Desenvolvimento de eletrodos impressos em papel a partir de tinta de grafite modificada com magnetita para a determinação de vitaminas

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um novo eletrodo descartável impresso sobre substrato de papel produzido a partir de uma tinta à base de grafite e verniz e modificado com nanopartículas de magnetita. O objetivo foi aplicá-lo no desenvolvimento de dois métodos: um para a quantificação de vitamina B2 e outro para a quantificação de vitamina B6, ambos em amostras de suplementos alimentares comerciais. A composição verniz:grafite da tinta condutora foi otimizada, assim como a proporção de nanopartículas de magnetita, com o objetivo de fornecer uma melhor resposta analítica e garantir uma rápida transferência eletrônica na superfície do eletrodo. O eletrodo foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de impedância eletroquímica e voltametria cíclica. A voltametria de onda quadrada foi utilizada para o estudo do comportamento eletroquímico das vitaminas sobre o eletrodo e para otimizar os parâmetros experimentais (como natureza do eletrólito de suporte, pH e parâmetros da técnica voltamétrica). Picos voltamétricos foram registrados em ?0,5 e +0,8 V (vs. pseudo-referência de grafite), em solução tampão B-R 0,1 mol L-1 (pH 2,0), referentes às reações de oxidação das vitaminas B2 e B6, respectivamente. A janela de potencial para a vitamina B2 foi de -0,8 a +0,3 V (vs. pseudo-referência de grafite) e para a vitamina B6 foi de +0,3 a +1 V (vs. pseudo-referência de grafite) com velocidade de varredura de 100 mV s-1. O pH 2,0 e a solução tampão B-R 0,1 mol L-1 foram selecionados na etapa de otimização da vitamina B2. Para a vitamina B6, o pH selecionado foi de 4,0 e o eletrólito de suporte foi a solução tampão McIlvaine 0,1 mol L-1. Para a determinação da vitamina B2, foram empregados os seguintes parâmetros da técnica: frequência de aplicação dos pulsos de 30 Hz, amplitude de pulso de 80 mV e degrau de potencial de 2 mV. Para a vitamina B6, os parâmetros foram: frequência de aplicação dos pulsos de 80 Hz, amplitude de pulso de 60 mV e incremento de potencial de 5 mV. As correntes de pico variaram linearmente com a concentração de vitamina B2 na faixa de 2,0 a 20 µmol L-1 (R2 = 0,999), e na faixa de 0,20 a 2,0 mmol L-1 (R2 = 0,999) para a vitamina B6. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,308 e 2,0 µmol L-1, respectivamente, para a vitamina B2 e de 29,5 e 200 µmol L-1, respectivamente, para a vitamina B6. Dessa forma, cada método foi capaz de determinar a concentração de uma vitamina nas amostras de suplementos vitamínicos comerciais. Para a comparação dos resultados obtidos por voltametria de onda quadrada, foi usada a técnica da espectrometria de fluorescência. Os testes estatísticos usados foram o teste t de Student e o teste F, concluindo que, com nível de confiança de 95%, não houve diferenças significativas na exatidão e na precisão de ambos os métodos.

Abstract: This work describes the development of a new disposable printed screen electrode over a paper substrate and manufactured from a conductive ink based on varnish and graphite powder with magnetite nanoparticles. The objective was to apply it in the development of two methods: one for the quantification of vitamin B2 and the other for the determination of vitamin B6, both in commercial dietary supplements. The proportion varnish:graphite and the proportion of magnetite nanoparticles were optimized to ensure a faster electronic transfer on the surface of the electrode. The electrode was characterized by scanning electron microscopy, electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. The square wave voltammetry was used to study the electrochemical behavior of the vitamins on the electrode and optimize the experimental parameters (such as nature of the support electrolyte, pH and technique parameters). Voltammetric peaks were registered in -0.5 and +0.8 V for vitamin B2 and B6, respectively, in 0.1 mol L-1 B-R buffer solution (pH 2.0), referring to vitamin B2 and B6 redox reactions. The potential window for vitamin B2 was -0.8 to +0.3 V and for vitamin B6 was +0.3 to +1.0 V with scan speed of 100 mV s-1. The support electrolyte was selected and the pH optimized: for vitamin B2 was selected 0.1 mol L-1 B-R buffer solution with pH of 2.0 and for vitamin B6, 0.1 mol L-1 McIlvaine buffer solution with pH of 4.0. For the determination of vitamin B2, the following technique parameters were used: 30 Hz for pulse frequency, 80 mV for pulse amplitude and 2 mV for potential step. For vitamin B6, the parameters were: 80 Hz for frequency of pulse application, 60 mV for pulse amplitude and 5 mV for potential step. The peak currents varied linearly with the vitamin B2 concentration with linear range from 2.0 to 20 µmol L-1 (R2 = 0.999), and linear range from 0.2 to 2 mmol L-1 (R2 = 0.999) for vitamin B6. The detection and quantification limits were 0,308 and 2,0 µmol L-1, respectively, for vitamin B2 and 29.5 and 200 µmol L-1, respectively, for vitamin B6. Thus, it was possible to quantify both vitamins in samples of vitamin commercial dietary supplements. It was used fluorescence spectrometry technique as a comparative method. The statistical tests used were Student's t test and the F test, concluding that, with a 95% confidence level, there were no significant difference in precision and accuracy for both methods.