trabalho de papel sem
etapas de tratamento a partir de lápis comercial e papéis de escritório
(papel sulfite). A técnica de Voltametria Cíclica foi utilizada para
caracterização eletroquímica dos eletrodos à base de papel.
MATERIAL E MÉTODOS: Todos os produtos químicos foram usados com grau analítico. Papel de
escritório convencional tipo sulfite A4 foi adquirido numa papelaria local.
Pontas de Grafite comercial de diâmetro 0,9 mm com dureza do tipo 2B foram
utilizadas para desenhar os eletrodos. Antes da preparação dos eletrodos, as
pontas de lápis de grafite foram submetidas ao banho ultrassônico em água
ultrapura, etanol e isopropanol, durante 5 minutos, respectivamente. Em
seguida, para confecção dos eletrodos de trabalho foram impressos moldes com
tamanhos delimitando a área geométrica das regiões hidrofóbicas,
hidrofílicas e de contato elétrico. Desta forma, usando a metodologia de
abrasão mecânica foram construídas trilhas condutoras de grafite na
superfície do papel. Os riscos de grafite foram projetados de forma
retilínea na superfície do papel, sendo que foi definido como um risco o
movimento de subida e descida na trajetória retilínea da trilha de carbono
grafite. Posteriormente, uma base de esmalte comum foi utilizada para
separar as regiões hidrofóbicas e hidrofílicas, bem como controlar a ação
capilar do eletrólito no papel. Finalmente, o eletrodo de trabalho preparado
foi seco em estufa a 40 ºC durante 20 minutos. As medidas voltamétricas
foram realizadas em solução aquosa de 0,5 mol L-1 de hexacianoferrato(II) de
potássio contendo 0,5 mol L-1 de KCl à velocidade de varredura de 10 mV s-1.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O estudo da quantidade de riscos de carbono grafite foi realizado para
compreender a influência do processo de deposição de trilhas condutoras no
comportamento eletroquímico dos eletrodos de trabalho. Neste proposito,
foram obtidos Voltamogramas Cíclicos de diferentes quantidades de riscos
(70, 80, 90, 100 e 110 riscos) em solução aquosa de K4[Fe(CN)6] em 0,5 mol
L-1 de KCl a 10 mV s-1. Observa-se na Figura 1 A que as correntes de pico
anódico e catódico do par redox ([Fe2+(CN)6]4 -/[Fe3+(CN)6]3-) , aumentaram
de 70 até 90 riscos. No entanto, os processos tornaram-se menos definidos e
com perfis mais resistivos, bem como o aumento da separação dos potenciais
de pico (ΔEp), o que sugere tendência a irreversibilidade do par redox. O
melhor desempenho eletroquímico foi observado para o do eletrodo de trabalho
com 90 riscos, pois apresentou maiores correntes de picos e menor ΔEp = 105
mV a 10 mV s-1. Este resultado se mostrou melhor que outros sistemas
reportados pela literatura que utilizou etapas de pré-tratamento da
superfície de papel (térmico e/ou eletroquímico)[5][3]. Por fim, ensaios de
reprodutibilidade dos eletrodos foram estudadas com o intuito de investigar
a viabilidade prática dos eletrodos de trabalho propostos. A Figura 1B
mostrou que o eletrodo de trabalho com 90 riscos exibiu alta
reprodutibilidade para 5 eletrodos dentro um espaço amostral de 30 eletrodos
construídos, pois o desvio padrão relativo de 1,65 % para corrente de
oxidação. Estes resultados são promissores para desenvolvimento de
dispositivos eletroquímicos onde os recursos materiais são limitados e que
necessitam do resultado no local de análise.
Figura 1
A) Voltamogramas cíclicos para eletrodos de
trabalho baseados em papel com 70, 80, 90, 100
camadas
Figura 1
B) Estudo de reprodutibilidade por voltamogramas
cíclicos dos cinco eletrodos de trabalho de papel
obtidos a 50 mV s-1 (n = 30).
CONCLUSÕES: A técnica de desenho a lápis utilizada se mostrou barata, rápida e eficiente.
Análises de voltametria cíclica demonstraram que o eletrodo de trabalho de
papel com 90 riscos exibiu comportamento eletroquímico bem definido para o
par redox [Fe2+(CN)6]4 -/[Fe3+(CN)6]3-. Além disso, o eletrodo de trabalho
mostrou alta reprodutibilidade com desvio padrão relativo de 1,65 %. Portanto,
devido as características exibidas pelo eletrodo de trabalho, existe a
possibilidade de o sistema desenvolvido ser estudado para aplicações
eletroquímicas que envolve sensoriamento de fármacos de interesse clínico.
AGRADECIMENTOS: CAPES, UESPI e UFPI por toda a estrutura física para as medidas
eletroquímicas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] W. Li, D. Qian, Y. Li, N. Bao, H. Gu, and C. Yu, ‘Fully-drawn pencil-on-paper sensors for electroanalysis of dopamine’, J. Electroanal. Chem., vol. 769, pp. 72–79, 2016.
[2] L. O. Orzari, I. A. de Araujo Andreotti, M. F. Bergamini, L. H. Marcolino, and B. C. Janegitz, ‘Disposable electrode obtained by pencil drawing on corrugated fiberboard substrate’, Sensors Actuators, B Chem., vol. 264, pp. 20–26, 2018.
[3] M. Santhiago, M. Strauss, M. P. Pereira, A. S. Chagas, and C. C. B. Bufon, ‘Direct Drawing Method of Graphite onto Paper for High-Performance Flexible Electrochemical Sensors’, ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 9, no. 13, pp. 11959–11966, 2017.
[4] H. T. Purushothama and Y. Arthoba Nayaka, ‘Electrochemical study of hydrochlorothiazide on electrochemically pre-treated pencil graphite electrode as a sensor’, Sens. Bio-Sensing Res., vol. 16, no. August, pp. 12–18, 2017.
[5] N. Dossi, R. Toniolo, F. Terzi, F. Impellizzieri, and G. Bontempelli, ‘Pencil leads doped with electrochemically deposited Ag and AgCl for drawing reference electrodes on paper-based electrochemical devices’, Electrochim. Acta, vol. 146, pp. 518–524, 2014.