universidade estadual de campinas -...

i

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

INSTITUTO DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Desenvolvimento de um Sistema VoltamétricoMicrofluídico

Mário Henrique Montazzolli Killner*

Orientador: Prof. Dr. Jarbas José Rodrigues Rohwedder*Bolsista CAPES

Campinas – SPOutubro – 2007

ii

FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DO INSTITUTODE QUÍMICA DA UNICAMP

Construção de um sistema voltamétrico microfluídicoDissertação de Mestrado - 2007

iv

Dedico este trabalho aos meus paisKátia Maria G. M. Killner (in memorian)e Isac Killner.


v

Imagine não existir céu

É fácil se você tentar

Nenhum inferno abaixo de nós

E acima apenas o espaço

Imagine todas as pessoas

Vivendo para o hoje

Imagine não existir países

Não é difícil de fazê-lo

Nada para matar ou por morrer

E nenhuma religião


Vivendo em paz

Imagine não existir posses

Surpreenderia-me se você conseguisse

Inexistir necessidades e fome

Uma irmandade humana


Partilhando o mundo

Você pode falar que eu sou um sonhador

Mas não sou o único

Desejo que um dia você se junte a nós

E o mundo, então, será como um só

(Imagine, John Lennon)


vi

AGRADECIMENTOS

A Deus pela vida.

À minha mãe Kátia Maria G. M. Killner e meu pai Isac Killner pela vida,

educação e por me permitirem experimentar a forma mais intensa do amor.

Ao Prof. Dr. Jarbas J. R. Rohwedder pela orientação, dedicação ao

trabalho, paciência e prazerosos momentos de discussão em que me ensinou a

refletir sobre a ciência química.

À minha Tia Sueli e família (Gerson, Sérgio e Júlia) e minha avó Lady pelo

apoio, amor e carinho.

À Betina Minchin pelo amor e por muito me ajudar em meus estudos e vida.

Aos amigos Juracy e Beth Minchin pela amizade e carinho.

Ao governo brasileiro, em especial a Capes, pelo financiamento da bolsa de

mestrado.

Ao Prof. Msc Jéferson Moriconi (Universidade Estadual de Londrina) pela

amizade e por me apresentar a química analítica.

Ao Prof. Msc. Alexandre Fonseca pela amizade e colaboração com o

trabalho.

Ao Prof. Dr. Ivo M. R. Jr., Prof. Dr. Luiz Otávio e Élcio de Souza pela

colaboração com o trabalho.


vii

Aos amigos José Paulo Garcia Pedriali e Gustavo Garcia Cid por todo o

apoio.

Aos amigos José Henrique F. Gomes, Bruno Lomba, Diego Soutello, Diogo

Berbel, Lucas Niero, Luigi Picelli, Matheus Niero, Paulo Henrique Março, Pedro

Tozzoni, Rodolfo Carnelocce e Vinicius Kochinski pela amizade e

companheirismo.

Aos amigos do laboratório Rafael, Fabiano, Claudete, Eliane, Thiago,

Ismael, Daniel, Célio, Greice, Lorena, Anderson, Juliano, Aloísio, Marco, Matheus,

Kássio, Emerson, Camila, Sabrina, Odair, Claudia, Nívea, Ney, Juliana, Lucas e

Flávia.

Aos amigos e companheiros de república André, Aroldo, Bruno, Eduardo,

João Marcos, Heronides, Marcelo, Matias, José Paulo, Renato, Rodrigo e Rogério.

Ao amigo Natalício F. Leite (Instituto Tecnológico do Paraná) pela ajuda no

final do mestrado.

A todos os colegas e funcionários do Instituo de Química da Unicamp que,

direta ou indiretamente, contribuíram para a realização do trabalho. Em particular

à Bel (CPG) e aos amigos Marco, Paulo, Anderson, Pimpim, Manoel e Zé Luís.

