( PDF ) Desenvolvimento e aplicação de eletrodos à base de nanotubos de carbono

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE ELETRODOS À

BASE DE NANOTUBOS DE CARBONO

ALINE CARLOS DE OLIVEIRA*

Tese apresentada como parte dos

requisitos para a obtenção do titulo

de DOUTOR EM CIÊNCIAS (área

QUIMICA ANALITICA).

Orientadora: Profa. Dra. Lucia Helena Mascaro Sales

* Bolsista CAPES

SÃO CARLOS – SP

2008

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iii

DEDICATÓRIA

A meus pais, por todo amor, respeito

e confiança.

Aos meus irmãos: Patrícia e Adriano,

pela amizade.

A minha cunhada Leandra por todo

apoio nos momentos mais difíceis.

Ofereço ao Renato, pelo apoio,

compreensão e por estar sempre ao

meu lado, antes como um grande

amigo e agora como meu namorado.

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela vida, paz e saúde.

A amiga, professora e orientadora Dra. Lucia Helena Mascaro

Sales, pela orientação, paciência e experiência de vida compartilhada durante os

últimos quatro anos…

Ao Prof. Dr. Ernesto Chaves Pereira (LIEC-UFSCar) por colocar a

disposição o laboratório.

Aos membros da Comissão examinadora pelas sugestões e

discussões.

Aos colegas de laboratório, Fernando, Gabriel, Leandro, Emerson,

Ettore, Roberta, Cris, Mariana, Janaina, Roberto, Alex, Murilo, Djenaine, Jaca,

Adriane, pela amizade, convivência e auxilio na realização deste trabalho.

Ao Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade

Federal de São Carlos pela oportunidade da realização deste trabalho.

Aos demais amigos do Departamento de Química da UFSCar,

principalmente a Tati e os colegas do LIEC, pelo apoio e amizade.

Aos meus amigos de Penápolis, Patrícia, Carina e Josiane pelos

momentos de alegria e amizade.

A CAPES pela bolsa concedida.

E a todos que de alguma forma me ajudaram, cada um da sua

maneira, sempre com a mesma importância, na realização deste trabalho.

vii

Glossário de Símbolos e Abreviaturas

CNTs - Nanotubos de Carbono

MWCNTs - Nanotubos de Carbono Multi-walled

SWCNTs - Nanotubos de Carbono Single-walled

ACNTs- Nanotubos de Carbono Alinhados

CVD - Deposição Química de Vapor

DHP - Dihexadecil Hidrogênio Fosfato

DMF - N,N- dimetilformamida

DCP - Decetil Fosfato

CV - Voltametria Cíclica

DPV - Voltametria de Pulso Diferencial

LSV- Voltametria Linear

GC - Carbono Vítreo

GPU - Compósito Grafite/Poliuretana

TEM - Microscopia Eletrônica de Transmissão

RSD - Desvio Padrão Relativo

GOD - Glicose Oxidase

OPH- Organofosforado Hidrolase

POx - Piranose Oxidase

AchE - Acetilcolinesterase

AcSChI - Iodeto de Acetiltiocolina

MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura

FEG -

- Corrente de Pico Anódica

r - Coeficiente de Correlação

Sd - desvio padrão do branco

CA - coeficiente angular da reta

ν - Velocidade de Varredura

A - Amplitude de Pulso

viii

MV - Paraquat

MP - Método Padrão

%I - Porcentagem de Inibição

LD - Limite de Detecção

Sumário

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 1

1.1- Apresentação 1

1.2- Revisão bibliográfica sobre aplicações de eletrodos à base de

nanotubos de carbono 5

1.2.2- Eletrodos de pasta de CNTs 7

1.2.2- Eletrodo de carbono vítreo modificado com CNTS 12

1.2.3- Biossensores à base de CNTs 19

1.2.4- Considerações finais 25

1.3- Analitos de interesse 25

1.3.1- Hidroquinoa 25

1.3.2- Paraquat 25

1.3.3- Rutina e Quercetina 26

1.3.4- Clorfenvinfos 33

1.4 - Objetivos do presente trabalho 35

CAPÍTULO 2 – PARTE EXPERIMENTAL 36

2.1- Reagentes e Soluções 36

2.1.1- Soluções tampão 36

2.1.2- Solução de ferricianeto de potássio 37

2.1.3- Soluções padrão 37

2.1.4- Preparo das amostras analisadas 38

2.2- Equipamentos 38

2.3- Células e eletrodos 39

2.4- Confecção dos eletrodos de trabalho 39

2.4.1- Eletrodos de pasta de CNTs/Grafite e de CNTs 40

2.4.2- Eletrodos de carbono vítreo recoberto com filme de CNTs 41

2.4.3- Eletrodo de pasta de CNTs modificado com micropartículas de

cobre 41

2.4.4- Biossensor à base de CNTs e enzima acetilcolinesterase 42

2.5- Estudos voltamétricos 42

2.6- Determinação da área efetiva dos eletrodos 43

2.7- Parâmetros otimizados na construção do biossensor CNTs- AchE 43

2.8- Obtenção das curvas analíticas 43

2.9- Avaliações analíticas dos eletrodos à base de CNTs 44

2.9.1- Determinação de hidroquinona em reveladores fotográficos 44

2.9.2- Determinação de rutina em formulações farmacêuticas 45

2.9.3- Determinação de quercetina em amostra de suco de maçã 45

2.9.4- Efeito de interferentes sobre a determinação de quercetina 46

2.9.5- Determinação de clorfenvinfos em amostra de carrapaticida 46

2.10- Espectroscopia de impedância eletroquímica 46

CAPÍTULO 3 – CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS

ELETRODOS À BASE DE CNTs 48

3.1- Eletrodos de pasta de CNTs/Grafite 48

3.1.1- Efeito da composição da pasta de CNTs/Grafite 48

3.1.2- Microscopia eletrônica de varredura 50

3.1.3- Estimativa da área dos eletrodos de pasta CNTs/Grafite 51

3.1.4- Efeito da velocidade de varredura 53

3.2- Eletrodos de filme de CNTs 54

3.2.1- Comportamento voltamétrico 54

3.3- Avaliação das potencialidades analíticas dos eletrodos 56

3.3.1- Desempenho do eletrodo de pasta CNTs/Grafite na

determinação de hidroquinona 56

3.2.2- Desempenho do eletrodo de GC/Filme de CNTs na

determinação de hidroquinona

CAPÍTULO 4 – CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS

ELETRODOS DE PASTA DE CNTs 64

4.1- Efeito da composição CNTs-óleo mineral no comportamento

voltamétrico

xii

4.2- Intervalo de potenciais em diferentes eletrólitos de suporte 66

4.3- Avaliação das potencialidades analíticas do eletrodo de pasta de

CNTs 69

4.3.1- Determinação de paraquat 69

4.3.2- Determinação de rutina 73

4.3.3- Determinação de quercetina 79

4.4- Avaliação das potencialidades analíticas do eletrodo de pasta de

CNTs modificados 82

4.4.1- Eletrodo modificado com micropartículas de cobre 82

4.4.1.1- Determinação de quercetina em suco de maçã 88

Estudos de interferentes na determinação de quercetina 89

4.4.2- Biossensor à base de CNTs-AchE 92

4.4.2.4- Desempenho do biossensor CNTs-AchE na determinação

de clorfenvinfos 99

CAPÍTULO 5 – CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E MORFOLÓGICA 103

5.1- Microscopia eletrônica de varredura 103

5.2- Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) 106

CAPÍTULO 6 - CONCLUSÕES 111

CAPÍTULO 7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 113

xiii

Listas de Tabelas

Tabela 2.1 – Proporções em massa de carbono grafite e nanotubos de

carbono para a confecção dos eletrodos de trabalho

Tabela 2.2 – Proporções em massa de micropartículas de cobre e

nanotubos de carbono para a confecção dos eletrodos de trabalho

TABELA 3.1 – Valores da área efetiva dos eletrodos de pasta de

CNTs/Grafite e do eletrodo de pasta de carbono, determinadas

utilizando cronocoulometria

TABELA 3.2 – Resultados da determinação de hidroquinona no

revelador fotográfico D-76 usando o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite

90% (CNTs, m/m) e DPV

TABELA 3.3 – Parâmetros otimizados na determinação de hidroquinona

TABELA 3.4 – Figuras de mérito referentes à determinação de

hidroquinona usando o eletrodo de carbono vítreo revestido com filme

de CNTs e eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m)

TABELA 4.1 – Resultados da determinação de rutina presente em

formulação farmacêutica usando o eletrodo de pasta de CNTs 60%

(CNTs, m/m) em DPV comparado com o método padrão

TABELA 4.2 – Figuras de mérito referentes à determinação de

quercetina usando o eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m) e eletrodo

de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m)

xiv

TABELA 4.3 – Resultados da determinação de quercetina presente em

suco de maçã usando o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m)

em DPV comparado com espectroscopia de absorção UV-Vísivel

TABELA 4.4 – Resultados obtidos para a determinação de quercetina

na presença de ácido cítrico usando eletrodo de pasta de CNTs

modificados com Cu 6% (Cu, m/m)

TABELA 4.5 – Resultados da determinação de clorfenvinfos presente

em carrapaticida usando biossensor CNTs-AchE em

cronoamperometria comparado com espectroscopia de absorção UV-

Vísivel

102

TABELA 5.1- Valores dos elementos de circuito para os eletrodos à

base de CNTs 110

Listas de Figuras

FIGURA 1.1 – Nanotubos (a) Multi-Walled (MWNT) e (b) Single-Walled

(SWNT)

FIGURA 1.2 – Diagrama de formação de nanotubos de carbono a partir

de uma folha de grafite

FIGURA 1.3 – Geometrias de CNTs perfeitos: (a) armchair, (b) zig-zag,

FIGURA 1.4 – Fórmula estrutural da hidroquinona

FIGURA 1.5 – Formula estrutural do paraquat

FIGURA 1.6 – Fórmula estrutural da rutina

FIGURA 1.7 – Mecanismo de oxidação da rutina

FIGURA 1.8 – Fórmula estrutural da quercetina

FIGURA 1.9 – Mecanismo de oxidação da quercetina

FIGURA 1.10 – Fórmula estrutural do clorfenvinfos

FIGURA 2.1 – Representação esquemática da célula voltamétrica

FIGURA 2.2 – Representação esquemática do eletrodo de pasta de

CNTs

xvi

FIGURA 3.1- Voltamogramas cíclicos obtidos com os eletrodos de pasta

de CNTs/Grafite em diferentes proporções, usando uma solução de

[Fe(CN)

]=5 mmol L

-1

em KCl 0,5 mol L

-1

, ν =25 mV s

-1

FIGURA 3.2 – Micrografias dos eletrodos (a) 10%, (b) 90%, (c)

50% e (d) pasta de carbono. Aumento 1000x

FIGURA 3.3 - Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes

velocidades de varredura entre 5 e 100 mV s

-1

e utilizando eletrodo de

pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) em solução 5,0 mmol L

-1

[Fe(CN)

] em KCl 0,5mol L

-1

. Inserção t – I

vs. ν

1/2

FIGURA 3.4 - Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes

velocidades de varredura entre 2 e 100 mV s

-1

e utilizando eletrodo de

carbono vítreo recoberto com filme de CNTs em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

FIGURA 3.5 - Voltamogramas cíclicos obtidos em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

para os eletrodos de pasta de

CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) de carbono vítreo recoberto com filme

de CNTs, ν = 5 mV s

-1

FIGURA 3.6 – Voltamograma cíclicos obtidos com eletrodo de pasta de

CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m), em solução de hidroquinona 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0 e ν = 5 mV s

-1

FIGURA 3.7 – Efeito da amplitude de pulso na resposta do eletrodo de

pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m), em solução de hidroquinona

5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0 utilizando voltametria de

pulso diferencial. ν = 20 mV s

-1

xvii

FIGURA 3.8 – Efeito da velocidade de varredura em solução de

hidroquinona 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0 utilizando

voltametria de pulso diferencial, com A=100 mV no eletrodo de pasta de

CNTs/grafite 90% (CNTs, m/m)

FIGURA 3.9 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de

CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) tampão acetato pH 4,0, contendo

diferentes concentrações de hidroquinona

FIGURA 3.10 – Curva de adição de padrão para a amostra de revelador

fotográfico D-76 Kodak usando o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite

90% (CNTs, m/m) em voltametria de pulso diferencial, com ν de 20 mV

-1

e A de 100 mV

FIGURA 3.11 – Voltamograma cíclico obtido com eletrodo de carbono

vítreo revestido com filme de CNTs em solução de hidroquinona 5,0x10

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0

FIGURA 3.12 – Curva analítica obtida para o eletrodo de carbono vítreo

revestido com filme de CNTs, com ν de 10 mV s

-1

e A de 50 mV

FIGURA 4.1- Voltamogramas cíclicos obtidos com eletrodo de pasta de

CNTs em diferentes proporções, usando uma solução de K

[Fe(CN)

]=5

mmol L

-1

em KCl 0,5 mol L

-1

, ν =100 mV s

-1

FIGURA 4.2 - Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes

velocidades de varredura entre 5 e 100 mV s

-1

e utilizando eletrodo de

pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) em solução 5,0 mmol L

-1

[Fe(CN)

] em KCl 0,5mol L

-1

xviii

FIGURA 4.3 – Voltamogramas cíclicos obtidos com o eletrodo de pasta

de CNTs 60% (CNTs, m/m) em: (a) solução de H

0,1 mol L

-1

(pH

0,71); (b) tampão acetato 0,1 mol L

-1

(pH 4,0); (c) tampão fosfato 0,1

mol L

-1

(pH 7,0); (d) tampão amônio 0,1mol L

-1

(pH 10,0) e (e) NaOH

0,1mol L

-1

(pH 13,0), ν = 25 mVs

-1

FIGURA 4.4 – Voltamogramas cíclicos obtidos com o eletrodo de pasta

de CNTs 60% (CNTs, m/m) em: (a) solução de H

0,1 mol L

-1

(pH

0,71); (b) tampão acetato 0,1 mol L

-1

(pH 4,0)

FIGURA 4.5 – Voltamograma cíclico obtido com eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m), em solução de paraquat 5,0x10

-3

mol L

-1

solução de sulfato de sódio 0,1 mol L

-1

e ν = 5 mV s

-1

FIGURA 4.6 – Voltamogramas de pulso diferencial, em diferentes

amplitudes, para o eletrodo de pasta de CNTs em solução de paraquat

5,0x10

-3

mol L

-1

e Na

0,1 mol L

-1

, a ν de 10 mV s

-1

FIGURA 4.7 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m) em solução de sulfato de sódio 0,1 mol L

-1

, contendo

diferentes concentrações de paraquat. ν = 10 mV s

-1

e A = 100 mV

FIGURA 4.8 – Voltamograma cíclico obtidos com eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m), em solução de rutina 5,0x10

-5

mol L

-1

tampão fosfato pH 7,1, ν = 50 mV s

-1

FIGURA 4.9 – Voltamogramas de pulso diferencial obtidos com eletrodo

de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) e eletrodo de pasta de carbono,

em solução de rutina 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, A = 100

mV e ν = 10 mV s

-1

xix

FIGURA 4.10 – Voltamogramas de pulso diferencial obtidos em

diferentes pHs para o eletrodo de pasta de CNTs em solução de rutina

5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato, A de 100 mV e ν de 10 mVs

-1

FIGURA 4.11 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m) em solução de tampão fosfato pH 7,1, contendo

diferentes concentrações de rutina, ν = 10 mV s

-1

e A = 100 mV

FIGURA 4.12 – Curva de adição de padrão para amostra de formulação

farmacêutica usando o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m)

em voltametria de pulso diferencial, com ν de 10 mV s

-1

e A de 100 mV

FIGURA 4.13 – Voltamograma de pulso diferencial obtido com eletrodo

de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m), em solução de quercetina 5,0x10

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, A = 100 mV e ν = 10 mV s

-1

FIGURA 4.14 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m) em solução de tampão fosfato pH 7,1, contendo

diferentes concentrações de quercetina. ν = 10 mV s

-1

e A = 100 mV

FIGURA 4.15 - Voltamogramas de pulso diferencial obtidos com os

eletrodos de pasta de CNTs modificados com micropartículas de cobre

nas proporções de 6 (A), 10 (B) e 18% (C) utilizando solução tampão

fosfato pH 7,1 e quercetina 5,0x10

-5

mol L

-1

, a ν de 10 mV s

-1

e A de

100 mV

FIGURA 4.16 – Voltamogramas de pulso diferencial, em diferentes

amplitudes de pulso, para o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu,

m/m), em solução de quercetina 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato pH

7,1 a 10 mV s

-1

FIGURA 4.17 – Voltamogramas de pulso diferencial obtidos com os

eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) a 10 mV s

-1

e amplitude

de pulso de 100 mV e eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) a ν

de 5 mV s

-1

e A de 10 mV utilizando solução de quercetina 5,0x10

-5

mol

-1

em tampão fosfato pH 7,1

FIGURA 4.18 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de

CNTs-Cu 6% (m/m) em solução tampão fosfato pH 7,1, contendo

diferentes concentrações de quercetina, com ν= 5 mV s

-1

, A = 10 mV

FIGURA 4.19 – Curva de adição de padrão para amostra de suco de

maçã usando o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) em

voltametria de pulso diferencial, com ν de 5 mV s

-1

e A de 10 mV

FIGURA 4.20 – Curva de recuperação para solução de quercetina

1,956x10

-6

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 na presença de ácido

cítrico usando o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) em

voltametria de pulso diferencial, com νde 5 mV s

-1

e A de 10 mV

FIGURA 4.21 - Voltamogramas de onda quadrada obtidos com os

eletrodos de pasta de CNTs 60% (m/m) em solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 após a adição 2,0 U de

acetilcolinesterase para os tempos de reação 0, 20, 52 e 76 minutos. A

de 50 mV, incremento de 2 mV e freqüência de 50 s

-1

FIGURA 4.22 - Voltamograma de onda quadrada obtido com o eletrodo

de pasta de CNTs 60% (m/m) em solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1. A de 50 mV, incremento de 2 mV e

freqüência de 50 s

-1

xxi

FIGURA 4.23 – Variação de potencial aplicado para solução de AcSChI

3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, utilizando eletrodo de pasta

de CNTs 60% (m/m)

FIGURA 4.24 – Efeito do tempo de reação para oxidação de tiocolina

em solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1

contendo 2,0 U de acetilcolinesterase, utilizando eletrodo de pasta de

CNTs 60% (m/m). Potencial aplicado: 250 mV

FIGURA 4.25 – Efeito do potencial aplicado sobre a oxidação de

tiocolina em tampão fosfato pH 7,1, utilizando eletrodo de pasta de

CNTs 60% (m/m)

FIGURA 4.26 – Efeito da concentração do substrato sobre a corrente

limite de difusão para a oxidação de tiocolina em tampão fosfato pH 7,1,

utilizando o biossensor CNTs-AchE. Potencial aplicado: 300 mV

FIGURA 4.27 – Efeito do tempo de incubação sobre a inibição

enzimática causada pelo carrapaticida clorfenvinfos (1,0x10

-4

mol L

-1

utilizando o biossensor CNTs-AchE. Potencial aplicado: 300 mV

100

FIGURA 4.28 – Curva analítica obtida para o biossensor CNTs-AchE

em solução AcSChI 3,0x10

-3

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, para

soluções contendo diferentes concentrações de clorfenvinfos. Potencial

aplicado: 300 mV

101

FIGURA 4.29 – Curva de adição de padrão para amostra de

carrapaticida usando o biossensor CNTs-AchE em cronoamperometria.

Potencial aplicado: 300 mV 102

xxii

FIGURA 5.1 – Micrografias dos CNTs de paredes múltiplas empregados

no preparo dos eletrodos

103

FIGURA 5.2 – Micrografias do eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs,

m/m)

104

FIGURA 5.3 – Micrografias do eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu,

m/m)

105

FIGURA 5.4 – Micrografias do biossensor CNTs-AchE.

105

FIGURA 5.5- Espectros de Nyquist obtidos para os eletrodos de pasta

de CNTs 60% (CNTs, m/m), pasta de CNTs-Cu 6% (cu, m/m) e

biossensor CNTs-AchE. Potencial de circuito aberto em solução 5,0

mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

107

FIGURA 5.5- Circuito equivalente análogo aos processos interfaciais

eletrodo-solução

108

xxiii

Resumo

DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE ELETRODOS À BASE DE

NANOTUBOS DE CARBONO Os eletrodos de CNTs foram preparados na forma

de pasta de CNTs/Grafite e filme sobre eletrodo de carbono vítreo. Estes eletrodos

foram caracterizados eletroquimicamente por meio de sua resposta em ferricianeto

de potássio e hidroquinona. Considerando os resultados obtidos, o eletrodo na

forma de pasta foi selecionado para aplicações analíticas. Neste trabalho também

foi confeccionado eletrodo de pasta de CNTs puro, ou seja, sem a adição de

grafite. Para a avaliação das potencialidades analíticas do eletrodo de pasta de

CNTs, foram realizados estudos de quantificação de paraquat, rutina e quercetina,

utilizando-se voltametria de pulso diferencial. Em relação à quantificação de

paraquat foi obtida uma curva analítica, com limite de detecção de 2,8x10

-6

mol L

-1

Avaliando-se o desempenho do eletrodo quanto à quantificação de rutina foi obtida

uma curva analítica com limite de detecção de 3,39x10

-8

mol L

-1

. O teor de rutina

foi determinado em formulações farmacêuticas com variação inferior a 5%. Para a

quantificação de quercetina foi obtida uma curva analítica com limite de detecção

de 5,43x10

-7

mol L

-1

. Modificadores químicos, como micropartículas de cobre e a

enzima acetilcolinesterase, foram imobilizados na matriz do eletrodo de pasta de

CNTs. O eletrodo de pasta de CNTs modificado com micropartículas de cobre

(CNTs-Cu) foi utilizado para a determinação de quercetina e os resultados

indicaram a formação de complexo quercetina-Cu (II) sobre a superfície do

eletrodo. Nesse caso a curva analítica para o sistema apresentou um limite de

detecção de 2,36x10

-7

mol L

-1

. A determinação de quercetina em amostra de suco

de maçã industrializado foi efetuada observando-se recuperação entre 98,8 e

102,9%. O biossensor CNTs-AchE foi otimizado em relação ao potencial de

trabalho, concentração de substrato iodeto de acetiltiocoilna e tempo de incubação

e foi obtida uma curva analítica para o carrapaticida clorfenvinfos com limite de

detecção de 1,15x10

-7

mol L

-1

. Ainda com relação ao clorfenvinfos, foi possível a

sua determinação em amostra de carrapaticida, com variação inferior a 2,5%.

xxiv

Abstract

DEVELOPMENT AND APPLICATION OF ELECTRODE BASED ON

CARBON NANOTUBES The electrodes based on carbon nanotubes (CNTs) were

prepared in the form of paste of CNTs/Graphite and film on glassy carbon

electrode. These electrodes were electrochemically characterized by their

response in potassium ferricyanide and hydroquinone. Considering the obtained

results, the electrode in the form of paste was selected for analytical applications.

