Desenvolvimento de eletrodos modificados com quitosana quaternizada e nanopartículas de ferrita de manganês para determinação de Bisfenol A

Abstract

Os contaminantes emergentes são uma vasta classe de substâncias que apresentam alto risco à saúde de seres vivos, tornando essencial a existência de técnicas de monitoramento eficientes para seu devido controle. O bisfenol A (BPA), substância industrialmente utilizada na produção de polímeros como policarbonatos e resina epóxi, possui uma produção que aumenta anualmente. Este contaminante emergente possui a capacidade de mimetizar hormônios, sendo amplamente estudado e classificado como disruptor endócrino. Desta forma, a urgência no seu monitoramento tem inspirado a criação de diversos dispositivos inovadores para determinação das concentrações no meio ambiente. Neste trabalho é reportado a preparação e a caracterização de um compósito formado por quitosana modificada com (3-cloro-2-hidroxipropil) trimetilamônio, reticulada com glutaraldeído e nanopartículas de ferrita de manganês (NPs-MnFe2O4). Este compósito foi utilizado para modificar a superfície do eletrodo de carbono vítreo via deposição e avaliada sua atividade como sensor eletroquímico para BPA. Os materiais utilizados foram caracterizados pelas técnicas de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Ressonância Magnética Nuclear de 1H(RMN-1H), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) , Análise Termogravimétrica (TGA), Análise Elementar (CHN), Difração de Raios X (DRX), e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Tais técnicas possibilitaram a confirmação da modificação do polímero, e a formação de uma rede reticulada com a presença de nanopartículas. Foram conduzidos testes utilizando voltametria cíclica para otimização da composição do eletrodo, os estudos de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS), mostraram que o eletrodo modificado teve um aumento de quase seis vezes na sua transferência de carga, comparado ao eletrodo sem modificação. O tampão fosfato-salino (PBS) foi utilizado para estudar a reação de oxidação do BPA em pH 7, os resultados obtidos mostraram que a reação é controlada por difusão. As condições otimizadas para quantificação do analito foram atingidas em pH 7, utilizando a técnica de voltametria de onda quadrada (SWV). Os voltamogramas finais foram gerados com adições subsequentes de BPA, que apresentaram sinais bem definidos em +0,55V (vs Ag/AgCl), com uma faixa com correspondência linear entre corrente e concentração, de 10,28 a 14,35 µmol L-1 (R2 = 0,973), obtendo o limite de detecção (LOD) de 8,99 µmol L-1 e limite de quantificação (LOQ) de 27,26 µmol L-1. O eletrodo modificado pelo compósito obteve um desempenho eficiente na determinação do BPA, destacando-se como uma abordagem promissora.

Abstract: Emerging contaminants are a broad class of substances that pose significant risks to the health of living beings making it essential to have efficient monitoring techniques for their proper control. Bisphenol A (BPA), a substance widely used in the production of polymers such as polycarbonates and epoxy resins, has an annual production rate that continues to rise. This emerging contaminant has the ability to mimic hormones, and has been widely studied and classified as an endocrine disruptor. Thus, the urgency in its monitoring has inspired the creation of several innovative devices for determining concentrations in the environment. This work reports the preparation and characterization of a composite formed by chitosan modified with (3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammonium, cross-linked with glutaraldehyde and manganese ferrite nanoparticles (NPs-MnFe2O4). This composite was used to modify the surface of the glassy carbon electrode via deposition and its activity as an electrochemical sensor for BPA was evaluated. The modification was performed by deposition onto the surface of a glassy carbon electrode. The materials were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), Elemental Analysis (CHN), X-Ray Diffraction (XRD), and Transmission Electron Microscopy (TEM These techniques allowed the confirmation of the polymer modification and the formation of a cross-linked network with the presence of nanoparticles. Tests were conducted using cyclic voltammetry to optimize the electrode composition. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) studies showed that the modified electrode had an almost six-fold increase in its charge transfer, compared to the electrode without modification. Phosphate-buffered saline (PBS) was used to study the BPA oxidation reaction at pH = 7, the results obtained showed the oxidation reaction of BPA is diffusion-controlled. Optimal conditions for analyte quantification were achieved at pH 7 using square wave voltammetry (SWV) technique. The final voltammograms were generated with successive BPA additions, producing well-defined signals at +0.55 V (vs Ag/AgCl). A linear correlation between current and concentration was observed in the range of 10,28 to 14,35 µmol L-1 (R² = 0.973), yielding a limit of detection (LOD) of 8.99 µmol L?¹ and a limit of quantification (LOQ) of 27.26 µmol L?¹. The electrode modified by the composite obtained an efficient performance in the determination of BPA, standing out as a promising approach.