A todos os cientistas que habitaram e habitam a terra, e com suas

inquietantes dúvidas, curiosidades e filosofias colaboram para a construção de um

mundo melhor.


viii

CURRICULUM VITAE

Mário Henrique Montazzolli Killner

Dados PessoaisFiliaçãoData de nascimentoNacionalidadeEstado civilE-mail

Formação Acadêmica1- GraduaçãoCursoInstituiçãoPeríodo

2- MestradoDepartamentoTítulo da dissertação

InstituiçãoOrientadorPeríodo

Produção científica1- Iniciação CientíficaLocal

Título

OrientadorPeríodo

2- Participações emEventos2.1- Título do eventoLocalTítulo do trabalho

Kátia Maria G. M. Killner e Isac Killner15 de dezembro de [email protected]

Bacharelado em QuímicaUniversidade Estadual de LondrinaMarço de 2000 a janeiro de 2004

Química AnalíticaDesenvolvimento de um Sistema VoltamétricoMicrofluídicoUniversidade estadual de CampinasJarbas José Rodrigues RohwedderMarço de 2004 a outubro de 2007

Centro de Ciências Exatas, departamento de Química –Universidade Estadual de LondrinaAvaliação da capacidade de pré-concentração decádmio pela biomassa fúngica do Pleurotus ostreatosProf. Msc Jéferson MoriconiJunho de 2003 a janeiro de 2004

29ª Reunião da Sociedade Brasileira de QuímicaÁguas de Lindóia, SPConstrução de um Microssistema Voltamétrico paraAnálise em fluxo Empregando um Polímero a Base dePoliuretana


ix

2.2- Título do eventoLocalTítulo do trabalho

2.3- Título do eventoLocalTítulo do trabalho

Experiência ProfissionalCargoFunção

EmpresaPeríodo

28ª Reunião da Sociedade Brasileira de QuímicaPoços de Caldas, MGConstrução de um microssistema voltamétrico paraanálise em fluxoEncontro Nacional de Química AnalíticaCampinas, SPAvaliação de progênies, variedades e espécies dogênero Coffea quanto ao teor de cafeína

QuímicoQuímico Analítico do laboratório de resíduos depesticidasInstituto Tecnológico do Paraná – TECPARJunho de 2006 até data atual


x

RESUMO

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA VOLTAMÉTRICO MICROFLUÍDICO

Mestrando: Mário Henrique Montazzolli KillnerOrientador: Jarbas José Rodrigues Rohwedder

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema

voltamétrico microfluídico, de um potenciostato de baixo custo e de um programa

computacional para controle do potenciostato e aquisição de dados. O sistema

voltamétrico microfluídico foi confeccionado empregando dois fotopolímeros,

sendo um sólido e outro líquido. Foi também avaliado o uso de uma resina

acrílica. Técnica de litografia utilizando radiação UVA foi empregada para a

confecção dos protótipos. O fotopolímero líquido, a base de uretano-acrilato,

apresentou as melhores características como flexibilidade, fácil manuseio e boa

selagem dos canais analíticos. Estes canais foram confeccionados com largura de

600 µm e profundidade de 100 µm. O eletrodo de trabalho foi construído

empregando um fio de platina de 75 µm de diâmetro e 1,5 mm de comprimento.

Uma agulha de aço inox de 13 mm de comprimento e 0,45 mm de diâmetro foi

empregada como eletrodo auxiliar e um fio de prata de 600 µm de diâmetro e 2,0

mm de comprimento recoberto com cloreto de prata foi utilizado na construção do

eletrodo de referência. Os resultados de voltametria cíclica para soluções de

diferentes concentrações de FeK4(CN)6 obtidos utilizando o sistema desenvolvido

foram semelhantes àqueles obtidos empregando um potenciostato comercial. A

determinação de Pb(II) em uma amostra certificada (452,2 µg L-1) apresentou um

erro relativo de –3,9% e desvio relativo de 2,0% (n=3) empregando voltametria de

redissolução anódica com varredura de onda quadrada.


xi

ABSTRACT

DEVELOPMENT OF A MICROFLUIDIC VOLTAMMETRIC SYSTEM

Candidate: Mário Henrique Montazzolli KillnerSupervisor: Jarbas José Rodrigues Rohwedder

The present work describes the development of a microfluidic

voltammetric system, a low cost potentiostat, and a software used for data

acquisition and control of the potentiostat. The microfluidic voltammetric system

was formed using two photopolymers, one solid and one liquid. In addition, the use

of an acrylic resin was evaluated. The photolitography using UVA radiation was

used for the fabrication of prototypes. The liquid polymer of urethane-acrylate

showed better characteristics such as flexibility, easy manipulation and good

sealing of the analytical channels. The analytical channels were 600 m width and

100 m depth. The work electrode was made of a platinum wire of 75 m of

diameter and 1,5 mm of length. A stainless steel needle 13 mm long and with 0,45

mm of diameter was employed as auxiliary electrode and a silver wire of 600 m

of diameter and 2,0 mm long covered with AgCl was employed as reference

electrode. The results obtained using Cyclic Voltammetry for solutions of different

concentrations of FeK4(CN)6 and the developed system were similar to those

obtained using a commercial potentiostat. The determination of Pb(II) in a

certificated sample of water (452,2 g L-1) showed a relative error of –3,9% and a

relative standard deviation of 2,0% (n=3) employing anodic stripping voltammetry

and square wave potential scan.