In this work, the paste electrode was also prepared of pure CNTs, ie, without

addicting of graphite. For the evaluation of analytical capabilities of the CNTs paste

electrode, studies were performed about quantification of paraquat, rutin and

quercetin, using differential pulse voltammetry. Regarding the quantification of

paraquat, an analytical curve was obtained, with a detection limit of 2.8 x10

-6

mol L

. The performance of the carbon nanotubes paste electrode in the determination

of rutin, an analytical curve was obtained, with a detection limit of 3.39 x10

-8

mol L

. The content of rutin was determined in pharmaceutical formulations with relative

error lower to 5%. For the quantification of quercetin, an analytical curve was

obtained with a detection limit of 5.43 x10

-7

mol L

-1

. Chemical modifiers, such as

copper microparticles and acetylcholinesterase enzyme, were incorpored in the

CNTs paste electrode. The CNTs paste electrode odified with copper

microparticles (Cu-CNTs) was used for quercetin determination and the results

indicated the formation of quercetin-Cu (II) complex on the electrode surface. The

analytical curve obtained for this system presented a detection limit of 2.36 x10

-7

mol L

-1

. The determination of quercetin in a sample of industrialized apple juice

was carried out observing the recovery between 98.8 and 102.9%. The biosensor

CNTs-AchE was optimized with respect to the work potential, concentration of

acetylthiocoline iodide substrate and the incubation time and analytical curve was

obtained for chlorfenvinphos with a detection limit of 1.15 x10

-7

mol L

-1

. Even with

respect to chlorfenvinphos, its determination was possible in samples containing

the pesticide, with relative error lower to 2.5%.

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1- Apresentação

A descoberta de nanotubos com propriedades mecânicas, térmicas e

elétricas únicas tem motivado a pesquisa para o desenvolvimento de uma nova

geração de materiais nanocompósitos

. Dentre estes materiais, pode-se

destacar, os nanotubos de carbono (CNTs)

devido as suas propriedades e

potenciais aplicações. Os CNTs são formados de arranjos hexagonais de

carbono que originam pequenos cilindros, com as extremidades fechadas por

um tipo de “abóbada” de grafite e usualmente têm faixa de diâmetro de poucos

angstrons a dezenas de nanômetros

Dois tipos de CNTs podem ser distinguidos de acordo com as suas

propriedades estruturais: os de paredes múltiplas – onde várias folhas de

grafeno se enrolam de forma concêntrica para formar os nanotubos de

carbono, conhecidos como MWCNTs, do inglês multi-walled nanotubes, Figura

1.1a – e os de parede simples – pelo enrolamento de uma única folha,

conhecidos como SWCNTs, single-walled nanotubes, Figura 1.1b

FIGURA 1.1 – Nanotubos (a) Multi-Walled (MWNT) e (b) Single-Walled

(SWNT)

Um CNT pode ser construído a partir de uma folha de grafite enrolada de

tal forma que coincidam dois sítios cristalograficamente equivalentes de sua

rede hexagonal, Figura 1.2.

FIGURA 1.2 – Diagrama de formação de nanotubos de carbono a partir de uma

folha de grafite

A maioria das propriedades dos CNTs depende do seu diâmetro e

ângulo chiral, também chamado de ângulo de helicidade, ф. Estes dois

parâmetros resultam dos chamados índices de Hamada (n,m)

A condução eletrônica dos CNTs ocorre porque os elétrons podem

propagar-se livremente, como em um metal. Isto contrasta fortemente com os

polímeros condutores que apresentam condução de elétrons localizada quando

dopados. Por outro lado, a condução do grafite é devido a um dos quatro

elétrons deslocalizado da camada de valência e pode, conseqüentemente, ser

compartilhado com demais átomo de carbono

. Em função dos índices de

Hamada (n,m), um nanotubo é metálico quando n-m é múltiplo de 3, em caso

contrário é semicondutor. Todos os CNTs do tipo armchair são metálicos (n =

m), enquanto que os zig-zag (n, m = 0) e chiral (n ≠ m ≠ 0) podem ser metálicos

ou semicondutores. As três variedades de CNT são ilustrados na FIGURA 1.3.

FIGURA 1.3 – Geometrias de CNTs perfeitos: (a) armchair, (b) zig-zag, (c)

chiral

Os CNTs têm sido utilizados para uma infinidade de aplicações: fontes

de elétrons para displays de tela plana, pontas (tips) para microscópio de

sonda, estocagem de gás, suporte para catalisadores, sensores, capacitores

de alta potencia, resistores quânticos, condutores balísticos, etc. e estão sendo

cotados para próxima geração de dispositivos de eletrônica molecular

A maioria dessas aplicações de CNTs demandam nanotubos com

uniformidade de diâmetro e de quiralidade e ainda, às vezes requerem grandes

quantidades, boa qualidade (ausência de defeitos estruturais) e principalmente

alta pureza dos nanotubos. Portanto, uma completa caracterização da estrutura

dos nanotubos é essencial para entendermos as propriedades medidas.

Os métodos de preparação mais utilizados na obtenção de CNTs são:

descarga por arco, ablação por laser e deposição química de vapor (CVD).

Quando uma mistura de carbono e metais de transição (< 5%), normalmente

Fe, Co, Ni, Y ou uma combinação deles são colocadas como ânodo e

submetidas à descarga por arco, nanotubos de parede única foram obtidos

8-10

Acredita-se que as partículas metálicas atuem como catalisadores.

No método de ablação por laser são produzidos tantos nanotubos de

parede única como de paredes múltiplas. Os SWCNTs são produzidos quando

grafite puro é submetido à ablação

. Os SWCNTs são produzidos quando uma

pequena quantidade de metal de transição é misturada ao grafite

. Assim,

novamente, o metal apresenta um papel fundamental para a obtenção de

SWCNTs. Os CNTs produzidos por ablação por laser são mais puros do que

aqueles produzidos por descarga por arco (70-90% de pureza)

. As impurezas

encontradas são partículas de grafite, carbono amorfo, fulerenos e partículas

metálicas, levando a necessidade de uma etapa de purificação.

Assim, as propriedades eletrônicas, químicas e mecânicas do CNTs o

tornam um interessante grupo de nanomateriais, apontando para diversas

aplicações no futuro

14,15

. Entre as diversas aplicações dos CNTs encontram-se

muitas na área de eletroquímica como na obtenção de sensores

, de

compósitos condutores e como material para armazenamento de hidrogênio

1.2- Revisão Bibliográfica sobre Aplicações de Eletrodos à

Base de Nanotubos de Carbono

Diferentes materiais podem ser utilizados na confecção de eletrodos à

base de CNTs, sendo exemplos os eletrodos de ouro, de platina, de grafite

pirolítico, de carbono vítreo, de fibras de carbono, além dos materiais

compósitos, utilizando diversos solventes orgânicos e polímeros como

aglutinantes. Devido a estas várias combinações a literatura apresenta diversas

aplicações de eletrodos à base de nanotubos de carbono como material

eletródico. Entretanto, nesta revisão, procurou-se destacar algumas aplicações

eletroanalíticas, as quais têm maior relação com a proposta deste trabalho.

Wu e Hu

desenvolveram um filme compósito de ouro coloidal-

nanotubos de carbono sobre um eletrodo de ouro. O sistema eletródico foi

preparado pela combinação de ouro coloidal (Au

nano

) com CNTs e este

compósito foi utilizado na modificação de um eletrodo de ouro. Dihexadecil

hidrogênio fosfato (DHP) em solução aquosa de ouro coloidal foi usado para

dispersar os CNTs. O filme do compósito Au

nano

/CNTs/DHP sobre a superfície

do eletrodo de ouro foi caracterizado por espectroscopia de impedância

eletroquímica e voltametria cíclica em solução de Fe(CN)

. Este eletrodo foi

aplicado na determinação de citocromo c. Foi construída uma curva analítica

para citocromo c com região linear entre 1,5 e 45x10

-6

mol L

-1

, com desvio

padrão relativo de 2,6% para 20x10

-6

mol L

-1

de citocromo c, mostrando

excelente reprodutibilidade.

He et al.

utilizaram um sensor eletroquímico à base de nanotubos de

carbono multi-walled (MWCNTs) para a determinação de monóxido de carbono

(CO). O eletrodo foi preparado pelo preenchimento de uma microcavidade

contida em um microeletrodo de disco de platina (Pt) com MWCNTs

previamente tratados. O comportamento eletroquímico do eletrodo de disco de

platina modificado com MWCNTS foi estudado e comparado ao eletrodo de Pt

utilizando voltametria cíclica em solução de HClO

0,5 mol L

-1

contendo CO e

os resultados mostraram que os MWCNTs possuem excelente atividade

eletrocatalítica sobre a oxidação de CO, que foi atribuída a imensa área efetiva

dos eletrodos obtidos. O efeito da velocidade de varredura e do eletrólito

suporte sobre a resposta voltamétrica do eletrodo MWCNTME foi estudado

pelos autores. A curva de corrente-tempo obtida variando-se a concentração de

CO e mantendo-se constante o potencial aplicado sugeriu que a resposta de

corrente varia linearmente com a concentração de CO. Uma curva analítica foi

obtida para o sistema na faixa de concentração de 0,72 a 52 µg mL

-1

, com

limite de detecção de 0,60 µg mL

-1

e erro relativo de 4,8%.

Utilizando um eletrodo de ouro modificado com uma bicamada de

nanotubos de carbono multi-walled e (3-mercaptopropil)trimetoxisilano (MPS)

Zeng e Huang

estudaram o comportamento eletroquímico de flufenazina e a

sua determinação em amostras de medicamentos. O sistema eletródico

(MWCNTs/MPS/Au) foi preparado pela imersão do eletrodo de ouro em uma

solução de MPS por 12 h, obtendo-se um eletrodo de ouro modificado com

uma monocamada de MPS (MPS/Au). Após esta etapa o eletrodo MPS/Au foi

recoberto com 5 µL de suspensão de MWCNTs e N,N-dimetilformamida (DMF)

1 mg mL

-1

. O comportamento voltamétrico do eletrodo MWCNTs/MPS/Au foi

investigado por voltametria cíclica em solução de Fe(CN)

e em solução de

flufenazina e as resposta obtidas foram comparadas as obtidas com eletrodo

de ouro e com eletrodo MPS/Au. Os autores também estudaram o efeito do pH,

da velocidade de varredura, da solução tampão, do tempo e potencial de

acumulação, da quantidade de MWCNTs e de interferentes na resposta

eletroquímica. Alguns parâmetros analíticos também foram avaliados, como a

regeneração e a reprodutibilidade do eletrodo MWCNTs/MPS/Au e a

construção de uma curva analítica. A faixa linear para a curva analítica foi de

5,0x10

-8

a 1,5x10

-5

mol L

-1

, com limite de detecção de 1,0x10

-8

mol L

-1

. Foram

realizadas curvas de adição e recuperação para a determinação de flufenazina

em amostras de medicamentos e obteve-se coeficiente de recuperação entre

96,4 e 104,4%.

Wang et al.

relataram o uso de eletrodos de MWCNT-intercalados com

grafite (MWCNT-IE) para a determinação seletiva de dopamina e serotonina na

presença de ácido ascórbico por voltametria de pulso diferencial (DPV). Os

autores caracterizaram os eletrodos utilizando microscopia eletrônica de

varredura. O comportamento voltamérico do eletrodo MWCNT-IE foi

investigado por meio de voltamogramas cíclicos de solução contendo

dopamina, serotonina e ácido ascórbico e as respostas obtidas foram

comparadas as obtidas com eletrodo de grafite. A influência do pH sobre a

resposta voltamétrica do eletrodo em soluções contendo dopamina, serotonina

e ácido ascórbico também foi investigado. Curvas analíticas foram obtidas para

o dopamina na presença de serotonina e ácido ascórbico, com faixa de

concentração de 0,5 a 10 µmol L

-1

, com limite de detecção de 0,1 µmol L

-1

para serotonina na presença de dopamina, e ácido ascórbico, com faixa de

concentração de 1 a 15 µmol L

-1

, com limite de deteção de 0,2 µmol L

-1

. Para a

determinação simultânea de dopamina, serotonina na presença de ácido

ascórbico foi empregada DPV e os resultados mostraram que o ácido ascórbico

não interfere na determinação. Também foram realizadas curvas de adição e

recuperação para amostras de dopamina, serotonina e ácido ascórbico e

obteve-se um coeficiente de recuperação entre 98 e 100%.

1.2.2- Eletrodos de Pasta de CNTs

O emprego de outras formas de eletrodos à base de nanotubos de

carbono para aplicações em eletroanalítica também vem atraindo a atenção de

inúmeros grupos de pesquisas. Dentre os materiais eletródicos à base de

nanotubos de carbono, podem-se destacar os eletrodos de pasta de CNTs, em

que um líquido orgânico não eletroativo é utilizado como aglutinante. A

descrição mais detalhada do emprego de eletrodos de pasta de CNTS se deve

a este tipo de eletrodo ter sido empregado neste trabalho.

Lawrence et al.

empregaram um eletrodo de pasta de nanotubos de

carbono para a determinação de homocisteína. O eletrodo foi preparado pela

mistura de CNTs previamente purificados e óleo mineral. O comportamento

eletroquímico do eletrodo foi estudado e comparado ao do eletrodo de pasta de

carbono, utilizando voltametria cíclica, e os resultados mostraram que ocorre

um decréscimo de 120 mV no potencial de oxidação da homocisteina quando

comparado ao eletrodo de pasta de carbono tradicional. Algumas

características do eletrodo foram testadas, como a reprodutibilidade e a

estabilidade de resposta, além de descreverem o efeito da velocidade de

varredura sobre a resposta voltamétrica do eletrodo. O eletrodo também foi

testado como detector cronoamperométrico de homocisteina em tampão

fosfato pH 7,4. Uma curva analítica foi obtida para o sistema com limite de

detecção de 6,5x10

-6

mol L

-1

Luque et al.

utilizaram um sensor eletroquímico à base de CNTs e

microparticulas de cobre para a determinação de aminoácidos e albumina. O

sensor foi preparado pela mistura de CNTs, óleo mineral e micropartículas de

cobre, sendo que o efeito da composição de cobre foi estudado pelos autores.

Aminoácidos como L-histidina não são eletroativos, mas os autores obtiveram

resposta utilizando o sensor proposto, evidenciando a formação de um

complexo de Cu (II) e L-histidina, produzido quando um potencial é aplicado.

Voltamogramas hidrodinâmicos foram utilizados para selecionar o potencial de

trabalho para futuras determinações amperométricas. Os autores também

construíram curvas analíticas para alguns aminoácidos que apresentaram

limites de detecção na ordem de 10

-6

ou 10

-5

mol L

-1

. A determinação de

albumina foi realizada utilizando voltametria de onda quadrada com

redissolução. A curva analítica obtida para albumina apresenta região linear

entre 5,0 e 25,0 mg mL

-1

e limite de detecção de 5,0 mg L

-1

Pedano e Rivas

utilizaram eletrodo de pasta de CNTs para a

determinação de ácidos nucléicos. O eletrodo de pasta de CNTs foi preparado

pela mistura de CNTs e óleo mineral na proporção 6/4 (m/m) e os resultados

obtidos com este eletrodo foram comparados aos obtidos com eletrodo de

pasta de carbono. Os comportamentos voltamétrico e cronopotenciométrico

dos ácidos nucléicos sobre o eletrodo de pasta de CNTs foram estudados. O

efeito do pré-tratamento eletroquímico no procedimento potenciodinâmico foi

estudado, e os resultados mostraram que as bases guanina e adenina

adsorvem sobre o eletrodo de pasta de CNTs. O efeito do potencial e tempo de

adsorção também foi estudado pelos autores. Cronopotenciometria foi

empregada para a determinação de oligo x e dsDNA. Curvas analíticas foram

construídas pra oligo x e dsDNA com regiões lineares entre 0 e 1,0 mg L

-1

e 0 e

15 mg L

-1

, respectivamente.

Zhao et al.

desenvolveram um eletrodo de nanotubos de carbono

alinhados (ACNTs) modificado com tionina para a determinação de nitrito. A

oxidação eletrocatalítica de nitrito sobre o eletrodo tionina/ACNTs foi estudada

pelos autores e os resultados mostraram que a tionina apresenta efeito de pré-

concentração sobre nitrito. Os autores também estudaram o efeito da

quantidade de tionina como modificador, o efeito do pH e o efeito de

interferentes sobre a resposta voltamétrica do eletrodo. Algumas características

do eletrodo tionina/ACNTs foram testadas, como a reprodutibilidade e a

estabilidade de resposta, além de construírem uma curva analítica na faixa

linear de 3,0x10

-6

a 5,0x10

-4

mol L

-1

e limite de detecção de 1,12x10

-6

mol L

-1

utilizando DPV. A determinação de nitrito em amostras reais foi realizada

utilizando o método proposto e os resultados apresentaram coeficientes de

recuperação entre 95,2 e 102,2%.

empregou um eletrodo de pasta de CNTs modificado com DNA para

a determinação de dopamina em formulações farmacêuticas. O eletrodo foi

preparado pela mistura de CNTs previamente purificados, DNA e óleo mineral

na proporção de 4:4:2 em massa. O comportamento eletroquímico do eletrodo

de pasta de CNTs modificado com DNA foi estudado em voltametria cíclica em

solução dopamina em diferentes concentrações. O autor também estudou

alguns fatores experimentais como pH do eletrólito suporte, potencial e tempo

de acumulação. Uma curva analítica foi obtida para o sistema com região linear

entre 0,01-0,11 µg L

-1

e limite de detecção de 4,0 ng L

-1

. Os resultados obtidos

para a determinação de dopamina em formulações farmacêuticas apresentam

coeficiente de recuperação em torno de 99%.

Zheng e Junfeng

investigaram o comportamento voltamétrico de

urapidil utilizando um eletrodo de pasta de CNTs. O eletrodo foi preparado pela

mistura de MWCNTs e parafina na razão de 60% em massa de MWCNTs. O

comportamento eletroquímico do eletrodo de pasta de CNTs foi estudado e

comparado ao do eletrodo de pasta de carbono por voltametria cíclica em

solução de urapidil em tampão Britton-Robinson pH 6,8, e os resultados

mostraram que o eletrodo de pasta de CNTs apresenta atividade

eletrocatalítica sobre a oxidação de urapidil. Alguns fatores experimentais

foram investigados para a determinação de urapidil utilizando DPV, como o

efeito do pH e efeito do tempo e potencial de acumulação. Uma curva analítica

foi obtida para urapiril na faixa de concentração de 5,0x10

-8

a 2,0x10

-8

mol L

-1

com limite de detecção de 3,8x10

-8

mol L

-1

. Os autores também estudaram o

efeito de alguns interferentes sobre a seletividade do método proposto. Os

resultados obtidos para a determinação de urapidil em formulações

farmacêuticas apresentam coeficiente de recuperação entre 98 e 102%.

Utilizando um eletrodo de pasta de CNTs modificado com 2,2’-[1,2-

etanedilbis (nitriloetilidino)]-bis-hidroquinona (EBNBH) Beitollahi et al.

determinaram simultaneamente epinefrina, ácido úrico e ácido fólico em soro

de sangue humano. O comportamento eletroquímico de eletrodo foi estudado

em tampão fosfato utilizando voltametria cíclica em diferentes velocidades de

varredura. Os resultados dos voltamogramas cíclicos mostraram perda de

atividade eletrocatalítica do EBNBH, indicando necessidade de regeneração da

superfície do eletrodo. Os autores também estudaram a oxidação

eletrocatalítica de epinefrina sobre o eletrodo proposto. A determinação

simultânea de epinefrina, ácido úrico e ácido fólico foi realizada utilizando DPV.

Curvas analíticas foram obtidas para epinefrina, ácido úrico e ácido fólico nas

faixas de concentração de 0,7 a 1200x10

-6

mol L

-1

, de 25 a 750x10

-6

mol L

-1

de 15 a 800x10

-6

mol L

-1

respectivamente. O limite de detecção para epinefrina

foi de 0,216x10

-6

mol L

-1

, de 8,8x10

-6

mol L

-1

para ácido úrico e de 11x10

-6

mol L

para ácido fólico. Os resultados obtidos para a determinação simultânea de

epinefrina, ácido úrico e ácido fólico em soro de sangue humano apresentam

coeficientes de recuperação entre 95,2 e 102,4% e desvio padrão relativo entre

2,2 e 4,3%.

Os eletrodos de pasta de carbono modificados com CNTs ganharam

cada vez mais popularidade no campo de eletroanalítica sendo de interesse

analítico investigar o uso desses eletrodos em determinações de compostos

orgânicos.

Utilizando um eletrodo de pasta de carbono modificado com filme de

CNTs Zhuang et al.

estudaram as propriedades eletrocatalíticas de bernegina

e determinaram-no em formulações farmacêuticas. O sistema eletródico foi

preparado recobrindo o eletrodo de pasta de carbono com 10 µL de suspensão

de CNTs e DMF 0,1 mg mL

-1

. O comportamento eletroquímico do eletrodo de

pasta de carbono modificado com CNTs foi estudado e comparado ao do

eletrodo de pasta de carbono utilizando voltametria cíclica e voltametria de

pulso diferencial em solução bernegina e os resultados mostraram que ocorre

um decréscimo de 135 mV no potencial de oxidação da bernegina quando

comparado ao eletrodo de pasta de carbono tradicional. Os autores também

estudaram o efeito do pH e da velocidade de varredura na resposta

eletroquímica, além de descreverem o efeito de interferentes orgânicos no

comportamento eletroquímico de bernegina. Uma curva analítica foi obtida para

bernegina na faixa de concentração de 6,0x10

-7

a 1,0x10

-5

mol L

-1

, com limite

de detecção de 7,0x10

-8

mol L

-1

. Para a determinação de bernegina em

formulações farmacêuticas foi utilizado o método de adição de padrão e os

resultados apresentaram coeficientes de recuperação entre 99,8 e 100,2%.

Li et al.

relataram o uso de eletrodo de pasta de CNTs/grafite para a

determinação de cisapride por voltametria de redissolução de pulso diferencial .

O comportamento voltamérico do eletrodo foi investigado por meio de

voltamogramas cíclicos em solução contendo cisapride e as respostas obtidas

foram comparadas as obtidas com eletrodo de pasta de carbono. Os resultados

mostraram que a oxidação de cisapride é controlada por um processo

irreversível de adsorção. A influência do pH sobre a resposta voltamétrica do

eletrodo em soluções de cisapride também foi investigado. Uma curva analítica

foi obtida para cisapride com faixa de concentração de 4,0x10

-8

a 2,0x10

-5

mol

-1

, com limite de detecção de 1,0x10

-8

mol L

-1

. Estudos de interferentes foram

realizados pelos autores e os resultados mostraram que não ocorre perda de

seletividade do método. Os resultados obtidos para a determinação de

cisapride em formulações farmacêuticas apresentam coeficiente de

recuperação entre 94 e 104%, com desvio padrão menor que 3,6%.

Dong et al.

utilizaram um eletrodo de pasta de carbono modificados

com CNTs e Cu

O para a determinação de aminoácidos. O sensor foi

preparado pela mistura de CNTs, parafina, grafite e Cu

O, sendo que o efeito

da composição de Cu

O foi estudado pelos autores. O efeito do pH sobre o

potencial e corrente de oxidação de 19 aminoácidos foi avaliado.

Voltamogramas hidrodinâmicos foram utilizados para selecionar o potencial de

trabalho para futuras determinações utilizando o eletrodo com detector em

eletroforese capilar. Os autores também construíram curvas analíticas para

alguns aminoácidos que apresentaram limites de detecção na ordem de 10

-7

-8

mol L

-1

1.2.2- Eletrodo de Carbono Vítreo Modificado com CNTS

Os eletrodos de carbono vítreo (GC) modificados com CNTs são cada

vez mais empregados no campo de eletroanalítica sendo de interesse

investigar o uso desses eletrodos em determinações analíticas. A seguir será

apresentada uma breve revisão sobre o uso deste tipo de eletrodo, o qual tem

maior relação com a proposta deste trabalho.

