sÍntese, caracterizaÇÃo e aplicaÇÃo do Óxido de …
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UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI
LÚCIO OTÁVIO NUNES
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DO ÓXIDO DE GRAFITE E
GRAFENO EM ESTUDOS ELETROQUÍMICOS ENVOLVENDO ÁCIDO
ASCÓRBICO, ÁCIDO ÚRICO, DOPAMINA E EPINEFRINA
DIAMANTINA – MG
2013
LÚCIO OTÁVIO NUNES
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DO ÓXIDO DE GRAFITE E
GRAFENO EM ESTUDOS ELETROQUÍMICOS ENVOLVENDO ÁCIDO
ASCÓRBICO, ÁCIDO ÚRICO, DOPAMINA E EPINEFRINA
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação Stricto Sensu em Química da
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha
e Mucuri – UFVJM como pré-requisito
necessário para a obtenção grau de Mestre em
Química.
Área de concentração: Química Analítica
Orientador: Prof. Dr. Flávio Santos Damos
DIAMANTINA – MG
2013
Ficha Catalográfica - Serviço de Bibliotecas/UFVJM
Bibliotecária: Jullyele Hubner Costa CRB-6/2972
N972s
Nunes, Lúcio Otávio
Síntese, caracterização e aplicação do óxido de grafite e grafeno em estudos
eletroquímicos envolvendo ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina e epinefrina
/ Lúcio Otávio Nunes. – Diamantina: UFVJM, 2013.
85 p.
Orientador: Prof. Dr. Flávio Santos Damos
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha
e Mucuri. Faculdade de Ciências Sociais Aplicadas e Exatas. Programa de Pós-
Graduação em Química, 2013.
1. Óxido de grafite. 2. Grafeno. 3. Ácido úrico. 4. Epinefrina. 5. Eletrodo
de pasta. I. Flávio Santos Damos. II. Título.
CDD 543
Elaborada com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DO ÓXIDO DE GRAFITE E
GRAFENO EM ESTUDOS ELETROQUÍMICOS ENVOLVENDO ÁCIDO
ASCÓRBICO, ÁCIDO ÚRICO, DOPAMINA E EPINEFRINA
Lúcio Otávio Nunes
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Química, nível de
Mestrado, como parte dos requisitos para
obtenção do título de Mestre.
APROVADO EM 20 / 06 / 2013
Prof. Arnaldo César Pereira – UFSJ
Prof.ª Rita de Cássia Silva Luz – UFVJM
Prof. Flávio Santos Damos – UFVJM
Presidente
DIAMANTINA
2013
Dedico esse trabalho a minha mãe Sirlei, meus
irmãos Ana Paula e Michel e meu sobrinho Miguel .
AGRADECIMENTOS
A Deus, por ter me concedido a dádiva da existência.
À minha mãe, por toda a dedicação e empenho em minha criação e formação.
A meus irmãos Ana Paula e Michel pelo auxílio nas horas de dificuldade bem como
pelos bons momentos e a meu sobrinho Miguel por tornar meus dias mais divertidos.
Ao professor Dr. Flávio Santos Damos pela orientação, ensinamentos e por toda
contribuição no meu crescimento pessoal e profissional.
À professora Dra. Rita de Cássia Silva Luz pelo auxílio nas horas de necessidade.
Ao Delton, por ter ajudado a concretizar esse trabalho.
Aos colegas Vanessa, Neiviane, Gabi, Bel, Dilton, Cátia, Abraão e Neuma pelos
momentos de descontração.
À professora Bethe e ao pessoal do LABMET pelo acolhimento.
Aos colegas do GOU e do GPP pela força e amizade.
A todos que de alguma forma contribuíram para a realização desse trabalho.
Ao CNPq e à FAPEMIG pelos apoios financeiros concedidos, os quais foram
essenciais à realização deste trabalho.
i
RESUMO
O presente trabalho descreve a síntese, caracterização e aplicação do óxido de grafite e do
grafeno visando o desenvolvimento de sensores. Inicialmente, o material sintetizado foi
caracterizado por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X e espectroscopia
no infravermelho. Microscopia eletroquímica de varredura foi empregada para a obtenção de
“imagens eletroquímicas” e informações sobre a cinética de transferência de elétrons dos
materiais. Por fim, o óxido de grafite e o grafeno foram empregados na oxidação seletiva de
epinefrina, dopamina, ácido ascórbico e ácido úrico.
Palavras-chave: Óxido de grafite, grafeno, ácido ascórbico, ácido úrico, epinefrina,
dopamina, eletrodo de pasta.
ii
ABSTRACT
The present work describes the synthesis, characterization and application of graphite oxide
and graphene in sensor development. Initially, the material was characterized by scanning
electron microscopy, X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy. Scanning
electrochemical microscopy was employed to obtain electrochemical images and the rate
constant of electron transfer of graphene and graphite oxide. Finally, the graphite oxide and
graphene were used in selective oxidation of epinephrine, dopamine, uric acid and ascorbic
acid.
Keywords: graphite oxide, graphene, ascorbic acid, uric acid, epinephrine, dopamine, paste
electrode.
iii
LISTA DE ABREVIATURAS
AA Ácido ascórbico
Ag Prata
AgCl Cloreto de prata
SIDA Síndrome da Imunodeficiência Adquirida
AU Ácido úrico
DA Dopamina
E Potencial elétrico
EA Eletrodo auxiliar
Eoxi Potencial de oxidação
EP Epinefrina
EQM Eletrodo Quimicamente Modificado
ER Eletrodo de referência
ET Eletrodo de trabalho
FT-IR Infravermelho por Transformada de Fourier, do inglês Fourier Transform
Infrared
I Corrente elétrica
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
n Número de medições
ne Número de elétrons
np Número de prótons
NC Nanotubos de carbono
NTCPM Nanotubos de Carbono de Paredes Múltiplas
NTCPS Nanotubos de Carbono de Paredes Simples
pH Potencial hidrogeniônico
r Coeficiente de correlação linear
rpm Rotações por minuto
SECM Microscopia Eletroquímica de Varredura, do inglês Scanning Electrochemical
Microscopy
UME Ultramicroeletrodo
v Velocidade(s) de varredura
VC Voltametria Cíclica
iv
vs Versus
VPD Voltametria de pulso diferencial
v
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 – Representação genérica de um sensor químico.....................................................5
FIGURA 2 – Fatores a serem considerados na escolha de um sensor........................................6
FIGURA 3 – (a) Vista transversal de um NTCPM. Fonte: He; Xu; Fang, 2006. (b) Vista
externa de um NTCPM. Fonte: Ajayan, 1999. .........................................................................15
FIGURA 4 – (a) Vista de um NTCPS cortado transversalmente. (b) Vista externa de NTCPM.
(a) Fonte: Ferreira; Rangel, 2009. (b) Fonte: Khare; Bose, 2005.............................................15
FIGURA 5 – Esquema da síntese de NC pelo método de descarga por arco. Fonte:
Thostenson; Renb; Choua, 2001. .............................................................................................17
FIGURA 6 – Esquema geral do método de síntese de NC por ablação por lazer. Fonte:
Hirlekar et al., 2009. ................................................................................................................17
FIGURA 7 – Esquema do método de deposição química de vapor. Fonte: Oliveira,
2009. .........................................................................................................................................18
FIGURA 8 – Estrutura do fulereno C60. Fonte: Leandro, 2010. ..............................................19
FIGURA 9 – Óxido de grafite: (a) representação plana; (b) representação em três dimensões.
Fonte: Cote; Kim; Huang, 2008. ..............................................................................................20
FIGURA 10 – Grafeno: (a) representação esquemática; (b) microscopia eletrônica de
varredura. Fonte: (a) Kampouris; Banks, 2010. (b) Kim, 2011. ..............................................21
FIGURA 11 – Representação esquemática da microscopia eletroquímica de varredura. Fonte:
adaptado de http://www.chinstruments.com/chi900.shtml. Acesso em 10 de abril de
2013. .........................................................................................................................................25
vi
FIGURA 12 – Esquema de feedback positivo e negativo. (a) Um UME está posicionado
próximo a um substrato condutor onde os produtos realimentam o UME; na parte inferior da
figura é apresentado o perfil simulado de concentração na região entre o UME e o substrato.
Neste caso observa-se uma pequena camada de difusão. (b) Um UME está posicionado
próximo a um substrato isolante, na parte inferior da figura é apresentado o perfil simulado de
concentração na região entre o UME e o substrato. Neste caso observa-se um bloqueio das
espécies que alimentam o UME. Fonte: Lopez, 2010...............................................................26
FIGURA 13 – Potenciostato/galvanostato da Echo Chemie modelo PGSTAT 128N acoplado
a microcomputador...................................................................................................................30
FIGURA 14 – Microscópio eletrônico de varrredura, marca TESCAN, modelo VEGA 3
LM.............................................................................................................................................31
FIGURA 15 – Espectrofotômetro FT-IR marca VARIAN e modelo 640 IR............................31
FIGURA 16 – Difratômetro de raio-X modelo XRD-6000 da Shimadzu................................32
FIGURA 17 – Microscópio eletroquímico de varredura marca CH Instruments e modelo
920C..........................................................................................................................................32
FIGURA 18 – ER = eletrodo de referência, EA = eletrodo auxiliar e ET = eletrodo de
trabalho......................................................................................................................................33
FIGURA 19 – Óxido de grafite obtido após a síntese...............................................................34
FIGURA 20 – Grafeno obtido após a síntese...........................................................................35
FIGURA 21 – Grafite, óxido de grafite e grafeno, respectivamente, em dispersões de 1 mg em
5 mL de água.............................................................................................................................35
FIGURA 22 – Microscopia eletrônica de varredura do grafeno sintetizado............................40
FIGURA 23 – Microscopia eletrônica de varredura do óxido de grafite sintetizado...............40
FIGURA 24 – Microscopia eletrônica de varredura do grafite.................................................40
FIGURA 25 – Difratograma de raio-X para o grafeno, grafite e o óxido de grafite.................41
FIGURA 26 – Espectro de infravermelho comparativo entre o grafite e o óxido de grafite e
grafeno......................................................................................................................................42
vii
FIGURA 27 – Modelo de Lerf-Klinouski para o óxido de grafite. Fonte: Lerf et al., 1998. ..42
FIGURA 28 – Imagens de microscopia eletroquímica para a superfície de G (a), G/NTCPS
(b), G/NTCPM (c), G/GO (d) e G/rGO (e) (região dos filmes de 100 µm × 100 µm). Solução
de ferrocianeto 1 mmol L-1
em KCl 0,1 M como mediador redox...........................................44
FIGURA 29 – Curvas de aproximação obtidas para (a) G, (b) G/NTCPS, (c) G/NTCMP, (d)
G/GO e (e) G/rGO sob polarização da tip em + 500 mV vs Ag/AgCl e do substrato em
diferentes potenciais elétricos: -200, -100, 0, 100 e 200 mV vs Ag/AgC.................................45
FIGURA 30 – Voltamogramas cíclicos para a tríade AA, AU e DP em concentrações de 10 -3
mol L-1
de tampão fosfato (pH 7), velocidade de varredura 50 mV/s sobre as seguintes pastas:
(a) G, (b) G/NTCPS, (c) G/NTCPM, (d) G/GO e (e) G/rGO...................................................48
FIGURA 31 – Voltamogramas cíclicos para a tríade AA, AU e EP em concentração de 10-3
em
solução de tampão fosfato (pH 7), velocidade de varredura 50 mV/s sobre as seguintes pastas:
(a) G, (b) G/NTCPS, (c) G/NCPM, (d) G/GO e (e) G/rGO......................................................49
FIGURA 32 – (a) Efeito do pH no comportamento eletroquímico da epinefrina. Os valores de
pH avaliados foram: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. (b) Relação entre o potencial de
oxidação da EP e o pH da solução no intervalo de pH de 2,17 a 7,95; A concentração da EP
investigada foi 1 mmol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s
empregados...............................................................................................................................52
FIGURA 33 – (a) Efeito do pH no comportamento eletroquímico do ácido ascórbico. Os
valores de pH avaliados foram: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. (b) Relação entre o
potencial de oxidação do AA e o pH da solução no intervalo de pH de 2,17 a 7,95; A
concentração da AA investigada foi 1 mmol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s e
amplitude de 50 mV/s empregados...........................................................................................53
FIGURA 34 – (a) Efeito do pH no comportamento eletroquímico do ácido úrico. Os valores
de pH avaliados foram: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. (b) Relação entre o potencial
de oxidação do AU e o pH da solução no intervalo de pH de 2,17 a 7,95; A concentração do
AU investigado foi 1 mmol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s
empregados...............................................................................................................................54
viii
FIGURA 35 – Voltamogramas cíclicos referentes ao eletrodo de pasta de G/GO 2,44% em 0,1
mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) e velocidades de varredura de 0,01 a 0,1 V s-1
da (a)
epinefrina, (c) ácido ascórbico, (e) ácido úrico e gráfico de log ν versus log I da (b) epinefrina,
(d) ácido ascórbico e (f) ácido úrico.........................................................................................56
FIGURA 36 – (a) Efeito do pH na corrente de pico da epinefrina. pH: 2,07; 3,10; 4,13; 5,12;
6,12; 7,13 e 8,30; concentração 10-3
mol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s, amplitude
de 50 mV/s e (b) relação entre o potencial e o pH da solução no intervalo do pH de 2,07; 3,10;
4,13; 5,12; 6,12; 7,13 e 8,30; concentração 10-3
mol L-1
..........................................................57
FIGURA 37 – (a) Efeito do pH na corrente de pico do ácido úrico. pH: 2,07; 3,10; 4,13; 5,12;
6,12; 7,13 e 8,30; concentração 10-3
mol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s, amplitude
de 50 mV/s e (b) relação entre o potencial e o pH da solução no intervalo do pH de 2,07; 3,10;
4,13; 5,12; 6,12; 7,13 e 8,30; concentração 10-3
mol L-1
..........................................................58
FIGURA 38 – Voltamogramas cíclicos referentes ao eletrodo de pasta de G/rGO 2,44% em
0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) e velocidades de varredura de 0,01 a 0,1 V s-1
da (a)
epinefrina, (c) ácido úrico, e gráfico de log ν versus log I da (b) epinefrina, (d) ácido
úrico..........................................................................................................................................59
FIGURA 39 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [EP] versus I para o
eletrodo de pasta de G/GO 2,44% em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 4 µmol
L-1
de AU e diferentes concentrações de epinefrina: 3,0; 4,0; 5,0; 10,0 e 19 µmol L-1
.
Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s.................................................61
FIGURA 40 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [AU] versus I para o
eletrodo de pasta de G/GO 2,44% em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 10 µmol
L-1
de EP e diferentes concentrações de ácido úrico: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 e 10 µmol L-1
.
Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s.................................................62
FIGURA 41 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [EP] versus I para o
eletrodo de pasta de G/rGO 2,44% em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 20
µmol L-1
de AU e diferentes concentrações de epinefrina: 40,0; 50,0; 60,0; 70,0 e 90,0 µmol
L-1
. Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s...........................................62
ix
FIGURA 42 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [AU] versus I para o
eletrodo de pasta de G/rGO 2,44% em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 30
µmol L-1
de EP e diferentes concentrações de epinefrina: 20,0; 30,0; 50,0; 60,0 e 70,0 µmol L-
1. Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s..............................................63
FIGURA 43 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial para a oxidação simultânea de EP e AU
nas seguintes concentrações: EP: (1) 8,0; (2) 12,0; (3) 16,0; (4) 18,0; (5) 20,0 µmol L-1
; AU:
(1) 6,80; (2) 10,2; (3) 13,6; (4) 15,3; (5) 17,0. Medidas conduzidas em solução 0,1 mol L-1
de
tampão fosfato (pH 7); (b) curva analítica obtida a partir dos voltamogramas de pulso
diferencial para a epinefrina e (c) curva analítica obtida a partir dos voltamogramas de pulso
diferencial para o ácido úrico....................................................................................................64
FIGURA 44 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial para a oxidação simultânea de EP e AU
nas seguintes concentrações: EP: (1) 30,0; (2) 40,0; (3) 50,0; (4) 70,0; (5) 80,0 µmol L-1
; AU:
(1) 30,0; (2) 40,0; (3) 50,0; (4) 70,0; (5) 80,0. Medidas conduzidas em solução 0,1 mol L-1
de
tampão fosfato (pH 7); (b) curva analítica obtida a partir dos voltamogramas de pulso
diferencial para a epinefrina e (c) curva analítica obtida a partir dos voltamogramas de pulso
diferencial para o ácido úrico....................................................................................................66
x
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – Sensores e seus princípios de operação................................................................7
TABELA 2 – Principais métodos de imobilização do agente modificador na superfície do
eletrodo........................................................................................................................................9
TABELA 3 – Descrição das pastas empregadas ao longo do trabalho.....................................36
TABELA 4 – Valores da constante de velocidade para cada material de eletrodo frente à sonda
redox empregada.......................................................................................................................47
TABELA 5 – Potencial de pico e corrente de pico para a tríade ácido úrico, ácido ascórbico e
dopamina...................................................................................................................................50
TABELA 6 – Diferença de potencial de pico entre DA-AU e DA-AA....................................50
TABELA 7 – Potencial de pico e corrente de pico para a tríade epinefrina, ácido ascórbico e
ácido úrico.................................................................................................................................51
TABELA 8 – Diferença entre os potenciais de pico entre EP-AU e EP-AA............................51
xi
SUMÁRIO
RESUMO .................................................................................................................................... i
ABSTRACT ............................................................................................................................... ii
LISTA DE ABREVITATURAS ............................................................................................... iii
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ...................................................................................................... v
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................... x
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 1
2 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 3
3 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................................... 4
3.1 Sensores ............................................................................................................................ 4
3.2 Sensores Eletroquímicos .................................................................................................. 7
3.3 Eletrodos quimicamente modificados .............................................................................. 8
3.3.1 Adsorção ................................................................................................................. 10
3.3.2 Imobilização por oclusão ........................................................................................ 10
3.3.3 Materiais inorgânicos .............................................................................................. 11
3.3.4 Ligação covalente .................................................................................................... 11
3.3.5 Recobrimento com filmes poliméricos ................................................................... 12
3.3.6 Materiais compósitos .............................................................................................. 13
3.4 Principais materiais à base de carbono para confecção de eletrodos quimicamente
modificados: nanotubos de carbono, fulerenos, óxido de grafite e grafeno ........................ 14
3.4.1 Nanotubos de carbono ............................................................................................. 14
3.4.2 Fulerenos ................................................................................................................. 18
3.4.3 Óxido de grafite ....................................................................................................... 20
3.4.4 Grafeno .................................................................................................................... 21
3.5 Microscopia Eletroquímica de Varredura ....................................................................... 24
xii
3.6 Alguns compostos eletroativos detectáveis com eletrodos a base de materiais de
carbono: ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina e epinefrina ............................................ 27
4 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................. 29
4.1 Reagentes e soluções ...................................................................................................... 29
4.2 Instrumentação ............................................................................................................... 29
4.3 Eletrodos e célula eletroquímica .................................................................................... 33
4.4 Síntese do óxido de grafite ............................................................................................. 33
4.5 Síntese do grafeno .......................................................................................................... 34
4.6 Confecção das pastas ..................................................................................................... 35
4.7 Caracterização do óxido de grafite e grafeno sintetizados através de microscopia
eletrônica de varredura, difração de raio-X e espectroscopia no infravermelho............. ..... 36
4.8 Microscopia eletroquímica de varredura das pastas ...................................................... 36
4.9 Estudo do comportamento eletroquímico por voltametria cíclica e voltametria de pulso
diferencial do eletrodo de pasta de grafite puro e eletrodos de pasta compósitos sobre as
tríades: dopamina, ácido ascórbico, ácido úrico (DA, AA, AU) e epinefrina, ácido
ascórbico, ácido úrico (EP, AA, AU) .................................................................................. 37
4.10 Efeito do pH e da velocidade de varredura do potencial elétrico na resposta das pastas
de G/GO e G/rGO utilizando VPD para a tríade EP, AA, AU ............................................ 37
4.11 Estudo da interferência de um analito (AU e EP) sobre o outro empregando o eletrodo
de G/GO e G/rGO ................................................................................................................ 38
4.12 Determinação simultânea de EP e AU com eletrodo de G/GO e G/rGO .................... 38
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 39
5.1 Caracterização do óxido de grafite e grafeno sintetizados através de microscopia
eletrônica de varredura, difração de raio-X e espectroscopia no infravermelho ................. 39
5.2 Microscopia eletroquímica de varredura das pastas G, G/NTCPS, G/NTCPM, G/GO e
G/rGO ................................................................................................................................... 43
5.3 Comportamento eletroquímico dos compostos: dopamina, epinefrina, ácido ascórbico e
ácido úrico sobre G, G/GO, G/rGO, G/NTCPS, G/NTCPM, GO/NTCPS e GO/NTCPM . 47
xiii
5.4 Efeito do pH e da velocidade de varredura do potencial elétrico na oxidação dos
compostos EP, AA e AU por VPD para a pasta de G/GO e G/rGO .................................... 51
5.5 Estudo da interferência de um analito (ácido úrico e epinefrina) sobre o outro
emregando os eletrodos de G/GO e G/rGO ......................................................................... 60
5.6 Determinação simultânea de EP e AU em eletrodo com pasta de G/GO e G/rGO ....... 63
6 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 68
PERSPECTIVAS .................................................................................................................... 69
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 70
1
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos a busca por melhora nos processos produtivos tem sido crescente
uma vez que muitos materiais que servem para aplicação em manufatura estão sendo
substituídos pelos chamados materiais nanoestruturados, para assim diminuir as dimensões
físicas dos produtos bem, como aumentar seu desempenho. Com isso a quantidade de
materiais atualmente disponíveis para as mais variadas aplicações científicas e industriais tem
aumentado em tipo e número (JAHAN, 2009).
A Ciência está cada vez mais interdisciplinar e a cada momento vê-se diferentes ramos
do conhecimento levando a um conhecimento cientifico e tecnológico cada vez mais
integrado. Ao mesmo tempo que a ciência avança, os sistemas envolvendo a tecnologia
caminham, de uma maneira geral, para a miniaturização e menores tempos de análises. Neste
sentido, no futuro próximo, prevê-se a manipulação dos materiais em níveis cada vez menores
e com isso a nanotecnologia desponta como uma área que sofre um crescimento exponencial
no que tange novas descobertas.
A nanotecnologia vem provocando uma grande revolução no mundo científico e
tecnológico. Há atualmente um grande desenvolvimento nesse setor devido à diversidade de
áreas em que a nanotecnologia pode ser aplicada. O foco desse segmento da ciência é o
desenvolvimento de novos materiais para elaboração de novos produtos e processos, tendo em
vista a grande capacidade da tecnologia moderna de manipular átomos e moléculas. A
nanotecnologia pode, portanto ser aplicada a uma gama de áreas da ciência e setores
industriais (BORSCHIVER et al., 2005). Neste sentido, a Química vem explorando a
nanotecnologia para desenvolvimento de novos materiais com um número grande de
propósitos, como por exemplo o desenvolvimento de novas plataformas para sensores
químicos.
Os sensores químicos são dispositivos integrados que transformam uma reação
química ou um evento bioquímico em um sinal analítico útil. Eles não necessitam de adição
contínua de reagente para sua operação e fornecem resultados confiáveis. O desenvolvimento
de sensores químicos tem sido ponto chave na instrumentação analítica moderna pois muitas
vezes esses sistemas dispensam o uso de aparelhos complexos e maior infraestrutura. Mais
especificamente, os sensores eletroquímicos tem sofrido amplo desenvolvimento nos últimos
anos uma vez que tem havido a necessidade cada vez maior de testes analíticos rápidos,
baratos e mais simples para detecção de compostos químicos e biológicos em baixas
quantidades (ALFAYA; KUBOTA, 2002). Portanto, o desenvolvimento dos sensores
2
eletroquímicos tem envolvido, de maneira intensa, o uso de nanomateriais incluindo os
materiais à base de carbono.
Neste contexto, os nanomateriais que têm como base de sua estrutura o carbono são,
nos dias de hoje, muito atrativos devido às suas diferentes formas e baixo custo. Entre esses
nanomateriais incluem-se o óxido de grafite, grafeno, fulerenos e nanotubos de carbono.
Como resultado da grande versatilidade desses materiais, tem havido um aumento
significativo na exploração desses materiais na confecção de sensores eletroquímicos e,
principalmente, o óxido de grafite e o grafeno, tem despontado como novos compostos a
serem entendidos tendo em vista o pouco conhecimento que há sobre as potencialidades
destes materiais.
O presente trabalho teve por objetivo a síntese de óxido de grafite e do grafeno,
materiais à base de carbono, cuja produção e aplicação têm recebido grande atenção da
comunidade científica, bem como sua caracterização e utilização como novas plataformas
úteis ao desenvolvimento de sensores para o ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina e
epinefrina.
3
2 OBJETIVOS
O objetivo geral deste trabalho é a síntese e a caracterização do óxido de grafite e do
grafeno bem como a aplicação desses materiais em estudos eletroquímicos envolvendo os
compostos AA, AU, DP e EP utilizando eletrodos em forma de pasta. Para atingir o geral
objetivo em questão os seguintes objetivos específicos foram estabelecidos:
a) Tratar o grafite com fortes agentes oxidantes para a síntese do óxido de grafite e
reduzir o óxido de grafite com hidrazina para a síntese do grafeno;
b) Caracterizar o óxido de grafite e o grafeno empregando a microscopia eletrônica
de varredura, difração de raios-X e espectroscopia no infravermelho por
transformada de Fourier;
c) Analisar o comportamento dos eletrodos de pastas de grafite puro, grafite/grafeno,
grafite/óxido de grafite bem como pastas de grafite/NTCPS e grafite/NTCPM
confeccionados empregando a técnica de microscopia eletroquímica de varredura
(imagens e curvas de aproximação);
d) Analisar o comportamento eletroquímico das pastas por voltametria cíclica e
voltametria de pulso diferencial frente à tríade dopamina, ácido ascórbico e ácido
úrico bem como da tríade epinefrina, ácido ascórbico e ácido úrico frente ao
eletrodo de pasta de grafite puro, pastas mistas grafite/grafeno, grafite/óxido de
grafite bem como pastas de grafite/NTCPS e grafite/NTCPM;
e) Estudar a influência do pH e velocidade de varredura sobre o comportamento
eletroquímico dos analitos sobre os eletrodos de pasta;
f) Avaliar a interferência de um analito sobre o outro empregando os eletrodos de
pasta confeccionados;
g) Determinar simultaneamente epinefrina e ácido úrico em eletrodo com pasta de
óxido de grafite/grafite e eletrodo com pasta de grafeno/grafite.
4
3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 Sensores
Sensores são importantes devido as suas inúmeras aplicações na ciência motivadas
pela simplicidade envolvida no seu desenvolvimento e aplicação (JACOBS; PEAIRS;
VENTON, 2010). Tais dispositivos são definidos como instrumentos que possuem a
capacidade de responder a certos estímulos de forma que mediante a variação de uma
determinada propriedade mensurável do sistema seja possível monitorar determinados
eventos químicos (FUCHS; SOPPERA; HAUPT, 2012). Um sensor é composto basicamente
por três partes: o elemento de reconhecimento, cuja interação com uma molécula de interesse
gera uma variação em determinada propriedade do sistema; o elemento transdutor, que
converte o sinal analítico resultante da interação entre o elemento de reconhecimento e o
analito em um sinal mensurável, e o elemento condutor, que como o próprio nome faz
referência, conduz o sinal analítico ao equipamento que irá lê-lo (DORST et al., 2010). Vários
são os tipos de sensores desenvolvidos ao longo dos anos e, dentre esses, os sensores
químicos se destacam. O destaque deve-se à facilidade de construção, à eficiência e a grande
variedade de materiais que podem ser utilizados na confecção desses sensores o que
consequentemente gera uma grande variedade de configurações a estes sistemas
(GONÇALVES, 2010).
Sensor químico é um aparelho que transforma uma informação química em um sinal
analítico útil. O sinal analítico mencionado pode ser uma variação em decorrência de uma
reação química entre o analito e o elemento de reconhecimento ou variação em uma
propriedade física do sistema investigado (ROCHA-SANTOS; DUARTE, 2010). Sensores
químicos são constituídos por um elemento quimicamente seletivo, cujo objetivo é interagir
química ou fisicamente com determinado analito e gerar um sinal mensurável que quantifique
ou qualifique esse analito (RONKAINEN; HALSSALL; HEINEMAN, 2010). As respostas
produzidas por sensores químicos estão relacionadas ao elemento quimicamente seletivo do
sensor, ou seja, ao elemento de reconhecimento. Essas respostas são analisadas em termos de
alguns parâmetros como linearidade, repetibilidade, tempo de resposta e estabilidade
(ADHIKARI; MAJUMDAR, 2004; FRADEN, 2003). Entretanto, sensibilidade e seletividade
são dois dos fatores que mais influenciam na aplicação de um sensor químico (GONÇALVES,
2010). A seletividade está relacionada à resposta do sensor ao analito de interesse, mesmo
quando esse analito situa-se em uma matriz com outros compostos. Já a sensibilidade diz
5
respeito à capacidade do sensor em discriminar a menor variação na quantidade de analito, de
maneira reprodutível (FRADEN, 2003).
Os sensores químicos podem ser classificados de acordo com o princípio físico de
operação do transdutor. Sensores ópticos transformam fenômenos ópticos, que são resultado
da interação entre o analito e o receptor, em um sinal mensurável. Sensores eletroquímicos
transformam as interações eletroquímicas entre o analito e o elemento de reconhecimento em
um sinal analítico útil. Em sensores elétricos não ocorre nenhum processo eletroquímico, mas
o sinal é gerado por mudanças nas propriedades elétricas que ocorrem devido às interações
entre o analito e o sensor, e com isso é gerado um sinal analiticamente útil. Por sua vez, os
sensores que operam através de fenômenos sensíveis à massa associam a mudança de massa,
em uma superfície modificada, em uma mudança de propriedade do material suporte. A
mudança de massa é causada por acúmulo do analito sobre o material de suporte e, por
exemplo, em sistemas piezelétricos ocorre uma mudança na frequência de ressonância
fundamental do cristal piezelétrico de quartzo. Por fim, sensores termométricos são
caracterizados de acordo com os efeitos do calor gerado em uma reação química específica
(HULANICKI; GLAB; INGMAN, 1991). A FIGURA 1 traz uma representação genérica de
um sensor químico.
FIGURA 1 – Representação genérica de um sensor químico.
Tendo em vista a grande complexidade das amostras analisadas atualmente bem como
o grande número de parâmetros envolvidos no desenvolvimento e aplicação de sensores
6
químicos, inúmeros fatores devem ser considerados na escolha apropriada de um sensor
químico para a realização de uma análise. Esses fatores estão esquematizados na FIGURA 2.
FIGURA 2 – Fatores a serem considerados na escolha de um sensor.
Tendo em vista os inúmeros fatores descritos na escolha adequada de um sensor frente
a um determinado par analito/amostra, destaca-se a classe de sensores eletroquímicos uma vez
que aliado à possibilidade de integração de um elemento de reconhecimento está o baixo
custo operacional evolvido nas técnicas eletroquímicas bem como a possibilidade de
miniaturização destes sistemas.
A TABELA 1 traz um resumo dos principais tipos de sensores classificados de acordo
com o princípio de transdução do sinal.
7
TABELA 1 – Sensores e seus princípios de operação.
Tipo de sensor Mecanismo de operação Referência
Óptico Transformam fenômenos ópticos como
resultado da interação entre o analito e
o receptor em um sinal mensurável. Ex.
mudança no índice de refração.
Qazi; Mohammad; Akram, 2012
Eletroquímico Transformam as interações
eletroquímicas entre o analito e o
eletrodo em um sinal analítico útil. Ex.
eletrooxidação.
Yingpan; Miao; Hongbing, 2012
Elétrico Transformam mudanças nas
propriedades elétricas ocorridas devido
a interações entre o analito e o sensor
em um sinal de saída. Ex.
condutividade.
Hulanicki; Glab; Ingman, 1991
Sensibilidade à massa Transformam mudança de massa, em
uma superfície modificada, em uma
mudança de propriedade do material
suporte, gerando um sinal.
Piezoeletricidade.
Chen et al., 2002
Termométrico Funcionam de acordo com os efeitos
do calor gerado por uma reação
química específica. Ex. temperatura.
Xie; Ramanathan; Danielsson,
2000
3.2 Sensores Eletroquímicos
Sensores eletroquímicos são dispositivos cujo princípio de transdução baseia-se na
variação de uma propriedade eletroquímica na interface eletrodo/solução associada com a
interação entre o analito e o receptor. As medidas eletroquímicas podem ser essencialmente
efetuadas sob duas condições: a condição de equilíbrio e a condição fora do equilíbrio. Na
condição de equilíbrio a passagem de corrente elétrica é desprezível e nesse modo de
operação os sensores podem ser potenciométricos ou impedimétricos. Nos sensores
potenciométricos o potencial de equilíbrio é medido de forma que o mesmo é usado na análise
quantitativa. Por sua vez, nos sensores impedimétricos uma perturbação mínima é aplicada ao
sistema (geralmente uma perturbação senoidal de corrente ou potencial) tal que o sistema
opere em regime estacionário.
Na condição fora do equilíbrio tem-se a passagem de corrente elétrica ou potencial
8
elétrico de forma expressiva. Dentre as subclasses de sensores em que o sistema
eletroquímico encontra-se fora do equilíbrio são de amplo uso os chamados sensores
voltamétricos, condutimétricos e os sensores amperométricos. Um sensor amperométrico
mensura a corrente elétrica quando se aplica um determinado potencial elétrico ao sistema.
Por outro lado, nos sensores voltamétricos varre-se uma região de potencial elétrico e tem-se
com isso uma corrente elétrica proporcional à concentração do analito. Por sua vez, os
sensores codutimétricos operam através do monitoramento da condutividade do meio que
contem o analito, e desta forma mudanças na composição do meio devido às reações químicas
podem ser monitoradas. As medidas eletroquímicas fora do equilíbrio permitem a mensuração
de parâmetros cinéticos e termodinâmicos do sistema eletroquímico, já as medidas feitas em
equilíbrio fornecem parâmetros termodinâmicos diretamente. Dessa maneira, a
potenciometria é util para a determinação de atividade e concentração e a voltametria e
amperometria permite que se conheça outros parâmetros, incluindo os parâmetros cinéticos do
processo de interação analito-receptor (MORETO, 2006).
Em sensores eletroquímicos o sinal analítico está associado à interação entre o analito
e uma membrana, filme, monocamada, entre outros, comumente posicionada na extremidade
do transdutor. A fase que contém o elemento de reconhecimento pode ser imobilizada na
superfície do sensor de várias maneiras e esse é um dos fatores mais importantes associados à
qualidade das medidas produzidas pelo sensor de forma que, a adequada escolha do método
de imobilização se faz essencial para que os processos químicos envolvidos no evento de
reconhecimento sejam mantidos em sua plenitude (LOWINSOHN; BERTOTTI, 2006).