ÍNDICE

xii

ÍNDICE

Índice de Figuras............................................................................................xv

Índice de Tabelas............................................................................................xx

Lista de Abreviaturas.....................................................................................xxi

I. INTRODUÇÃO..................................................................................................1

I.1 Microssistemas de Análise Total (µ-TAS)....................................................2

I.2 Materiais e Técnicas Utilizados na Construção dos µ-TAS.........................4

I.2.1 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em

Silício, Vidro ou Quartzo........................................................................5

I.2.1.1 Fotolitografia com Corrosão por via Úmida...................................5

I.2.1.2 Fotolitografia com Corrosão por via Seca.....................................7

I.2.2 Substratos a base de polímeros utilizados no desenvolvimento

dos µ-TAS..............................................................................................8

I.2.3 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em

Polímeros...............................................................................................9

I.2.3.1 Moldagem por Pressão a Quente................................................10

I.2.3.2 Moldagem por Injeção..................................................................11

I.2.3.3 Ablação a Laser...........................................................................11

I.3 Técnicas Eletroquímicas............................................................................13

I.3.1 Técnicas Voltamétricas........................................................................13

I.3.2 Técnicas de Pulso................................................................................14

I.3.3 Voltametria de Onda Quadrada (SWV)...............................................15

I.3.4 Técnicas de Redissolução Anôdica.....................................................16

I.3.5 Eletrodos..............................................................................................18

I.3.5.1 Eletrodos de Filme de Mercúrio (MFE)...................................................18

I.4 Microssistemas Eletroquímicos....................................................................19

II. OBJETIVOS..................................................................................................22

III. PARTE EXPERIMENTAL............................................................................23

ÍNDICE

xiii

III.1 Reagentes e Soluções.............................................................................23

III.2 Instrumentação e Eletrodos.....................................................................24

III.2.1 Potenciostato.....................................................................................24

III.2.2 Eletrodos............................................................................................24

III.2.3 Avaliação do Potenciostato e do Ultramicroeletrodo de Platina.........25

III.2.3.1 Voltametria Cíclica.....................................................................25

III.2.3.2 Voltametria de Onda Quadrada.................................................26

III.3 Construção do Sistema Voltamétrico Microfluídico..................................27

III.3.1 Sistema Voltamétrico Microfluídico com Fotopolímero Líquido..........31

III.3.2 Avaliação dos sistemas voltamétricos microfluídicos.........................32

III.3.2.1 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído

com o Fotopolímero sólido........................................................32

III.3.2.2 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído

com o Fotopolímero líquido.......................................................32

III.4 Determinação de Pb em Águas Residuais empregando o

microssitema Voltamétrica desenvolvido................................................34

IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................35

IV.1 Instrumentação Eletroquímica Desenvolvida...........................................35

IV.1.1 Potenciostato.....................................................................................35

IV.1.2 Programa Computacional..................................................................38

IV.1.3 Avaliação da Instrumentação Desenvolvida......................................44

IV.1.3.1 Voltametria Cíclica.....................................................................44

IV.1.3.2 Voltametria de Redissolução Anódica com Varredura

de Onda Quadrada....................................................................48

IV.2 Construção dos Sistemas Voltamétricos Microfluídicos..........................50

IV.2.1 Construção do Sistema Voltamétricos Microfluídicos

Empregando Fotopolímero Sólido.....................................................51

IV.2.2 Resina Acrílica...................................................................................58

IV.2.3 Fotopolímero Líquido.........................................................................59

IV.3 Microscopia Eletrônica de Varredura dos Sistemas Confeccionados

com os Fotopolímeros Sólido e Líquido.................................................67

ÍNDICE

xiv

IV.4 Determinação de Pb em Águas Residuais empregando o

Sistema Voltamétrico Microfluídico Desenvolvido..................................69

V. CONCLUSÕES.............................................................................................74

VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................76

ÍNDICE DE FIGURAS

xv

ÍNDICE DE FIGURAS.

Figura 1 – Elementos Básicos de um Microssistema de Análise Total.

Figura 2 – Fluxograma para a fotolitografia com corrosão por via úmida.

Detalhes no texto.

Figura 3 – Representação de canais formados através de processos: (a)

Anisotrópicos e (b) Isotrópicos .