Wu et al.

empregaram um eletrodo GC revestido com filme de

MWCNTs na determinação simultânea de dopamina e serotonina. O sistema

eletródico foi preparado recobrindo o GC com 5 µL de suspensão de MWCNTs

e dihexadecil hidrogênio fosfato (DHP) 1 mg mL

-1

. As respostas eletroquímicas

características desse eletrodo foram examinadas e comparadas às do eletrodo

GC e do eletrodo GC recoberto com DHP em soluções de dopamina e

serotonina em tampão fosfato pH 7,0. Os autores também estudaram o efeito

do pH e da velocidade de varredura na resposta eletroquímica, além de

descreverem o comportamento eletroquímico da mistura de dopamina e

serotonina no eletrodo. Curvas analíticas foram obtidas para serotonina e

dopamina nas faixas de concentração de 2,0x10

-8

a 5,0x10

-6

mol L

-1

e 5,03x10

-8

a 5,0x10

-6

mol L

-1

, respectivamente. O limite de detecção para serotonina foi de

5,0x10

-9

mol L

-1

e de 1,1x10

-8

mol L

-1

para dopamina. Para a determinação

simultânea de dopamina e serotonina, alíquotas de serotonina (ou dopamina)

foram adicionadas à solução do eletrólito contendo dopamina (ou serotonina)

com concentração conhecida, mostrando que não há interferência na oxidação

de dopamina e serotonina. A influência de ácido ascórbico e ácido úrico sobre

a determinação de dopamina e serotonina também foi estudada, e os

resultados mostraram que ácido ascórbico e ácido úrico não interfere na

resposta voltamétrica de dopamina e serotonina. O eletrodo modificado foi

empregado para a determinação de dopamina e serotonina em soro de sangue

humano.

Goyal e Singh

determinaram simultaneamente dopamina e adenosina

em fluídos biológicos utilizando um eletrodo de GC recoberto com um filme de

suspensão CNTs e DMF. O comportamento eletroquímico de dopamina e

adenosina sobre o eletrodo foi investigado por voltametria de pulso diferencial.

Os resultados foram comparados com os obtidos com o eletrodo grafite

pirolítico, mostrando um aumento na corrente de pico ao utilizar o eletrodo GC

recoberto com CNTs. Curvas analíticas foram obtidas para dopamina na

presença adenosina, e para adenosina na presença de dopamina com faixa de

concentração de 1,0 a 100,0x10

-6

mol L

-1

, com limite de detecção de 7,0 e

34,7x10

-6

mol L

-1

, respectivamente.

Para a determinação seletiva de ácido úrico na presença de ácido

ascórbico Rodrigez et al.

utilizou um eletrodo GC modificado com CNTs

dispersos em polilisina e voltametria de pulso diferencial e voltametria de

redissolução de pulso diferencial . Os comportamentos voltamétricos de ácido

úrico, ácido ascórbico e da mistura destes ácidos sobre o eletrodo proposto

foram investigados e comparados aos comportamentos observados em um

eletrodo GC utilizando voltametria cíclica. Os resultados mostraram um

aumento nas correntes de pico para o ácido úrico e ácido ascórbico quando o

eletrodo proposto é utilizado, além de ocorrer um deslocamento nos picos de

oxidação para potenciais mais negativos. Os resultados para a mistura de

ácido úrico e ascórbico obtidos utilizando DPV mostram uma separação e

definição nos picos de oxidação indicando que o eletrodo pode ser empregado

para a determinação seletiva de ácido úrico. Curvas analíticas para ácido úrico

na ausência e na presença de ácido ascórbico foram obtidas, com limite de

detecção de 17x10

-6

mol L

-1

na presença de ácido ascórbico. Os autores

também construíram curvas analíticas utilizando voltametria de redissolução de

pulso diferencial, e obteve-se limite de detecção de 2,2x10

-6

mol L

-1

para ácido

úrico na presença de ácido ascórbico.

Huang et al.

determinaram 4-aminofenol em amostras de água

utilizando um eletrodo GC recoberto com um filme de suspensão de nanotubos

de carbono single-walled (SWCNTs) e Nafion por voltametria de redissolução.

O eletrodo foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e

voltametria cíclica em solução de tampão HCl-citrato de sódio e, o

comportamento eletroquímico de 4-aminofenol sobre o eletrodo proposto foi

investigado por voltametria de pulso diferencial. Os resultados foram

comparados com os obtidos com o eletrodo GC e com o eletrodo GC recoberto

com Nafion, mostrando um aumento na corrente de pico ao utilizar o eletrodo

SWCNTs-Nafion GC. Os autores também estudaram o efeito do pH, do

potencial e do tempo de acumulação e a influencia da quantidade da

suspensão SWCNTs-Nafion sobre a resposta eletroquímica do eletrodo. Após

a otimização das condições experimentais foi construída uma curva analítica

com região linear entre 5,0x10

-9

e 2,0x10

-6

mol L

-1

e limite de detecção de

8,0x10

-10

mol L

-1

e reprodutibilidade com desvio padrão relativo de 3,7%. A

determinação de 4-aminofenol em amostra de água foi realizada utilizando o

método proposto e os resultados foram comparados aos obtidos com titulação

potenciométrica.

Lü

utilizou um eletrodo GC modificado com CNTs para a determinação

de 8-azaguanina em urina humana. O sistema eletródico foi preparado

recobrindo o eletrodo GC com 5 µL de suspensão de MWCNTs e decetil fosfato

(DCP) (0,5mg mL

-1

). A caracterização do eletrodo foi feita por microscopia de

transmissão de elétrons (TEM). O comportamento eletroquímico do eletrodo foi

estudado e comparado ao eletrodo GC por voltametria cíclica e DPV em

solução de 8-azaguanina em tampão fosfato pH 7,0. O autor também estudou o

efeito do eletrólito suporte, da quantidade de suspensão MWCNTs-DCP, do

tempo e potencial de acumulação e interferentes sobre a resposta voltamétrica

do eletrodo. Uma curva analítica foi obtida para 8-azaguanina com região linear

entre 2,5x10

-8

e 1,0x10

-5

mol L

-1

, limite de detecção de 1,0x10

-8

mol L

-1

e RSD

de 5,3%. Os resultados obtidos para a determinação de 8-azaguanina em urina

humana apresentaram coeficiente de recuperação entre 96,2 e 103,8%.

As análises simultâneas de substâncias com semelhanças estruturais,

como os isômeros, despertam o interesse nos pesquisadores que buscam

desenvolver métodos simples, rápidos, sensíveis e seletivos para a

determinação concomitante de duas ou mais espécies sem os efeitos nocivos

da interferência, como se comenta a seguir.

O comportamento voltamétrico dos isômeros de dihidroxibenzeno foi

estudado por Ding et al.

, utilizando eletrodo GC modificado com MWCNTs. O

eletrodo foi preparado recobrindo o eletrodo GC com 10 µL de suspensão de

MWCNTs e DMF 1 mg mL

-1

. As respostas eletroquímicas desse eletrodo foram

examinadas e comparadas as do eletrodo GC por voltametria cíclica e

voltametria linear (LSV) em soluções de hidroquinona, catecol e resorcinol em

tampão acetato pH 5,5 e os resultados mostraram um aumento na corrente de

pico e uma diminuição no potencial de oxidação ao utilizar o eletrodo proposto.

Os autores investigaram o efeito do pH, do eletrólito suporte, da velocidade de

varredura e de interferentes sobre a resposta voltamétrica do eletrodo. Alguns

parâmetros analíticos também foram avaliados, como a estabilidade de

resposta e a construção de curvas analíticas para hidroquinona, catecol, e

resorcinol, com regiões lineares entre 2,0x10

-6

e 1,0x10

-4

mol L

-1

para catecol e

hidroquinona e entre 5,0x10

-6

e 8,0x10

-5

mol L

-1

para resorcinol e limite de

detecção de 6,0x10

-7

mol L

-1

, 6,0x10

-7

mol L

-1

e 1,0x10

-6

mol L

-1

respectivamente. Para a determinação dos isômeros de dihidroxibenzeno

foram realizadas curvas de adição e recuperação e obteve-se um coeficiente

de recuperação entre 92,0 e 103,3%.

O comportamento voltamétrico dos isômeros de nitrofenol foi estudado

por Luo et al.

utilizando eletrodo GC modificado com nanotubos de carbono.

O eletrodo foi preparado recobrindo o eletrodo GC com 20 µL de suspensão de

nanotubos de carbono multi-walled (MWCNTs) e N,N- dimetilformamida (DMF)

1 mg mL

-1

. A resposta eletroquímica desse eletrodo foi examinada por

voltametria cíclica e voltametria linear em soluções de o-nitrofenol, m-nitrofenol

e p-nitrofenol e os resultados mostraram picos de redução correspondentes

aos isômeros ao utilizar o eletrodo à base de CNTs. Os autores investigaram o

efeito do pH, do eletrólito suporte e da velocidade de varredura e de

interferentes sobre a resposta voltamétrica do eletrodo proposto. Alguns

parâmetros analíticos também foram avaliados, como a estabilidade de

resposta e a construção de curvas analíticas para o-nitrofenol, m-nitrofenol e p-

nitrofenol, com regiões lineares entre 4,0x10

-6

e 2,0x10

-3

mol L

-1

, entre 1,0x10

-5

e 1,0x10

-3

mol L

-1

e entre 2,0x10

-6

e 4,0x10

-3

mol L

-1

e limites de detecção de

5,0x10

-7

mol L

-1

, 6,0x10

-6

mol L

-1

e 4,0x10

-7

mol L

-1

, respectivamente. Para a

determinação dos isômeros de nitrofenol em águas de rios foram realizadas

curvas de adição e recuperação e obteve-se um coeficiente de recuperação

entre 96,0 e 102%.

Utilizando um eletrodo GC modificado com CNTs Gong et al.

determinaram homocisteina em sistemas biológicos. Foram confeccionados

eletrodos utilizando nanotubos de carbono purificados (p-CNTs) e nanotubos

de carbono sem purificação prévia (CNTs). Inicialmente foram obtidos

compósitos de Nafion e CNTs (purificados ou não purificados) e esta dispersão

foi então adicionada sobre a superfície de um eletrodo GC, resultando em

eletrodos CNTs/Nafion/GC e p-CNTs/Nafion/GC. Os comportamentos

eletroquímicos destes eletrodos foram avaliados por voltametria cíclica e os

resultados mostraram que os CNTs (especialmente os purificados) apresentam

excelente atividade eletrocatalítica sobre a oxidação de homocisteína. Algumas

características do eletrodo p-CNTs/Nafion/GC foram testadas, como a

estabilidade e a reprodutibilidade de resposta. A potencialidade do eletrodo

para a determinação de homocisteina foi estudada por meio de técnica

amperométrica. Uma curva analítica foi obtida para o sistema na faixa de

concentração de 0,10 a 60x10

-6

mol L

-1

, com limite de detecção de 0,06x10

-6

mol L

-1

. Os autores também discutiram o mecanismo catalítico e a possibilidade

de aplicação do eletrodo p-CNTs/Nafion/GC para o estudo da auto-oxidação de

homocisteina.

Utilizando um eletrodo GC modificado CNTs Rezaei e Zare

determinaram noscapina em sistemas biológicos e formulações farmacêuticas.

Inicialmente foi obtida uma suspensão de CNTs em ácido nítrico (65%, m/V) e

esta suspensão foi então adicionada sobre a superfície de um eletrodo GC. O

comportamento eletroquímico de noscapine sobre o eletrodo GC modificado

com CNTs foi estudado e comparado ao comportamento em GC em

voltametria cíclica. Os resultados dos voltamogramas cíclicos mostraram que

os CNTs exercem um efeito eletrocatalítico sobre a oxidação de noscapine.

Alguns fatores experimentais foram estudados utilizando voltametria cíclica,

como o efeito do pH, da velocidade de varredura, sendo que o mecanismo de

oxidação também foi proposto pelos autores . A faixa linear para a curva

analítica obtida foi de 4,0x10

-7

a 1,0x10

-4

mol L

-1

com limite de detecção de

8,0x10

-8

mol L

-1

. O efeito de interferentes sobre a seletividade de resposta do

método proposto também foi estudado. Foram realizadas curvas de adição e

recuperação para a determinação de noscapina em amostras de plasma e

formulações farmacêuticas e obtiveram-se erros relativos de 0,73 a 5,23%.

O comportamento eletroquímico de acetaminofenol (paracetamol) em

um eletrodo GC modificado com o compósito PANI-MWCNTs foi estudado por

Li e Jing

utilizando voltametria cíclica, amperometria e voltametria de onda

quadrada com redissolução. O eletrodo foi preparado recobrindo um eletrodo

GC com 20 µL de uma suspensão de MWCNTs, anilina e DMF. Após a

secagem do solvente o eletrodo obtido foi transferido para uma solução 0,5 mol

-1

de ácido sulfúrico para a eletropolimerização de anilina por voltametria

cíclica com janela de potencial entre 0,0 e 1,2V. A resposta eletroquímica do

eletrodo proposto foi examinada em solução de ABS e comparada as respostas

do eletrodo GC, do eletrodo de GC modificado com PANI e do eletrodo GC

modificado com MWCNTs, e os resultados indicaram que o eletrodo PANI-

MWCNTs possui uma maior área efetiva. A oxidação de paracetamol sobre o

eletrodo proposto foi investigada por meio de voltamogramas cíclicos e a

resposta obtida foi comparada as obtidas com os demais eletrodos. Os

resultados mostraram um aumento na corrente de pico e um comportamento

reversível para paracetamol no eletrodo PANI-MWCNTs. Os autores estudaram

o efeito da concentração de anilina e MWCNTs, o efeito do pH e o efeito do

potencial e tempo de acumulação sobre a resposta do eletrodo. Alguns

parâmetros analíticos também foram avaliados, como a estabilidade de

resposta, a reprodutibilidade e a construção de curvas analíticas para

paracetamol empregando voltametria de onda quadrada, com regiões lineares

entre 1,0x10

-6

e 1,0x10

-4

mol L

-1

e entre 2,5x10

-4

e 2,0x10

-3

mol L

-1

e limite de

detecção de 2,5x10

-7

mol L

-1

. Para a determinação de paracetamol em

formulações farmacêuticas foram realizadas curvas de adição e recuperação e

obteve-se coeficiente de recuperação entre 94,6 e 104%.

Modificadores imobilizados na superfície de eletrodos também foram

explorados tanto para acumulação das espécies de interesse, como para

atividade eletrocatalítica. Em ambos os casos, o desempenho analítico do

eletrodo foi substancialmente melhorado, diminuindo o limite de detecção das

espécies em análise e/ou aumentando a seletividade para uma determinada

substância.

Para a determinação seletiva de dopamina Wang et al.

utilizou um

eletrodo GC modificado com SWCNTs e poli-(3-metiltiofeno) (P3MT) e

voltametria de pulso diferencial. O eletrodo (P3MT/GC) foi preparado pela

eletrodeposição de P3MT sobre o eletrodo GC por voltametria cíclica em

solução 0,1 mol L

-1

de 3-metiltiofenol, com janela de potencial entre 0,0 e 1,7 V.

Após esta etapa o eletrodo P3MT/GC foi recoberto com 5 µL de uma

suspensão de SWCNTs e Nafion, o sistema eletródico obtido foi denominado

Nafion/SWCNts/P3MT/GC. O comportamento voltamétrico de dopamina sobre

o eletrodo Nafion/SWCNts/P3MT/GC foi investigado e comparado ao

comportamento sobre os eletrodos Nafion/SWCNts/GC, P3MT/GC e GC. Os

resultados mostraram um aumento nas correntes de pico catódicas e anódicas

quando o eletrodo Nafion/SWCNts/P3MT/GC é utilizado, além de ocorrer um

deslocamento nos picos de oxidação e redução. Parâmetros como pH,

velocidade de varredura, quantidade da suspensão Nafion/SWCNTs e

interferentes foram estudados pelos autores a fim de avaliar o efeito destes

parâmetros sobre a resposta voltamétrica do eletrodo. Os autores também

avaliaram a reprodutibilidade e estabilidade de resposta e construíram curvas

analíticas para dopamina com regiões lineares entre 0,02 e 0,1X10

-6

mol L

-1

;

0,1 e 1,0x10

-6

mol L

-1

e 1,0 e 6,0x10

-6

mol L

-1

, com limite de detecção de

5,0x10

9 mol L

-1

. O método de curva de calibração foi empregado para a

determinação de dopamina em amostras de formulações farmacêuticas e soro

humano, e os resultados apresentaram coeficientes de recuperação entre 95 e

105%.

Utilizando um eletrodo GC modificado com CNTs e ácido cisteíco, Wang

et al.

determinaram nimesulida em amostras de formulações farmacêuticas e

soro humano. O eletrodo ácido cisteíco/CNTs/GC foi preparado recobrindo

inicialmente um eletrodo GC com 10 µL de suspensão 1,0.10

-1

mg mL

-1

CNTs em DMF. Após a secagem do solvente o eletrodo CNTs/GC foi imerso

em uma solução 2,5X10

-3

mol L

-1

de L-cisteína e 20 ciclos consecutivos foram

realizados por voltametria cíclica para a obtenção do sistema eletródico ácido

cisteíco/CNTs/GC. Alguns fatores experimentais foram estudados, como o

efeito do eletrólito suporte, do pH e o efeito do tempo e potencial de

acumulação para DPV. Os autores também construíram uma curva analítica

para nimesulida com faixa linear entre 1,0x10

-7

e 1,0x10

-5

mol L

-1

e limite de

detecção de 5,0x10

-8

mol L

-1

. Parâmetros analíticos como reprodutibilidade,

coeficiente de recuperação e interferentes também foram avaliados. Foram

realizadas curvas de adição e recuperação para a determinação de nimesulida

em amostras de soro humano e obteve-se coeficiente de recuperação entre

96,3 e 104,5%. Os resultados para a determinação de nimesulida em

formulações farmacêuticas apresentaram erros relativos em torno de 3,3%.

1.2.3- Biossensores à base de CNTs

O biossensor pode ser definido como a combinação de um elemento de

reconhecimento biológico (como por exemplo, enzima, célula, anticorpo, entre

outros) e um transdutor físico, em contato íntimo entre eles. O papel de um

transdutor é relacionar a concentração de um analito a uma propriedade

química ou física, que será seqüencialmente detectada, convertida em um sinal

elétrico/óptico, que é amplificado. Em geral, as medidas são feitas baseando-se

no consumo ou na produção de algum composto que participa de uma reação

bioquímica

Os biossensores têm sido desenvolvidos e aplicados às análises

clinicas, ambientais e de alimentos. Na atualidade, os biossensores

eletroquímicos têm sido amplamente explorados devido a sua simplicidade e

baixo custo e as enzimas são utilizadas como elementos de bio-

reconhecimento

O desenvolvimento de métodos empregando biossensores para o

monitoramento de analitos atrai muita atenção, devido às características e

vantagens como simplicidade e baixo custo de instrumentação, resposta rápida

e mínimo preparo de amostras. Exemplos deste tipo de trabalho, utilizando

eletrodos de CNTs, são apresentados a seguir.

Salimi et al.

desenvolveram um novo biossensor, para glicose,

preparado pela imobilização da enzima glicose oxidase (GOD) em compósito

sol-gel sobre a superfície de um eletrodo de grafite pirolitico basal plano (bppg)

modificado com MWCNTs. O comportamento eletroquímico do eletrodo

modificado foi estudado e comparado ao do eletrodo bppg não-modificado

utilizando voltametria cíclica em solução de peróxido de hidrogênio e os

resultados mostraram que os CNTs possuem excelente atividade

eletrocatalítica para a redução e oxidação de peróxido de hidrogênio liberado

na reação enzimática entre a enzima GOD e a glicose, permitindo a

determinação de glicose. O eletrodo também foi testado como detector

amperométrico de glicose em tampão fosfato pH 7,4. Uma curva analítica foi

obtida para o sistema com faixa de linearidade de 0,2 a 20x10

-3

mol L

-1

apresentando sensibilidade de 196 nA/mmol L

-1

. Algumas características do

eletrodo foram testadas, como a reprodutibilidade, a estabilidade, o tempo de

resposta e tempo de vida, indicando que o eletrodo proposto apresenta

propriedades adequadas para a determinação de glicose. Foram realizadas

curvas de adição e recuperação para a determinação de glicose em amostras

de soro humano e obteve-se um coeficiente de recuperação entre 95,6 e

103,0%.

Tang et al.

desenvolveram um novo biossensor amperometrico,

baseado na adsorção GOD sobre eletrodo de nanopartícula de platina

modificado com CNTs. Foram construídos eletrodos de grafite/CNTs, de

Pt/CNTs e GOD/PT/CNTs, sendo este último recoberto com filme de Nafion

(Nafion/GOD/Pt/CNTs). As morfologias e o comportamento eletroquímico dos

eletrodos grafite/CNTs, Pt/CNTs e Nafion/GOD/Pt/CNTs foram estudados por

microscopia eletrônica de varredura, voltametria cíclica e métodos

amperométricos. Algumas características do eletrodo Nafion/GOD/Pt/CNTs

foram testadas, como a reprodutibilidade e a estabilidade de resposta, além de

descreverem o efeito do pH, de interferentes e do potencial de oxidação na

resposta eletroquímica do eletrodo. Para a determinação amperomértrica de

glicose utilizando o eletrodo Nafion/GOD/Pt/CNTs foi construída uma curva

analítica, cuja faixa linear foi de 0,1 a 13,5X10

-3

mol L

-1

, tempo de resposta

menor que 5 s, densidade de corrente de 1,176 mA cm

-2

e sensibilidade de 91

mA mol

-1

L cm

-2

. Os resultados obtidos para a determinação de glicose em

plasma humano foram satisfatórios, com erro relativo de -3,33 a 4,19%.

Deo et al.

descreveram o uso de um biossensor de GC revestido com

de CNTs e hidrolase organofosforado (OPH) para a determinação dos

pesticidas organosfosforados paraoxion e metil paration. O biossensor GC-

OPH-CNTs foi preparado recobrindo inicialmente um eletrodo de GC com 20

µL de suspensão 5 mg mL

-1

de CNTs em uma mistura de Nafion e tampão

fosfato pH 7,4 (1:9, v/v). Após a secagem do solvente, a enzima OPH foi

imobilizada sobre a superfície do eletrodo por meio do recobrimento com 10 µL

de solução de OHP (50 IU mL

-1

) em Nafion. Os autores estudaram a detecção

anódica de p-nitrofenol e os resultados mostraram que o eletrodo GC-OPH-

CNT pode ser utilizado para a investigação do comportamento anódico de

outros compostos fenólicos. Parâmetros como a composição do filme e o

potencial para a determinação amperométrica foram estudados através de

voltamogramas hidrodinâmicos. Curvas analíticas para os pesticidas paraoxon

e metil paration foram construídas nas faixas de concentração de 4,0 a

10,0x10

-6

mol L

-1

e 2,0 a 10,0x10

-6

mol L

-1

, respectivamente.

Odaci et al.

desenvolveram um biossensor à base de CNTs e a enzima

piranose oxidase (POx) para a determinação de glicose em vinhos. O sistema

eletródico foi preparado pela mistura de CNTs, grafite, enzima piranose oxidase

e óleo mineral em diferentes proporções. Os autores estudaram o efeito da

quantidade de enzima como modificador e da quantidade de CNTs, o efeito do

pH e o efeito de temperatura sobre a resposta voltamétrica do biossensor.

Algumas características do biossensor CNTs/POx foram testadas, como a

repetibilidade e a estabilidade de resposta, além de construírem uma curva

analítica na faixa linear de 0,2x10

-3

a 30,0x10

-3

mol L

-1

. A determinação de

glicose em vinhos foi realizada utilizando o método proposto e os resultados

apresentaram coeficientes de recuperação entre 93 e 109%.