3.3 Eletrodos quimicamente modificados
O termo eletrodo quimicamente modificado (EQM) surgiu em 1975 (MOSES; WIER;
MURRAY, 1975) e designa eletrodos com espécies quimicamente ativas, imobilizadas na
superfície eletródica, com intuito de interferir na natureza físico-química da interface eletrodo
solução, bem como controlar essa interface. A modificação é aplicada sobre a superfície do
eletrodo e tem como objetivo controlar a seletividade e reatividade do sistema eletródico,
possibilitando a utilização de eletrodos em várias aplicações (SOUZA, 1997).
Um EQM consiste em duas partes: o eletrodo base e o modificador químico. O
eletrodo é preparado de acordo com as características que se deseja no sensor. A escolha do
eletrodo base é um ponto muito importante na preparação do sensor uma vez que este
substrato deve possuir as características eletroquímicas apropriadas bem como ser adequado
9
ao método de modificação escolhido. Vários são os materiais utilizados como eletrodo base,
entre eles pode-se citar o ouro, a platina, o carbono vítreo, grafite pirolítico (ordinário ou
altamente orientado e rico em planos EDGE ou BASAL), fibras de carbono, pasta de carbono,
entre outros (PEREIRA; SANTOS; KUBOTA, 2002).
Em eletroquímica, a aplicação de camadas de agentes modificadores sobre a superfície
do eletrodo tem sido a técnica mais comum de modificação de eletrodo. De maneira geral, os
métodos mais usados para introdução de um agente modificador na superfície de um eletrodo
são adsorção física irreversível, materiais compósitos, imobilização por oclusão, materiais
inorgânicos, ligação covalente a sítios específicos dos eletrodos, bem como recobrimento com
filmes poliméricos (VENDRAME, 2004). A TABELA 2 mostra os principais métodos de
introdução do agente modificador na superfície do eletrodo.
TABELA 2 – Principais métodos de imobilização do agente modificador na superfície do eletrodo.
Método de imobilização Principais características Referência
Adsorção Incorporação de maneira simples
e rápida de compostos em uma
grande variedade de eletrodos
base
Kong; Hu, 2012
Imobilização por oclusão Acoplamento de vários
componentes em uma matriz
polimérica ou sua inserção em
membrana semipermeável
Garcia; Oliveira Neto; Kubota, 1998
Materiais inorgânicos
Matrizes inorgânicas são
utilizadas como modificadores,
como por exemplo, sílica-gel
Mujahidemail; Lieberzeitemail;
Dickert, 2010
Ligação covalente Incorporação de grande número
de substâncias, de forma estável,
por meio da manipulação de
grupos funcionais na superfície do
eletrodo
Massafera; Torresi, 2009
Recobrimento com filme
polimérico
Imobilização de várias camadas
da espécie ativa na superfície do
eletrodo
Yao-Zu; Mei-Rong; Xin-Gui, 2009
Materiais compósitos Permite a modificação no interior
do material eletródico
Rahim et al., 2011
10
3.3.1 Adsorção
A adsorção é um método no qual ocorre a dissolução do agente modificador em
determinado solvente e o eletrodo é exposto, por imersão, à solução contendo o modificador
(EMR; YACYNYCH, 1995; ALBAREDA-SIRVENT; MERKOCI; ALEGRET, 2000).
Eletrodos de carbono apresentam a característica de quimiossorver compostos que possuem
sistemas de elétrons π estendidos, como os compostos orgânicos aromáticos. Essa adsorção
ocorre devido à interação do plano basal do eletrodo de carbono com os elétrons π da
molécula aromática (SOUZA, 1997). Além da quimiossorção verifica-se a existência de outro
processo adsortivo, a adsorção física, ou fisiossorção. Na fisiossorção a atração entre
adsorvente e adsorbato ocorre devido a forças de Van Der Walls e/ou interações eletrostáticas.
Nesse processo pode casualmente ocorrer deslocamento de elétrons, entretanto esses elétrons
não são compartilhados entre adsorvente e adsorbato (HINES; MADOXX, 1985).
O método de adsorção é muito empregado devido a sua simplicidade e eficiência. Esse
método apresenta, contudo, a desvantagem de produzir EQM com o máximo de uma
monocamada de modificador, limitando assim a faixa de resposta linear destes sistemas. Outra
desvantagem está no fato de a adsorção ser um processo de equilíbrio. Isso pode levar à
ocorrência de dessorção do modificador durante sua utilização e consequente perda de
reprodutibilidade das medidas, além da diminuição de vida útil do eletrodo preparado dessa
forma (SOUZA, 1997).
Uma variante do processo de adsorção é a eletroadsorção. A eletroadsorção ocorre
quando se tem adsorção induzida pela aplicação de um potencial elétrico ao sistema. Por meio
desse método é possível a formação de multicamadas e a deposição é, em geral, tanto maior
quanto maior for o tempo de aplicação do potencial. O potencial aplicado determina a
velocidade da adsorção bem como a estrutura da camada adsorvida. Sob baixas velocidades
de varredura “há mais tempo” para a formação de uma camada com estrutura cristalina mais
perfeita, entretanto o emprego de baixas velocidades de varredura na etapa de eletroadsorção
nem sempre compensam em virtude dos longos tempos, muitas vezes, necessários para
imobilização de espécies. (OLIVEIRA-BRETT; BRETT, 1993).
3.3.2 Imobilização por oclusão
Um outro método utilizado para imobilização de modificadores é a oclusão em gel
(OLIVEIRA NETO, 1999) que se baseia em acoplar vários componentes em uma matriz
11
polimérica ou inserindo-os em uma membrana semipermeável. Materiais como enzimas,
organelas, células e outros são biocomponentes apropriados para serem imobilizados através
desse método. Esse método apresenta a vantagem de o componente biológico não se ligar à
matriz, o que é muito importante para evitar a diminuição da atividade enzimática devido à
imobilização. Por outro lado, a desvantagem é a possibilidade de a enzima se lixiviar da rede
polimérica (PEREIRA; SANTOS; KUBOTA, 2002).
3.3.3 Materiais inorgânicos
Em eletrodos modificados com materiais inorgânicos várias matrizes inorgânicas têm
sido usadas como modificadores. Como exemplo pode-se citar sílica-gel, óxidos, fosfatos
metálicos, zeólitas e outros. A existência de grande número de materiais à base de sílica e a
rica química da superfície desse material implica em um grande potencial para sua aplicação
em eletroquímica. Outra matriz inorgânica bastante interessante, provinda dos silicatos, são os
chamados óxidos mistos, obtidos através do processo sol-gel (BRINKER; SCHERER, 1990).
As zeólitas também merecem destaque devido ao seu promissor uso em eletroquímica. Esse
material, assim como os fosfatos, incorpora espécies eletroativas por mecanismo de troca
iônica. As matrizes à base de zeólitas possuem outra característica importante: melhoram a
seletividade em um mecanismo baseado no tamanho e forma do reagente juntamente com a
estrutura tridimensional da zeólita (SONG; VILLEMURE, 2001).
3.3.4 Ligação covalente
O modificador também pode ser ligado de maneira covalente ao substrato do eletrodo.
Nesse processo são empregados vários tipos de reações, como por exemplo a reação de
silanização. Esse método de modificação é muito usado para imobilização de enzimas na
superfície do eletrodo. Superfícies de carbono podem apresentar grupos funcionais como
álcoois, cetonas, ácidos carboxílicos e anidridos resultantes da oxigenação dos átomos de
carbono do plano vertical contendo ligações incompletas. Essas funções são passíveis de
derivatização. Com isso a modificação da superfície do eletrodo via ligação covalente é, em
grande parte, baseada na manipulação dos grupos funcionais oxigenados, presentes na
superfície do eletrodo. Esses grupos oxigenados mostram boa reatividade frente a grupos
funcionais como amina, organosilanos, cloretos de tionila e outros. Vale ressaltar que na
modificação por ligação covalente são também utilizados carbonos livres de óxidos,
12
envolvendo, nesse caso, os átomos do carbono do plano vertical. Fratura sob atmosfera inerte
ou outros tratamentos como abrasão mecânica, “decapagem” por plasma de argônio ou
termólise sob vácuo, são processos capazes de gerar superfícies livres de óxidos, com grande
reatividade frente a um bom número de reagentes (SOUZA, 1997). Outra classe de
modificadores que operam via ligação covalentes são as monocamadas auto-organizadas.
Monocamadas organizadas de tióis são “organizados” moleculares onde as moléculas
compartilham, preferencialmente, uma orientação comum devido a afinidade do átomo de
enxofre (grupo cabeça) destas moléculas por determinados substratos. Em tais sistemas, em
geral, o grupo cabeça corresponde a um átomo de enxofre (que possui elevada afinidade por
determinados substratos metálicos) e o “corpo” corresponde a uma cadeia orgânica.
Desta forma, a auto-organização nestes sistemas está intimamente relacionada com a
afinidade do “grupo cabeça” das moléculas pelo substrato e associado à interação favorável
entre os grupos que constituem o “corpo” da molécula. Como resultado, estes sistemas podem
formar filmes finos (dimensões nanométricas e sub-nanométricas) que tem possibilitado um
amplo controle de propriedades físico-químicas das mais variadas superfícies metálicas.
De forma geral, os eletrodos modificados através de ligação covalente são mais
estáveis que eletrodos modificados pelos demais métodos, porém sua preparação é um pouco
mais complexa porque envolve a ocorrência de reação química na superfície do eletrodo.
Semelhante ao método de adsorção, a modificação via ligação covalente gera somente
cobertura com, no máximo, uma camada imobilizada (ALEGRET, 2000).
3.3.5 Recobrimento com filmes poliméricos
Nesse método de modificação a superfície do eletrodo é recoberta com uma ou mais
camadas de filme polimérico condutor ou permeável ao eletrólito suporte e ao analito de
interesse. A modificação com membrana polimérica permite a imobilização de muitas
monocamadas na superfície do eletrodo, o que aumenta a resposta eletroquímica. Filmes
poliméricos têm sido usados no desenvolvimento de sensores para proteger a superfície dos
eletrodos de impurezas, bloquear interferentes, imobilizar biocomponentes, incorporar
mediadores e fornecer biocompatibilidade. Em geral os filmes poliméricos são classificados
em quatro classes: condutores, de troca iônica, não-condutores e de membranas compostas.
Devido à grande variedade de polímeros existentes pode-se explorar as propriedades dos
mesmos de acordo com o fim pretendido (BIAGIOTTI et al., 2007).
13
3.3.6 Materiais compósitos
Um eletrodo compósito é um material no qual o substrato base é combinado a um
agente modificador de forma que um comportamento sinérgico resultante da combinação seja
observado. Esse método mostra-se útil na modificação de eletrodos à base de carbono em pó
(negro de carbono, grafite), como eletrodos de pasta de carbono, de grafite-epóxi, eletrodos
impressos (screen-printed) e pastilhas. Quando há possibilidade é preferível a utilização de
uma variante do método descrito: mistura-se o carbono em pó em uma solução adequada do
agente modificador e quando o solvente evapora as partículas do pó de carbono ficam
recobertas pelo modificador, com isso tem-se uma distribuição mais homogênea desse
modificador. Em ambos os casos pode ocorrer perda do modificador para a solução de
medida, diminuindo a reprodutibilidade do método (VENDRAME, 2004).
Cada fase do compósito tem suas características individuais, mas a mistura pode
apresentar novas características físicas, químicas ou biológicas. Compósitos com
propriedades condutoras são, com excelentes resultados, utilizados em eletroquímica para o
desenvolvimento de sensores (ALEGRET, 1996).
O eletrodo de pasta de carbono é um dos sistemas utilizados, quando se trata de
materiais compósitos. A utilização de eletrodo de pasta de carbono foi registrada pela
primeira vez por Adams (1958), propondo a preparação de um eletrodo de carbono renovável,
usado em uma ampla faixa de potenciais positivos em que o eletrodo de mercúrio não poderia
ser utilizado por ser facilmente oxidado.
Atualmente o eletrodo de pasta de carbono é amplamente utilizado devido à sua
versatilidade, baixo custo e baixo ruído, modificação conveniente e facilidade de renovação
da superfície. Esse eletrodo permite ainda a incorporação de matrizes inorgânicas, que
conferem características específicas ao sistema eletródico (ADAMS, 1958; ALEMU;
CHANDRAVANSHI, 1998).
A pasta de carbono consiste em um pó de grafite, um material a ser escolhido, para ser
misturado ao pó de grafite, e um aglutinante (líquido orgânico) que auxilia na fixação da pasta
ao eletrodo (LIMA, 1998). O grafite em pó a ser utilizado no preparo do eletrodo deve ser de
alta pureza, apresentar baixa capacidade de adsorção de nitrogênio e de impurezas
eletroativas, além de possuir distribuição granulométrica uniforme (SILVA, 2006). O
aglutinante é normalmente um líquido orgânico como parafina, óleo mineral, óleo de silicone,
entre outros. Esse material é utilizado para preencher as cavidades existentes entre o grafite e
o outro material e dar consistência à pasta. O aglutinante deve ser puro, quimicamente inerte,
14
não-eletroativo, imiscível com água e com as soluções do analito e ter baixa volatilidade
(SILVA, 2006; LIMA, 1998).
O desenvolvimento de eletrodos de pasta de carbono permite o aumento do limite de
detecção para o analito de interesse além de aumentar a seletividade em relação aos eletrodos
convencionais. Uma grande vantagem desse tipo de eletrodos é o fato de sua confecção ser
bem simples, em relação aos métodos de modificação de eletrodo que se se observa
convencionalmente. Adicionalmente, os eletrodos de pasta permitem que uma gama de
materiais com as mais variadas propriedades sejam empregados na confecção de novos
eletrodos. Estes sistemas têm sido empregados de forma extensiva e a literatura relata
milhares de referências bibliográficas acerca destes materiais. Dentre os materiais usados
como materiais condutores para confecção da pasta estão o grafite, os nanotubos de carbono,
fulerenos e mais recentemente, óxido de grafite e o grafeno. Neste sentido, uma avaliação
adequada destes materiais é essencial para que se encontre suas adequadas aplicabilidades no
que tange ao desenvolvimento de sensores químicos.
3.4 Principais materiais à base de carbono para confecção de eletrodos quimicamente
modificados: nanotubos de carbono, fulerenos, óxido de grafite e grafeno
3.4.1 Nanotubos de carbono
Carbono elementar com hibridização sp2
pode formar uma variedade (POPOV, 2004)
incrível de estruturas. Partindo do bem conhecido grafite, o carbono pode construir estruturas
abertas e fechadas com arranjo atômico em forma de hexágonos regulares. A primeira de tais
estruturas descoberta foi o C60 (KROTO et al., 1985). Embora as estruturas de carbono
tenham sido estudadas anteriormente, Ijima (1991) foi quem primeiro sintetizou uma estrutura
tubular de carbono. Os nanotubos consistem em um sistema contendo vários tubos
concêntricos em um arranjo chamado de nanotubo de carbono de paredes múltiplas NTCPM
(KHARE; BOSE, 2005), conforme apresentado nas FIGURAS 3 (a) e (b).
15
FIGURA 3 – (a) Vista transversal de um NTCPM. Fonte: HE; XU; FANG, 2006. (b) Vista externa de um
NTCPM. Fonte: AJAYAN, 1999.
Ou podem se apresentar como um único cilindro em um arranjo chamado nanotubo de
carbono de parede simples NTCPS (KHARE; BOSE, 2005) conforme apresentado nas
FIGURAS 4 (a) e (b).
FIGURA 4 – (a) Vista de um NTCPS cortado transversalmente. Fonte: FERREIRA; RANGEL, 2009. (b) Vista
externa de NTCPM. Fonte: KHARE; BOSE, 2005.
Os NC são formados pelo enrolamento de folhas de grafeno formando um cilindro
(OLIVEIRA, 2009), sendo arranjados sob as formas de nanotubos de paredes simples e de
parede múltiplas. Outra forma de carbono filamentar que se assemelha aos nanotubos são as
nanofibras de carbono. A diferença crucial entre nanofibras e nanotubos é a forma como as
folhas de grafeno se organizam. Nanofibras são formadas por empilhamento de folhas de
grafeno formando cones ou copos, o que não ocorre nos nanotubos de carbono (OLIVEIRA,
2009).
16
Os NC possuem propriedades elétricas únicas (AVOURIS et al., 2003), possuem
resistência elétrica extremamente baixa. A resistência ocorre quando os elétrons colidem com
algum defeito na estrutura pela qual passam e esse defeito pode ser uma impureza atômica,
uma anormalidade estrutural ou vibração de um átomo em relação a sua posição atômica. As
colisões com as imperfeições defletem os elétrons de sua rota, porém os elétrons, nos
nanotubos de carbono, não desviam facilmente de seu trajeto eletrônico o que confere aos
mesmos alta condutividade eletrônica (TANS; VERSCHUEREN; DEKKER, 1998). A baixa
resistência elétrica faz com que os NC tenham alta condutividade eletrônica e essa
propriedade torna os NC um excelente material para ser utilizado em eletroquímica. Os NC,
devido às suas características únicas, são muito utilizados no desenvolvimento de sensores
eletroquímicos para uma gama de compostos, além de poderem ser modificados, formando
compósitos com propriedades elétricas ainda melhores do que os NC não modificados. Os
NC possuem alta resistência mecânica como resultado das ligações carbono-carbono sp2
(ROBERTSON; BRENNER; MINTMIRE, 1992). Anteriormente à descoberta dos NC o
diamante era o melhor condutor térmico conhecido. Neste sentido, os nanotubos de carbono
têm mostrado propriedades de condução térmica até duas vezes melhor que a condução no
diamante (HONE, 2001).