Figura 4 - Técnica de prototipagem por pressão à quente: (a) Empregando fio

metálico e (b) Empregando molde em silício.

Figura 5 - Processo de fabricação por ablação à laser.

Figura 6 – Formas dos sinais de onda mais comumente usados em

voltametria.

Figura 7 – (a) Forma de aplicação do potencial na Voltametria de Onda

Quadrada. (b) Sinais de corrente obtidos a partir da Voltametria Onda

Quadrada.

Figura 8 – Programa de Potencial para a Voltametria de Redissolução

Anódica para uma espécie eletroativa M+.

Figura 9 – Esquema da instrumentação utilizada na primeira etapa do

trabalho; A- Microcomputador, B- Interface ADC 8111, C- Potenciostato

construído e D- Célula eletroquímica contendo os eletrodos de trabalho

(WE), de referência (RE) e auxiliar (AE).

Figura 10 – Processo fotolitográfico utilizado na fabricação dos microcanais,

empregando os fotopolímeros .

Figura 11 – Vista superior da expositora UVA, com A- Sistema elétrico para

acionamento e alimentação das lâmpadas, B- Suporte em madeira para

delimitar a área de exposição do fotopolímero, C- Lâmpadas UVA e D- Mini

Exaustor.

ÍNDICE DE FIGURAS

xvi

Figura 12 – Processo utilizado na fabricação dos microcanais com resina

acrílica.

Figura 13 – (A) Imagem do sistema voltamétrico confeccionado com o

fotopolímero Dupont®, onde: 1-Entrada para o canal analítico; 2- Saída para o

descarte; 3- entrada de eletrólito para o eletrodo de referência. PS-Junção

líquida do eletrodo referência. (B) Esquema mostrando a disposição dos

eletrodos no microssistema voltamétrico.

Figura 14 – Processo de confecção do sistema voltamétrico microfluídico

confeccionado e selado com fotopolímero líquido.

Figura 15 - Potenciostato desenvolvido, A a D- Amplificadores Operacionais

LF 356; CE- Célula Eletroquímica, onde, AE- eletrodo auxiliar, RE- eletrodo

de referência e WE- eletrodo de trabalho; CH- Chave analógica ADG 201ACJ.

Figura 16 – Esquema eletrônico utilizado para acionamento das válvulas

solenóides, RL1- Válvula solenóide e D1- Diodo de proteção (1N1117).

Figura 17 – Janela de controle para a técnica de Voltametria Cíclica.

Figura 18 – Janela de controle para a técnica de Voltametria de Redissolução

com Varredura de Onda Quadrada. A-) Corrente direta e reversa ; B-)

Corrente resultante.

Figura 19 – (A) Aplicação dos pulsos direto e reverso ao eletrodo de trabalho

durante uma Varredura de Onda Quadrada, onde: T = Período de aplicação

dos pulsos de potencial, h = amplitude dos pulsos e P = Amplitude da

escada de Potencial utilizada. (B) Leitura da corrente gerada na célula

eletroquímica durante a aplicação de dois pulsos consecutivos de potencial,

onde: ir = Corrente reversa e id = Corrente direta. A área sombreada mostra o

instante onde a razão iF/ic é máxima.

Figura 20 – Janela responsável pela Voltametria de Onda Quadrada, com a

sub-rotina utilizada para a análise da corrente gerada na célula eletroquímica

destacada em rosa.

ÍNDICE DE FIGURAS

xvii

Figura 21 – Voltamograma de Onda Quadrada para 1,0 mg L-1 de Pb(II) e em

destaque, todos os valores de corrente amostrados no intervalo de -0,6 a -0,2

V.

Figura 22 – Visualização ampliada da região selecionada na Figura 21 para a

aplicação de 3 pulsos de potencial próximos ao pico de oxidação do Pb.

Figura 23 – Voltamogramas para a solução de FeK4(CN)6 em NaNO3 1,0 mol L-

1. Potencial inicial e final 0,0 V potencial de inversão 0,8 V e velocidade de

varredura 25 mV s-1. A-) Sistema desenvolvido e B-) Sistema Comercial.

Figura 24 – Voltamogramas obtidos com o sistema desenvolvido após pré-

tratamento empregando o método de Alisamento com Média Móvel (n = 5).

Figura 25 – Curvas de resposta para os sistemas avaliados empregando a

mesma célula eletroquímica. Em (A) para o sistema comercial e em (B) para

o sistema proposto.