Du et al.

utilizaram um biossensor à base da enzima acetilcolinesterase

(AchE) imobilizada em compósito MWCNTs e quitosana (MC) sobre um

eletrodo GC para a determinação de inseticidas organofosforados. O sistema

eletródico AchE-MC/GCE foi preparado recobrindo o eletrodo GC com 2 µL de

suspensão de MWCNTs, quitosana e glutaraldeído Sobre este compósito

foram adicionados 4 µL de uma solução de AchE. O eletrodo foi caracterizado

por AFM. O comportamento eletroquímico do biossensor AchE-MC/GCE foi

estudado utilizando voltametria cíclica em solução cloreto de acetiltiocolina 0,4

mmol L

-1

em tampão fosfato pH 7,0. Os resultados mostraram um pico de

oxidação em 660 mV. Este pico corresponde ao processo de oxidação de

tiocolina, produto da hidrólise de acetiltiocolina, catalisada pela enzima AchE

imobilizada. Para a determinação do inseticida triazofos alguns fatores

experimentais foram estudados, como o efeito do tempo de incubação sobre a

inibição da atividade enzimática causa pelo inseticida. Curvas analíticas foram

obtidas para o sistema com faixas de linearidade de 0,03 a 7,8x10

-6

mol L

-1

de 7,8 a 32x10

-6

mol L

-1

, apresentando limite de detecção de 0,01x10

-6

mol L

-1

Utilizando o mesmo biossensor Du et al.

determinaram os inseticidas

organofosforados carbaril, malation, dimetoate e monocrotofos. Os

comportamentos eletroquímicos destes inseticidas sobre o biossensor AchE-

MC/GCE foram estudados em voltametria cíclica. Os resultados dos

voltamogramas cíclicos mostraram uma perda significativa na corrente de pico

com a adição destes inseticidas. Contudo, este decréscimo na corrente de pico

é diferente para cada pesticida, indicando que a inibição depende da interação

entre o pesticida e a enzima. Com base nestes resultados, os autores

compararam a sensibilidade do sistema eletródico para cada inseticida. Este

estudo mostrou uma maior sensibilidade para o pesticida carbaril, seguido de

malatiom, dimetoate e monocrotofos.

1.2.4- Considerações Finais

Durante a última década, o desenvolvomento de eletrodos à base de

CNTs mostrou um crescente interesse em eletroanalítica. Como já

mencionado, inúmeros são os métodos existentes para o preparo destes

eletrodos. No entanto, a escolha do método de preparo pode influenciar

significativamente na resposta analítica, sendo que a escolha adequada do

mesmo é de grande interesse para o bom desempenho dos eletrodos à base

de CNTs.

Pela revisão de literatura, de uma forma geral, é possível concluir que a

estratégia empregada no preparo de eletrodos à base de CNTs leva a

obtenção de resultados analíticos variados, sobre tudo do ponto de vista de

sensibilidade e limite de detecção. Estas diferenças encontradas em relação a

limite de detecção e sensibilidade é uma das motivações para o

desenvolvimento desta tese.

Outro parâmetro muito importante no desenvolvimento dos eletrodos à

base de CNTs é a origem e o método de preparo dos mesmos. Assim, a

grande variedade de CNTs encontrados comercialmente, com número de

paredes, diâmetros e quiralidade diferentes leva a uma dificuldade na

comparação das respostas analíticas obtidas. Considerando as referências

apresentadas nota-se que eletrodos preparados por estratégias semelhantes,

mas que utilizam CNTs de diferentes procedências pode levar a obtenção de

diferentes resultados analíticos. De modo geral, estas observações são mais

freqüentes em eletrodos preparados na forma de filme, visto que CNTs com

número de paredes, diâmetros e quiralidade distintos podem dispersar de

diveras maneiras, influenciando no filme de CNTs obtido.

Quando se trata de eletrodos na forma de pasta de CNTs, uma grande

variedade de trabalhos pode ser encontrada na literatura utilizando diversos

tipos de aglutinantes. O aglutinante (responsável pela consistência da pasta)

deve preencher os intersticios entre as partículas de CNTs e deve ser

eletroinativo, quimicamente inerte, imicivel com água (e outros solventes),

possuir baixa volatilidade e não conter impurezas. Sendo assim, o uso de

diferentes aglutinantes no preparo de eletrodos na forma de pasta dificulta a

comparação entre as inúmeras respostas analíticas encontradas na literatura.

Após a apresentação de CNTs ao meio científico em 1991, observou-se

uma grande quantidade de trabalhos referentes ao desenvolvimento de

eletrodos à base de CNTs, uma vez que esperava-se um grande aumento de

sensibilidade, atribuída tanto as propriedades eletrônicas quanto ao diâmetro

nanomêtrico (grande área superficial) dos CNTs. Contudo, pode-se concluir

com base no que foi relatado nesta revisão bibliográfica, que o emprego de

CNTs na confecção de eletrodos para determinações eletroanalíticas leva a um

pequeno aumento na sensibilidade e também a uma pequena diminuição nos

valores de limites de detecção. No entento, é possível concluir também, que os

CNTs apresentam propriedades eletrocatalíticas sobre a oxidação de inúmeros

compostos orgânicos, e assim é possível a determinação simultânea de

espéceis com estruturas semelhantes, ou seja, ocorre um ganho em relação à

seletividade de resposta. Estas propriedades eletrocatalíticas dos CNTs são

atribuídas a grupos funcionais contendo oxigênio, como grupos carboxílicos,

sobre a superfície dos mesmos.

Os CNTs também são muito utilizados no preparo de eletrodos

modificados, onde modificadores químicos são introduzidos na matriz do

eletrodo ou depositados sobre os mesmos. Muitos trabalhos foram encontrados

na literatura empregando-se enzimas como modificador químico. Estes

biossensores à base de CNTs apresentam vantagens em relação a tempo de

vida e imobilização enzimática. Isto porque os CNTs apresentam propriedades

adequadas, como alta área superficial, que podem favorecer a imobilização de

enzimas na matriz do biossensor, ou ainda pelos grupos funcionais presentes

nas superfícies dos CNTs, como grupos carboxílicos.

Com o grande volume de publicações muito se aprendeu sobre os

eletrodos à base de CNTs. Entretanto, as discussões apresentadas nesta

revisão mostram que o desenvolvimento de eletrodos à base de CNTs pode

crescer ainda mais, haja vistas que muitas questões necessitam de resposta,

principalmente com relação ao ganho de sensibilidade esperado para este

material.

1.3- Analitos de Interesse

1.3.1- Hidroquinona

A hidroquinona é um sólido cristalino branco, obtido primeiramente em

1820 por Pelletier e por Caventou pela destilação seca de ácido quinico

Atualmente é usada como agente redutor orgânico, especialmente em

reveladores fotográficos, na produção de inibidores de polimerização e

borrachas e nos antioxidantes de alimentos. A hidroquinona e alguns de seus

éteres são usados em cremes dermatológicos como despigmentadores e como

agentes inibidores do mecanismo de formação de melanina. Sua fórmula

molecular é C

, e sua fórmula estrutural se encontra representada na

Figura 1.4:

FIGURA 1.4 – Fórmula estrutural da hidroquinona.

São encontrados vários estudos na literatura sobre a determinação de

hidroquinona utilizando técnicas eletroanáliticas empregando eletrodos à base

de carbono

51,52

1.3.2- Paraquat

O paraquat (MV) (1,1-dimetil-4,4-bipiridina-dicloreto) é um herbicida

utilizado no controle de ervas daninhas em cultivos com chá, milho, soja e

frutas. Essa substância foi introduzida na década de 30, porém somente

começou a ser utilizado como indicador redox na década de 50. Suas

propriedades como herbicida foram avaliadas em 1958 e alguns anos depois

foi introduzido comercialmente

. O paraquat é extremamente tóxico, podendo

causar intoxicações fatais em humanos e animais, sendo sua determinação em

amostras, como águas naturais, de grande interesse nos dias atuais. Sua

fórmula molecular é C

e sua fórmula estrutural é apresentada na

Figura 1.5:

FIGURA 1.5 – Fórmula estrutural do paraquat.

1.3.3- Rutina e Quercetina

A rutina é um flavonol glicosídico pertencente a uma importante classe

de flavonóides, sendo extensamente encontrados na natureza. A rutina

apresenta uma importância terapêutica em virtude de determinar a

normalização da resistência e permeabilidade das paredes dos vasos

capilares, além de inibir o processo de formação de radicais livres em vários

estágios

. Sua fórmula molecular é C

, e sua fórmula estrutural se

encontra representada na Figura 1.6:

FIGURA 1.6 – Fórmula estrutural da rutina.

O mecanismo de oxidação desse flavonóide é observado na

Figura 1.7. Em uma única etapa, a molécula de rutina é eletroquimicamente

oxidada em um processo que envolve a oxidação 3’4’ dihidróxi substituído no

anel B.

FIGURA 1.7 – Mecanismo de oxidação da rutina.

A determinação analítica de rutina envolve diferentes técnicas como

espectrofotometria

e cromatografia

. Entretanto, nesta revisão, procurou-se

destacar alguns métodos eletroanalíticos, os quais tem maior relação com a

proposta deste trabalho, que envolvem eletrodos à base de carbono.

Um eletrodo de pasta de carbono modificado com poli (vinilpirrolidona)

(PVP) foi utilizado por Franzoi et al.

para a determinação de rutina em

formulações farmacêuticas. O eletrodo foi preparado misturando-se pó de

grafite, Nujol e PVP na proporção de 75:15:10% em massa. O PVP foi utilizado

como modificar por apresentar propriedades adsortivas sobre rutina.

Parâmetros experimentais foram otimizados pelos autores, como eletrólito

suporte, pH, velocidade de varredura e tempo de acumulação. Após a

otimização destes parâmetros foi obtida uma curva analítica para rutina

utilizando voltametria linear sweep com faixa linear de 3,9x10

-7

a 1,3x10

-5

mol L

e limite de detecção de 1,5x10

-7

mol L

-1

. Alguns fatores analíticos como

repetibilidade, reprodutibilidade e estudos de interferentes também foram

avaliados pelos autores. Foram realizadas curvas de adição e recuperação

para amostras de rutina e obteve-se coeficiente de recuperação entre 98,3 e

101,7%. A técnica de adição de padrão foi usada para a determinação rutina

em formulações farmacêuticas. Os resultados encontrados foram satisfatórios,

erro relativo entre 1,4 e 6,1%.

Utilizando um eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de ácido

poli glutâmico Santos et al.

determinaram rutina em formulações

farmacêuticas. Inicialmente os autores investigaram a incorporação

eletroquímica de rutina sobre o filme de ácido poli glutâmico por voltametria

cíclica. Os autores também compararam a resposta voltamétrica do eletrodo

proposto com a resposta obtida utilizando um eletrodo GC, e os resultados

mostraram um aumento significativo nas correntes de pico anódica e catódica.

Alguns fatores experimentais foram estudados utilizando voltametria cíclica,

como o efeito da velocidade de varredura e o efeito do pH. Uma curva analítica

para a rutina foi obtida utilizando voltametria de onda quadrada, com região

linear ente 7,0x10

-7

e 1,0x10

-5

mol L

-1

e limite de detecção de 3,4x10

-7

mol L

-1

Os resultados obtidos para a determinação de rutina em formulações

farmacêuticas apresentam coeficiente de recuperação entre 105 e 106,5%.

Fernandes et al.

desenvolveram um biossensor para rutina preparado

pela imobilização de lacase em quitosana crosslinked com tripolifosfato (TPP)

e um eletrodo de pasta de carbono. Para a construção do biossensor proposto

foram realizados estudos para verificar o efeito da concentração de lacase.

Parâmetros experimentais também foram otimizados, como o efeito do pH,

freqüência e amplitude de pulso para voltametria de onda quadrada. Após a

otimização das condições experimentais, foram obtidas curvas analíticas para

rutina com regiões lineares entre 5,99x10

-7

e 3,92x10

-6

mol L

-1

e entre 5,82x10

-6

e 1,31x10

-5

mol L

-1

, com limite de detecção de 6,23x10

-8

. Algumas

características do biossensor foram testadas, como a repetibilidade,

reprodutibilidade e a estabilidade indicando excelente imobilização de lacase

sobre quitosana crosslinked com TPP. Foram realizadas curvas de adição e

recuperação para a determinação de rutina em formulações farmacêuticas e

obteve-se coeficientes de recuperação entre 92 e 105%.

MALAGUTTI et al.

relataram o uso do eletrodo compósito à base de

poliuretana e grafite (GPU) para a determinação de rutina em chá verde por

voltametria de onda quadrada. O comportamento eletroquímico do eletrodo

compósito foi estudado e comparado ao eletrodo de carbono vítreo utilizando

voltametria cíclica em solução de rutina e os resultados mostraram um

aumento na corrente de pico ao utilizar o eletrodo compósito GPU. A influência

do pH sobre a resposta voltamétrica do eletrodo em soluções contendo rutina

também foi investigado. Parâmetros experimentais como freqüência, step e

amplitude foram otimizados. Os autores também construíram uma curva

analítica para a rutina, com faixa linear entre 1,1x10

-6

e 3,1x1

-6

mol L

-1

e limite

de detecção de 7,1x10

-9

mol L

-1

. Os resultados obtidos para a determinação de

rutina em chá verde utilizando o eletrodo compósito GPU concordaram com os

resultados obtidos com HPLC.

A quercetina é um flavonóide amplamente distribuído no reino vegetal.

Trata-se de um composto polifenólico presente naturalmente em vegetais

como, maçã, cebola, chá e em plantas medicinais como Ginkgo biloba,

Hypericum perforatum. A quercetina possui propriedades antioxidante. Tem

atividade cardiovascular, reduzindo o risco de morte por doenças das

coronárias e diminuindo a incidência de enfarte do miocárdio

. Sua fórmula

molecular é C

, e sua fórmula estrutural se encontra representada na

Figura 1.8:

FIGURA 1.8 – Fórmula estrutural da quercetina.

O mecanismo de oxidação da quercetina é observado na

Figura 1.9. Em uma primeira etapa, a molécula de quercetina é

eletroquimicamente oxidada em um processo que envolve a oxidação de 3’4’

dihidróxi substituído no anel B. Posteriormente, ocorre oxidação da hidroxila

substituída no anel C.

FIGURA 1.9 – Mecanismo de oxidação da quercetina.

São encontrados vários estudos na literatura sobre a determinação de

quercetina, envolvendo diferentes técnicas. Entretanto, nesta revisão,

destacam-se, a seguir, os métodos eletroanalíticos, os quais tem maior relação

com a proposta deste trabalho que envolve eletrodos à base de carbono.

A determinação de quercetina na presença de ácido ascórbico foi

realizada com auxílio da técnica de voltametria de onda quadrada por Xu e

Kim

utilizando um eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de CNTs.

O comportamento eletroquímico de quercetina sobre o eletrodo de carbono

vítreo modificado com CNTs foi estudado e comparado ao comportamento em

GC em voltametria cíclica e DPV. Os resultados dos voltamogramas cíclicos

mostraram um ganho significativo na corrente de pico com a utilização do

eletrodo GC modificado com CNTs. O efeito do pH sobre a resposta

voltamétrica do eletrodo foi estudado pelos autores. Alguns parâmetros

analíticos também foram avaliados, como o efeito de interferentes. Uma curva

analítica foi obtida para quercetina na presença de ácido ascórbico, com faixa

de concentração de 0,02x10

-6

a 1,8x10

-6

mol L

-1

. Para a determinação seletiva

de quercetina foi utilizado o método de adição de padrão e os resultados

mostraram que o método proposto pode ser utilizado para a determinação de

quercetina.

Um eletrodo de carbono vítreo modificado com CNTs e os monômeros

sucinoglicam foi utilizado por Jin et al.

para a determinação de quercetina.

Voltamogramas cíclicos foram realizados em solução quercetina para avaliar a

resposta voltamétrica do eletrodo. Os resultados mostraram que ocorre um

aumento de corrente em relação às respostas obtidas utilizando eletrodos de

carbono vítreo convencionais. Para a determinação de quercetina foi obtida

uma curva analítica utilizando voltametria de onda quadrada com região linear

entre 2,36 e 59x10

-6

mol L

-1

O comportamento voltamétrico de quercetina sobre um eletrodo de pasta

de carbono foi investigado por Farglaly

. O eletrodo foi preparado pela mistura

de pó de grafite e parafina na proporção de 85:15% m/m. O comportamento

eletroquímico de quercetina sobre o eletrodo de pasta de carbono foi estudado

em voltametria cíclica. Alguns fatores experimentais foram estudados, como o

efeito do eletrólito suporte, o efeito do pH, o efeito do potencial e tempo de

acumulação para voltametria de onda quadrada, o efeito de interferntes e a

construção de curva analítica para a quercetina. A faixa linear para a curva

analítica foi de 67,66 e 338,3 ppb com limite de detecção de 6,77 ppb. O

método de adição de padrão foi utilizado para a determinação de quercetina

em amostras de urina e os resultados obtidos apresentaram coeficiente de

recuperação de 99,9 ± 0,5%.

Utilizando um eletrodo de pasta de nanotubos de carbono e voltametria

cíclica com pré-concentração XIAO et al.

determinaram o flavanóide

quercetina. O eletrodo de pasta de CNTs foi preparado pela mistura de CNTs e

parafina na proporção de 7/3 (m/m). Parâmetros como pH, velocidade de

varredura, eletrólito suporte, potencial e tempo de acumulação e interferentes

foram estudados pelos autores a fim de avaliar o efeito destes parâmetros

sobre a resposta voltamétrica do eletrodo. Após a otimização dos parâmetros

experimentais, uma curva analítica foi obtida com regiões lineares entre

2,0x10

-9

a 1,0x10

-7

mol L

-1

e 1,0x0

-7

a 2,0x10

-5

mol L

-1

. Algumas características

do eletrodo foram testadas como a reprodutibilidade e a regeneração indicando

que o eletrodo proposto apresenta propriedades adequadas para a

determinação de quercetina. O método de adição de padrão foi utilizado para a

determinação de quercetina em rutina hidrolisada e os resultados

apresentaram coeficiente de recuperação entre 99,2 e 102,6%.

Os eletrodos à base de nanotubos de carbono têm sido utilizados na

determinação de rutina e de quercetina, como se observa a seguir:

Lin et al.

empregaram um eletrodo de pasta de CNTs na determinação

simultânea de quercetina e rutina. As respostas eletroquímicas características

desse eletrodo foram examinadas e comparadas às do eletrodo de carbono

vítreo em solução de rutina, solução de quercetina e solução da mistura

quercetina e rutina em tampão Britton-Robinson pH 7,0. Os resultados mostram

que ocorre um decréscimo nos potenciais de oxidação da rutina e da

quercetina quando utilizado o eletrodo de pasta de CNTs. Foi observado

também resposta voltamétrica para a mistura quercetina e rutina quando

utilizado o eletrodo de pasta de CNTs. Os autores também estudaram o efeito

do pH e do tempo de pré-concentração na resposta eletroquímica do eletrodo.

Algumas características do eletrodo foram testadas, como a reprodutibilidade,

repetibilidade e o efeito de interferentes como ácido cítrico e ácido ascórbico.

Uma curva analítica foi obtida para quercetina na presença de 10,0x10

-6

mol L

-1

de rutina na faixa de concentração de 0,05x10

-6

a 5,0x10

-6

mol L

-1

. Também foi

obtida uma curava analítica para rutina na presença de quercetina com região

linear de 0,1x10

-6

a 10,0x10

-6

mol L

-1

. O limite de detecção para a quercetina foi

de 2,0x10

-8

mol L

-1

e de 4,0x10

-8

mol L

-1

para a rutina. O eletrodo foi empregado

para a determinação de quercetina e rutina em soro de sangue humano e

urina.

Xu et al

discutem o uso de um eletrodo compósito à base de CNTs e

polistireno para a determinação de rutina e quercetina em plantas medicinais

utilizando eletroforese capilar. Os resultados obtidos utilizando o eletrodo

compósito à base de CNTs foram comparados aos obtidos utilizando um

eletrodo compósito à base de grafite. Os resultados mostraram uma maior

separação dos picos dos flavonóides e também uma maior corrente. Os

autores também estudaram fatores analíticos como estabilidade de resposta e

construíram curvas analíticas para os flavonóides com região linear entre

1,0x10

-6

e 1,0x10

-3

mol L

-1

. A determinação de rutina e quercetina em plantas

medicinais apresentaram desvio padrão entre 2,4 e 3,7%.

Os trabalhos acima representam alguns exemplos recentes do uso de

técnicas eletroanalíticas para a determinação de rutina e quercetina. A

literatura, entretanto, trás mais informações, porém estenderiam

demasiadamente esta introdução.

1.3.4- Clorfenvinfos

O clorfenvinfos é um carrapaticida da classe dos organosfosforados.

Tais compostos contêm carbono e fósforo, sendo geralmente obtidos por meio

de sais orgânicos e de ácido fosfórico. São extremamente tóxicos, sendo fatais

na proporção de alguns miligramas. Estas substâncias reagem com as enzimas

que possuem resíduos do aminoácido serina (enzimas de serina) no sítio ativo,

entre elas a acetilcolinesterase, que decompõe a acetilcolina após a

transmissão do impulso nervoso de um neurônio a outro. Ao ser decomposta, a

acetilcolinesterase não pode mais decompor a acetilcolina, que se acumula nos

receptores sinápticos, impedindo as transmissões nervosas que acarretam a

morte por falência dos órgãos

. Por serem amplamente utilizados na

agropecuária, o desenvolvimento de técnicas para a detecção de clorfenvinfos

vem atraindo a atenção de vários grupos de pesquisa. Sua fórmula molecular é

P e sua fórmula estrutural é apresentada abaixo:

FIGURA 1.10 – Fórmula estrutural do clorfenvinfos.

A análise de pequenas quantidades de clorfenvinfos é de grande

importância do ponto de vista ambiental e de saúde. No entanto, não são

encontrados na literatura muitos trabalhos envolvendo sua determinação e

técnicas eletroanalíticas. O único exemplo deste tipo de determinação é o

trabalho realizado por Sreedhar et al.

que relataram o uso de um eletrodo

gotejante de mercúrio para a determinação de dicrotofos, crotoxifos e

clorfenvinfos em formulações e amostras de grama ou solo. Os

comportamentos voltamétricos destes pesticidas foram estudados utilizando

voltametria de pulso diferencial. Os autores também analisaram o efeito do pH

sobre a resposta do eletrodo. Os resultados obtidos para a determinação

destes pesticidas apresentaram coeficientes de recuperação entre 96,33 e

99,67%.

1.4 - Objetivos do Presente Trabalho

Este trabalho teve por objetivo principal desenvolver eletrodos à base de

nanotubos de carbono, que apresentam propriedades eletrônicas, químicas e

mecânicas, adequadas para aplicações em eletroanalítica.

De modo específico os objetivos eram preparar eletrodos à base de

CNTs em diferentes formas, caracterizar eletroquimicamente, bem como

verificar a influência do modo de preparo na resposta eletroanalítica. Para tanto

foram preparados eletrodos de carbono vítreo modificado com filme de CNTs,

eletrodos de pasta de CNTs/Grafite em diferentes composições e eletrodos de

pasta de CNTs. Estes eletrodos foram aplicados em determinações analíticas

de substâncias de interesse farmacalógico e/ou biológico tais como flavonóides

e de interesse ambiental, como pesticidas.

Em outra etapa do trabalho havia o objetivo de introduzir modificadores

químicos na matriz do eletrodo para melhorar a sensibilidade e seletividade de

resposta. Neste caso, os eletrodos modificados também foram aplicados em

amostras de interesse farmacológico, biológico e ambiental.