As técnicas comumente utilizadas para síntese de NC são descarga por arco, ablação
por laser e deposição química de vapor. A técnica de descarga por arco é baseada na geração
de um arco elétrico entre dois eletrodos de grafite sob uma atmosfera inerte de argônio ou
hélio, à pressão reduzida. Com isso produzem-se temperaturas maiores que 3000 ºC, levando
à vaporização do carbono do ânodo, que deposita sobre o cátodo, formando nanotubos e
outros subprodutos de carbono como fulereno, carbono amorfo e fuligem. Essa técnica
permite a produção de nanotubos de parede mútiplas e simples, porém para a síntese de
nanotubos de paredes multiplas os eletrodos devem ser dopados com pequena quantidade de
catalisador metálico (OLIVEIRA, 2009). A representação esquemática dessa técnica é
ilustrada na FIGURA 5.
17
FIGURA 5 – Esquema da síntese de NC pelo método de descarga por arco. Fonte: THOSTENSON; RENB;
CHOUA, 2001.
Na técnica de ablação a laser utiliza-se um lazer para vaporizar um alvo de grafite em
um forno a uma temperatura de 1200ºC, sob fluxo de um gás inerte. A vaporização gera
espécies que são levadas pelo gás a uma região de alta temperatura e depositadas em um
coletor de cobre em forma de cone, resfriado por água (HIRLEKAR et al., 2009). A FIGURA
6 representa o esquema geral de síntese de NC pelo método de ablação por lazer.
FIGURA 6 – Esquema geral do método de síntese de NC por ablação por laser. Fonte: HIRLEKAR et al., 2009.
Apesar do progresso ocorrido nos métodos de síntese dos nanotubos, remanescia, até
pouco tempo atrás, alguns problemas em relação à sua síntese, dentre os quais pode-se citar a
dificuldade de produção em larga escala. O método de deposição química de vapor emergiu,
então, como um novo candidato na síntese de nanotubos. Através desse método foi possível
controlar a direção de crescimento dos nanotubos em um substrato e produzir em larga escala
(LI et al., 1996). Nesse processo uma mistura de gás hidrocarboneto, acetileno, metano ou
18
etileno e nitrogênio são introduzidos na câmara de reação. Durante a reação, nanotubos são
formados no substrato pela decomposição de hidrocarbonetos a temperaturas de 700 a 900ºC
(MAMALIS; VOGTLÄNDER; MARKOPOULOS, 2004) sob pressão atmosférica. O
processo tem como uma das vantagens o fato de os nanotubos serem obtidos a temperaturas
mais baixas, embora sejam de qualidade inferior (KHARE; BOSE, 2005). A FIGURA 7
representa o método de deposição química de vapor.
FIGURA 7 – Esquema do método de deposição química de vapor. Fonte: OLIVEIRA, 2009.
Os métodos mais comuns para a síntese de NC ainda são muito complexos, o que leva
a um alto custo na produção de NC. Neste sentido, pesquisas tem sido feitas de maneira a se
desenvolver novos materiais que podem complementar ou substituir os NC em suas
aplicações bem como tem havido uma intensa busca por novos métodos mais simples e
baratos de síntese de NC.
3.4.2 Fulerenos
Os fulerenos constituem uma classe de moléculas em forma de poliedros formados
unicamente por átomos de carbono. De maneira diferente a outras formas alotrópicas do
carbono, como o grafeno, óxido de grafite, diamante e grafite, nos fulerenos os carbonos estão
em sua forma molecular. Até o presente momento oito formas de fulerenos estáveis foram
isoladas em quantidades significativas (LEANDRO, 2010). A FIGURA 8 representa a
estrutura de um dos tipos de fulerenos sintetizados, o C60.
19
FIGURA 8 – Estrutura do fulereno C60. Fonte: LEANDRO, 2010.
A partir da síntese do C60 em quantidades suficientemente grandes as propriedades
físicas dessa incrível forma alotrópica do carbono têm sido investigadas. Entre as descobertas
mais interessantes sabe-se que a molécula de C60, embora rica em elétrons, se comporta como
uma espécie eletronegativa, possuindo a capacidade de aceitar de maneira reversível de um
até seis elétrons, formando os ânions correspondentes (ECHEGOYEN; ECHEGOYEN 1998).
Outra propriedade surpreendente é que a molécula de C60 pode se tornar
supracondutora em espécies do tipo M3C60 (onde M = metal alcalino) (HOLCZER et al.,
1991), além de possuir propriedades ópticas não lineares (TUTT, 1992). Grande parte das
propriedades do C60 estão relacionadas à sua elevada simetria, na qual os 60 átomos de
carbono são equivalentes (LEANDRO, 2010).
O método mais comum para síntese de fulerenos é o método de Krätschmer et al.
(1990). Esse método consiste na incidência de um arco voltaico entre tubos de grafite de alta
pureza em uma atmosfera de hélio e pressão de 100-200 Torr. A temperatura que se necessita
para a síntese de fulerenos é de cerca de 2000ºC. O rendimento do fulereno C60 na fuligem
produzida pelo processo é de cerca de 5%. Esse método permite a obtenção de gramas de C60
bem como produz ainda C70 e fulerenos superiores (o total de fulerenos produzidos é de cerca
de 10 a 15%) (LEANDRO, 2010).
São descritos na literatura outros métodos menos comuns para a síntese de fulerenos,
com destaque para aqueles representados pela combustão de benzeno em uma atmosfera
deficiente de oxigênio (HOWARD et al., 1992) e pela condensação de hidrocarbonetos
aromáticos policíclicos por desidrogenação ou desidro-halogenação (SCOTT, 2004).
20
3.4.3 Óxido de grafite
O óxido de grafite é caracterizado como um sólido de uma camada de átomos de
carbono funcionalizados com oxigênio cuja estrutura exata ainda permanece incerta devido à
sua baixa cristalinidade, composição não estequiométrica e instabilidade térmica (HE et al.,
1998; DREYER et al., 2010).
As FIGURAS 9 (a) e (b) representam o óxido de grafite em estrutura plana e em três
dimensões, respectivamente.
FIGURA 9 – Óxido de grafite: (a) representação plana; (b) representação em três dimensões. Fonte: COTE;
KIM; HUANG, 2008.
Sugere-se que, no óxido de grafite, em cada estrutura em forma de folha, os carbonos
são funcionalizados com grupos como cetona e epóxi, no plano basal, e grupos fenólicos e
carboxílicos nas extremidades laterais (DREYER et al., 2010). Essas funções contendo
oxigênio aumentam a hidrofilicidade das lâminas de óxido de grafite e abrem a rica
possibilidade de intercalação química (MATSUO; NIWA; SUGIE, 1999).
Devido a sua inerente carga negativa o óxido de grafite pode eletrostaticamente atrair
ou repelir algumas moléculas (RAMESH; BHAGYALAKSHMI; SAMPATH, 2004). Essa
propriedade pode ser explorada para detecção seletiva de neurotransmissores sob condições
apropriadas. Embora tenha aumentado o número de estudos realizados sobre o óxido de
grafite, ainda são poucos os estudos em que se utiliza esse composto no desenvolvimento de
sensores (CHANG et al., 2010).
O óxido de grafite é a forma oxidada do grafite obtida pelo forte tratamento oxidativo
do pó de grafite. Na síntese do óxido de grafite o grafite é tratado com agentes oxidantes
21
como ácido sulfúrico, permanganato de potássio, nitrato de sódio e água oxigenada
(HUMMERS; OFFEMAN, 1958). Os primeiros estudos realizados sobre as aplicações do
óxido de grafite foram principalmente orientados para o desenvolvimento de capacitores e
nanocompósitos de óxido de grafeno (HAMWI; MARCHAND, 1996; LIU et al., 2009). Nos
dias atuais o óxido de grafite tem sido extensivamente estudado e utilizado em aplicações
atreladas ao desenvolvimento de sensores eletroquímicos.
3.4.4 Grafeno
O grafeno é um dos alótropos do carbono elementar. Consiste em átomos de carbono
arranjados em monocamada em uma estrutura de duas dimensões. Para formar as “folhas” de
grafeno os átomos organizam-se em estrutura semelhante ao favo de mel, ou seja, hexagonal,
como observado nos NC (SLONCZEWSKI; WEISS, 1958). As FIGURAS 10 (a) e (b)
representam respectivamente a estrutura do grafeno e uma microscopia eletrônica de
varredura (MEV) desse mesmo composto.
FIGURA 10 – Grafeno: (a) representação esquemática; (b) microscopia eletrônica de varredura. Fonte: (a)
KAMPOURIS; BANKS, 2010; (b) KIM, 2011.
Os elétrons se comportam, no grafeno, como partículas relativísticas, o que contribui
para as propriedades peculiares desse material à base de carbono (ZHANG et al., 2005;
NOVOSELOV et al., 2007). O grafeno tem mostrado propriedades intrigantes, como a alta
mobilidade dos elétrons (NOVOSELOV et al., 2005; NOVOSELOV et al., 2004),
excepcional condutividade térmica (BALANDIN et al., 2008) e propriedades mecânicas
superiores (LEE et al., 2008) se comparado a outros compostos. Suas potenciais aplicações
22
incluem a detecção de gases, eletrodos condutores transparentes, compósitos e aparelhos para
estocagem de energia como supercapacitores e bateriais de íons de lítio (LI et al., 2008). Não
há dúvidas de que o grafeno surgiu como uma excelente alternativa, no caminho dos
cientistas, que buscam por novos materiais a serem utilizados na indústria eletrônica, química
entre outras áreas.
A mais fascinante das propriedades do grafeno á sua alta condutividade elétrica.
Quando usado associado a uma matriz polimérica ou algum outro modificador o grafeno pode
aumentar substancialmente a condutividade do modificador no compósito formado. Vários
fatores que influenciam a condutividade dos compósitos de grafeno têm sido comprovados
experimentalmente. Dentre esses fatores inclui-se, por exemplo a presença de grupos
funcionais nas folhas de grafeno (SINGH et al., 2011).
A condutividade térmica de um material é governada pela vibração da rede estrutural
do composto. Na estrutura bidimensional do grafeno tem-se observado alta condutividade
térmica (BALANDIN et al., 2008), fazendo desse material um excelente candidato a
aumentar o transporte de calor, quando associado a matrizes poliméricas. Os compósitos de
grafeno associado a matrizes poliméricas, com boa condutividade térmica, tem potenciais
aplicações em circuitos eletrônicos e sistemas de controle de temperatura de alta performance
(SINGH et al., 2011).
As propriedades mecânicas das folhas de grafeno também tem atraído a atenção dos
pesquisadores. Compósitos de grafeno e matrizes poliméricas demonstram grande força
intrínseca. Semelhante a outros compósitos, as propriedades mecânicas do grafeno associado
a polímeros são dependentes de fatores como distribuição do polímero na matriz de grafeno,
natureza da ligação entre o material polimérico e o grafeno entre outros (FANG, 2009). Neste
sentido, inúmeros pesquisadores interessados no desenvolvimento de materiais compósitos
têm se esforçado para melhorar as propriedades mecânicas dos sistemas contendo grafeno
(LIANG, 2009).
Alguns métodos comuns de síntese de grafeno são a esfoliação mecânica, sublimação
de carbetos, deposição química de vapor e síntese química. Cada tipo de síntese tem suas
vantagens, desvantagens e peculiaridades. Na esfoliação mecânica grafite de alta pureza é
esfoliado com uma fita adesiva. Adere-se a fita adesiva com grafite esfoliado a um substrato
de silício com 100 ou 300 nm de óxido (NOVOSELOV et al., 2004). Para que ocorra a
transferência, fita é bem pressionada em direção ao silício com uma pinça de plástico, por
alguns segundos, para que o grafeno fique bem aderido à matriz de silício. Nesses dois
substratos, fita e silício, é possível verificar a existência de grafeno e grafite em poucas
23
camadas através de microscópio óptico (GEIM; NOVOSELOV, 2007). Esse método apresenta
a desvantagem de não produzir grafeno em larga escala, entretanto pode ser utilizado na
ausência de métodos mais eficientes de produção do grafeno (BARCELOS, 2011).
No método de síntese do grafeno por sublimação de carbetos ocorre sublimação do
elemento químico constituinte do carbeto de maneira que o elemento sublimado não seja o
carbono. Dessa forma o carbono restante religa-se e forma o grafeno. O carbeto mais utilizado
é o carbeto de silício (SiC) e o grafeno é produzido em atmosfera inerte ou em vácuo
(SPRINKLE et al., 2010). O grafeno é formado tanto na fase do silício quanto na fase do
carbeto de silício, com características peculiares em cada uma das fases (TEDESCO et al.,
2010). A obtenção de grafeno a partir de um substrato possibilita a aplicação desse material
em nanoeletrônica e uma grande vantagem desse método é que o carbeto de silício serve
como substrato (BARCELOS, 2011).
Com intuito de fazer crescer um filme de grafeno, um substrato de silício (com 300 nm
de SiO2) com uma camada de metal depositado ou uma superfície metálica é colocada dentro
de um tubo de quartzo e em seguida dentro de um forno de deposição química de vapor.
Anteriormente ao processo de crescimento, é preciso que os grãos do metal catalisador
aumentem de tamanho através de tratamento térmico. Grãos com maior tamanho permitem
uma deposição mais uniforme. A fase de crescimento do grafeno pode ser realizada em
atmosfera de argônio ou hidrogênio, podendo ainda ser realizado em vácuo (LI et al, 2011) ou
sob pressão atmosférica (GAO et al., 2010).
A conversão química de grafite ao grafeno tem surgido como uma rota viável para
síntese de grafeno em grandes quantidades (STANKOVICH, et al., 2006). O óxido de grafite
é usualmente sintetizado utilizando-se fortes agentes oxidantes como ácido sulfúrico
concentrado, ácido nítrico e permanganato de potássio (HUMMERS; OFFEMAN, 1958).
Após sintetizado o óxido de grafite, o mesmo é reduzido quimicamente a grafeno através do
uso de compostos redutores como a hidrazina (EDA; FANCHINI; CHHOWALLA, 2008) ou
boro-hidreto de sódio (ATHANASIOS et al., 2003).
O óxido de grafite e o grafeno mostram-se como alternativas muito viáveis na busca
por novos materiais a serem utilizados em sensores eletroquímicos. Isso se deve ao fato
desses materiais possuírem propriedades interessantes, como a alta condutividade elétrica, que
os tornam únicos. Devido às suas propriedades, esses compostos podem ser utilizado no
desenvolvimento de sensores pois é possível que permitam detecção de compostos
eletroativos sem sobreposição de picos, o que ocorre com muitos materiais hoje utilizados em
eletroquímica. Tendo em vista a grande dificuldade existente no desenvolvimento de sensores
24
seletivos, materiais que tragam maior seletividade a um sistema eletroquímico é o que se tem
buscado. Dentre os vários sistemas em que se busca seletividade, sistemas contendo
moléculas biológicas são muito importantes, uma vez que o monitoramento de determinados
compostos pode permitir o conhecimento da evolução de determinadas patologias. Dessa
forma, estudo de sistemas que contenham ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina e
epinefrina, que são observados em processos biológicos, são muito importantes.
3.5 Microscopia Eletroquímica de Varredura
Em meados dos anos 80 os pesquisadores Royce C. Engstrom e Allen J. Bard
realizaram, quase que simultaneamente em seus grupos de pesquisa, experimentos que podem
ser considerados percursores no desenvolvimento da microscopia eletroquímica de varredura
(WITTSTOCK, BUCHARDT et al., 2007). O termo “Scanning Eletrochemical Microscopy
(SECM)” foi criado por Bard e colaboradores em um artigo publicado em 1989 (KWAK;
BARD, 1989).
A SECM pode ser utilizada para o estudo de inúmeros processos eletródicos incluindo
estudos sobre propriedades químicas, eletroquímicas, cinéticas e topográficas das interfaces
em estudo. A técnica SECM tem, dentre suas mais interessantes características, a
possibilidade de uso com os mais variados tipos de substratos, incluindo superfícies sólidas,
como ouro, platina, carbono (grafite, carbono vítreo, fibra de carbono), materiais poliméricos,
membranas biológicas assim como alguns líquidos e óleos que formam duas fases (BARD;
MIRKIN, 2001). Tal característica confere à SECM uma característica única, que é seu vasto
campo de aplicação que vai desde materiais condutores a materiais isolantes.
O microscópio eletroquímico de varredura é composto basicamente por uma célula
eletroquímica de quatro eletrodos, um sistema de deslocamento piezelétrico com movimento
controlado de alta resolução nos planos x, y e z, com velocidade constante da ordem de µm/s,
um bipotenciostato para o controle preciso do potencial aplicado no ultramicroeletrodo
(UME) e/ou no substrato, uma interface de hardware que permite o controle da célula, e de
um computador que fornece uma interface fácil de usar com o hardware, e que permite
controlar os parâmetros do experimento (HOLMES et al., 2011). A FIGURA 11 mostra um
esquema simplificado do SECM.
25
FIGURA 11 – Representação esquemática da microscopia eletroquímica de varredura. Fonte: adaptado de
http://www.chinstruments.com/chi900.shtml. Acesso em 10 de abril de 2013.
A SECM pode operar em diferentes modos, os principais são modo de feedback
(“feedback mode”) e modo gerador/coletor (KWAK; BARD, 1989; KARNICKA et al, 2007;
LU; WANG; LIU, 2007). No modo feedback o UME é polarizado a um potencial capaz de
conduzir uma reação de transferência de elétrons (reação eletroquímica), e este é posicionado
próximo a superfície do substrato, onde ambos são mergulhados em solução do eletrólito
contendo um mediador redox apropriadamente escolhido. Neste modo é observada uma
corrente no UME resultante de processos faradaicos que é função da composição da solução,
da natureza do substrato e da distância entre o UME e o substrato. (KWAK; BARDK, 1989;
WITTSTOCK; BUCHARDT et al., 2007).
