Desenvolvimento, caracterização e aplicação de um eletrodo quimicamente modificado com nanopartículas de ouro e de óxido de ferro para a determinação eletroanalítica de bisfenol A

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um novo eletrodo baseado na modificação de um substrato de carbono vítreo com um filme de nanopartículas de óxido de ferro depositado sobre um filme de nanopartículas de ouro com objetivo de detectar e quantificar bisfenol A em utensílios plásticos. Para isso, as dispersões de nanopartículas foram preparadas em solução aquosa de cloreto de 3-n-propil-4-picolina silsesquioxano e caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão. O eletrodo modificado foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de impedância eletroquímica e voltametria cíclica, apresentando uma maior área eletroativa e melhor condutividade em comparação com o substrato de carbono vítreo sem modificação. Para estudar o comportamento eletroquímico do bisfenol A sobre a superfície do eletrodo modificado e para otimizar algumas condições experimentais (preparação do filme, eletrólito, pH) foi utilizada a voltametria cíclica. Em solução tampão B-R 0,1 mol L-1 (pH 9,0), variando o potencial de +0,2 a +1,2 V, observou-se um sinal analítico em +0,47 V, referente a oxidação do bisfenol A, que ocorreu através da transferência de dois mols de prótons e dois mols de elétrons. Nenhum sinal de redução foi detectado, caracterizando um processo irreversível. A corrente de pico de oxidação obtida foi cerca de quatro vezes maior que a obtida apenas com o substrato. Além de promover o aumento nas intensidades de corrente de pico, o eletrodo modificado ainda favoreceu a reação de oxidação do bisfenol A, deslocando em 30 mV o sinal analítico para valores de potencial menos positivos, indicando que a modificação com os filmes de nanopartículas melhoraram a transferência de elétrons sobre a superfície do eletrodo. Para realizar a determinação do bisfenol A, empregou-se a voltametria de pulso diferencial aplicando os seguintes parâmetros: velocidade de varredura de 40,0 mV s-1, amplitude de pulso de 80,0 mV e tempo de duração de pulso de 8,0 ms. As correntes de pico variaram linearmente com a concentração de bisfenol A na faixa de 20,0-1400,0 nmol L-1 (R2 = 0,996) obtendo o limite de detecção de 7,0 nmol L-1 e quantificação de 21,0 nmol L-1. Estes valores permitiram a aplicação do eletrodo modificado para quantificação de bisfenol A em diferentes amostras de plásticos obtendo ensaios de recuperações no intervalo de 90 a 120% e estando de acordo com análises realizadas por espectroscopia UV-vis. Para um nível de confiança de 95%, aplicou-se testes estatísticos concluindo que não houve diferenças significativas entre a exatidão e a precisão de ambos os métodos.<br>

Abstract : This work describes the development of a new electrode based on the modification of a glassy carbon substrate with a film of ferroferric oxide nanoparticles over a film of gold nanoparticles in order to detect and quantify bisphenol A in commercial plastics samples. The dispersions of nanoparticles were prepared in aqueous solution of 3-n-propyl-4-picoline silsesquioxane and characterized by transmission electron microscopy. The proposed chemically-modified electrode was characterized by scanning electron microscopy, electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry, presenting higher conductivity and higher electroactive area compared to the unmodified glassy carbon substrate. To study bisphenol A behavior on the modified electrode surface and to optimize some experimental conditions (preparation of the film, electrolyte, pH) cyclic voltammetry technique was used. In B-R buffer solution 0.1 mol L-1 (pH 9.0) , by varying the potential of +0.2 to +1.2 V, there is an analytic signal +0.47 V concerning the oxidation of bisphenol A, that occurred due the transfer of two mols of protons and two mols of electrons. No reduction signal was detected. The obtained oxidation current peak was about four times greater than the one obtained with unmodified substrate. In addition to promote the increase in the currents intensities, the modified electrode also favored bisphenol A oxidation reaction by shifting the analytical signal in 30 mV for less positive potential values, indicating that the modification with the nanoparticles films improved electron transfer over electrode surface. To perform the determination of bisphenol A, differential pulse voltammetry was used by applying the following parameters: scan rate of 40.0 mV s-1, pulse amplitude of 80.0 mV and pulse duration time of 8.0 ms. The peak currents vary linearly with the concentration of bisphenol A in the range of 20.0-1400.0 nmol L-1 (R2 = 0.996) getting the detection limit of 7.0 nmol L-1 and the quantitation limit of 21.0 nmol L-1. These values allowed the application of the modified electrode for quantification of bisphenol A on different samples of commercial plastics, obtaining satisfactory recoveries values in the range of 90 to 120% and being according to analysis by UV-vis spectroscopy. Finally, for a confidence level of 95%, statistical tests were applied to evaluate the results of both methods and it was concluded that there were no significant differences between the accuracy and precision of both methods.