De maneira mais abrangente, predentia-se associar as respostas

analíticas encontradas com as características físicas e morfológicas por meio

de espectroscopia de impedância eletroquímica e microscopia eletrônica de

varredura.

CAPÍTULO 2

PARTE EXPERIMENTAL

Neste capítulo, será apresentada toda a parte experimental, incluindo a

construção dos eletrodos, os reagentes e os equipamentos utilizados durante a

realização deste trabalho.

2.1- Reagentes e Soluções

Todos os reagentes utilizados neste trabalho foram de grau analítico

(P.A.) e usados sem purificação prévia. A água usada no preparo das soluções

foi purificada por um sistema de osmose reversa marca Gehaka modelo OS20

LX FARMA.

Nanotubos de carbono de paredes múltiplas, com pureza em torno de

90%, procedentes de SUN NANOTECH Co Ltda.e Schenzhen Nanotech Port

Co. Ltd. (Schenzhen, China) com diâmetros que variam de 20 a 40 nm foram

utilizados no preparo dos eletrodos à base de CNTs.

2.1.1- Soluções Tampão

A solução tampão acetato 0,1 mol L

-1

, pH 4,0, foi preparada com 1,38 g

de acetato de sódio (Merck) e 0,28 mL de acido acético (Mallinckrodt),

completando-se o volume para 100 mL.

A solução tampão fosfato 70 mmol L

-1

, pH 7,1, foi preparada

dissolvendo-se 15,95 g de fosfato dibásico de sódio (Merck) e 3,823 g de

fosfato monobásico de sódio (Mallinckrodt) em água, ajustando-se o volume

final para 2 L.

Para a solução tampão amônio 0,1 mol L

-1

com pH 11 foi utilizado 17,5 g

de cloreto de amônio (Merck) e 142 mL de hidróxido de amônio (Merck) 28%,

ajustando-se o volume para 250 mL.

2.1.2- Solução de Ferricianeto de Potássio

Pesou-se 0,165 g de K

[Fe(CN)

] (Merck) e 3,728 g de KCl (Merck) que

foram dissolvidos em 100 mL de água para preparar uma solução 5,0 mmol L

-1

e 0,5 mol L

-1

, respectivamente.

2.1.3- Soluções Padrão

A solução de hidroquinona (Vetec) 5,0x10

-3

mol L

-1

foi preparada

adicionando-se 0,0550 g do composto em tampão acetato pH 4,0 e diluída para

100 mL.

Uma solução padrão de paraquat (Aldrich) com concentração de

5,0x10

-3

mol L

-1

foi preparada em meio de sulfato de sódio 0,1 mol L

-1

A solução de rutina (Aldrich) 1,0x10

-3

mol L

-1

foi preparada adicionando-

se 0,0061 g do composto em uma solução 50% (v/v) de tampão fosfato pH 7,1

e etanol e diluída em um balão volumétrico para 10 mL.

Foram dissolvidos 0,0033 g de quercetina (Aldrich) em 10mL de etanol

para preparar uma solução 1,0x10

-3

mol L

-1

. Em seguida uma alíquota de 1,25

mL desta solução foi diluída em 25 mL de tampão fosfato pH 7,1 e a

concentração obtida foi de 5,0x10

-5

mol L

-1

Para os experimentos realizados com o biossensor à base de CNTs e a

enzima acetilcolinesterase (AchE), soluções contendo diferentes concentrações

do substrato iodeto de acetiltiocolina foram preparadas a partir de uma solução

estoque de 1,2x10

-2

mol L

-1

Foram dissolvidos 0,0072 g de clorfenvinfos (Aldrich) em 10mL de

metanol para preparar uma solução 2,0x10

-3

mol L

-1

. Em seguida uma alíquota

de 500 µL desta solução foi diluída em 10 mL de tampão fosfato pH 7,1 e a

concentração obtida foi de 1,0x10

-4

mol L

-1

2.1.4- Preparo das Amostras Analisadas

Determinou-se hidroquinona em amostra de revelador fotográfico. Foram

pesados 0,0220 g do revelador, que foram dissolvidos em 100 mL de uma

solução tampão acetato pH 4,0 para a preparação da solução 1,0x10

-4

mol L

-1

a qual foi usada como solução estoque.

A rutina foi analisada em amostra de formulações farmacêuticas. A

solução foi preparada dissolvendo-se 152,0 µL do medicamento em 10,0 mL de

etanol. Após esta etapa, uma alíquota de 500 µL foi diluída em um balão

volumétrico de 50 mL com solução tampão fosfato pH 7,1, obtendo-se assim

uma solução com concentração final igual a 5,0x10

-6

mol L

-1

, de acordo com o

rótulo. Como amostra de quercetina foi utilizado suco de maçã industrializado.

A solução foi preparada dissolvendo-se 500,0 µL do suco em 25,0 mL de

tampão fosfato pH 7,1.

Como amostra de clorfenvinfos foi utilizado carrapaticida comercial. A

solução foi preparada dissolvendo 52,0 µL do carrapaticida em 10,0 ml de

metanol. Após esta etapa, uma alíquota de 12,5 µL foi diluída em um balão

volumétrico de 10 mL com solução tampão fosfato pH 7,1.

2.2- Equipamentos

Os experimentos voltamétricos foram realizados em um

potenciostato/galvanostato Autolab modelo PGSTAT20, acoplado a um

microcomputador e controlado pelo software GPES 5.8. Todas as medidas

foram realizadas a temperatura ambiente, com exceção das medidas utilizando

o biossensor CNTs (T=37°C).

As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram

realizadas em um equipamento Zeiss DSM 940-A, operado a 5kV em

diferentes magnificações. Foram realizadas também análises microscópicas

(FEG) utilizando um microscópio FEG-VP Zeiss Supra 35.

Todas as medidas espectrofotométricas foram feitas em um

espectrofotômetro NIR Cary modelo 5G acoplado a um microcomputador e

controlado pelo software Cary Win UV contendo uma cela de quartzo com

caminho ótico de 1 cm.

2.3- Células e Eletrodos

Todas as medidas voltamétricas foram feitas em uma célula de vidro de

3 eletrodos, com capacidade para 25,0 mL. O eletrodo auxiliar era um fio de Pt,

o eletrodo de referência era de Ag

/AgCl e diferentes eletrodos à base de CNTs

foram utilizados como eletrodos de trabalho. Os procedimentos de construção,

tratamento e caracterização dos eletrodos de trabalho são descritos na sessão

2.4. Uma representação da célula voltamétrica pode ser vista na Figura 2.1.

FIGURA 2.1 – Representação esquemática da célula voltamétrica.

2.4- Confecção dos Eletrodos de Trabalho

Os eletrodos de CNTs foram preparados nas formas de pasta e de filme

sobre eletrodo de GC. As respostas voltametricas obtidas utilizando um par

redox conhecido (ferro/ferricianeto) e hidroquinona foram comparadas a fim de

verificar a melhor estratégia para o preparo de eletrodos à base de CNTs.

2.4.1- Eletrodos de Pasta de CNTs/Grafite e de CNTs

Os eletrodos de pasta de CNTs/Grafite e CNTs puros foram construídos

dentro de um capilar de vidro de diâmetro interno de 1,2 mm e externo de 8

mm. O contato foi feito por meio de um fio de latão fixado dentro do capilar.

Os eletrodos de pasta de CNTs foram preparados pela mistura de

quantidades apropriadas de CNTs e óleo mineral (Nujol) de modo a obter a

proporção de CNTs desejada (40-70%, m/m). As pastas foram

homogeneizadas com o auxílio de um almofariz e um pistilo de ágata e então

prensadas na ponta do eletrodo. A superfície exposta foi polida antes de cada

medida.

Foram preparados quatro eletrodos de pasta de CNTs/Grafite variando

as proporções, em massa, de carbono grafite (CG) (ALDRICH) e nanotubos de

carbono (CNTs) conforme Tabela 2.1. Os CNTs e o Grafite foram misturados

ao óleo mineral de modo a obter a proporção de 40 e 60% m/m de carbono

Uma representação do eletrodo pode ser vista na Figura 2.2.

Tabela 2.1 – Proporções em massa de carbono grafite e nanotubos de carbono

para a confecção dos eletrodos de trabalho

Eletrodo Composição

1 90 % CG + 10 % CNTs

2 10 % CG + 90 % CNTs

3 50 % CG + 50 % CNTs

4 100 % CG

FIGURA 2.2 – Representação esquemática do eletrodo de pasta de CNTs.

2.4.2- Eletrodos de Carbono Vítreo Recoberto com Filme de

CNTs

Os eletrodos de filme de CNTs foram preparados recobrindo uma

superfícia de carbono vítreo (GC) com diâmetro de 3 mm com 20 µL de

suspensão de nanotubos de carbono e N,N-dimetilformamida (DMF) 1 mg mL

-1

O eletrodo foi armazenado em um dessecador para a evaporação do solvente.

A seguir o contato elétrico foi estabelecido conectando-se um fio de cobre ao

eletrodo com auxílio de um jacaré.

2.4.3- Eletrodo de Pasta de CNTs Modificado com

Micropartículas de Cobre

O eletrodo de pasta de CNTs modificado com micropartículas de cobre

foi construído dentro de um capilar de vidro de diâmetro interno de 1,2 mm. O

contato foi feito por meio de um fio de latão fixado dentro do capilar. Foram

preparados três eletrodos de pasta variando as proporções, em massa, de

micropartículas de cobre (Cu,) com pureza em torno de 90%, procedentes da

Acros Organics com diâmetro médio de 45 µm e nanotubos de carbono

(CNTs)

conforme Tabela 2.2.

Tabela 2.2 – Proporções em massa de micropartículas de cobre e nanotubos

de carbono para a confecção dos eletrodos de trabalho

Eletrodo Composição

1 6 % Cu + 54 % CNTs + 40% de óleo mineral

2 10 % Cu + 50 % CNTs + 40% de óleo mineral

3 18 % Cu + 42 % CNTs + 40% de óleo mineral

2.4.4- Biossensor à base de CNTs e Enzima Acetilcolinesterase

O preparo do biossensor CNTs-AChE foi realizado utilizando uma massa

de 0,050 g de pasta de CNTs (60%, m/m) e 6,75 mg da enzima AchE 250 U. A

proporção de enzima/pasta (39,4 U g

-1

) foi estudada por Dragunski

. A mistura

foi homogeneizada e inserida em tubos de vidro com 1,2 mm de diâmetro

interno e o contato elétrico foi estabelecido conectando-se um fio de latão ao

material ainda não curado, com auxilio de epóxi de prata (EPO-TEK 410E,

Epoxy Technology).

2.5- Estudos Voltamétricos

A caracterização eletroquímica dos eletrodos de pasta de CNTs/Grafite e

CG/filme de CNTs foi obtida por VC em meio de ferricaneto de potássio.

Nesses estudos o potencial foi variado entre -150 e 650 mV e a velocidade de

varredura de potenciais de 10 a 500 mV s

-1

Alguns estudos de voltametria cíclica para avaliar o intervalo útil de

potenciais para os eletrodos de pasta de CNTs puros, contendo 60% (m/m) de

CNTs foram realizados em diferentes pH e eletrólitos: H

0,1 mol L

-1

;

tampão acetato; tampão fosfato; solução; tampão amônio e NaOH 0,1 mol L

-1

As curvas de voltametria de pulso diferencial foram obtidas para as

soluções de hidroquinona, paraquat, rutina e quercetina, sendo o intervalo de

potencial e o tipo de eletrodo utilizado escolhido de acordo com cada analito

avaliado. Nestes experimentos, inicialmente, foi avaliada as condições

experimentais em que se tinha a melhor resposta para cada analito. Na

otimização das condições experimentais foi variada a velocidade de varredura

(10 a 100 mV s

-1

) e a amplitude de pulso (10 a 100 mV).

Todos os experimentos voltamétricos foram realizados sem desaeração

das soluções, exceto as medidas realizadas com solução de paraquat.

2.6- Determinação da Área Efetiva dos Eletrodos

As áreas efetivas dos eletrodos foram estimadas por meio de

experimentos cronocoulométricos utilizando solução 5,0 mmol L

-1

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

e aplicada a equação de Cottrell

2.7- Parâmetros Otimizados na Construção do Biossensor

CNTs- AchE

Estudos para a otimização de parâmetros na construção do biossensor

CNTs-AchE foram realizados utilizando voltametria de onda quadrada.

Inicialmente foi estudado o comportamento eletroquímico do substrato de

AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

em um eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m). Após

esta etapa foi adicionada à célula eletroquímica 2,0 U da enzima acetiltiocolina

para a avaliação do potencial de oxidação de tiocolina (produto da reação

enzimática entre AcSChI e a enzima AchE).

A avaliação da ação enzimática foi realizada por cronoamperometria

aplicando diferentes potenciais (250, 300, 350, 400, 450, 500 e 620 mV). Nesta

etapa também foram avaliados o tempo de reação enzimática e o e o potencial

de oxidação de tiocolina (0, 100, 200, 250, 300 e 350).

Cronoamperogramas foram obtidos em diferentes concentrações de

AcSChI (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 3,0 mmol L

-1

) para avaliar a melhor concentração

do substrato.

A inibição enzimática causada pelo pesticida clorfenvinfos 1,0x10

-4

mol

-1

em tampão fosfato pH 7,1 foi estudada variando-se o tempo de incubação

do biossensor CNTs-AChE (0, 2, 5, 8, 10, 15 e 20 minutos).

2.8- Obtenção das Curvas Analíticas

As curvas analíticas foram obtidas por voltametria diferencial de pulso,

exceto para o clorfenvinfos, na velocidade de varredura e amplitude de pulso

previamente otimizados e por adições sucessivas do analito. As medidas foram

realizadas com renovação da superfície do eletrodo no caso do uso de

eletrodos do tipo pasta.

A curva analítica para o clorfenvinfos foi obtida com o uso o biossensor

CNTs-AchE nas condições otimizadas de potencial, tempo de incubação e

concentração do substrato AcSChI.

Inicialmente foi obtida uma curva cronoamperogramétrica para uma

solução de 3,0 mmol L

-1

de AcSChI em tampão fosfato pH 7. Após esta etapa o

biossensor foi imerso em soluções contendo diferentes concentrações de

clorfenvinfos e o mesmo foi posteriormente transferido para a célula

eletroquímica contendo a solução do substrato AcSChI e realizou-se as

medidas croamperométricas para determinar a inibição provocada nas

correntes limites de difusão, relacionadas com a oxidação da tiocolina. A partir

dos cronoamperogramas medidos em cada concentração, determinou-se a %

de inibição e uma curva analítica de % de inibição em função da concentração

de clorfenvinfos foi obtida.

2.9- Avaliações Analíticas dos Eletrodos à Base de CNTs

2.9.1- Determinação de Hidroquinona em Reveladores

Fotográficos

Para a determinação de hidroquinona na amostra de revelador

fotográfico, foram realizadas curvas de adição de padrão e a técnica de

voltametria de pulso diferencial. A concentração de hidroquinona inicial foi

ajustada para aproximadamente 4,0x10

-4

mol L

-1

, segundo informações do

rótulo, e foram realizadas três adições sucessivas de 100 µL de solução padrão

8,0x10

-2

mol L

-1

de hidroquinona. Para cada adição três voltamogramas de

pulso diferencial foram obtidos. Por meio da média das correntes de pico

encontradas, obteve-se um gráfico de concentração hidroquinona em função

de i

. Este procedimento de adição de padrão foi feito em duplicata.

2.9.2- Determinação de Rutina em Formulações Farmacêuticas

A determinação de rutina em formulações farmacêuticas

foi realizada

utilizando o mesmo procedimento descrito para hidroquinona sendo que a

concentração inicial de rutina foi de 5,0x10

-6

mol L

-1

e três adições de 400 µL da

solução 2,5x10

-4

mol L

-1

de rutina foram realizadas.

Para efeito de comparação a rutina também foi determinada utilizando o

método padrão AOAC

. Este método constitui em realizar as medidas de

absorvância de rutina diretamente em 352,5 nm. A concentração de rutina

inicial foi de 5,0x10

-4

mol L

-1

, e foram realizadas três adições sucessivas de 20

µL de solução padrão 7,5x10

-4

mol L

-1

rutina.

2.9.3- Determinação de Quercetina em Amostra de Suco de

Maçã

Nesse caso também foi utilizado o método de adição de padrão.

Inicialmente 500 µL de suco foram diluídos em 25 mL de tampão fosfato pH 7,1

e em seguida foram realizadas três adições de 400 µL de solução contendo

4,0x10

-4

mol L

-1

de quercetina sendo determinada a corrente de pico obtida na

voltametria de pulso diferencial.

Para que se pudesse efetuar uma validação dos resultados obtidos pela

técnica de voltametria de pulso diferencial foi utilizada espectroscopia de

absorção UV-Vísivel na determinação da quercetina no suco de maçã. Este

método constitui em realizar as medidas de absorvância de quercetina

diretamente em 368 nm. Foram adicionadas a cubeta 3,0 mL da amostra

diluída no método eletroquímico e após esta etapa foram realizadas três

adições sucessivas de 24 µL de uma solução contendo 1,0x10

-3

mol L

-1

quercetina.

2.9.4- Efeito de Interferentes sobre a Determinação de

Quercetina

Para avaliar uma possível interferência de ácido cítrico sobre a

determinação de quercetina foram realizadas curvas de adição e recuperação

fixando a concentração de quercetina em 1,956x10

-6

mol L

-1

e variando a

concentração de ácido cítrico em até 100 vezes a concentração de quercetina.

2.9.5- Determinação de Clorfenvinfos em Amostra de

Carrapaticida

A determinação de clorfenvinfos em carrapaticida

foi realizada utilizando

o método de adição de padrão e o biossensor CNTs-AchE. Inicialmente 52 µL

de carrapaticida foram diluídos em 10 mL metanol e em seguida 12,5 µL desta

solução foram diluídas em 10 mL de tampão fosfato pH 7,1. Após esta etapa

foram realizadas três adições de 100 µL de solução contendo 2,5x10

-4

mol L

-1

de clorfenvinfos sendo determinada a inibição enzimática utilizando o mesmo

procedimento descrito para curva analítica.

Para que se pudesse efetuar uma validação dos resultados obtidos com

o biossensor CNTs-AchE foi utilizada espectroscopia de absorção UV-Vísivel

na determinação clorfenvinfos. Este método constitui em realizar as medidas

de absorvância de clorfenvinfos diretamente em 245 nm. Foram adicionadas a

cubeta 3,0 mL da amostra diluída no método eletroquímico e após esta etapa

foram realizadas três adições sucessivas de 24 µL de uma solução contendo

1,0x10

-3

mol L

-1

de clorfenvinfos.

2.10- Espectroscopia de Impedância Eletroquímica

As medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foram

executadas utilizando-se um potenciostato/galvanostato AUTOLAB

(GPES/FRA) da ECO CHEMIE modelo PGSTAT20 para os eletrodos de pasta

de CNTs 60% (CNTs, m/m), pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) e biossensor

CNTs-AchE em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

. As

medidas foram realizadas no potencial de circuito aberto, sendo polarizados

por um período de 300 s realizando-se as medidas em um intervalo de

freqüência de 10 mHz < f < 10 kHz com uma amplitude de 10 mV.

Utilizou-se o software ZView 2.6 para o ajuste dos espectros de

impedância eletroquímica, e obtenção dos valores dos respectivos elementos

de circuito.

CAPÍTULO 3

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS ELETRODOS À BASE

DE CNTs

Diferentes estratégias podem ser empregadas no preparo de eletrodos à

base de nanotubos de carbono, sendo que o modo de preparo do material

eletródico é considerado um parâmetro critico na obtenção e na qualidade da

resposta voltamétrica. Desta forma decidiu-se construir diferentes eletrodos à

base de CNTS como os de pasta de CNTs e os eletrodos de carbono vítreo

recoberto com filme de CNTs e o comportamento eletroquímico destes foi

avaliado em um par redox conhecido (ferro/ferricianeto). Após esta etapa foram

realizados estudos utilizando hidroquinona a fim de investigar uma possível

aplicação analítica destes eletrodos.

3.1- Eletrodos de Pasta de CNTs/Grafite

3.1.1- Efeito da Composição da Pasta de CNTs/Grafite

A composição da pasta nos eletrodos do tipo pasta de carbono é um

fator importante na resposta voltamétrica obtida e, assim, foi feito um estudo

para avaliar o efeito da composição do eletrodo no seu comportamento

voltamétrico.

Segundo Trijueque

72,73

as partículas de grafite se comportariam como

um multimicroeletrodo, ao estabelecer contato físico. Seguindo a teoria de

percolação os autores estabeleceram que 62% de grafite seria a composição

ótima para sistemas compósitos à base de grafite. Assim, optou-se por

preparar eletrodo de pasta de CNTs e grafite com quantidade total de condutor

correspondente a 60% em massa.

Os eletrodos de pasta de CNTs/Grafite preparados em diferentes

composições contendo de 10-90% m/m de CNTs foram avaliados por

voltametria cíclica em solução de K

[Fe(CN)

] 5,0 mmol L

-1

em KCl 0,5 mol L

-1

comparados com a resposta de um eletrodo de pasta de carbono não

modificado. Na Figura 3.1 apresenta-se um resultado típico obtido.

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

-15

-10

-5

I / µA

E / V

Eletrodo:

10% CNTs

90% CNTs

50% CNTs

pasta de carbono

FIGURA 3.1- Voltamogramas cíclicos obtidos com os eletrodos de pasta de

CNTs/Grafite em diferentes proporções, usando uma solução de

[Fe(CN)

]=5 mmol L

-1

em KCl 0,5 mol L

-1

, ν =25 mV s

-1

Na Figura 3.1 observa-se o comportamento típico do par redox ferro/ferri

para todos os eletrodos avaliados com pequenas diferenças entre as curvas. O

eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) apresenta uma maior

corrente de pico e uma maior reversibilidade, observada pela menor separação

entre o pico catódico e anódico e estes são parâmetros importantes para a

aplicação destes eletrodos em eletroanalítica, pois melhora a sensibilidade e

indica que a reação de transferência de carga é mais rápida. Nas outras

composições não se observa nenhum ganho significativo com a adição dos

CNTs ao grafite.

3.1.2- Microscopia Eletrônica de Varredura

A morfologia dos eletrodos de pasta de CNTs/Grafite e de carbono puro

foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura e as micrografias obtidas

após abrasão com lixa d’água 600, são apresentadas na Figura 3.2.

Observa-se que não é possível detectar uma variação significativa na

morfologia dos eletrodos com o aumento do conteúdo de CNTs em

comparação ao eletrodo de pasta de carbono. Entretanto, pode-se diferenciar

uma pequena variação no tamanho dos aglomerados. Para a composição de

10% (CNTs, m/m) a superfície apresenta-se ainda muito semelhante à

superfície observada para o eletrodo de pasta de carbono. Nas composições

de 50 e 90% (CNTs, m/m) as superfícies mostram-se um pouco mais rugosas,

apesar do polimento. Em todos os casos tem-se uma superfície homogênea.

FIGURA 3.2 – Micrografias dos eletrodos (a) 10%, (b) 90%, (c) 50% e (d) pasta

de carbono. Aumento 1000 x.

( b )

( c ) ( d )

( a ) ( b )( b )

( c )( c ) ( d )( d )

( a )( a )

3.1.3- Estimativa da Área dos Eletrodos de Pasta CNTs/Grafite

As áreas efetivas dos eletrodos de pasta de CNTs/Grafite foram

determinadas utilizando-se cronocoulometria em solução 5,0 mmol L

-1

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

, aplicando um pulso de potencial de 0,4 a 0 V,

com duração de 1 segundo.