Quando o UME se encontra afastado do substrato a uma distância d > 10 raio do
UME (10r), condição de difusão semi-infinita, a corrente limite monitorada no UME (iT,)
está relacionada com as reações eletroquímicas das espécies que chegam até a superfície do
UME via difusão, e neste caso, o substrato não exerce qualquer influência sobre a corrente
medida. Por sua vez, quando o UME se encontra próximo do substrato (d < 2r) a corrente
medida depende da natureza do substrato. No caso de um substrato condutor o produto
formado na sua forma oxidada na superfície do UME difunde para a superfície do substrato,
ocorrendo a reação reversa, regenerando a forma reduzida. Os inúmeros ciclos redox
proporcionam uma retroalimentação, o que provoca um aumento na corrente medida. Esse
fenômeno é conhecido como feedback positivo (KWAK; BARD, 1989; BARD et al., 1989).
No caso de um substrato isolante, a chegada de espécies eletroativas até a superfície do UME
é limitada, ocorrendo o bloqueio de sua área ativa, isso provoca uma diminuição na corrente
medida. Esse fenômeno é conhecido como feedback negativo (BARD et al., 1989; WIPF;
BARD, 1991). A FIGURA 12 representa os esquemas de feedback positivo e negativo.
26
FIGURA 12 – Esquema de feedback positivo e negativo. (a) Um UME está posicionado próximo a um substrato
condutor onde os produtos realimentam o UME; na parte inferior da figura é apresentado o perfil simulado de
concentração na região entre o UME e o substrato. Neste caso observa-se uma pequena camada de difusão. (b)
Um UME está posicionado próximo a um substrato isolante; na parte inferior da figura é apresentado o perfil
simulado de concentração na região entre o UME e o substrato. Neste caso observa-se um bloqueio das espécies
que alimentam o UME. Fonte: LOPEZ, 2010.
Na FIGURA 12, o estado oxidado da sonda redox (O) está representado em azul e o
estado reduzido (R) em vermelho. Desta forma, fica evidente que quando um substrato
isolante é posicionado a uma pequena distância do UME o produto R torna a difusão da forma
oxidada O para o UME mais difícil. Desta forma, substratos isolantes provocam um feedback
negativo no UME e como resultado a aproximação do UME ao substrato isolante resulta em
valores de correntes inferiores à iT,∞. Por outro lado, para o substrato condutor, a espécie O
consumida pelo UME é regenerada pelo substrato de forma que os valores de corrente no
UME são superiores à iT,∞. Como resultado, diferenças na capacidade do substrato em
promover processos eletroquímicos podem ser monitorados pela SECM.
Adicionalmente, os valores das correntes podem ser medidos em função da posição do
microeletrodo na direção z em relação à superfície do substrato. Isso nos fornece a curva
denominada de curva de aproximação, que mostra a relação da corrente monitorada no
microeletrodo (i), em função da distância entre o UME e o substrato (d). Essa relação pode
fornecer informações sobre o perfil de concentração, a reatividade da superfície e a distância
entre o microeletrodo e o substrato (YOGESWARAN; THIAGARAJAN; CHEN, 2007;
PELLISSIER et al., 2008; SANTOS et al., 2008).
27
A curva de aproximação obtida nos experimentos, para diferentes valores de potencial
aplicados ao substrato condutor, pode ser usada após sofrer tratamento de dados, conforme
descrito na literatura, para fornecer informações sobre parâmetros cinéticos (TURYAN et al.,
2003; LI; BERTONCELLO et al., 2008). Adicionalmente, o modo de feedback pode ser
empregado em associação com a varredura lateral do UME sobre a superfície do substrato de
forma que um mapeamento superficial das características do substrato possa ser conduzido
gerando uma imagem dos processos eletroquímicos de superfície.
3.6 Alguns compostos eletroativos detectáveis com eletrodos a base de materiais de
carbono: ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina e epinefrina
Ácido ascórbico é uma vitamina e tem vital importância para o organismo dos
humanos. Está presente no cérebro dos mamíferos e coexiste nesse meio com muitos
neurotransmissores como a epinefrina. O ácido ascórbico tem sido usado no tratamento do
resfriado comum, doenças mentais, câncer e SIDA (ARRIGONI; TULLIO, 2002).
O ácido úrico é o produto primário do metabolismo da purina (KAUR, HALLIWELL,
1990). O monitoramento contínuo dos níveis de ácido úrico no corpo é essencial pois
concentrações elevadas desse composto pode levar a gota e hiperuricemia (MILAND et al.,
1996; SHI; SHIU, 2001). Outras doenças como leucemia e pneumonia estão associadas a
níveis elevados de ácido úrico no corpo (MILAND et al., 1996).
A dopamina é uma importante catecolamina neurotransmissora no sistema biológico
humano. É amplamente distribuída em tecidos cerebrais e transmite mensagens sinápticas no
sistema nervoso central de mamíferos. Deficiência de dopamina pode acarretar algumas
desordens biológicas como doença de Parkinson e esquizofrenia (DREMENCOV et al., 2004;
PERRY; FULLER, 1992)
A epinefrina é um dos mais importantes neurotransmissores no sistema nervosa central
e é responsável por vários processos químicos e biológicos no organismo humano (XUE,
1978; SIVANESAN, JOHN, 2008). A epinefrina existe no sangue e tecido nervoso sob a
forma de cátions orgânicos (XUE, 1978; HERNANDEZ et al. 1998) Esse biocomposto
pertence ao grupo dos neurotransmissores inibitórios e em níveis anormais também conduz o
organismo a disfunções biológicas como Parkinson (TSAI et al., 2012).
Pelo exposto ressalta-se que a determinação das espécies acima são de extrema
importância na área clínica. No contexto apresentado, o objetivo do presente trabalho é
sintetizar o óxido de grafite e grafeno e utilizá-los em alguns estudos voltamétricos
28
envolvendo os neurotransmissores, epinefrina e dopamina, além dos compostos ácidos
ascórbico e úrico com o propósito de desenvolver novas plataformas para estas moléculas
empregando estes novos materiais de carbono. Realizou-se ainda alguns estudos de
microscopia eletroquímica de varredura das pastas confeccionadas.
29
4 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 Reagentes e soluções
O grafite em pó, a epinefrina, a dopamina, o sulfato de hidrazina, o ácido úrico, os
nanotubos de carbono de paredes múltiplas (pureza > 95%, 7-15 nm x 0,15-10 µm) e os
nanotubos de carbono de paredes simples (pureza > 90%, 1-2 nm x 0,5-2 µm) foram
adquiridos da Sigma-Aldrich®, St Louis, EUA). O sulfato de amônio foi adquirido da
Proquímios, Rio de Janeiro, Brasil. O ácido ascórbico e o hidróxido de sódio foram
adquiridos da Vetec Química Fina, Rio de Janeiro, Brasil. O ácido cítrico anidro foi adquirido
da Isofar Indústria e Comércio de produtos Químicos LTDA, Rio de Janeiro, Brasil e o fosfato
de sódio bibásico anidro foi adquirido da Dinâmica® Reagentes Analíticos, São Paulo, Brasil.
Para ajuste do pH das soluções tampão utilizou-se solução de hidróxido de sódio 0,2
mol L-1
. Todos os reagentes utilizados foram de grau analítico e as soluções foram preparadas
água com resistividade maior ou igual a 18 Mohm cm-1
, purificada pelo sistema PURELAB,
modelo Classic DI-MK2.
4.2 Instrumentação
As medidas eletroquímicas foram feitas utilizando-se um potenciostato/galvanostato
Autolab®
PGSTAT 128N da Eco Chemie (Ultrech, Netherlands) integrado a um
microcomputador que possui uma interface contendo o software GPES 4.9 para controle dos
parâmetros na realização dos experimentos bem como para a aquisição de dados. As respostas
eletroquímicas de corrente de pico e potencial foram obtidas através das técnicas de
voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial. A FIGURA 13 representa o
potenciostato/galvanostato e o microcomputador utilizados.
30
FIGURA 13 – Potenciostato/galvanostato da Echo Chemie modelo PGSTAT 128N acoplado a microcomputador.
No processo de secagem das pastas foi utilizada estufa modelo EL-1.2 (Odontobrás,
Ribeirão Preto, SP, Brasil). O pH das soluções tampão foi medido utilizando-se um pHmetro
modelo DM-20 (Digimed, São Paulo, Brasil). Na determinação da massa, no preparo das
soluções, foi utilizada uma balança analítica com precisão de 0,1 mg, modelo AY220 (Marte,
Santa Rita do Sapucaí/MG, Brasil). Para dispersar os reagentes utilizou-se um banho
ultrassom com frequência de 25 Hz, marca Unique, modelo MaxiClean 14000 (Indaiatuba,
SP, Brasil). As centrifugações foram feitas utilizando-se duas centrífugas, uma centrífuga
modelo 2K15 e marca Sigma e a outra de marca Edutec e modelo EEQ-9004A.
As imagens do óxido de grafite e grafeno foram obtidas utilizando um microscópio
eletrônico de varredura marca TESCAN e modelo VEGA 3 LM, conforme apresentado na
FIGURA 14, localizado no Laboratório de Pesquisa em Química da Universidade Federal dos
Vales do Jequitinhonha e Mucuri.
31
FIGURA 14 – Microscópio eletrônico de varredura, marca TESCAN, modelo VEGA 3 LM.
Os espectros para o óxido de grafite e grafite, de espectroscopia na região do
infravermelho, foram obtidos através do uso de um espectrofotômetro, marca VARIAN e
modelo 640 IR, conforme mostrado na FIGURA 15, localizado no Laboratório de Pesquisa e
Pós-Graduação para o Vale do Jequitinhonha da Universidade Federal dos Vales do
Jequitinhonha e Mucuri.
FIGURA 15 – Espectrofotômetro FT-IR marca VARIAN e modelo 640 IR.
Os difratogramas de difração de raio-X do grafite, óxido de grafite e grafeno foram
obtidos utilizando-se um difratômetro de raio-X modelo XRD-6000 da Shimadzu conforme
observado na FIGURA 16, localizado no Laboratório de Pesquisa em Química, da
32
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri.
FIGURA 16 – Difratômetro de raio-X modelo XRD-6000 da Shimadzu.
As imagens de microscopia eletroquímica de varredura bem como as curvas de
aproximação foram obtidas utilizando-se um microscópio eletroquímico da CH Instruments,
modelo 920C (FIGURA 17), Localizado no laboratório de Pesquisa em Química da
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri.
FIGURA 17 – Microscópio eletroquímico de varredura, marca CH Instruments e modelo 920C.
33
4.3 Eletrodos e célula eletroquímica
Na realização dos ensaios foi utilizada uma célula eletroquímica com capacidade para
10 mL, um eletrodo de prata/cloreto de prata como eletrodo de referência (ER), um eletrodo
de fio de platina como eletrodo auxiliar (EA) e um eletrodo de pasta de carbono como
eletrodo de trabalho (ET). A FIGURA 18 representa os três eletrodos utilizados. Os eletrodos
foram inseridos na célula através de entradas em uma tampa de Teflon®.
FIGURA 18 – ER = eletrodo de referência, EA = eletrodo auxiliar e ET = eletrodo de trabalho.
4.4 Síntese do óxido de grafite
Adicionou-se em um béquer de 1 L, em banho de gelo e sob agitação constante, 2,7 g
de grafite, 2,7 g de nitrato de sódio e 124,2 mL de ácido sulfúrico. Em seguida, foram
adicionados 16,2 g de permanganato de potássio. Uma vez misturada, a solução foi transferida
para banho-maria a 35º C e agitada por cerca de uma hora, até que foi observada a formação
de uma pasta grossa de cor marrom. 216 mL de água foram adicionados e a solução foi
agitada por 30 minutos, percebendo-se um aumento de temperatura até cerca de 90º C. Por
fim, 540 mL de água foram inseridos no sistema, além de 16,2 mL de peróxido de hidrogênio
(30%). Com isso a cor da solução mudou de marrom para amarelo. A solução foi então
filtrada e lavada com 540 mL de água. A torta obtida foi então dispersa em água sob agitação
mecânica e centrifugada a 1000 rpm por dois minutos. A centrifugação foi repetida por mais
duas vezes até que as partículas visíveis fossem removidas. O líquido sobrenadante da etapa
anterior foi então centrifugado novamente, a 8000 rpm por 15 minutos. O precipitado foi
34
então separado, disperso em água novamente filtrado e seco em estufa a 40º C. Após a
secagem completa obteve-se o óxido de grafite (COTE; KIM; HUANG, 2009). Na FIGURA
19 tem-se o óxido de grafite obtido após a síntese.
FIGURA 19 – Óxido de grafite obtido após a síntese.
4.5 Síntese do grafeno
Foram pesados 100 mg de óxido de grafite que foram dispersos em 500 mL de água.
Pesou-se 88,61 mg de sulfato de hidrazina e adicionou-se a quantidade pesada em 700 µL de
água. A dispersão de sulfato de hidrazina foi adicionada à água contendo o óxido de grafite e
o sistema foi sonicado até que todo o sulfato de hidrazina se dissolvesse. Hidróxido de
amônio foi adicionado ao sistema até que o pH atingisse o valor de dez unidades. A solução
final foi então colocada sob refluxo, em um banho de óleo a 95ºC, por uma hora. Após o
término do refluxo o sistema foi centrifugado a 3000 rpm e o precipitado foi seco em estufa a
60ºC. Após a secagem obteve-se o grafeno (JIANG et al., 2011). A FIGURA 20 representa o
grafeno obtido após a síntese.
35
FIGURA 20 – Grafeno obtido após a síntese.
A FIGURA 21 mostra sistemas de grafeno, óxido de grafite e grafite em que foram
dispersos 1 mg de cada um dos compostos em 5 mL de água.
FIGURA 21 – Grafite, óxido de grafite e grafeno, respectivamente, em dispersões de 1 mg em 5 mL de água.
4.6 Confecção das pastas
Inicialmente foram realizados estudos de otimização da razão massa de grafite / massa
dos materiais de carbono explorados (NTCPS, NTCPM, óxido de grafite e grafeno). Pastas
foram preparadas a diversas razões massa/massa. As pastas na razão em massa de 2,44 % de
material de carbono em relação à massa de grafite produziram melhores seletividades e
sensibilidades em relação aos compostos escolhidos como analitos.
Assim sendo, foram preparadas pastas de razão massa/massa de 2,44% (massa de X /
massa de grafite) em que X representa: óxido de grafite, grafeno, NTCPS ou NTCPM.
36
Preparou-se ainda uma pasta óxido de grafite/NTCPM cuja razão massa / massa foi 2,44%
para fins comparativos. Na confecção das pastas as misturas foram homogeneizadas
utilizando-se pequena quantidade de tampão fosfato, pH 7, e secas em estufa. Após secagem,
adicionou-se à mistura cerca de 8 µL de óleo de silicone (THOMAS et al., 2011). A
TABELA 3 mostra a notação usada ao longo do texto na descrição dos eletrodos de pasta
confeccionados.
TABELA 3 – Descrição das pastas empregadas ao longo do trabalho.
Abreviação empregada Descrição do material
G Pasta de grafite
G/GO Pasta de grafite com grafite oxidado
G/rGO Pasta de grafite com grafeno
G/NTCPS Pasta de grafite com NTCPS
G/NTCPM Pasta de grafite com NTCPM
4.7 Caracterização do óxido de grafite e grafeno sintetizados através de microscopia
eletrônica de varredura, difração de raio-X e espectroscopia no infravermelho
Com o intuito de caracterizar os materiais sintetizados foram obtidas imagens de
microscopia eletrônica de varredura bem como difratogramas de raio-X do óxido de grafite e
do grafeno. Foram obtidos ainda espectros de espectroscopia na região do infravermelho do
óxido de grafite e do grafite. Para a realização da microscopia eletrônica de varredura
utilizou-se 2 mg de cada composto e o microscópio operou em 20 kV, na leitura de difração
de raio-X utilizou-se 10 mg de cada composto e a leitura foi feita no intervalo de 15 a 60º e na
espectroscopia na região do infravermelho utilizou-se 3 mg de cada composto, usou-se
pastilha de KBr e o intervalo de leitura foi de 500 a 4000 cm-1
.
4.8 Microscopia eletroquímica de varredura das pastas
Com o objetivo de verificar como as pastas de G, G/NTCPS, G/NTCPM, G/GO e G/rGO se
comportam foram realizados estudos de microscopia eletroquímica de varredura. Através
dessa técnica foram feitas imagens das pastas, nas quais verificou-se o padrão de distribuição
da corrente elétrica nos materiais estudados bem como também foram feitas curvas de
37
aproximação em que o potencial da tip (ultramicroeletrodo) permanecia fixo e variava-se o
potencial do substrato em questão de modo que o substrato consiste na pasta analisada.
4.9 Estudo do comportamento eletroquímico por voltametria cíclica e voltametria de
pulso diferencial do eletrodo de pasta de grafite puro e eletrodos de pasta compósitos
sobre as tríades: dopamina, ácido ascórbico, ácido úrico (DA, AA, AU) e epinefrina,
ácido ascórbico, ácido úrico (EA, AA, AU)
Os processos de oxídação da DA, AA, AU e EP sobre os eletrodos de pasta (G, G/GO,
G/rGO, G/NTCPS, G/NTCPM) foram avaliados individualmente através da técnica de
voltametria cíclica (VC) bem como por voltametria de pulso diferencial (VPD). As medidas
de VC foram conduzidas, em cada uma das pastas, a uma velocidade de varredura de 50
mV/s. Por outro lado, as medidas de VPD foram conduzidas a uma velocidade de varredura
de 50 mV s-1
e amplitude de 50 mV.