No uso de cronocoulometria para estimar a área efetiva dos eletrodos

usou-se a forma integrada da Equação de Cottrell

(Equação 3.1):

sendo,

q - carga determinada (C)

A - área (cm

)

F -constante de Faraday (96487 eq

-1

)

C- concentração do reagente na solução (mol cm

-3

)

D – coeficiente de difusão de [Fe(CN)

]

(7,6.10

-6

-1

)

t – tempo (s)

Gráficos de carga (q) em função de tempo

1/2

fornecem retas com

coeficiente angular (CA), que se relaciona com a área do eletrodo pela

Equação 3.2, segundo a qual a área do eletrodo é diretamente proporcional ao

coeficiente angular da reta:

A Tabela 3.1 descreve os resultados obtidos onde se pode verificar que

os eletrodos de pasta de CNTs apresentam uma área efetiva maior que o de

pasta de carbono. Todos os eletrodos de pasta de CNTs/Grafite apresentam

(Equação 3.2)

(Equação 3.1)

½½

CnFAD

)(

CnFD

áreas efetivas maiores que as áreas geométricas de 4,5x 10

-2

, esperada

para diâmetro de 0,12 cm.

TABELA 3.1 – Valores da área efetiva dos eletrodos de pasta de CNTs/Grafite

e do eletrodo de pasta de carbono, determinadas utilizando cronocoulometria

Com base nos resultados do estudo de composição dos eletrodos de

pasta de CNTs/Grafite, MEV e área efetiva, optou-se por utilizar o eletrodo de

pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) para comparação com eletrodos de

filme de CNTs em aplicações analíticas.

Eletrodo

Área / cm

Pasta de carbono

0,057

Pasta de CNTs 90%

0,259

Pasta de CNTs 50%

0,123

Pasta de CNTs 10%

0,133

3.1.4- Efeito da Velocidade de Varredura

O efeito da velocidade de varredura sobre a resposta voltamétrica dos

eletrodos de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) foi investigado em

solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

. Os resultados obtidos

variando as velocidades de varredura de 5 a 100 mV s

-1

são apresentados na

Figura 3.3.

Os voltamogramas cíclicos mostram que há um aumento linear da

corrente de pico com a raiz quadrada da velocidade de varredura e um

deslocamento dos potenciais de picos anódico e catódico, sugerindo um

processo controlado pela transferência de massa.

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

-20

-10

i/ µA

E / V

100

200

FIGURA 3.3 - Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes velocidades de

varredura utilizando eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m)

em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5mol L

-1

. Inserção t – I

vs. ν

1/2

246810121416

Ip / µA

1/2

/ (mV s

-1

)

1/2

3.2- Eletrodos de Filme de CNTs

3.2.1- Comportamento Voltamétrico

A resposta voltamétrica do eletrodo de carbono vítreo recoberto com

filme de CNTs foi investigado em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl

0,5 mol L

-1

. Os voltamogramas obtidos variando as velocidades de varredura

de 5 a 100 mV s

-1

são apresentados na Figura 3.4. A comparação do

comportamento voltamétrico dos dois tipos de eletrodo à base de CNTs pode

ser melhor visualizada na Figura 3.5, onde de apresenta a sobreposição dos

CVs obtidos a 5 mV s

-1

-0.20.00.20.40.6

-200

-100

100

200

i / µA

E / V

100

FIGURA 3.4 - Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes velocidades de

varredura utilizando eletrodo de carbono vítreo recoberto com filme de

CNTs em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

Comparando-se as Figuras 3.3 e 3.4 observa-se que para os eletrodos

de filme o processo redox é menos reversível (maior separação entre processo

anódico e catódico) e os picos não estão bem definidos. Esse resultado indica

que a reação de transferência de carga é dificultada neste tipo de eletrodo.

-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

-100

-80

-60

-40

-20

-5

-4

-3

-2

-1

i / µA

E / V

eletrodo de filme

eletrodo pasta

FIGURA 3.5 - Voltamogramas cíclicos obtidos em solução 5,0 mmol L

-1

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

para os eletrodos de pasta de CNTs/Grafite

90% (CNTs, m/m) de carbono vítreo recoberto com filme de CNTs, ν = 5

mV s

-1

A maior corrente de pico observada para o eletrodo de carbono vítreo

recoberto com filme de CNTs é atribuída à maior área geométrica deste

eletrodo, o que não sugere um melhor desempenho analítico. Para avaliar o

desempenho analítico destes eletrodos à base de CNTs, em termos de

sensibilidade, é necessário utilizar densidade de corrente e não corrente de

pico.

3.3- Avaliação das Potencialidades Analíticas dos Eletrodos

3.3.1- Desempenho do Eletrodo de Pasta CNTs/Grafite na

Determinação de Hidroquinona

O eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) foi testado

empregando a técnica de voltametria cíclica para investigar os potenciais de

oxidação e redução da hidroquinona e o resultado obtido é apresentado na

Figura 3.6. O uso de hidroquinona na avaliação das potencialidades analíticas

dos eletrodos à base de CNTs é atribuído ao seu perfil voltamétrico quase-

reversível e muito conhecido na literatura.

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

-30

-20

-10

i / µA

potencial / V

FIGURA 3.6 – Voltamograma cíclico obtido com eletrodo de pasta de

CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m), em solução de hidroquinona 5,0x10

-5

mol

-1

em tampão acetato pH 4,0 e ν = 5 mV s

-1

Na Figura 3.6 é possível observar os picos característicos de

oxidação/redução da hidroquinona correspondentes a reação reversível dada

abaixo:

(Equação 3.3)

A voltametria cíclica é considerada uma técnica com potencialidades

para investigação de mecanismos, porém apresenta aplicabilidade limitada em

determinações quantitativas, nas quais a corrente capacitiva é relativamente

alta. Desta forma decidiu-se avaliar o comportamento do eletrodo de pasta de

CNTs/Grafite em voltametria de pulso diferencial.

Inicialmente foi feito um estudo para avaliar o efeito da amplitude de

pulso (A) sobre a resposta do eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs,

m/m). Os resultados obtidos variando as amplitudes de pulso de 10 a 100 mV

em solução de hidroquinona 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0 são

apresentados na Figura 3.7. Após esse estudo optou-se por usar amplitude de

pulso de 100 mV, por apresentar uma maior sensibilidade, aliada a um perfil

voltamétrico melhor definido.

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

I / µA

E / V

100

FIGURA 3.7 – Efeito da amplitude de pulso na resposta do eletrodo de pasta

de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m), em solução de hidroquinona 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0 utilizando voltametria de pulso

diferencial. ν = 20 mV s

-1

Usualmente amplitudes de pulso elevadas levam a distorção na forma

do pico em DPV, entretanto, neste caso, isto não foi observado e as vantagens

do uso de pulso elevado em termos de corrente de pico e sensibilidade

puderam ser aproveitadas.

Também efetuou-se um estudo variando a velocidade de varredura de 5

a 100 mV s

-1

a fim de avaliar o efeito deste parâmetro sobre a resposta do

eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m), Figura 3.8.

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

E / V

100

FIGURA 3.8 – Efeito da velocidade de varredura em solução de hidroquinona

5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0 utilizando voltametria de pulso

diferencial, com A=100 mV no eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90%

(CNTs, m/m).

Apesar de ocorrer um aumento na intensidade de corrente com

velocidade de 25, 50 e 100 mV s

-1

, optou-se por utilizar a velocidade de

varredura de 20 mV s

-1

nos demais experimentos, por ocorrer perda de

resolução no pico de corrente, como observado na Figura 3.8 para velocidade

maiores que 25 mV s

-1

Para observar a repetibilidade da resposta do eletrodo de pasta de

CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) em voltametria de pulso diferencial, foi

realizado um estudo no qual mediram-se as correntes de pico para solução de

hidroquinona 5,0x10

- 3

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0, em dez replicatas. Os

resultados obtidos apresentaram um valor médio de 3,99x10

-5

A e desvio

padrão de 0,047x10

-5

A. Com base nestes resultados, conclui-se que o eletrodo

de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) apresenta repetibilidade adequada

para a quantificação de hidroquinona por DPV, quando submetida a sucessivas

regenerações de superfície. Isto é importante porque a hidroquinona adsorve

ao eletrodo, sendo necessário lixar a superfície após cada determinação.

Após otimizar as condições experimentais foi obtida uma curva analítica

para o sistema, adicionando diferentes concentrações de hidroquinona da

ordem de 10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0. As medidas voltamétricas

foram realizadas com renovação da superfície do eletrodo

A Figura 3.9 mostra a curva resultante, que obedece à equação I

(µA)

= 0,443 (µA) + 0,217 [hidroquinona] (10

-5

mol L

-1

), com r = 0,9998 (n = 5) no

intervalo de concentração de 1,99x10

-5

a 1,92x10

-4

mol L

-1

e limite de detecção

de 2,30x10

-6

mol L

-1

. O limite de detecção foi calculado usando a equação

3 Sd

sendo,

Sd – desvio padrão do branco

CA – coeficiente angular da reta

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

I / uA

[hidroquinona] / 10

-5

mol L

-1

FIGURA 3.9 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite

90% (CNTs, m/m) tampão acetato pH 4,0, contendo diferentes

concentrações de hidroquinona.

O teor de hidroquinona presente em revelador fotográfico foi

determinado pelo método de adição de padrão, nas condições especificadas na

parte experimental e a curva obtida está representada na Figura 3.10.

(Equação 3.4)

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

i / µA

concentração / 10

-4

mol L

-1

FIGURA 3.10 – Curva de adição de padrão para a amostra de revelador

fotográfico usando o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m)

em voltametria de pulso diferencial, com ν de 20 mV s

-1

e A de 100 mV.

Na Tabela 3.2 são apresentados os resultados obtidos na determinação

da hidroquinona com o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite, que apresenta

variação de 1,2%, e concordam com os valores encontrados na literatura

comparar

TABELA 3.2 - Resultados da determinação de hidroquinona em revelador

fotográfico usando o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m) e

DPV

Hidroquinona /

mg g

-1

Valor rotulado Valor encontrado

(DPV)

Variação* / %

50 50,6 1,2

* variação relativo ao rótulo.

Pode-se concluir, então, que quando se utiliza eletrodo de pasta de

CNTs/Grafite na determinação de hidroquinona se tem resultados próximos do

rotulado, sendo possível a utilização do método proposto na determinação de

hidroquinona em reveladores fotográficos.

3.2.2- Desempenho do Eletrodo de GC/Filme de CNTs na

Determinação de Hidroquinona

Foi feita uma comparação entre a resposta do eletrodo de carbono vítreo

revestido com filme de CNTs e do eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90%

(CNTs, m/m) para a determinação da hidroquinona.

A Figura 3.11 apresenta voltamograma cíclico para hidroquinona no

eletrodo de carbono vítreo revestido com filme de CNTs. Quando comparados,

sob as mesmas condições experimentais, os voltamogramas apresentados nas

Figuras 3.10 e 3.6 mostram que o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90%

(CNTs, m/m) comporta-se melhor em termos de reversibilidade, pela menor

separação entre o pico catódico e anódico.

-0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

-100

100

200

I / µA

E / V

FIGURA 3.11 – Voltamograma cíclico obtido com eletrodo de carbono vítreo

revestido com filme de CNTs em solução de hidroquinona 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão acetato pH 4,0.

Nesse caso também foi utilizada a técnica de voltametria de pulso

diferencial para a determinação de hidroquinona e os parâmetros de obtenção

das curvas voltamétricas foram otimizados da mesma maneira e são listados

na Tabela 3.3.

TABELA 3.3 - Parâmetros otimizados na determinação de hidroquinona

Parâmetro Intervalo Selecionado

Amplitude de pulso /

10-100 50

Velocidade de

varredura / mv s

-1

10-100 10

A curva analítica obtida para este eletrodo nas condições otimizadas

pode ser observada na Figura 3.12, que apresenta a média de três

determinações.

02468101214161820

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

i / µA

concentração / 10

-5

mol L

-1

FIGURA 3.12 – Curva analítica obtida para o eletrodo de carbono vítreo

revestido com filme de CNTs, com ν de 10 mV s

-1

e A = 50 mV.

Foram comparadas figuras de mérito como região linear e limite de

detecção para o eletrodo de carbono vítreo revestido com filme de CNTs e o

eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m). A Tabela 3.4 resume os

resultados obtidos.

TABELA 3.4 – Figuras de mérito referentes à determinação de hidroquinona

usando o eletrodo de carbono vítreo recoberto com filme de CNTs e eletrodo

de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m)

Eletrodo

Região linear / mol L

-1

n r LD / mol L

-1

GC com filme de

CNTs

1,99x10

-5

– 1,98x10

-4

6 0,999 3,64x10

-6

Pasta CNTs/Grafite 1,99x10

-5

– 1,98x10

-4

5 0,999 2,30x10

-6

Observando a Tabela 3.4 nota-se que ao utilizar o eletrodo de carbono

vítreo recoberto com filme CNTs o limite de detecção apresentou-se maior que

o encontrado utilizando o eletrodo de pasta de CNTs/Grafite 90% (CNTs, m/m),

enquanto a região linear apresentou-se a mesma.

Durante a caracterização do eletrodo de carbono vítreo recoberto com

filme de CNTs em técnica voltamétrica de pulso diferencial, foi observado que a

hidroquinona adsorve sobre a superfície do eletrodo. Para um possível

aproveitamento analítico deste eletrodo em voltametria de pulso diferencial,

seria necessária uma limpeza do eletrodo ciclando-o em solução ácida. Este

tratamento levaria a um aumento no tempo de analise e também a uma

dificuldade de repetibilidade de resposta. Outro fato também observado durante

a caracterização do eletrodo de carbono vítreo recoberto com filme de CNTs é

a falta de aderência do filme de CNTs sobre o substrato de carbono vítreo;

após um período de trabalho o filme de CNTs se desprendia do eletrodo de

carbono vítreo, sendo necessária a repetição de todo o procedimento. Além

disto, muitas dificuldades foram observadas no processo de preparo do

eletrodo de filme CNTs.

Considerando os resultados obtidos tanto para K

[Fe(CN)

] como para

hidroquinona, e levando-se em conta a dificuldade na limpeza e na aderência

do filme de CNTs sobre o eletrodo de carbono vítreo, o eletrodo na forma de

pasta foi selecionado para aplicações analíticas.

CAPÍTULO 4

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS ELETRODOS DE

PASTA DE CNTs

4.1- Efeito da Composição CNTs-Óleo Mineral no

Comportamento Voltamétrico

Uma das maiores dificuldades encontradas no uso de eletrodos de pasta

de CNTs/Grafite é a dificuldade de homogeneização do material o que poderia

dificultar o processo de preparação/renovação da superfície do eletrodo, com

conseqüente perda de repetibilidade.

Com base nos resultados do capítulo anterior e considerando a

dificuldade de homogeneização do material, optou-se por utilizar eletrodo de

pasta de CNTs puro, isto é, sem a adição de grafite, já que apenas os eletrodos

contendo 90% de CNTs levaram a um aumento na sensibilidade. Além disto,

um dos objetivos do trabalho é a introdução de modificadores químicos na

matriz do eletrodo, para melhorar a sensibilidade e seletividade de resposta. A

introdução de modificadores químicos na matriz do eletrodo leva a um aumento

no número de fases e conseqüentemente a um aumento na dificuldade de

homogeneização do material.

Definido que o eletrodo a ser utilizado neste trabalho seria de pasta de

CNTs puro foi iniciado um estudo a respeito da composição CNTs-nujol na

pasta. Para isso medidas voltamétricas foram realizadas em solução de

[Fe(CN)

] 5,0 mmol L

-1

em KCl 0,50 mol L

-1

utilizando os eletrodos

preparados em diferentes composições CNTs-nujol, contendo de 40-70% de

CNTs, em massa. Valores maiores de CNTs não foram avaliados por não ser

possível uma boa agregação do material com uma quantidade pequena de

nujol. A Figura 4.1 apresenta um resultado típico obtido.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-20

-15

-10

-5

i / µA

E / V

CNTs (m/m)

40%

50%

60%

70%

FIGURA 4.1- Voltamogramas cíclicos obtidos com eletrodo de pasta de CNTs

em diferentes proporções, usando uma solução de K

[Fe(CN)

]=5 mmol L

-1

em KCl 0,5 mol L

-1

, ν =100 mV s

-1

Pode-se observar que ocorre um aumento na corrente de pico com o

aumento da quantidade de CNTs, e é possível observar também que as

composições de 60 e 70% de CNTs apresentam valores de corrente muito

próximas. Devido a esta semelhança nos resultados e também devido à

dificuldade no preparo do eletrodo de pasta de CNTs na composição de 70%,

atribuída à dificuldade de homogeneização e no empacotamento da pasta no

tubo de vidro, a composição de 60% foi selecionada para os demais estudos.

O efeito da velocidade de varredura sobre a resposta voltamétrica do

eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) foi investigado em solução 5,0

mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

. Os resultados obtidos são

apresentados na Figura 4.2. O comportamento observado é semelhante ao do

eletrodo de pasta de CNTs/Grafite e já foi discutido anteriormente.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-20

-15

-10

-5

i / µA

E / V

100

FIGURA 4.2 - Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes velocidades de

varredura entre 5 e 100 mV s

-1

e utilizando eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m) em solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5mol

-1

4.2- Intervalo de Potenciais em Diferentes Eletrólitos de

Suporte

O desempenho do eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) foi

avaliado por CV em diferentes eletrólitos suporte, para verificar o intervalo útil

de potenciais sob diferentes condições, Figura 4.3.

Os eletrólitos testados foram: H

0,1 mol L

-1

(pH 0,71); tampão

acetato 0,1 mol L

-1

(pH 4,0); tampão fosfato 0,1 mol L

-1

(pH 7,1); tampão

amônio 0,1 mol L

-1

(pH 11,0) e NaOH 0,1 mol L

-1

(pH 13,0). Foi observado, em

todos os casos avaliados, uma corrente capacitiva característica dos CNTs, a

qual apresentou diferentes intensidades quando se variou o eletrólito. A

resposta voltamétrica tem estabilidade entre ciclos sucessivos. Nos extremos

de potenciais observa-se um aumento exponencial de corrente,

correspondentes a reação de desprendimento de oxigênio nos potenciais mais

positivos e ao desprendimento de hidrogênio nos potenciais mais negativos.

Nos pHs 4,0 e 7,1 o potencial em que se inicia a reação de

desprendimento de oxigênio ocorre em potenciais mais positivos do que para o

carbono vítreo

indicando que houve um ganho na faixa de potencial de

trabalho quando se utiliza o eletrodo de pasta de CNTs. No entanto, a reação

de desprendimento de hidrogênio ocorre em potenciais menos negativos do

que o carbono vítreo neste intervalo de pH. Para os pHs 11,0 e 13,0 (Figuras

4.3.d e 4.3.e) o intervalo útil de potenciais assemelha-se ao observado em

eletrodos de carbono vítreo.

Nas Figuras 4.4 a e b se tem uma ampliação dos voltamogramas obtidos

em meio ácido e observa-se picos de oxidação e redução referentes a grupos

carboxílicos presentes nos CNTs, resultantes do processo de produção.

Estes resultados mostram que o eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m)

pode ser empregado em determinações eletroanalíticas em que o processo

ocorre em regiões de potenciais positivos onde os eletrodos de mercúrio não

podem ser empregados, ou seja, se tem uma melhor utilização destes

eletrodos nas reações de oxidação, como é observado nos demais eletrodo à

base de carbono.

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

50µA

(a)

i / µA

E / V

µA

(b)

500µA

(c)

(d)

125µA

250µA

(e)

FIGURA 4.3 – Voltamogramas cíclicos obtidos com o eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m) em: (a) solução de H

0,1 mol L

-1

(pH 0,71);

(b) tampão acetato 0,1 mol L

-1

(pH 4,0); (c) tampão fosfato 0,1 mol L

-1

(pH

7,1); (d) tampão amônio 0,1mol L

-1

(pH 11,0) e (e) NaOH 0,1mol L

-1

(pH

13,0), ν = 25 mVs

-1

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-100

-50

100

i / µA

potencial / V

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-80

-60

-40

-20

i /

µA

potencial / V

FIGURA 4.4 – Voltamogramas cíclicos obtidos com o eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m) em: (a) solução de H

0,1 mol L

-1

(pH 0,71);

(b) tampão acetato 0,1 mol L

-1

(pH 4,0).

4.3- Avaliação das Potencialidades Analíticas do Eletrodo de

Pasta de CNTs

4.3.1- Determinação de Paraquat

Para avaliar as potencialidades analíticas do eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m) inicialmente foram realizados estudos utilizando o paraquat

(MV) como analito teste, visto que este é um pesticida amplamente conhecido

na literatura.

O eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) foi testado empregando

a técnica de voltametria cíclica para investigar os potenciais oxidação e

redução do paraquat e o resultado obtido é apresentado na Figura 4.5.

Este pesticida apresenta dois processos de oxi-redução

correspondentes aos picos a1/c1 e a2/c2 observados na Figura 4.5. O par

redox a1/c1 pode ser representado pela eq. 4.1 e o segundo processo a2/c2

pela eq. 4.2. Em seguida pode haver, segundo a literatura, a formação de um

dímero, dado pela eq. 4.3

+ e

' MV

+ e- ' MV°

MV° + MV

' MV

(Equação 4.1)

(Equação 4.2)

(Equação 4.3)

FIGURA 4.5 – Voltamograma cíclico obtido com eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m), em solução de paraquat 5,0x10

-3

mol L

-1

em solução de

sulfato de sódio 0,1 mol L

-1

e ν = 5 mV s

-1

Como foi empregada a técnica de voltametria de pulso diferencial nas

análises posteriores, novamente se iniciou o estudo pela otimização dos

parâmetros a serem utilizados. Os resultados obtidos variando as amplitudes

de pulso de 5 a 100 mV em solução de paraquat 5,0x10

-3

mol L

-1

em solução

de sulfato de sódio 0,1 mol L

-1

são apresentados na Figura 4.6. Observa-se

nesta figura que o processo avaliado foi o de redução e que há dois picos de

redução bem definidos, como no caso da voltametria cíclica. Após esse estudo

optou-se por usar amplitude de pulso de 100 mV, por apresentar uma maior

sensibilidade, aliada a um perfil voltamétrico melhor definido.

Na análise do efeito da velocidade de varredura utilizou-se o intervalo de

5 a 100 mV s

-1

e devido a fortes distorções observadas nos picos de correntes

para velocidades de varredura superiores a 20 mV s

-1

, optou-se por utilizar a

velocidade de 10 mV s

-1

nos demais experimentos.

-1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

-150

-100

-50

100

150

i /

µA

E / V

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

i /

µA

E / V

100

FIGURA 4.6 – Voltamogramas de pulso diferencial, em diferentes amplitudes,

para o eletrodo de pasta de CNTs em solução de paraquat 5,0x10

-3

mol L

-1

e Na

0,1 mol L

-1

, a ν de 10 mV s

-1

Após otimizar as condições experimentais para o eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m) utilizando voltametria de pulso diferencial, foi obtida

uma curva analítica para sistema utilizando o primeiro pico de redução. Vale

salientar que o segundo pico de redução apenas foi observado para

concentrações de paraquat superiores a 3,70x10

-4

mol L

-1

A Figura 4.7 mostra a curva resultante, cuja equação obtida foi I

(µA) =

1,586 (µA mol L

-1

) + 0,578 [paraquat] (10

-5

mol L

-1

), com r = 0,9997 (n =5) no

intervalo de concentração de paraquat de 1,99x10

-5

a 9,80x10

-5

mol L

-1

, com

limite de detecção de 2,80x10

-6

mol L

-1

246810

i / µA

[paraquat] / 10

-5

mol.L

-1

FIGURA 4.7 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs 60%

(CNTs, m/m) em solução de sulfato de sódio 0,1 mol L

-1

, contendo

diferentes concentrações de paraquat. ν = 10 mV s

-1

e A = 100 mV.

Nota-se, por meio das figuras de mérito encontradas como região linear

e limite de detecção, que o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m)

apresenta potencialidades analíticas para a determinação de paraquat em

diferentes amostras. São encontrados na literatura inúmeros trabalhos sobre a

determinação de paraquat, sendo observados limites de detecção menores

No entanto, nestes trabalhos normalmente são empregadas técnicas mais

sensíveis que DPV, como voltametria de onda quadrada.

4.3.2- Determinação de Rutina

O eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) foi testado empregando

a técnica de voltametria cíclica para investigar o mecanismo de oxidação de

rutina e o resultado obtido é apresentado na Figura 4.8. A rutina apresenta um

processo de oxi-redução atribuído ao grupo 3’4’ dihidróxi substituído no anel B,

como apresentado na Figura 1.7.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

E / V vs Ag/AgCl

i /

FIGURA 4.8 – Voltamograma cíclico obtidos com eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m), em solução de rutina 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato

pH 7,1, ν = 50 mV s

-1

Após esta etapa, o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) foi

empregando para a determinação de rutina, utilizando a técnica de voltametria

de pulso diferencial e o resultado obtido (Figura 4.9) foi comparado ao obtido

com o eletrodo pasta de carbono, nas mesmas condições.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

E / V vs Ag/AgCl

i /

Pasta de CNTs

Pasta de Carbono

FIGURA 4.9 – Voltamogramas de pulso diferencial obtidos com eletrodo de

pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) e eletrodo de pasta de carbono, em

solução de rutina 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, A = 100 mV e

ν = 10 mV s

-1

Na figura acima é possível observar que o processo de oxidação da

rutina ocorre em 356 mV quando utilizado o eletrodo de pasta de carbono. Ao

utilizar o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) este processo ocorre

em 156 mV. Esta diminuição de 200 mV no potencial de oxidação indica efeito

catalítico dos CNTs sobre a oxidação da rutina, atribuído a grupos funcionais

contendo oxigênio, como grupos carboxílicos, sobre a superfície dos CNTs.

Pode-se observa ainda, um ganho significativo na corrente de pico ao utilizar o

eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m), indicando um melhor

desempenho analítico.

O efeito do pH da solução sobre a resposta voltamétrica do eletrodo de

pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) para a determinação de rutina foi estudado

no intervalo de pH de 4,2 e 9,1. As curvas obtidos são apresentados na Figura

4.10.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

i / µA

E / V

4,2

5,0

6,0

7,1

9,1

FIGURA 4.10 – Voltamogramas de pulso diferencial obtidos em diferentes pHs

para o eletrodo de pasta de CNTs em solução de rutina 5,0x10

-5

mol L

-1

tampão fosfato, A de 100 mV e ν de 10 mVs

-1

A corrente de pico para a oxidação de rutina é maior entre pHs 6,0 e 7,1

e o pH de 7,1, foi escolhido para os estudos posteriores. Nesse pH além de

uma maior sensibilidade se tem um perfil voltamétrico melhor definido, sendo o

mesmo utilizado em outros trabalhos da literatura

Após esta etapa, foi feito um estudo parar avaliar o efeito da amplitude

de pulso e da velocidade de varredura sobre a resposta do eletrodo de pasta

de CNTs 60% (CNTs, m/m) em solução de rutina 5,0x10

-5

mol L

-1

e tampão

fosfato pH 7,1 e os valores escolhidos foram de 100 mV e 10 mV s

-1.

Para observar a repetibilidade de resposta do eletrodo foi realizado um

estudo no qual mediram-se as correntes de pico em dez replicatas, polindo-se

o eletrodo entre cada medida voltamétrica. Os resultados obtidos apresentaram

uma corrente média de 1,63 µA e desvio padrão de 0,073 µA. Com base

nestes resultados, conclui-se que o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs,

m/m) apresenta repetibilidade adequada para a quantificação de rutina por

DPV, quando submetida a sucessivas regenerações de superfície. Isto é

importante porque a rutina adsorve sobre o eletrodo, sendo necessário polir a

superfície após cada determinação.

Após otimizar as condições experimentais para o eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m) foi obtida uma curva analítica para o sistema

adicionando diferentes concentrações de rutina em solução tampão fosfato pH

7,1. A Figura 4.11 mostra a curva resultante, cuja equação obtida foi I

(A) = -

0,196 (10

-8

A mol L

-1

) + 0,408 [rutina] (10

-6

mol L

-1

), com r = 0,9999 (n =8) no

intervalo de concentração de rutina de 1,99x10

-7

a 9,99x10

-6

mol L

-1

, com limite

de detecção de 3,39x10

-8

mol L

-1

0 20406080100

i / 10

-8

[rutina] / 10

-7

mol L

-1

FIGURA 4.11 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs 60%

(CNTs, m/m) em solução de tampão fosfato pH 7,1, contendo diferentes

concentrações de rutina, ν = 10 mV s

-1

e A = 100 mV.

Na literatura

são encontrados trabalhos com limites de detecção da

mesma ordem de grandeza ao encontrado com o eletrodo de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m), no entanto são utilizadas técnicas com pré-concentração o

que leva a um aumento no tempo de análise.

O método de adições sucessivas de padrão foi utilizado na determinação

do teor de rutina presente em formulação farmacêutica, usando as condições

previamente otimizadas e com a metodologia descrita na parte experimental.

Um exemplo da curva de adição de padrão obtida neste experimento pode ser

observado na Figura 4.12.

-8-6-4-20246810121416

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

i / µA

concentração / 10

-5

mol L

-1

FIGURA 4.12 – Curva de adição de padrão para amostra de formulação

farmacêutica usando o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) em

voltametria de pulso diferencial, com ν de 10 mV s

-1

e A de 100 mV.

Como método comparativo para a determinação de rutina foi utilizado o

método padrão (MP) recomendado pela AOAC

(espectroscopia de absorção

no UV-Visível) e os resultados obtidos são apresentados na Tabela 4.1.

TABELA 4.1 – Resultados da determinação de rutina presente em formulação

farmacêutica usando o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) em DPV

comparado com o método padrão

Rutina / mg ml

-1

Valor

rotulado

DPV

Variação

/ % Variação

/ %

20 19,9 ± 0,1 20,8 ± 0,1 -0,5 -4,3

a) média ± desvio padrão (n=3)

b) média ± desvio padrão (n=2)

c) [(DPV – rotulado) / rotulado] x 100%

d) [(DPV –MP) /MP] x 100%

Os resultados obtidos com método proposto apresentam coeficiente de

recuperação entre 99,20 e 100,5%, e concordam com os valores encontrados

pelo método recomendado em 95% de confiança, de acordo com o teste t-

Student.

Pode-se concluir que o método voltamétrico baseado no eletrodo de

pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) leva a resultados próximos dos encontrados

utilizando o método padrão da AOAC, sendo possível a utilização do método

proposto na determinação de rutina em formulações farmacêuticas.

4.3.3- Determinação de Quercetina

O eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) foi testado empregando

a técnica de voltametria de pulso diferencial para investigar o mecanismo de

oxidação de quercetina e o resultado obtido é apresentado na Figura 4.13. O

pH selecionado para a determinação de quercetina foi de 7,1, o mesmo

escolhido para a determinação de rutina, por pertencerem a mesma classe de

flavonóides e apresentarem processos de oxidação semelhantes.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

i / µA

E / V

FIGURA 4.13 – Voltamograma de pulso diferencial obtido com eletrodo de

pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m), em solução de quercetina 5,0x10

-5

mol

-1

em tampão fosfato pH 7,1, A = 100 mV e ν = 10 mV s

-1

Nessa figura é possível observar dois processos de oxidação, sendo o

primeiro em 82 mV correspondente a oxidação de 3’4’ dihidróxi substituído no

anel B e um segundo processo em 400 mV referente à oxidação da hidroxila

substituída no anel C, como apresentado na Figura 1.9.

Para um possível aproveitamento analítico do eletrodo de pasta de

CNTs 60% (CNTs, m/m) na determinação de quercetina em voltametria de

pulso diferencial, foram realizados estudos com relação à amplitude de pulso e

a velocidade de varredura. Após esse estudo optou-se por usar amplitude de

pulso de 100 mV e velocidade de 10 mV s

-1

por apresentar uma maior

sensibilidade, aliada a um perfil voltamétrico melhor definido.

A quercetina possui grupos carboidratos hidrofílicos que são capazes de

acumular-se sobre a superfície de CNTs e devido a esta habilidade, a

quercetina adsorve sobre a superfície do eletrodo levando a perda de

repetibilidade. Assim, outro estudo foi feito medindo-se as correntes de pico em

10 replicatas, lixando-se a superfície do eletrodo entre cada medida, para

observar a repetibilidade de resposta. Os resultados obtidos apresentaram

correntes médias de 1,06 ± 0,150 µA e de 0,421 ± 0,067 µA para os picos 1 e

2, respectivamente. Nota-se, que o primeiro pico de oxidação apresenta maior

corrente e melhor repetibilidade, sendo este pico selecionado para

determinação de quercetina.

Após otimizar as condições experimentais foi obtida uma curva analítica

para o sistema utilizando o primeiro pico de oxidação, adicionando diferentes

concentrações de quercetina da ordem de 10

-6

mol L

-1

em tampão fosfato pH

7,1. A Figura 4.14 mostra a curva resultante, cuja equação obtida foi I

(µA) =

0,530 (µA mol L

-1

) + 0,127 [quercetina] (10

-6

mol L

-1

), com r = 0,9999 (n =6) no

intervalo de concentração de quercetina de 4,98x10

-6

a 3,85x10

-5

mol L

-1

, com

limite de detecção de 5,43x10

-7

mol L

-1

0 5 10 15 20 25 30 35 40

i / µA

[quercetina] / 10

-6

mol L

-1

FIGURA 4.14 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs 60%

(CNTs, m/m) em solução de tampão fosfato pH 7,1, contendo diferentes

concentrações de quercetina. ν = 10 mV s

-1

e A = 100 mV.

Pode-se concluir que o eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m)

pode ser empregado para a determinação de quercetina em diversas amostras.

Modificadores químicos são amplamente utilizados em matrizes de

eletrodos para melhorar a sensibilidade e seletividade de resposta. São

encontrados na literatura alguns trabalhos sobre a formação de complexo entre

a quercetina e cobre (II)

77,78

. Assim, micropartículas de cobre foram

introduzidas na matriz do eletrodo de pasta de CNTs para melhorar a

sensibilidade e seletividade para a determinação de quercetina.

4.4- Avaliação das Potencialidades Analíticas do Eletrodo de

Pasta de CNTs Modificados

4.4.1- Eletrodo Modificado com Micropartículas de Cobre

O cobre exerce ação catalítica sobre a oxidação de inúmeros compostos

orgânicos, além de formar complexos com agentes quelantes. Com base

nestas propriedades, micropartículas de cobre vem sendo utilizadas como

modificador em eletrodos à base de CNTs

22,79

Um estudo realizado por Valle et al.

mostrou a interação de íons cobre

com a quercetina. Neste estudo foi observada a formação de complexo

quercetina-Cu por meio de espectroscopia de UV-Visível e voltametria de onda

quadrada.

Os relatos acima levaram a proposição de introduzir micropartículas de

cobre na matriz do eletrodo de pasta de CNTs para a determinação de

quercetina visando melhorar a sensibilidade e a seletividade deste tipo de

eletrodo.

Inicialmente foi feito um estudo para avaliar o efeito da porcentagem de

cobre no comportamento voltamétrico do eletrodo de pasta de CNTs. Este

estudo foi realizado para evitar interferência do pico de oxidação do cobre

sobre o processo de oxidação da quercetina.

Os eletrodos de pasta de CNTs preparados em diferentes composições

contendo de 6-18%, em massa, de micropartículas de cobre foram avaliados

por voltametria de pulso diferencial em solução de tampão fosfato, pH 7,1, para

observar o processo de oxidação do cobre. Esses experimentos também foram

realizados em solução de quercetina 5,0x10

-5

mol L

-1

. A Figura 4.15 apresenta

as curvas obtidas neste estudo.

FIGURA 4.15 - Voltamogramas de pulso diferencial obtidos com os eletrodos

de pasta de CNTs modificados com micropartículas de cobre nas

proporções de 6 (A), 10 (B) e 18% (C) utilizando solução tampão fosfato

pH 7,1 e quercetina 5,0x10

-5

mol L

-1

, a ν de 10 mV s

-1

e A de 100 mV.

Tal estudo demonstrou que com o aumento da porcentagem de cobre o

pico referente ao processo de oxidação deste ocorre na mesma região de

oxidação da quercetina. Este processo limita o uso de altas porcentagens de

cobre como modificador em eletrodo de pasta CNTs. Assim a composição de

6% foi selecionada para os demais experimentos.

O efeito da amplitude de pulso sobre a resposta voltamétrica do eletrodo

de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) foi investigado em solução 5,0x10

-5

mol L

-1

de quercetina em tampão fosfato pH 7,1. Os resultados obtidos variando as

amplitudes de 10 a 100 mV são apresentados na Figura 4.16. Os

voltamogramas mostram que, com o aumento da amplitude de pulso, ocorre

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

i / µA

E / V

(A)

tampão fosfato

quercetina

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

tampão fosfato

quercetina

i / µA

E / V

(B)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

tampão fosfato

quercetina

i / µA

E / V

(C)

um aumento na intensidade de corrente, entretanto, também ocorre uma menor

definição e separação dos picos de oxidação da quercetina. Desse modo, a

amplitude de 10 mV foi selecionada para os demais estudos, apesar desta

amplitude apresentar uma menor sensibilidade.

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

-0,10,00,10,20,30,40,50,60,7

0,0 2

0,0 4

0,0 6

0,0 8

0,1 0

0,1 2

0,1 4

0,1 6

I / µA

E / V

5 mV

i / µA

E / V

100

FIGURA 4.16 – Voltamogramas de pulso diferencial, em diferentes amplitudes

de pulso, para o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m), em solução

de quercetina 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 a 10 mV s

-1

Em seguida foi avaliada a velocidade de varredura para a solução de

quercetina nas mesmas condições. As velocidades de varredura foram

variadas de 5 a 25 mV s

-1

e a velocidade de varredura selecionada foi de 5 mV

-1

, por apresentar uma maior definição e separação dos picos de oxidação da

quercetina.

Quando se compara as curvas voltamétricas obtidas para os eletrodos

sem e com micropartículas de cobre é possível observar o desaparecimento do

segundo pico de oxidação da quercetina (400 mV), referente a oxidação da

hidroxilia substituída no anel C e o aparecimento de um novo pico em 230 mV

(pico 3), Figura 4.17. Não se podem comparar as magnitudes de corrente por

ter sido os voltamogramas obtidos em diferentes amplitudes e velocidades de

varredura.

FIGURA 4.17– Voltamogramas de pulso diferencial obtidos com os eletrodo de

pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) a 10 mV s

-1

e A de 100 mV e eletrodo de

pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) a ν de 5 mV s

-1

e A= 10 mV utilizando

solução de quercetina 5,0x10

-5

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1.

Com base nestes resultados é possível sugerir a formação do complexo

quercetina-Cu (II) por meio da ligação entre o anel C de quercetina e o Cu (II).

Inicialmente, o cobre metálico é convertido a óxido de cobre por meio da

aplicação de potencial, assim o cobre (II) presente na superfície do eletrodo é

responsável pela formação do complexo. Um estudo realizado por Ni

utilizando um eletrodo de carbono vítreo mostrou que o processo de oxidação

do complexo quercetina-Cu (II) ocorre em 213 mV o que sugere que o pico

observado em 230 mV corresponde à oxidação do complexo quercetina-Cu (II).

O complexo formado é apresentado a seguir:

Após esta etapa foi realizado um estudo para avaliar a repetibilidade de

resposta do eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m), polindo-se o eletrodo

de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) entre cada medida voltamétrica. Os

resultados obtidos em dez replicatas, para o primeiro pico de oxidação,

apresentaram um corrente média de 0,269 µA e desvio padrão de 0,011 µA.

Para a construção da curva analítica utilizando o eletrodo de pasta de

CNTs-Cu 6% (m/m) também foi utilizado o primeiro pico de oxidação da

quercetina. A Figura 4.18 mostra a curva resultante, cuja equação obtida foi I

(µA) = -0,075 (10

-9

A mol L

-1

) + 0,0032 [quercetina] (10

-6

mol L

-1

), com r = 0,9996

(n =6) no intervalo de concentração de quercetina de 9,96x10

-7

a 9,62x10

-6

mol

-1

, com limite de detecção de 2,36x10

-7

mol L

-1

. Para concentrações maiores

que 9,62x10

-6

mol L

-1

as correntes de pico apresentam valores muito próximos,

sugerindo saturação dos sítios ativos do eletrodo e indicando que realmente

ocorre um processo de adsorção neste caso, como proposto anteriormente.

0246810

i / 10

-9

[quercetina] / 10

-6

mol L

-1

FIGURA 4.18 – Curva analítica obtida para o eletrodo de pasta de CNTs-Cu

6% (m/m) em solução tampão fosfato pH 7,1, contendo diferentes

concentrações de quercetina, com ν= 5 mV s

-1

, A = 10 mV.

Foram comparadas figuras de mérito como região linear e limite de

detecção para a determinação de quercetina utilizando eletrodo de pasta de

CNTs 60% (m/m) e eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m). A Tabela 4.2

resume os resultados obtidos.

TABELA 4.2 – Figuras de mérito referentes à determinação de quercetina

usando o eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m) e eletrodo de pasta de CNTs-

Cu 6% (Cu, m/m)

Eletrode Região linear/ mol L

-1

n r Limite de detecção / mol L

-1

Pasta de

CNTs

4,98x10

-6

– 3,85x10

-5

6 0,9999 5,43x10

-7

Pasta de

CNTs-Cu

9,96x10

-7

– 9,62x10

-6

6 0,9996 2,36x10

-7

Na Tabela 4.2 nota-se uma pequena diminuição no limite de detecção

quando utilizado o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m). Esta pequena

diminuição é atribuída ao complexo quercetina-Cu (II) ser formado sobre a

superfície do eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (m/m) por meio da interação

entre íons Cu(II) e o anel C da quercetina. Limites de detecção menores

(2,0x10

-8

mol L

-1

) foram encontrados na literatura

, no entanto, estes trabalhos

utilizaram técnicas com redissolução com pré-concentração, o que leva a um

aumento no tempo de análise. Desta forma, o eletrodo de pasta de CNTs-Cu

6% (Cu, m/m) foi selecionado para a determinação de quercetina em amostras

de suco de maçã.

4.4.1.1- Determinação de Quercetina em Suco de Maçã

O método de adições sucessivas de padrão foi utilizado na determinação

do teor de quercetina presente em suco de maçã, usando as condições

previamente otimizadas e o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m).

Foram realizadas três adições sucessivas de 400 µL de uma solução estoque

4,0x10

-4

mol L

-1

de quercetina em solução tampão fosfato pH 7,1 (Figura 4.19)

sendo a curva de adição de padrão foi obtida em duplicata.

O método de UV-Vísivel também foi utilizado na determinação do teor de

quercetina em suco de maçã e os resultados obtidos por DPV e por UV-Vísivel

são apresentados na Tabela 4.3.

-10-5 0 5 10152025

i / 10

-8

concentração / 10

-6

mol L

-1

FIGURA 4.19 – Curva de adição de padrão para amostra de suco de maçã

usando o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) em voltametria de pulso

diferencial, com ν de 5 mV s

-1

e A de 10 mV.

TABELA 4.3 – Resultados da determinação de quercetina presente em suco de

maçã usando o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) em DPV

comparado com espectroscopia de absorção UV-Vísivel

Quercetina / mg L

-1

DPV

UV-Vísivel

Variação

/ %

144,85 ± 3,60 141,50 ± 2,12 2,37

a) média ± desvio padrão (n=2)

b) média ± desvio padrão (n=2)

c) [(DPV – UV-Vísivel) / UV-Vísivel] x 100%

Os resultados obtidos com o método proposto apresentam coeficiente de

recuperação entre 98,80 e 102,9%, e concordam com os valores encontrados

pelo método recomendado em 95% de confiança, de acordo com o teste t-

Student

, com variação menor que 3%. Estes resultados indicam a ausência

de efeito de matriz. Sendo assim, o eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu,

m/m) pode ser empregado para a determinação de quercetina em amostras de

suco de maçã sem que haja a necessidade de pré-tratamento.

Estudos de Interferentes na Determinação de Quercetina

No preparo de sucos industrializados são utilizados acidulantes para

conservação e conseqüente aumento do prazo a validade do mesmo. Um dos

acidulantes mais comumente utilizados é o ácido cítrico e o efeito desta

espécie sobre a resposta do eletrodo pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) na

determinação de quercetina foi avaliado. Nesse caso foram realizadas curvas

de recuperação fixando a concentração de quercetina e variando-se a

concentração do ácido cítrico em até 100 vezes maior que a concentração de

quercetina. Os resultados obtidos neste estudo são apresentados na Tabela

4.4. Um exemplo de uma curva de recuperação é apresentado na Figura 4.20.

-3-2-10123456

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

i / 10

-8

quercetina / 10

-6

mol L

-1

FIGURA 4.20 – Curva de recuperação para solução de quercetina 1,96x10

-6

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 na presença de ácido cítrico usando o

eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) em voltametria de pulso

diferencial, com νde 5 mV s

-1

e A de 10 mV.

TABELA 4.4 – Resultados obtidos para a determinação de quercetina na

presença de ácido cítrico usando eletrodo de pasta de CNTs- Cu 6% (Cu, m/m)

Ácido cítrico ( 10

-6

mol L

-1

) Quercetina ( 10

-6

mol L

-1

) Recuperação (%)

Adicionado Recuperado

1,960 1,96 1,76 90,2

98,00 1,96 1,79 91,7

192,3 1,91 1,80 93,9

Observando a Tabela 4.4 nota-se que os valores de recuperação

encontrados estão dentro dos valores permitidos pela AOAC

(entre 70 e

130%). Desta forma, é possível concluir que o eletrodo de pasta de CNTs-Cu

6% (Cu, m/m) pode ser utilizado na determinação de quercetina sem a

necessidade de tratamento prévio para a eliminação de ácido cítrico.

4.4.2- Biossensor à base de CNTs-AchE

Uma das maiores dificuldades na construção de biossensores

enzimáticos está relacionado com a estabilidade da molécula biológica. Fora do

seu ambiente bioquímico, a proteína, da qual a enzima faz parte, tende,

naturalmente, a se desnaturar, perdendo seu poder catalítico

. Assim, a

atividade enzimática diminui com o tempo e o biossensor perde seu

desempenho analítico. Esta dificuldade pode ser diminuída pela imobilização

adequada da enzima o que diminui a velocidade de desnaturação. O uso de

suporte para a imobilização enzimática aumenta a estabilidade e fixa melhor a

enzima sobre a superfície do eletrodo.

A acetilcolinesterase é uma enzima capaz de degradar 300 mil

moléculas de acetilcolina (principal neurotransmissor do sistema nervoso

parassimpático) por minuto, tendo como produto desta reação a colina. Como a

colina pode ser oxidada em baixos potenciais, esta enzima é uma das mais

utilizadas para a construção de biossensores utilizados na determinação de

pesticidas das classes dos carbamatos e organofosforados

No presente trabalho a construção do biossensor CNTs-AchE foi

realizada sem adição de qualquer suporte para a imobilização enzimática. Isto

porque os CNTs apresentam propriedades adequadas, como alta área

superficial, que podem favorecer a imobilização da enzima AchE na matriz do

biossensor, ou ainda pelos grupos funcionais presentes nas superfícies dos

CNTs, como grupos carboxílicos.