Os estudos iniciais de caracterização por VC e VPD foram conduzidos utilizando-se
como eletrólito suporte 10,0 mL de solução 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7,0) na
concentração de 10-3
mol L-1
de DA, 10-3
mol L-1
de AA, 10-3
mol L-1
de AU 10-3
mol L-1
de
EP.
Após realizadas as leituras, verificou-se qual foi o potencial de pico e a corrente de
pico de cada um dos compostos em cada uma das pastas e confeccionou-se tabelas com
potenciais de pico e corrente de pico para cada uma das tríades além de tabela com a diferença
de potenciais de pico entre cada dois compostos em cada tríade.
4.10 Efeito do pH e da velocidade de varredura do potencial elétrico na resposta das
pastas de G/GO e G/rGO utilizando VPD para a tríade EP, AA, AU
A tríade EP, AU, AA foi escolhida inicialmente para os estudos eletroquímicos devido
à importância biológica desses compostos. O pH no sistema foi estudado mediante a variação
do mesmo utilizando-se o tampão McIlvaine (MORITA; ASSUNÇÃO, 2001). A fim de se
verificar a influência do pH sobre a resposta do sistema em questão foram feitas leituras
utilizando-se a VPD a uma velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s. O
estudo foi conduzido utilizando-se como eletrólito suporte 10,0 mL de tampão McIlvaine nos
seguintes valores de pH: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. As concentrações usadas
foram: 10-3
mol L-1
de DA, 10-3
mol L-1
de AA, 10-3
mol L-1
de AU e 10-3
mol L-1
de EP.
38
Após a realização dos voltamogramas plotou-se o gráfico de pH versus potencial de pico para
cada um dos compostos.
Por sua vez, foram feitas várias leituras variando-se a velocidade de varredura do
potencial elétrico para o AA, AU bem como a EP. A velocidade de varredura foi variada de 10
a 100 mV/s. O estudo foi conduzido utilizando-se como eletrólito suporte 10,0 mL de solução
0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7,0) nas concentrações de 10-3
mol L-1
de AA, 10-3
mol L-1
de AU e 10-3
mol L-1
de EP. Após a realização dos voltamogramas cíclicos plotou-se o gráfico
do logarítmo da velocidade de varredura (log ν) versus o logarítmo da corrente elétrica (log I)
para os três compostos analisados.
4.11 Estudo da interferência de um analito (AU e EP) sobre o outro empregando o
eletrodo de G/GO e G/rGO
Tendo em vista a separação obtida por VPD encontrada para os picos de oxidação dos
compostos EP e AU, foram feitos estudos com intuito de se verificar o efeito da variação da
concentração de um dos compostos sobre o outro visando a quantificação simultânea de ácido
úrico e epinefrina. Dois diferentes experimentos foram realizados em solução 0,1 mol L-1
de
tampão fosfato (pH 7), em cada experimento variou-se a concentração de um dos dois analitos
enquanto foi mantida constante a concentração do outro. Nesses experimentos variou-se a
concentrção de um analito por vez em uma certa faixa de concentração a velocidade de
varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV. Após obtidos os voltamogramas utilizou-se o
recurso “Baseline Correction” do programa GPS para correção das linhas de base dos
voltamogramas obtidos.
4.12 Determinação simultânea de EP e AU com eletrodo de G/GO e G/rGO
A curva analítica para a determinação simultânea de AU e EP em solução 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) foi construída empregando a VPD. Nesses experimentos variou-se a
concentração dos dois analitos simultaneamente. A velocidade de varredura empregada foi 50
mV/s e amplitude de 50 mV. Após obtidos os voltamogramas, para efeito de análise, utilizou-
se o recurso “Baseline Correction” do programa GPS para correção da linha de base dos
gráficos obtidos.
39
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Caracterização do óxido de grafite e grafeno sintetizados através de microscopia
eletrônica de varredura, difração de raio-X e espectroscopia no infravermelho
Inicialmente, foram obtidas imagens por microscopia eletrônica de varredura (MEV)
do óxido de grafite e grafeno sintetizados a fim de se analisar a morfologia dos mesmos
(FIGURAS 22 a 24). A FIGURA 22 apresenta a imagem obtida para o grafeno e a FIGURA
23 para óxido de grafite. Ambas as imagens são apresentadas na mesma escala e pode-se
observar nas figuras que o grafeno e o óxido de grafite apresentam morfologia que lembra
folhas em um emaranhado, conforme era esperado, pois trata-se de um composto formado
pela abertura da estrutura do grafite. Comparativamente é apresentada a imagem obtida por
MEV do grafite usado na síntese do óxido de grafite e do grafeno (FIGURA 24). Conforme
pode ser observado, o grafite se apresenta na forma de partículas cujas dimensões variaram
entre 30-70 µm aproximadamente.
Além da microscopia eletrônica de varredura os materiais sintetizados também foram
caracterizados através da técnica de difração de raio-X (FIGURA 25). Conforme pode se
observar na FIGURA 25, em conformidade com o previsto na literatura, observa-se a
presença de um pico de intensidade elevada, a 2 de 26,56o, que corresponde a um
espaçamento basal de 3,35 Å (d002 = 3,35 Å). O grafite apresentou também um pico de baixa
intensidade a 2 de 44º e um pico de baixíssima intensidade a 2 de 54º. Esse padrão está de
acordo com o previsto na literatura para o grafite (HAN et al., 1998). O óxido de grafite
apresentou um pico em a 2 de 10,5º. O espaçamento basal calculado pela Equação de Bragg
foi de 9 Å para o pico “0 0 2”
n = 2 d sen (1)
onde λ corresponde ao comprimento de onda da radiação incidente, “n” a um número inteiro
(ordem de difração), “d” à distância interplanar para o conjunto de planos h k l (índice de
Miller) da estrutura cristalina e θ ao ângulo de incidência dos raio-X (medido entre o feixe
incidente e os planos cristalinos). O aumento na distância interplanar para o espaçamento
basal observado ao comparar o grafite e o grafite oxidado é comumente observado na
literatura e é associado ao significante aumento no grau de oxidação do grafite oxidado
quando comparado ao grafite descrito devido à introdução de grupos oxigenados na estrutura
como epóxi, hidroxila, carboxila e carbonila (BISSESSUR; SCULLY, 2007).
40
FIGURA 22 – Microscopia eletrônica de varredura do grafeno sintetizado.
FIGURA 23 – Microscopia eletrônica de varredura do óxido de grafite sintetizado.
FIGURA 24 – Microscopia eletrônica de varredura do grafite.
41
O pico de difração do óxido de grafite em cerca de 43º está relacionado com o plano
da estrutura hexagonal do carbono (LI et al., 2010). Por sua vez, o grafeno apresenta picos
característicos com 2 a 24º e 43º (TANG et al., 2012). Outra característica destes picos é o
relativo alargamento dos mesmos comparados aos observados para o grafite. Ao compararmos
o espectro obtido por difração de raios-X obtido para o grafeno em relação ao espectro de
DRX do grafite oxidado, observamos que o espaçamento basal (d002) diminui de 9 Å para 3,5
– 3,8 Å nas amostras reduzidas e esta diminuição no valor do espaçamento basal sugere a
conversão do grafite oxidado em grafeno (MENG; PARK, 2012).
FIGURA 25 – Difratograma de raios-X para grafeno, grafite e o óxido de grafite.
Com o propósito de avaliar os materiais sintetizados no que diz respeito aos seus
grupos de superfície, os mesmos foram caracterizados também por espectroscopia no
infravermelho com transformada de Fourrier (FIGURA 26).
10 20 30 40 50 60
d002
= 3.35 Angstrom
d002
= 3.6 Angstrom
d002
= 9.0 Angstrom
Grafeno
Grafite
Óxido de grafite
Inte
nsid
ad
e r
ela
tiva
2 / degree
42
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
skeletal graphene vibration
tertiary C-OH
streching (1100 cm-1
)O-H bending ( 1350 cm
-1)
C=O streching (1750 cm-1
)
O-H streching (3442 cm-1
)
Tra
ns
mit
ân
cia
/ %
Wavenumber / cm-1
grafite
grafite oxidado
grafeno
FIGURA 26 – Espectro de infravermelho comparativo entre o grafite e o óxido de grafite e grafeno.
Conforme pode ser observado, o óxido de grafite apresentou picos em cerca de 3450
cm-1
devido aos grupos hidroxil (-C-OH), 1100 cm-1
(C-O, estiramento), 1350 cm-1
(O-H,
deformações dos grupos C-OH) e 1750 cm-1
(C=O, estiramento dos grupos –COOH), sendo
esses picos relacionados à estrutura do óxido de grafite, confirmando a sua síntese. Esses
grupos contendo oxigênio foram introduzidos no grafite após tratamento oxidativo do mesmo,
para a formação do óxido de grafite (TANG; ZHANG; ZENG; LIN; GUO, 2012). Após o
tratamento químico do óxido de grafite o espectro de infravermelho do grafeno obtido revela
uma supressão de grande número de picos e bandas presentes na superfície do material final
obtido.
A partir de tais evidências fica aparente que o óxido de grafite produzido apresenta
uma estrutura rica em grupos funcionais conforme a proposta por Lerf-Klinouski (1998). A
FIGURA 27 representa o modelo proposto para o óxido de grafite.
FIGURA 27 – Modelo de Lerf-Klinouski para o óxido de grafite. Fonte: LERF et al., 1998.
43
5.2 Microscopia eletroquímica de varredura das pastas de G, G/NTCPS, G/NTCPM,
G/GO e G/rGO
Experimentos de SECM foram realizados utilizando um ultramicroeletrodo (tip) de Pt
de raio 5 µm sob um potencial aplicado ET = 500 mV vs Ag/AgCl, sendo o potencial escolhi-
do pela tip por voltametria cíclica a distância tip-substrato d > 200 µm.
Imagens de microscopia eletroquímica para a G, G/NTCPS, G/NTCPM, G/GO e
G/rGO (região dos filmes de 100 µm × 100 µm) são apresentadas na FIGURA 28 (a) a 28 (e)
respectivamente, onde os resultados mostrados são para uma região do filme de 100 µm × 100
µm, de modo que a tip de Pt estava bem próxima à superfície do eletrodo modificado. O po-
tencial da tip e do substrato (filme) foram de 500 mV e -100 mV, vs Ag/AgCl, respectivamen-
te.
44
FIGURA 28 – Imagens de microscopia eletroquímica para superfície de G (a), G/NTCPS (b), G/NTCPM (c),
G/GO (d) e G/rGO (e) (região dos filmes de 100 µm × 100 µm). Solução de ferrocianeto 1 mmol L-1
em KCl 0,1
M como mediador redox.
Observa-se na FIGURA 28 (a) as menores variações na corrente de feedback positivo
registrada na tip para o grafite puro. Por outro lado, o feedback positivo para grafite oxidado e
grafeno foram os maiores observados. As pastas contendo NTCPS e NTCPM apresentaram
valores de feedback positivo intermediários quando comparados ao grafite puro (menores
valores de feedback) e ao G/GO e G/rGO. Com o propósito de avaliar quantitativamente a
capacidade de cada material em trocar elétrons com a sonda redox, a cinética envolvida nos
(a) (b)
(c) (d)
(e)
45
processos redox de cada material (G, G/NTCPS, G/NTCPM, G/GO e G/rGO) foi investigada
mediante a obtenção das curvas de aproximação (FIGURA 29 (a) a (e)).
Curvas de aproximação obtidas por SECM para a G, G/NTCPS, G/NTCPM, G/GO e
G/rGO são apresentadas nas FIGURA 29 (a) FIGURA 29 (e) respectivamente. O potencial
aplicado à tip foi de 500 mV enquanto que ao substrato foram aplicados diferentes valores de
potencial elétrico -200, -100, 0, 100 e 200 mV, vs Ag/AgCl, respectivamente.
5 4 3 2 1 00.50
0.75
1.00
1.25
1.50
-200 mV
-100 mV
0 mV
100 mV
200 mVCo
rre
nte
No
rma
liza
da
L = d / a
(a)
5 4 3 2 1 00.50
0.75
1.00
1.25
1.50(b)
(a)
-200 mV
-100 mV
0 mV
100 mV
200 mVCo
rre
nte
No
rma
liza
da
L = d / a
5 4 3 2 1 00.5
0.8
1.0
1.3
1.5(c)
(a)
200 mV
100 mV
0 mV
-100 mV
-200 mV
Core
nte
Norm
aliz
ada
L = d / a
6 4 2 00.50
0.75
1.00
1.25
1.50(d)
-200 mV
-100 mV
0 mV
100 mV
200 mVCorr
ente
Norm
aliz
ada
L = d / a
5 4 3 2 1 00.50
0.75
1.00
1.25
1.50(e)
-200 mV
-100 mV
0 mV
100 mV
200 mV
Co
rre
nte
No
rma
liza
da
L = d / a
FIGURA 29 – Curvas de aproximação obtidas para (a) G, (b) G/NTCPS, (c) G/NTCPM, (d) G/GO e (e) G/rGO
sob polarização da tip em + 500 mV vs Ag/AgCl e do substrato em diferentes potenciais elétricos: -200, -100, 0,
100 e 200 mV vs Ag/AgCl.
46
As curvas de aproximação consistem na medida da corrente da tip à medida que há
uma aproximação da tip ao substrato, que por sua vez é polarizado em potencial distinto ao da
tip. De acordo com a teoria aplicável à SECM, as seguintes equações podem ser usadas para
que se possa extrair a constante de velocidade efetiva (keff) (WEI; BARD; MIRKIN, 1995):
(
)
(2)
(
) [ (
)]
[ ( )] (3)
onde ,
, representa a corrente da tip normalizada para o substrato condutor controla-
da pela difusão do mediador , corrente normalizada do substrato controlada cineticamente, e a
corrente da tip para o substrato isolante controlada por difusão, respectivamente, a uma sepa-
ração tip-substrato, L = d/a; representa a corrente da tip controlada cineticamente; Λ =
kd/D, onde k é a constante de velocidade aparente (cm / s), e F(L,Λ) = (11+2.3Λ)/[Λ(110-
40L)].
As correntes apresentadas foram normalizadas pela corrente da tip a uma separação
tip-substrato considerada semi-infinita, iT,∞. As aproximações analíticas para e
(MIRKIN; FAN; BARD, 1992) são:
(
) (4)
(
) [
] (5)
Conforme pode ser observado, as curvas de aproximação apresentam um padrão con-
dizente com as imagens obtidas por SECM e com o propósito de avaliar quantitativamente o
sistema, foram simuladas curvas de aproximação e comparadas às obtidas empiricamente.
Após o melhor ajuste entre as curvas obtidas empiricamente e por simulação foram obtidos os
valores da constante de velocidade efetiva para cada material de eletrodo frente à sonda redox
empregada (TABELA 4).
47
TABELA 4 – Valores da constante de velocidade para cada material de eletrodo frente à sonda redox empregada.
Material k / cm s-1
G 0.013
G/NTCPS 0.460
G/NTCPM 0.530
G/GO 0.814
G/rGO 0.792
Conforme pode ser observado, os materiais a base de grafite oxidado e grafeno foram
os que apresentaram maiores valores de constante de velocidade efetiva. Com o propósito de
melhor avaliar as propriedades eletroquímicas dos materiais propostos (G, G/NTCPS,
G/NTCPM, G/GO e G/rGO), duas tríades formadas pelos compostos (dopamina, epinefrina,
ácido ascórbico e ácido úrico) foram avaliadas conforme a seguir.
5.3 Comportamento eletroquímico dos compostos: dopamina, epinefrina, ácido ascórbi-
co e ácido úrico sobre G, G/GO, G/rGO, G/NTCPS e G/NTCPM
Inicialmente, o comportamento eletroquímico dos analítos foram avaliados sobre os
eletrodos de pasta tipo G, G/GO, G/rGO, G/NTCPS e G/NTCPM por VC e VPD, em solução
de 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) a uma velocidade de varredura de 50 mV/s. Os
voltamogramas cíclicos obtidos são mostrados nas FIGURAS 30 e 31. Com o propósito de
avaliar a sensibilidade e a seletividade das pastas os analitos foram agrupados em duas tríades
comumente empregadas em estudos analíticos devido suas importâncias em estudos clínicos
(ARRIGONI; TULLIO, 2002; MILAND et al., 1996; DREMENCOV et al., 2004; TSAI et
al., 2012). A primeira tríade foi dopamina, ácido ascórbico e ácido úrico (Tríade 1) e a
segunda tríade foi epinefrina, ácido ascórbico e ácido úrico (Tríade 2).
48
FIGURA 30 – Voltamogramas cíclicos para a tríade AA, AU e DP em concentração de 10-3
mol L-1
em solução
0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7), velocidade de varredura 50 mV/s sobre as seguintes pastas: (a) G, (b)
G/NTCPS, (c) G/NTCPM, (d) G/GO e (e) G/rGO.
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
DP
(a)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
DP
(b)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
I/
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
DP
(c)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
DP
(d)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
DP
(e)
49
FIGURA 31 – Voltamogramas cíclicos para a tríade AA, AU e EP em concentração de 10-3
mol L-1
em solução
0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7), velocidade de varredura 50 mV/s sobre as seguintes pastas: (a) G, (b)
G/NTCPS, (c) G/NTCPM, (d) G/GO e (e) G/rGO.