Assim, um estudo sobre a estabilidade do biossensor foi realizado

utilizando cronoamperometria (potencial aplicado, 300 mV) em solução de

AcSChI 3,0 mmol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1. Medidas realizadas após 20

dias da construção do biossensor não apresentaram perda significativa na

corrente limite de difusão. Estes resultados mostram que é possível a obtenção

de biossensores à base de CNTs sem a necessidade do uso de suporte para

imobilização enzimática.

O primeiro passo na otimização de biossensor amperométrico, é a

determinação do potencial de trabalho. Para isto foram realizados

voltamogramas de onda quadrada (parâmetros utilizados: amplitude de pulso

de 50 mV, incremento de 2 mV e freqüência de 50 Hz) em solução de AcSChI

3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 contendo 2,0 U de

acetilcolinesterase, para observar o pico de oxidação de tiocolina ( produto da

reação enzimática), utilizando eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m). Os

voltamogramas foram realizados em diferentes tempos de reação e os

resultados obtidos são apresentados na Figura 4.21. É possível observar dois

picos referentes aos processos de oxidação da tiocolina, sendo o segundo pico

(~250 mV) selecionado para os procedimentos cronoamperométricos.

AcSChI + AchE →

HAc + Tiocolina

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

i / µA

E / V

tempo de reação / min

FIGURA 4.21 - Voltamogramas de onda quadrada obtidos com os eletrodos de

pasta de CNTs 60% (m/m) em solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

tampão fosfato pH 7,1 após a adição 2,0 U de acetilcolinesterase para os

tempos de reação 0, 20, 52 e 76 minutos. A = 50 mV, incremento = 2 mV e

freqüência de 50 s

-1

A fim de verificar se o processo de oxidação do substrato AcSChI

interfere na ação enzimática, estudos utilizando voltametria de onda quadrada

nas mesmas condições anteriores foram realizados em solução de AcSChI

3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1. A Figura 4.22 apresenta o resultado

obtido, onde se pode notar que o inicio do processo de oxidação do substrato

AcSChI (~ 500 mV) é próximo do potencial de término do pico de oxidação da

tiocolina (~350 mV).

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

i / µA

E / V

FIGURA 4.22 - Voltamograma de onda quadrada obtido com o eletrodo de

pasta de CNTs 60% (m/m) em solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

tampão fosfato pH 7,1. A de 50 mV, incremento de 2 mV e freqüência de

50 s

-1

Estes resultados mostram a necessidade de um estudo mais detalhado

dos potenciais possíveis para a avaliação da ação enzimática, sem sofrer a

interferência da oxidação do substrato. Com este intuito saltos potenciostáticos

para diferentes potenciais finais foram executados em solução de AcSChI

3,0x10

-4

mol L

-1

. Os potenciais aplicados foram variados entre 250 mV (pico de

oxidação da tiocolina) e 620 mV (pico de oxidação de AcSChI) e os resultados

são apresentados na Figura 4.23.

Na Figura 4.23 pode-se observar que até o potencial de 450 mV as

correntes do patamar são pequenas e não variam com o potencial aplicado e,

portanto, não houve a interferência do substrato. A partir do potencial de 500

mV foi observado um aumento da corrente com o tempo referente ao processo

de oxidação de AcSChI.

0 50 100 150 200 250

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0 50 100 150 200 250

0.0

0.2

0.4

i / µA

tempo / s

i / µA

tempo / s

Potencial de oxidação de AcSChI / mV

250

300

350

400

450

500

620

FIGURA 4.23 – Variação de potencial aplicado para solução de AcSChI 3,0x10

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, utilizando eletrodo de pasta de CNTs

60% (m/m).

Em seguida, foram adicionadas 0,14 U de acetlicolinesterase na célula

contendo solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

a fim de avaliar o tempo de

reação enzimática. Medidas cronoamperométricas para os tempos de reação

entre 0 e 300 minutos foram realizadas polarizando o eletrodo de pasta de

CNTs 60% (m/m) em 250 mV, Figura 4.24. Pode-se observar que a corrente

aumenta com o tempo de reação até o tempo de 100 min indicando a oxidação

da tiocolina. Após este tempo não há variação da corrente o que indica que

todos os sítios ativos da enzima já foram ocupados.

0 50 100 150 200 250

0.0

0.5

1.0

1.5

0 50 100 150 200 250

0.0

0.1

0.2

i / µA

E / V

i / µA

E / V

tempo / min

100

200

300

FIGURA 4.24 – Efeito do tempo de reação para oxidação de tiocolina em

solução de AcSChI 3,0x10

-4

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 contendo 2,0

U de acetilcolinesterase, utilizando eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m).

Potencial aplicado: 250 mV.

Após praticamente toda reação enzimática ter ocorrido (300 minutos), ou

seja, tempo necessário para o substrato reagir com a enzima e ser

transformado em tiocolina, foram realizados cronoamperogramas para observar

o potencial de oxidação da tiocolina sem a interferência do substrato. Os

potenciais foram variados entre 0 e 350 mV (término do pico de oxidação da

tiocolina) e os resultados são apresentados na Figura 4.25. É possível observar

um aumento nas correntes limites de difusão com o aumento do potencial

aplicado. Para os potenciais de 300 e 350 mV as correntes limite de difusão

apresentam valores muito próximos. Devido a diferença não significativa entre

as correntes destes potenciais, selecionou-se para os demais estudos o

potencial de 300 mV, pois além de estar próximo ao potencial de oxidação da

tiocolina (~350 mV), está afastado do início do processo de oxidação do

substrato AcSChI (~ 500 mV), evitando eventuais interferências.

0 50 100 150 200 250

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

050100150200250

0.0

0.1

0.2

i / µA

tempo / s

i / µA

tempo / s

E / mV

100

200

250

300

350

FIGURA 4.25 – Efeito do potencial aplicado sobre a oxidação de tiocolina em

tampão fosfato pH 7,1, utilizando eletrodo de pasta de CNTs 60% (m/m).

A concentração do substrato é outro parâmetro fundamental para se

avaliar nos biossensores, pois este juntamente com a enzima

acetilcolinesterase resulta nas correntes medidas nas análises. O efeito da

concentração do substrato sobre a corrente limite de difusão foi avaliado no

intervalo de concentração entre 0,5 e 3,0 mmol L

-1

, utilizando o biossensor

CNTs-AchE, Figura 4.26.

0 50 100 150 200 250

0.0

0.5

i / µA

tempo / s

i / µA

tempo / s

Concentração / 10

-3

mol L

-1

0,5

1,0

1,5

2,0

3,0

branco

FIGURA 4.26 – Efeito da concentração do substrato sobre a corrente limite de

difusão para a oxidação de tiocolina em tampão fosfato pH 7,1, utilizando

o biossensor CNTs-AchE. Potencial aplicado: 300 mV.

Observa-se na Figura 4.26 que o patamar de corrente aumenta com a

adição AcSChI, entretanto para as duas ultimas adições (de 2,0 e 3,0 mmol L

-1

)

a corrente tende a se estabilizar o que poderia indicar que a velocidade de

reação enzimática passou a ser controlada pela sua cinética e não mais pelo

transporte de substrato para a superfície do eletrodo. Após esse estudo optou-

se por usar a concentração de 3,0 mmol L

-1

de AcSChI, por apresentar uma

maior corrente limite de difusão.

4.2.2.1 - Desempenho do Biossensor CNTs-AchE na

Determinação de Clorfenvinfos

Após a otimização dos parâmetros experimentais (potencial de trabalho

e concentração de AcSChI), foram realizados estudos relacionados com a

inibição enzimática na presença do carrapaticida clorfenvinfos.

O clorfenvinfos compete com o substrato AcSChI pelo sítio ativo da

enzima AchE, diminuindo a velocidade da reação. Assim, um estudo para

avaliar o efeito do tempo de incubação sobre a inibição da atividade catalítica

da enzima foi realizado.

As porcentagens de inibição (%I) causadas pelo carrapaticida

clorfenvinfos sobre a atividade enzimática do eletrodo CNTs-AchE foram

calculadas de acordo com a equação:

100%

∆

−

∆

onde ∆I

e ∆I

são as respostas do biossensor antes e após o processo de

incubação, respectivamente.

O tempo de incubação, ou seja, tempo em que o eletrodo deve ficar

imerso na solução de clorfenvinfos antes das medidas cronoamperometricas

serem realizadas, foi variado entre 2 e 20 minutos e os resultados são

apresentados na Figura 4.27.

100

0 2 4 6 8 10121416182022

% Inibição

tempo / min

FIGURA 4.27 – Efeito do tempo de incubação sobre a inibição enzimática

causada pelo carrapaticida clorfenvinfos (1,0x10

-4

mol L

-1

), utilizando o

biossensor CNTs-AchE. Potencial aplicado: 300 mV.

É possível observar na Figura 4.26 que a porcentagem de inibição

aumenta com o tempo. No entanto, o tempo de 10 minutos foi selecionado

como o tempo de incubação. Esta escolha é justificada pelo aumento no tempo

de análise e também pela perda de linearidade ao se utilizar tempos de

incubação maiores.

Após a otimização das condições experimentais para o biossensor

CNTs-AchE, utilizando cronoamperometria, foi obtida uma curva analítica para

o sistema. Inicialmente o eletrodo foi imerso pelo tempo de incubação

selecionado em soluções contendo diferentes concentrações de clorfenvinfos.

Em seguida o biossensor foi transferido para a cela eletroquímica contendo

solução de AcSChI 3,0x10

-3

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1 e realizou-se os

cronoamperogramas para se determinar a %I provocada nas correntes limites

de difusão, relacionadas com a oxidação da tiocolina. A Figura 4.28 mostra a

curva resultante, que obedece à equação I

(µA) = 21,81 (%I) + 4,91

[clorfenvinfos] (10

-6

mol L

-1

), com r = 0,995 (n = 6) no intervalo de concentração

de 4,90x10

-7

a 4,76x10

-6

mol L

-1

e limite de detecção de 1,15x10

-7

mol L

-1

101

012345678

Inibição / %

concentração / 10

-6

mol L

-1

FIGURA 4.28 – Curva analítica obtida para o biossensor CNTs-AchE em

solução AcSChI 3,0x10

-3

mol L

-1

em tampão fosfato pH 7,1, para soluções

contendo diferentes concentrações de clorfenvinfos. Potencial aplicado:

300 mV.

O método de adições sucessivas de padrão foi utilizado na determinação

do teor de clorfenvinfos presente em carrapaticida, usando as condições

previamente otimizadas e com a metodologia descrita na parte experimental.

Um exemplo da curva de adição de padrão obtida neste experimento pode ser

observado na Figura 4.29.

O método de UV-Vísivel também foi utilizado na determinação

clorfenvinfos em carrapaticida e os resultados obtidos utilizando o biossensor

CNTs-AchE e por UV-Vísivel são apresentados na Tabela 4.5.

102

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

Inibição / %

concentração / 10

-6

mol L

-1

FIGURA 4.29 – Curva de adição de padrão para amostra de carrapaticida

usando o biossensor CNTs-AchE em cronoamperometria. Potencial

aplicado: 300 mV.

TABELA 4.5 – Resultados da determinação de clorfenvinfos presente em

carrapaticida usando biossensor CNTs-AchE em cronoamperometria

comparado com espectroscopia de absorção UV-Vísivel

Clorfenvinfos / g L

-1

Biossensor

CNTs-AchE

UV-Vísivel

Variação

/ %

225 220 2,27

a) [(Biossensor – UV-Vísivel) / UV-Vísivel] x 100%

Pode-se concluir que o método baseado no biossensor CNTs-AchE leva

a resultados próximos dos encontrados utilizando o método UV-Vísivel sendo

possível a utilização do método proposto na determinação de clorfenvinfos em

diversas amostras.

103

CAPÍTULO 5

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E MORFOLÓGICA

5.1- Microscopia Eletrônica de Varredura

Inicialmente as imagens de MEV-FEG foram empregadas para

caracterizar os CNTs usados neste trabalho na confecção dos eletrodos. Essas

medidas foram realizadas no pó de CNTs, sendo o mesmo disperso em

acetona e pingado sobre o porta amostra. Na Figura 5.1 apresentam-se as

micrografias obtidas em diferentes aumentos.

Na Figura 5.1a observa-se claramente que o material se apresenta

bastante uniforme o que permitiu uma boa homogeneização dos eletrodos de

pasta. Também pode-se concluir destas micrografias que grande parte do

material é composto pelos CNTs e não por outras formas de carbono.

Na Figura 5.1b é apresentada a micrografia dos CNTs com um maior

aumento onde é destacado o diâmetro dos CNTs que variam entre 20 e 40 nm,

concordando com o dado da ficha técnica informado pelo fabricante.

(a) (b)

FIGURA 5.1 – Micrografias dos CNTs de paredes múltiplas empregados no

preparo dos eletrodos. Escalas: (a) 1µm e (b) 100 nm.

104

A Figura 5.2 mostra as micrografias das superfícies do eletrodo de pasta

de CNTs 60% (CNTs, m/m) após abrasão com lixa d’água 600. Nota-se na

Figura 5.2a que a superfície da pasta é bastante uniforme e ainda que os CNTs

permanecem com sua estrutura, indicando que mesmo com o processo de

maceração, os CNTs não são destruídos. Ainda pode-se concluir que os CNTs

estão distribuídos de forma homogênea na pasta. Já em ampliações maiores,

Figura 5.2b, é possível observar que o diâmetro dos CNTs é aumentado, o que

se deve, provavelmente, a presença do aglutinante utilizado (Nujol), que

reveste os CNTs.

(a) (b)

FIGURA 5.2 – Micrografias do eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m).

Escalas: (a) 200 nm e (b) 200 nm.

Foram obtidas também micrografias para o eletrodo de pasta de CNTs-

Cu 6% (Cu, m/m) após abrasão com lixa d’água 600. Na Figura 5.3a é

apresentada a micrografia deste eletrodo, a qual se distingue das anteriores

(Figura 5.2) por apresentar regiões formadas por placas sobrepostas com uma

morfologia mais lisa. Essas regiões podem ser atribuídas as micropartículas de

cobre metálico utilizadas como modificador. Vale salientar que as partículas de

cobre têm tamanho médio 45 µm e a porcentagem em massa deste

modificador é de apenas 6%, portanto, era de se esperar que fossem

observados nas micrografias da superfície apenas alguns poucos pontos que

caracterizassem estas micropartículas. Em ampliações maiores também foi

observado, como no caso anterior, a presença dos CNTs, Figura 5.3b.

105

(a) (b)

FIGURA 5.3 – Micrografias do eletrodo de pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m).

Escalas: (a) 1µm e (b) 200 nm.

As Figuras 5.4a e 5.4b mostram as micrografias da superfície do

biossensor CNTs-AchE após abrasão com lixa d’água 600. Na Figura 5.4a

nota-se que a superfície do biossensor apresenta uma estrutura mais

compacta, com regiões mais rugosas e outras mais planas e ainda pequenas

partículas na forma esférica. Em ampliações maiores (Figura 5.4b) é possível

observar a presença dos CNTs e regiões com pequenos grumos, atribuídos a

presença da enzima AchE, a qual tem uma estrutura do tipo couve-flor.

(a) (b)

FIGURA 5.4 – Micrografias do biossensor CNTs-AchE. Escalas: (a) 2µm e

(b) 200 nm.

106

5.2- Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS)

A espectroscopia de impedância eletroquímica é uma técnica bastante

útil na investigação dos processos eletroquímicos e é amplamente utilizada

para caracterização dos processos que ocorrem em superfícies eletródicas

eletrodo/solução. Neste sentido, a determinação de parâmetros tais como

resistência da solução, transferência de carga, capacitância interfacial e

elementos de circuitos envolvidos nos fenômenos estudados se fazem bastante

útil, na correlação dos diferentes eletrodos de pasta de CNTs 60% (CNTs,

m/m), pasta de CNTs-Cu 6% (cu, m/m) e biossensor CNTs-AchE.

O estudo utilizando EIS se baseou na polarização dos eletrodos à base

de CNTs no potencial de circuito aberto. O perfil geral dos espectros de Nyquist

para eletrodos de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m), pasta de CNTs-Cu 6%

(Cu, m/m) e biossensor CNTs-AchE são mostrados na Figura 5.5, bem como

seus respectivos ajustes.

107

0 50 100 150 200

100

150

200

(A)

0 400 800 1200 1600

400

800

1200

1600

-Z`` /

Ω

cm-2

Z` /

Ω

-2

-Z`` /

Ω

-2

Z` /

Ω

-2

Z` /

Ω

-2

0 40 80 120 160 200 240 280

120

160

200

240

280

(B)

0 400 800 1200 1600

400

800

1200

1600

-Z`` /

Ω

-2

Z` /

Ω

-2

-Z`` /

Ω

-2

Z` /

Ω

-2

0 50 100 150 200 250

100

150

200

250

-Z /

Ω

-2

Z` /

Ω

-2

FIGURA 5.5- Espectros de Nyquist obtidos para os eletrodos de pasta de CNTs

60% (CNTs, m/m) (A), pasta de CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) (B) e biossensor

CNTs-AchE (C) em potencial de circuito aberto de 0,346; 0,207 e 0,192 V

respectivamente. Solução 5,0 mmol L

-1

de K

[Fe(CN)

] em KCl 0,5 mol L

-1

108

Os espectros obtidos para os três eletrodos analisados são distintos,

entretanto, pode-se observar um semi-círculo em altas freqüências e uma

região linear em baixas freqüências, exceto para o biossensor CNTs-AchE. De

forma geral, os espectros de impedância que apresentam esta forma são

interpretados como característicos de processos eletródicos simples

controlados por transferência de carga (semi-círculo em altas freqüências) e

transporte de massa (região linear em baixas freqüências).

Uma análise comparativa entre os espectros obtidos foi realizada

considerando o sistema eletrodo/solução como um circuito elétrico, mostrado

na Figura 5.6. Ele se baseia na resistência da solução (R

) em serie com um

elemento de fase constante (CPE) paralelo à resistência de transferência de

carga (R

) e um elemento difusional Warburg.

A partir do circuito proposto foi obtido, utilizando o software ZView 2.6, o

espectro de impedância teórico e a curva obtida foi sobreposta a experimental

para comparação.

Para a região de altas freqüências foi definido um semi-círculo para os

três eletrodos, que na curva experimental está incompleto. Esse semi-círculo

permite determinar os valores de R

apresentados na Tabela 5.1. Vale

salientar que para o biossensor não está representado o semi-círculo calculado

porque a escala do gráfico teria que ser muito ampliada e os pontos

experimentais e a sobreposição das curvas ficaria pouco visível.

Rs CPE1

R1 W1

FIGURA 5.6- Circuito equivalente análogo aos processos interfaciais eletrodo-

solução.

Os valores de R

foram distintos para os três eletrodos, sendo que o

eletrodo de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) é o que apresenta menor

resistência e o biossensor CNTs-AchE maior resistência.

109

Os valores de resistência obtidos podem ser justificados da seguinte

forma. Sistemas de baixa dimensionalidade tais como CNTs, apresentam

menores valores de R

devido suas propriedades ímpares características, tais

como boa condução elétrica o que se remete num valor de R

baixo.

Apesar de ser esperado que a modificação com partículas metálicas

fosse melhorar a condutividade da pasta, o comportamento observado foi o

oposto e a resistência do eletrodo foi 2,5 vezes superior com a adição de Cu. O

aumento do valor de R

pode ser atribuído a possível formação de uma

camada de passivação oriunda da oxidação do Cu

, formando CuO. Esta

formação de CuO foi observada também nos estudos realizados com o analito

quercetina por meio da formação do complexo quercetina-Cu (II) sobre a

superfície do eletrodo.

Já para o biossensor CNTs-AchE o valor de R

aumentou em uma

ordem de grandeza para a reação [Fe(CN)

]

4-/3-

o que se deve, provavelmente,

a diminuição do número de sítios de CNTs disponíveis, pois a enzima ocupa

grande parte da área superficial, como visto nas micrografias e a mesma é não

condutora.

Os valores de CPE também são apresentados na Tabela 5.1. Para os

eletrodos de pasta de CNTs 60% (CNTs, m/m) e CNTs-Cu 6% (Cu, m/m) os

valores de CPE são muito próximos e característicos do processo de

carregamento de dupla camada para uma interface do tipo metal/solução. Já

para o biossensor CNTs-AchE o valor de CPE aumenta em 100 vezes o que se

deve a característica menos condutora deste.

Uma análise mais detalhada dos diagramas de impedância não foi

realizada porque o objetivo destas medidas foi apenas o de comparar os

diferentes eletrodos em termos de sua condutividade elétrica.

110

TABELA 5.1- Valores dos elementos de circuito para os eletrodos à base de

CNTs

Elementos de Circuito

Eletrodo CPE / F n R

/ Ω

Pasta CNTs 4,5x10

-8

0,6472 90,5

Pasta CNTs-Cu 3,0x10

-8

0,6709 252,0

Biossensor 1,5x10

-6

0,5330 3.050,0

111

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES

Os resultados obtidos permitem concluir que os eletrodos à base de

CNTs na forma de pasta apresentam respostas voltamétricas melhores que as

obtidas com o eletrodo de GC recoberto com filme de CNTs. Ainda com relação

ao eletrodo de pasta de CNTs, estes eletrodos apresentam facilidade de

construção, sensibilidade e facilidade de regeneração da superfície.

A melhor resposta voltamétrica em solução de ferricianeto de potássio

foi obtida para o eletrodo de pasta contendo 60% (m/m) de CNTs, o que está

de acordo com relatos da literatura. Esta composição também apresentou-se

reprodutível quanto a renovação de superfície.

O eletrodo de pasta de CNTs se mostrou útil em intervalos de potenciais

comparáveis às do carbono vítreo. Este eletrodo respondeu satisfatoriamente

aos analitos: paraquat, rutina e quercetina.

Avaliando-se o analito rutina por DPV, foi possível observar um

decréscimo de 200 mV no potencial de oxidação quando comparado ao

eletrodo de pasta de carbono tradicional, indicando um efeito eletrocatalítico

dos CNTs. Ainda com relação à rutina, foi possível a obtenção de um limite de

detecção de 3,39x10

-8

mol L

-1

e a sua determinação em formulações

farmacêuticas, com variações inferiores a 5%.

Ao empregar-se a quercetina como analito, observou-se dois processos

de oxidação, sendo o primeiro pico selecionado para determinação de

quercetina por ter apresentado maior corrente e melhor repetibilidade. Para

este sistema obteve-se um limite de detecção de 5,43x10

-7

mol L

-1

O eletrodo de pasta de CNTs foi modificado com micropartículas de Cu

para a determinação de quercetina. Os resultados observados neste estudo

indicaram a formação do complexo quercetina-Cu II sobre a superfície do

eletrodo modificado. A formação deste complexo resultou numa pequena

diminuição no limite de detecção para o valor de 2,36x10

-7

mol L

-1

. Ainda com

relação à quercetina, foi possível a sua determinação em amostra de suco de

maçã industrializado, com coeficientes de recuperação entre 98,8 e 102,9%.

112

O biossensor CNTs-AchE apresentou facilidade de construção, não

sendo necessária a utilização de suporte para a imobilização enzimática. Este

biossensor foi empregado para a determinação do carrapaticida clorfenvinfos

apresentado limite de detecção de 1,15x10

-6

mol L

-1

. Ainda com relação ao

clorfenvinfos, foi possível a sua determinação em amostra de carrapaticida,

com variações inferiores a 2,5%.

113

CAPÍTULO 7

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