Conforme se pode observar na FIGURA 30, os melhores resultados relacionados à
maior separação entre os potencials de pico da tríade dopamina, ácido ascórbico e ácido úrico
foi obtida utilizando-se a pasta de G/GO, cujos voltamogramas correspodem à FIGURA 30
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
EP
(a)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-80
-60
-40
-20
0
20
40
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
EP
(b)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
EP
(c)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
AU
AA
EP
(d)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
IA
E/V vs Ag/AgCl
AA
AU
EP
(e)
50
(d). Esses resultados deixam evidente que o óxido de grafite é um material promissor para
utilização em sensores eletroquímicos, principalmente devido a verificação de que esses
resultados são melhores se comparados ao NTCPS e NTCPM sob as mesmas condições.
De forma similar, o comportamento eletroquímico da tríade EP, AA e AU foi avaliada
sobre os eletrodos de pasta tipo G, G/GO, G/rGO, G/NTCPS, G/NTCPM, GO/NTCPS e
GO/NTCPM por voltametria cíclica, em solução de 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) a
uma velocidade de varredura de 50 mV/s. Os voltamogramas cíclicos obtidos são mostrados
na FIGURA 31. Conforme se pode observar, o melhor resultado em termos da separação entre
os potencials de pico das três espécies analisadas (AA, AU, EP) foi obtido utilizando-se a
pasta G/GO, cujos voltamogramas correspodem à FIGURA 31 (d). Esses resultados deixam
evidente que o óxido de grafite é promissor também para a tríade EP, AA, AU.
Adicionalmente, foram obtidos voltamogramas de pulso diferencial da tríade: DP, AU,
AA bem como da tríade: EP, AU, AA. A partir dos voltamogramas de pulso diferencial foram
avaliados os potenciais de pico e corrente de pico bem como foram calculadas as diferenças
entre os potenciais de pico para duplas de compostos em cada tríade. A TABELA 5 e a
TABELA 6 mostram os resultados obtidos para a tríade DP, AU, AA, enquanto que a
TABELA 7 e a TABELA 8 mostram os resultados obtidos para a tríade EP, AU, AA.
TABELA 5 – Potencial de pico e corrente de pico para a tríade ácido úrico, ácido ascórbico e dopamina.
Pasta E/V I/A
DA AU AA DA AU AA
G 0,171 0,279 0,185 5,04 x 10-5
1,11 x 10-5
1,65 x 10-5
G/GO 0,203 0,380 0,013 1,16 x 10-5
1,14 x 10-5
4,51 x 10-6
G/rGO 0,312 0,330 0,100 4,8 x 10-5
1,26 x 10-5
4,3 x 10-5
G/NTCPS 0,192 0,315 0,260 2,30 x 10-5
4,40 x 10-5
4,98 x 10-6
G/NTCPM 0,171 0,350 0,067 3,11 x 10-5
4,02 x 10-5
6,85 x 10-6
TABELA 6 – Diferença de potencial de pico entre DA-AU e DA-AA.
Pasta DA-AU DA-AA
G 0,108 0,014
G/GO 0,177 0,190
G/rGO 0,212 0,010
G/NTCPS 0,123 0,068
G/NTCPM 0,179 0,104
51
TABELA 7 – Potencial de pico e corrente de pico para a tríade epinefrina, ácido ascórbico e ácido úrico.
Pasta E/V I/A
AA AU EP AA AU EP
G 0,185 0,279 0,258 1,65 x 10-5
1,11 x 10-5
4,12 x 10-5
G/GO 0,013 0,380 0,220 4,51 x 10-6
1,14 x 10-5
2,45 x 10-5
G/rGO 0,110 0,312 0,194 4,2 x 10-5
4,44 x 10-5
4,16 x 10-5
G/NTCPS 0,260 0,315 0,221 4,98 x 10-6
4,40 x 10-5
1,80 x 10-5
G/NTCPM 0,067 0,350 0,208 6,85 x 10-6
4,02 x 10-5
1,03 x 10-5
TABELA 8 – Diferença entre os potenciais de pico entre EP-AU e EP-AA
Pasta AA-EP EP-AU
G 0,073 0,021
G/GO 0,207 0,160
G/rGO 0,084 0,118
G/NTCPS 0,039 0,094
G/NTCPM 0,141 0,142
Ao que observamos, a pasta de G/GO resultou em uma excelente seletividade quando
comparada às pastas de G, G/rGO, G/NTCPS e G/NTCPM. Ao que indica os estudos de ca-
racterização, a presença de grupos na superfície do óxido de grafite se mostram fundamental-
mente importantes na capacidade destes materiais em segregar os potenciais redox de espécies
cujos potenciais de oxidação/redução são muito próximos. Com o propósito de avaliar mais
adequadamente o processo de oxidação e redução dos analitos escolhidos a tríade 2 (EP, AA e
AU) foi escolhida como modelo e estudos do efeito do pH na oxidação destas moléculas so-
bre o eletrodo de pasta de G/GO foram realizados.
5.4 Efeito do pH e da velocidade de varredura do potencial elétrico na oxidação dos
compostos EP, AA e AU por VPD para a pasta de G/GO e G/rGO
A fim de analisar a influência do pH na oxidação dos compostos EP, AA e AU
empregando o eletrodo de pasta G/GO, o pH da solução foi variado (pH: 2,17; 2,93; 3,90;
4,90; 5,90; 6,95 e 7,95) utilizando-se tampão McIlvaine (MORITA; ASSUNÇÃO, 2001).
Foram feitas leituras utilizando-se a técnica de VPD, a uma velocidade de varredura de 50
mV/s e amplitude de 50 mV/s. Todos os analitos estavam em concentração 1 mmol L-1
. A
técnica de voltametria de pulso diferencial foi escolhida em detrimento de outras técnicas
eletroquímicas, como a voltametria de onda quadrada. Escolheu-se a VPD devido ao fato de
nessa técnica obter-se maiores valores de separação de pico entre os analitos quando se
52
compara essa técnica com a voltametria de onda quadrada, por exemplo.
Conforme pode ser observado na FIGURA 32 (a) a corrente de pico aumenta até o pH
de 4,90; onde é observada a maior corrente de pico. A partir desse valor de pH ocorre um
decréscimo nos valores de corrente de pico. Pode-se observar ainda que conforme o pH
aumenta, ocorre um deslocamento negativo no potencial de pico da epinefrina. Na FIGURA
32 (b) pode-se observar uma correlação linear entre o potencial de oxidação da EP (Eox) e o
pH da solução no intervalo de pH estudado (2,17 – 7,95). O coeficiente angular do gráfico foi
0,0585 V/pH, estando esse valor próximo ao esperado para um sistema nernstiano (0,0595
V/pH a 25ºC), o que indica que o número de prótons (np) envolvidos nesse processo é igual ao
número de elétrons (ne) (PAPOUCHADO et al., 1975).
FIGURA 32 – (a) Efeito do pH no comportamento eletroquímico da epinefrina. Os valores de pH avaliados
foram: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. (b) Relação entre o potencial de oxidação da EP e o pH da
solução no intervalo de pH de 2,17 a 7,95; A concentração da EP investigada foi 1 mmol L-1
, velocidade de
varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s empregados.
Posteriormente, o efeito do pH foi verificado sobre a oxidação do AA para o mesmo
material de eletrodo. Como pode ser verificado na FIGURA 33 (a) a corrente de pico diminui
até o pH de 5,90 e a partir desse valor a corrente aumenta, atingindo um valor máximo no pH
6,95. Pode-se observar ainda que conforme se aumenta o pH ocorre um deslocamento
negativo no potencial de pico de oxidação do ácido ascórbico. Na FIGURA 33 (b) pode-se
observar uma correlação linear entre o Eoxi do AA e o pH da solução no intervalo de pH
compreendido entre 2,17 e 7,95. O coeficiente angular do gráfico foi 0,0562 V/pH, estando
esse valor também próximo ao esperado para um sistema nernstiano (0,0595 V/pH a 25ºC), o
que indica que o número de prótons (np) envolvidos nesse processo é igual ao número de
-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
0
10
20
30
40
50
60
pH = 2.17
pH = 2.93
pH = 3.90
pH = 4.90pH =5.90
pH = 6.95
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
pH = 7.95
(a)
2 3 4 5 6 7 8
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
E
/V v
s.
Ag
/Ag
Cl
pH
Coef. angular = 0,0585 V/pH
(b)
53
elétrons (ne) (PAPOUCHADO et al., 1975).
FIGURA 33 – (a) Efeito do pH no comportamento eletroquímico do ácido ascórbico. Os valores de pH
avaliados foram: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. (b) Relação entre o potencial de oxidação do AA e o
pH da solução no intervalo de pH de 2,17 a 7,95; A concentração da AA investigada foi 1 mmol L-1
, velocidade
de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s empregados.
Por fim, para o eletrodo de G/GO, o efeito do pH foi avaliado para o AU. Conforme se
observa na FIGURA 34 (a) as correntes de pico atingem os valores máximos nos pHs de 2,17
e 7,95 e correntes mínimas nos pHs de 5,9 e 2,93. Pode-se observar ainda que conforme
aumenta-se o pH ocorre um deslocamento negativo no potencial de pico do ácido úrico. Na
FIGURA 34 (b) pode-se observar uma correlação linear entre o Eox do AU e o pH da solução
no intervalo de pH compreendido entre 2,17 e 7,95. O coeficiente angular do gráfico foi
0,0600 V/pH, estando esse valor próximo ao esperado para um sistema nernstiano (0,0595
V/pH a 25ºC), o que indica que o número de prótons (np) envolvidos nesse processo é igual ao
número de elétrons (ne) (PAPOUCHADO et al., 1975).
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
2
3
4
5
6
7
8
pH = 5.9
pH = 6.95
pH = 7.95
pH = 4.9
pH = 3.9
pH = 2.93
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
pH = 2.17
(a)
2 3 4 5 6 7 8
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
E/V
vs.
Ag
/Ag
Cl
pH
Coef. angular = 0,0562 V/pH
(b)
54
FIGURA 34 – (a) Efeito do pH no comportamento eletroquímico do ácido úrico. Os valores de pH avaliados
foram: 2,17; 2,93; 3,90; 4,90; 5,90; 6,95 e 7,95. (b) Relação entre o potencial de oxidação do AU e o pH da
solução no intervalo de pH de 2,17 a 7,95; A concentração do AU investigado foi 1 mmol L-1
, velocidade de
varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s empregados.
Com o propósito de avaliar o efeito da velocidade de varredura do potencial elétrico, v,
sobre a corrente de pico referente à oxidação de EP, AA e AU foram realizados
voltamogramas cíclicos para cada um dos compostos variando-se v entre 0,01 V e 0.1 V vs
Ag/AgCl (FIGURA 35).
No estudo do efeito da velocidade de varredura na oxidação da epinefrina sobre
eletrodo de pasta G/GO pode-se observar os voltamogramas obtidos com a variação da
velocidade de varredura (FIGURA 35 (a)). O gráfico log ν versus log I para esse composto
pode ser observado na FIGURA 35 (b) (o gráfico foi feito utilizando-se os valores de corrente
do pico de maior intensidade na oxidação da epinefrina, que corresponde ao pico mais
deslocado para a direita, nos voltamogramas cíclicos). Nesse gráfico verifica-se uma
correlação linear entre log ν e log I. A equação da reta para tal correlação foi obtida, e
observou-se um coeficiente de correlação linear de 0,956 e o coeficiente angular da reta foi de
0,4475. Como o coeficiente angular da reta foi mais próximo de 0,5 (processo controlado por
difusão) do que de 1 (processo controlado por adsorção) pode-se dizer que a oxidação da EP
ocorreu sob controle difusional na superfície do eletrodo de trabalho.
Posteriormente, o efeito da velocidade de varredura do potencial elétrico foi avaliado
para o AA sobre o eletrodo de pasta do tipo G/GO (FIGURA 35 (c)). O gráfico log ν versus
log I para esse mesmo composto pode ser observado na FIGURA 35 (d). Nesse gráfico
verifica-se uma correlação linear entre log ν e log I. A equação da reta para tal correlação foi
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
5
10
15
20
25
30
35
pH = 7.95
pH = 6.95
pH = 5.9
pH = 4.9
pH = 3.9
pH = 2.93
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
pH = 2.17(a)
2 3 4 5 6 7 8
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
E/V
vs. A
g/A
gC
l
pH
Coef. angular = 0.0600 V/pH
(b)
55
obtida, observou-se um coeficiente de correlação linear de 0,993 e o coeficiente angular da
reta foi de 0,567. Como o coeficiente angular da reta foi mais próximo de 0,5 (processo
controlado por difusão) do que de 1 (processo controlado por adsorção) em analogia ao
verificado para EP, pode-se também dizer que a oxidação do AA ocorreu sob controle
difusional na superfície do eletrodo de trabalho.
56
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
log
(I/A
)
log (/Vs-1)
(b)
Y = 1,295 + 0,447 X
r = 0,992
FIGURA 35 – Voltamogramas cíclicos referentes ao eletrodo de pasta de G/GO 2,44% em 0,1 mol L-1
de
tampão fosfato (pH 7) e velocidades de varredura de 0,01 a 0,1 Vs-1
da (a) epinefrina, (c) ácido ascórbico, (e)
ácido úrico e gráfico de log ν versus log I da (b) epinefrina, (d) ácido ascórbico e (f) ácido úrico.
Por fim, o estudo dos efeitos da velocidade de varredura foram conduzidos para AU
sobre o eletrodo de pasta de G/GO (FIGURA 35 (e)). O gráfico log ν versus log I para esse
mesmo composto pode ser observado na FIGURA 35 (f). Nesse gráfico verifica-se uma
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(a)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-60
-40
-20
0
20
40
60
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(c)
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
log (
I/A
)
log (/Vs-1)
(d)
Y = 1,655 + 0,567 X
r = 0.993
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-10
-5
0
5
10
15
20
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(e)
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
log
(I/A
)
log (/Vs-1)
(f)
Y = 1,719 + 0,640 X
r = 0,973
57
correlação linear entre log ν e log I. A equação da reta para tal correlação foi obtida,
observou-se um coeficiente de correlação linear de 0,973 e o coeficiente angular da reta foi de
0,640. Como o coeficiente angular da reta foi mais próximo de 0,5 (processo controlado por
difusão) do que de 1 (processo controlado por adsorção) em analogia ao verificado para EP e
ao AA, pode-se dizer que a oxidação do AU ocorreu sob controle difusional na superfície do
eletrodo de trabalho. Do exposto, fica evidente que os processos redox das espécies EP, AA e
AU sobre o eletrodo de pasta de grafite/óxido de grafite ocorre sem a adsorção irreversível
dos compostos sobre a superfície do material de eletrodo.
De forma similar, com o fim de analisar a influência do pH nos processos redox da EP
e AU na pasta de G/rGO, o pH do meio foi variado utilizando-se tampão McIlvaine
(MORITA; ASSUNÇÃO, 2001) empregando-se os seguintes valores de pH: 2,07; 3,10; 4,13;
5,12; 6,12; 7,13 e 8,30. Devido ao fato de o ácido ascórbico não ter apresentado boa resposta
eletroquímica no eletrodo de pasta de G/rGO, o AA foi excluído dos estudos posteriores na
pasta de G/rGO. Conforme pode ser observado na FIGURA 36 (a) a corrente de pico aumenta
até o pH de 3,10; onde é observada a maior corrente de pico. A partir desse valor ocorre um
decréscimo nos valores de corrente de pico até o pH de 5,12; a partir do qual a corrente passa
a novamente aumentar com um segundo pico em 7,13. A partir do pH 7,13 a corrente diminui.
Pode-se observar ainda que conforme o pH aumentou houve um deslocamento negativo no
potencial de pico da epinefrina. Na FIGURA 36 (b) pode-se observar uma correlação linear
entre o Eoxi e o pH da solução no intervalo de pH compreendido entre 2,07 e 8,30.
FIGURA 36 – (a) Efeito do pH na corrente de pico da epinefrina. pH: 2,07; 3,10; 4,13; 5,12; 6,12; 7,13 e 8,30;
concentração 10-3
mol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s, amplitude de 50 mV/s e (b) relação entre o
potencial e o pH da solução no intervalo do pH de 2,07; 3,10; 4,13; 5,12; 6,12; 7,13 e 8,30; concentração 10-3
mol L-1
.
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
pH 8,3
pH 2,07
pH 3,10
pH 4,13
pH 5,12
pH 6,12pH 7,13
(a)
2 3 4 5 6 7 8 9
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
E/V
vs.
Ag
/Ag
Cl
pH
(b)
Coef. angular = 0,0658 V/pH
58
O coeficiente angular do gráfico foi 0,0658 V/pH, estando esse valor próximo ao
esperado para um sistema nernstiano (0,0595 V/pH a 25ºC), o que indica que o número de
prótons (np) envolvidos nesse processo é igual ao número de elétrons (ne) (PAPOUCHADO et
al., 1975).
De forma similar, o efeito do pH foi avaliado para o AU. De acordo com o que se
observa na FIGURA 37 (a) a corrente de pico aumenta até o pH de 7,13; onde é observada a
maior corrente de pico. A partir desse valor ocorre um decréscimo no valores de corrente de
pico até o pH de 8,3. Pode-se observar ainda que conforme aumenta-se o pH ocorre um
deslocamento negativo no potencial de pico do ácido úrico. Na FIGURA 37 (b) pode-se
observar uma correlação linear entre o Eoxi e o pH da solução no intervalo de pH
compreendido entre 2,07 e 8,30. O coeficiente angular do gráfico foi 0,0695 V/pH, estando
esse valor próximo ao esperado para um sistema nernstiano (0,0595 V/pH a 25ºC), o que
indica que o número de prótons (np) envolvidos nesse processo é igual ao número de elétrons
(ne) (PAPOUCHADO et al., 1975).
FIGURA 37 – (a) Efeito do pH na corrente de pico do ácido úrico. pH: 2,07; 3,10; 4,13; 5,12; 6,12; 7,13 e 8,30;
concentração 10-3
mol L-1
, velocidade de varredura de 50 mV/s, amplitude de 50 mV/s e (b) relação entre o
potencial e o pH da solução no intervalo do pH de 2,07; 3,10; 4,13; 5,12; 6,12; 7,13 e 8,30; concentração 10-3
mol L-1
.
Por fim, foi conduzida a análise da velocidade de varredura sobre eletrodo de pasta
G/rGO. Os voltamogramas cíclicos para variação da velocidade de varredura na análise da
epinefrina são apresentados na FIGURA 38 (a). O gráfico log ν versus log I para esse mesmo
composto pode ser observado na FIGURA 38 (b). Nesse gráfico verifica-se uma correlação
linear entre log ν e log I. A equação da reta para tal correlação foi obtida, observou-se um
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(a)
pH 2,07
pH 3,10
pH 4,13
pH 5,12pH 6,12
pH 7,13
pH 8,3
2 3 4 5 6 7 8 9
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
E/V
vs.
Ag
/Ag
Cl
pH
(b)
Coef. angular = 0,0695 V/pH
59
coeficiente de correlação linear de 0,979 e o coeficiente angular da reta foi de 0,375. Como o
coeficiente angular da reta foi mais próximo de 0,5 (processo controlado por difusão) do que
de 1 (processo controlado por adsorção) pode-se dizer que ocorreram processos difusionais na
superfície do eletrodo de trabalho.
No estudo da velocidade de varredura sobre eletrodo de pasta G/rGO pode-se verificar
uma correlação linear entre a corrente de pico, para o ácido úrico, e a velocidade de varredura
(FIGURA 38 (c)). O gráfico log ν versus log I para esse mesmo composto pode ser observado
na FIGURA 38 (d). Nesse gráfico verifica-se uma correlação linear entre log ν e log I. A
equação da reta para tal correlação foi obtida, observou-se um coeficiente de correlação linear
de 0,998 e o coeficiente angular da reta foi de 0,463. O coeficiente angular da reta foi mais
próximo de 0,5 (processo controlado por difusão) do que de 1 (processo controlado por
adsorção) indicando que o processo de oxidação do AU foi controlado por difusão.
FIGURA 38 – Voltamogramas cíclicos referentes ao eletrodo de pasta de G/rGO 2,44% em 0,1 mol L-1
de
tampão fosfato (pH 7) e velocidades de varredura de 0,01 a 0,1 V s-1
da (a) epinefrina, (c) ácido úrico, e gráfico
de log ν versus log I da (b) epinefrina, (d) ácido úrico.
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(a)
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
log (
I/A
)
log (/Vs-1)
(b)
Y = 1,783 + 0,375 X
r = 0,979
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(c)
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
log
(I/A
)
log (/Vs-1)
(d)Y = 1,956 + 0,463 X
r = 0,998
60
5.5 Estudo da interferência de um analito (ácido úrico e epinefrina) sobre o outro
empregando os eletrodos de G/GO e G/rGO
Com o objetivo de avaliar o efeito da oxidação de um analito sobre o outro durante a
utilização do eletrodo de pasta de óxido de grafite/grafite para a quantificação simultânea de
epinefrina e ácido úrico, dois experimentos foram realizados em solução de 0,1 mol l-1
de
tampão fosfato (pH 7). Em cada experimento variou-se a concentração de um dos dois
analitos enquanto que a concentração do outro analito foi mantida constante. Nestes
experimentos foram evitadas variações na concentração de AA uma vez que concentrações
inferiores a 0.1 mmol L-1
deste composto não produziram variações na corrente de pico do
mesmo observáveis por VPD. É possível que o fato do óxido de grafite apresentar elevado
nível de funcionalização de superfície, incluindo grupos eletroativos e negativamente
carregados (grupos epóxi, quinona, hidroxil, carboxil), seus processos redox (o pico em cerca
de 0 V verificado na FIGURA 39 (a) corresponde ao pico do óxido de grafite) sobreponham
aos do AA em baixas concentrações deste composto, por isso o AA foi excluído dos estudos
de interferência de um analito sobre o outro e da determinação simultânea com pasta de
G/GO.
A FIGURA 39 (a) apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para a
variação da concentração de EP na faixa de 3,0 a 19,0 µmol L-1
na presença de 4 µmol L-1
de
AU. A partir desses voltamogramas foi possível obter o gráfico que relaciona a corrente de
pico com a concentração de EP (FIGURA 39 (b)), no qual se verifica uma correlação linear
entre esses parâmetros, com coeficiente de correlação (r) igual a 0,998; o que demonstra que a
presença de AU não afeta a resposta eletroquímica da pasta G/GO para a oxidação de EP.
Além disso, verifica-se que nenhuma alteração significativa ocorre nas correntes de pico do
AU, mostrando que o aumento da concentração de EP não interfere significativamente na
resposta da pasta de G/GO para o outro analito.
61
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
-2
0
2
4
6
8
10
I/
E/V vs. Ag/AgCl
EP
AU
(a)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
1
2
3
4
5
6
7
I/A
[EP]/molL-1
(b) r = 0,998 (n = 5)
FIGURA 39 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [EP] versus I para o eletrodo de pasta de
G/GO em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 4 µmol L-1
de AU e diferentes concentrações de
epinefrina: 3,0; 4,0; 5,0; 10,0 e 19 µmol L-1
. Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s.
A FIGURA 40 (a) apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para a
variação da concentração de AU na faixa de 2,0 a 10,0 µmol L-1
na presença de 10 µmol L-1
de EP. A partir desses voltamogramas foi possível obter o gráfico que relaciona a corrente de
pico com a concentração de EP (FIGURA 40 (b)), no qual se verifica uma correlação linear
entre esses parâmetros, com coeficiente de correlação (r) igual a 0,994; o que demonstra que a
presença de EP não afeta a resposta eletroquímica da pasta de G/GO para a oxidação de AU.
Além disso, verifica-se que nenhuma alteração significativa ocorre nas correntes de pico da
EP, mostrando que o aumento da concentração de AU não interfere na resposta da pasta de
G/GO para o EP.
62
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
-2
0
2
4
6
8
10
12
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
(a) EP
AU
FIGURA 40 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [AU] versus I para o eletrodo de pasta de
G/GO em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 19 µmol L-1
de EP e diferentes concentrações de ácido
úrico: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 e 10 µmol L-1
. Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s.
A FIGURA 41 (a) apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para a
variação da concentração de EP na faixa de 40,0 a 90,0 µmol L-1
na presença de 20 µmol L-1
de AU sobre o eletrodo de G/rGO. A partir desses voltamogramas foi possível obter o gráfico
que relaciona a corrente de pico com a concentração de EP (FIGURA 41 (b)), no qual se
verifica uma correlação linear entre esses parâmetros, com coeficiente de correlação (r) igual
a 0,997; o que demonstra que a presença de AU não afeta a resposta eletroquímica da pasta de
G/rGO para a oxidação de EP.
-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
0
2
4
6
8
10
12
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
EP
AU
(a)
FIGURA 41 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [EP] versus I para o eletrodo de pasta de
G/rGO em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 20 µmol L-1
de AU e diferentes concentrações de
epinefrina: 40,0; 50,0; 60,0; 80,0 e 90,0 µmol L-1
. Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s.
Além disso, verifica-se que nenhuma alteração significativa ocorre nas correntes de
pico da AU, mostrando que o aumento da concentração de EP não interfere significativamente
na resposta da pasta de G/rGO para o outro analito.
2 4 6 8 10
1
2
3
4
5
6
7
(b) r = 0,998 (n = 5)
I/
A
[AU]/molL-1
40 50 60 70 80 90
3
4
5
6
7
8
9
10 (b) r = 0,997 (n = 5)
I/
A
[EP]/molL-1
63
A FIGURA 42 (a) apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para a
variação da concentração de AU na faixa de 20,0 a 70,0 µmol L-1
na presença de 30 µmol L-1
de EP sobre o eletrodo de G/rGO. A partir desses voltamogramas foi possível obter o gráfico
que relaciona a corrente de pico com a concentração de EP (FIGURA 42 (b)), no qual se
verifica uma correlação linear entre esses parâmetros, com coeficiente de correlação (r) igual
a 0,997; o que demonstra que a presença de EP não afetou a resposta eletroquímica da pasta
de G/rGO para a oxidação de AU. Além disso, verifica-se que nenhuma alteração significativa
ocorre nas correntes de pico da EP, mostrando que o aumento da concentração de AU não
interfere na resposta da pasta de G/rGO para o outro analito.
-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-2
0
2
4
6
8
10
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
EP
AU
(a)
FIGURA 42 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial e (b) gráfico [AU] versus I para o eletrodo de pasta de
G/rGO em 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7) contendo 30 µmol L-1
de EP e diferentes concentrações de ácido
úrico: 20,0; 30,0; 40,0; 60,0 e 70,0 µmol L-1
. Velocidade de varredura de 50 mV/s e amplitude de 50 mV/s.
5.6 Determinação simultânea de EP e AU em eletrodo com pasta de G/GO e G/rGO
Com o objetivo de obter curvas analíticas para a determinação simultânea de EP e AU
sobre eletrodo de G/GO, voltamogramas de pulso diferencial foram obtidos para diferentes
concentrações de cada analito (FIGURA 43 (a)). As curvas analíticas obtidas a partir dos
voltamogramas são mostradas nas FIGURAS 43 (b) e (c). Para a epinefrina observa-se que o
eletrodo G/GO apresentou resposta linear no intervalo de concentração de 8,0 a 20,0 µmolL-1
,
com coeficiente de correlação (r) igual a 0,978 (n = 5). A expressão matemática que define
essa curva pode ser escrita da seguinte forma:
I (µA) = -0,0365 (± 0,134) + 0,0711 (± 0,0087) [EP] (µmol L-1
)
Por outro lado, para o ácido úrico observa-se que o eletrodo G/GO apresentou resposta
linear no intervalo de concentração de 6,80 a 17,0 µmol L-1
, com coeficiente de correlação (r)
20 30 40 50 60 70
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(b) r = 0,997 (n = 5)
I/
A
[AU]/molL-1
64
igual a 0,998 (n = 5). A expressão matemática que define essa curva pode ser escrita da
seguinte forma:
I (µA) = 0,0275 (± 0,0282) + 0,0556 (± 0,00218) [AU] (µmol L-1
)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
0
5
10
15
IA
E/V vs. Ag/AgCl
(a) EP
AU
8 10 12 14 16 18 20
2
3
4
5
6
7
I/A
[EP]/molL-1
(b)
6 8 10 12 14 16 18
4
5
6
7
8
9
10
I/A
[AU]/molL-1
(c)
FIGURA 43 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial para a oxidação simultânea de EP e AU nas seguintes
concentrações: EP: (1) 8,0; (2) 12,0; (3) 16,0; (4) 18,0; (5) 20,0 µmol L-1
; AU: (1) 6,80; (2) 10,2; (3) 13,6; (4)
15,3; (5) 17,0. Medidas conduzidas em solução 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7); (b) curva analítica obtida a
partir dos voltamogramas de pulso diferencial para a epinefrina e (c) curva analítica obtida a partir dos
voltamogramas de pulso diferencial para o ácido úrico.
Adicionalmente, a estabilidade do eletrodo de G/GO foi avaliada na presença de 10
µmol L-1
de EP e 10 µmol L-1
de AU mediante sucessivas medidas voltamétricas em tampão
fosfato 0,1 mol L-1
(pH 7,0). Não foram observadas alterações no perfil voltamétrico mesmo
após 50 medidas bem como quando o eletrodo modificado G/GO foi armazenado à
temperatura ambiente por até 1 mês.
Uma série de 10 eletrodos de pasta de G/GO foi preparada seguindo o mesmo
procedimento experimental e os mesmos foram testados em tampão fosfato (pH 7,0) contendo
65
10 µmol L-1
de EP e 10 µmol L-1
de AU. O desvio padrão relativo observado foi menor que
5,0 % para cada um dos compostos. Estes resultados indicam que o eletrodo modificado com
G/GO apresenta boa estabilidade e reprodutibilidade.
De forma similar, com o objetivo de se obter a curva analítica para a determinação
simultânea de EP e AU sobre eletrodo de pasta de G/rGO, voltamogramas de pulso diferencial
foram obtidos para diferentes concentrações de cada analito. As curvas analíticas obtidas a
partir dos voltamogramas são mostradas nas FIGURAS 44 (b) e (c).
Para a epinefrina observa-se que o eletrodo de pasta de óxido de grafite/grafite 2,44%
apresentou resposta linear no intervalo de concentração de 30,0 a 80,0 µmol L-1
, com
coeficiente de correlação (r) igual a 0,998 (n = 5). A expressão matemática que define essa
curva pode ser escrita da seguinte forma:
I (µA) = -0,324 (± 0,178) + 0,0932 (± 0,00311) [EP] (µmol L-1
)
Para o ácido úrico observa-se que o eletrodo de pasta de grafeno/grafite 2,44%
apresentou resposta linear no intervalo de concentração de 30,0 a 80,0 µmol L-1
, com
coeficiente de correlação (r) igual a 0,990 (n = 5). A expressão matemática que define essa
curva pode ser escrita da seguinte forma:
I (µA) = -2,0121 (± 0,0696) + 0,152 (± 0,0122) [AU] (µmol L-1
)
66
FIGURA 44 – (a) Voltamogramas de pulso diferencial para a oxidação simultânea de EP e AU nas seguintes
concentrações: EP: (1) 30,0; (2) 40,0; (3) 50,0; (4) 70,0; (5) 80,0 µmol L-1
; AU: (1) 30,0; (2) 40,0; (3) 50,0; (4)
70,0; (5) 80,0. Medidas conduzidas em solução 0,1 mol L-1
de tampão fosfato (pH 7); (b) curva analítica obtida a
partir dos voltamogramas de pulso diferencial para a epinefrina e (c) curva analítica obtida a partir dos
voltamogramas de pulso diferencial para o ácido úrico.
Adicionalmente, a estabilidade do eletrodo de G/rGO foi avaliada na presença de 10
µmol L-1
de EP e 10 µmol L-1
de AU mediante sucessivas medidas voltamétricas em tampão
fosfato 0,1 mol L-1
(pH 7,0). Não foram observadas alterações no perfil voltamétrico mesmo
após 50 medidas bem como quando o eletrodo modificado G/rGO foi armazenado à
temperatura ambiente por até 1 mês.
O eletrodo modificado com G/rGO apresentou boa repetibilidade na determinação de
epinefrina e ácido úrico. Uma série de 10 eletrodos de pasta de G/rGO foi preparada seguindo
o mesmo procedimento experimental e os mesmos foram testados em tampão fosfato (pH 7,0)
contendo 10 µmol L-1
de EP e 10 µmol L-1
de AU. O desvio padrão relativo observado foi
menor que 5,0 % para cada um dos compostos. Estes resultados indicam que o eletrodo
-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-2
0
2
4
6
8
10
12
I/A
E/V vs. Ag/AgCl
EP
AU(a)
30 40 50 60 70 80
2
3
4
5
6
7
8
I/A
[EP]/molL-1
(b)
30 40 50 60 70 80
2
4
6
8
10
12
I/A
[AU]/molL-1
(c)
67
modificado com G/rGO apresenta boa estabilidade e reprodutibilidade.
68
6 CONCLUSÕES
O Presente trabalho demonstrou que o óxido de grafite e o grafeno são excelentes
alternativas de materiais para utilização em sensores e que esses materiais podem ser
utilizados na determinação simultânea de ácido úrico e epinefrina com eletrodo na forma de
pasta sem elevados custos uma vez que estes materiais podem ser obtidos a partir do grafite.
As imagens de MEV, os espectros de FT-IR e os difratogramas de raio-X do óxido de grafite e
grafeno confirmaram a síntese desses compostos bem como as significantes mudanças
sofridas na estrutura dos mesmos. As medidas de SECM confirmam o óxido de grafite como
excelente material para confecção de eletrodos e desenvolvimento de sensores eletroquímicos.
Adicionalmente, a pasta de óxido de grafite/grafite apresentou os maiores valores de
separação de pico entre DP-AA, DP-AU, EP-AA e EP-AU demonstrado que o óxido de
grafite tem promissora utilização em sensores eletroquímicos.
Estudos de variação de pH demostraram que todos os compostos avaliados
apresentaram processos de transferência eletrônica nos quais o número de prótons igual ao
número de elétrons e os estudos de velocidade de varredura do potencial elétrico
demonstraram que para a epinefrina, ácido ascórbico e ácido úrico, em eletrodo de pasta de
grafite/óxido de grafite e epinefrina e ácido úrico em pasta de grafite/grafeno, predominam
fenômenos difusionais na superfície do eletrodo.
Estudos de interferência entre os analitos EP e AU deixam evidente que, nos intervalos
de concentração avaliados, ambas as pastas (G/GO e G/rGO) podem ser aplicadas na
determinação simultânea de EP e AU.
Assim sendo, o óxido de grafite e grafeno apresentaram-se como excelente alterantiva
de materiais a serem utilizados em sensores eletroquímicos. Esses materiais tornam-se
altenativas ainda mais viáveis quando se compara seu custo com o custo dos nanotubos de
carbono, que são muito utilizados em eletroquímica. Óxido de grafite e grafeno são obtidos
através de síntese relativamente simples a partir do grafite, que é muito mais barato do que os
nanotubos de carbono.
69
PERSPECTIVAS
Prestende-se utilizar os eletrodos de pasta de óxido de grafite em grafite e grafeno em
grafite na determinação de outros compostos bem como cogita-se a utilização desses eletrodos
em amostras biológicas.
70
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