Figura 26 - Correntes de pico para a oxidação de Hg (0,5 V) depositado em

um ultramicroeletrodo de Pt com comprimento igual a 2,0 cm Vs tempo de

deposição.

Figura 27 - Voltametria de Redissolução Anôdica com Varredura de Onda

Quadrada para Cd(II), Pb(II) e Cu(II), obtidas para diferentes tempos de

deposição dos metais. A-) Com pré-deposição de filme de Hg em 0,1 V por

10 s e posterior redução dos metais em -0,8 V. B-) deposição simultânea dos

metais e filme de Hg em –0,8 V. Soluções dos metais 12 mg L-1. Solução de

Hg(II) 1,0.10-3 mol L-1.

Figura 28 – Primeiro projeto proposto para a microcélula voltamétrica, onde:

largura do canal analítico 600 µµµµm e largura do canal do eletrodo de

referência ( ponte salina) 150 µµµµm.

Figura 29 – A- Esquema da primeira microcélula voltamétrica fotogerada.

Onde : 1,2-) Agulhas de aço-inox para entrada das soluções no canal

analítico e descarte, respectivamente; 3-) Agulha de aço-inox responsável

ÍNDICE DE FIGURAS

xviii

pela entrada de solução de KCl no compartimento do RE; PS-) Ponte salina;

WE-) Eletrodo de trabalho; AE-) Eletrodo auxiliar. B-Esquema mostrando a

introdução dos eletrodos na microcélula voltamétrica preparada em

Fotopolímero sólido.

Figura 30 – Segundo projeto para a microcélula voltamétrica com redução

das dimensões do reservatório do RE. As demais dimensões são as mesmas

discutidas na Figura 29.

Figura 31 – Terceiro projeto para a microcélula voltamétrica. Neste caso o

reservatório do ER e o canal da ponte salina foram dispostos em uma

inclinação de 45°. As demais dimensões são as mesmas discutidas na

Figura 29.

Figura 32 – Voltamogramas de Redissolução Anódica com SWV para Pb(II).

Corrente de pico de oxidação Vs Tempo de deposição.

Figura 33 – Esquema do projeto empregado para a confecção do sistema

voltamétrico microfluídico empregando o fotopolímero líquido 1- Agulha de

aço-inox para introdução de solução de eletrólito suporte ou de tampão. 2 e

3- Agulhas de aço-inox para introdução de amostra ou soluções padrão 4-

Agulha de aço-inox utilizada para introdução de KCl no reservatório do

eletrodo de referência. 5-Fio de Nylon, 6-Fio de platina (WE), 7- Fio de prata

recoberto com AgCl. 8- agulha de aço-inox empregada como eletrodo

auxiliar para o descarte das soluções. 9- Canal empregado como ponte

salina (PS). 10- Abertura laterais para a introdução dos eletrodos. C-

comprimento do eletrodo de trabalho.

Figura 34 – Sistema voltamétrico microfluídico confeccionada com o

fotopolímero M50-LBS. Onde: WE- Eletrodo de trabalho; RE- Eletrodo de

referência; 1- Entrada do canal analítico; 2- Canal da amostra; 3- Entrada da

solução de KCl para o ER; 4- AE e descarte; 5- Fio de nylon para fechar

canais laterais onde foi inserido o WE.

ÍNDICE DE FIGURAS

xix

Figura 35 – Voltamogramas cíclicos para a solução FeK4(CN)6 concentração

entre 0,5 a 2,0 mmol L-1 contendo NaNO3 1 mol L-1 empregando o sistema

voltamétrico microfluídico confeccionado com o fotopolímero líquido.

Figura 36 – Voltamogramas Cíclicos para o sistema confeccionado e selada

com o fotopolímero M50-LBS, onde a concentração de FeK4(CN)6 variou de

0,5 a 2,0 mmol L-1, após processamento matemático “smoothing” no

programa computacional OriginLab 6.0.

Figura 37 – Curva analítica construída com os voltamogramas da Figura 36.

Figura 38 – Curva da corrente de pico para a oxidação do filme de Hg

utilizando Voltametria de Redissolução Anôdica com Varredura de Onda

Quadrada, para o sistema desenvolvido com o fotopolímero M50-LBS.

Figura 39 - Voltamogramas de Redissolução Anôdica com Varredura de

Onda Quadrada a- Pb(II) e b- Cd(II). Potencial de depósito -0,8 V. Tempo de

depósito 480 seg.

Figura 40 – MEV para os sistemas confeccionados, (a) Microcanais formados

no fotopolímero sólido e (b) Microcanais formados no fotopolímero líquido.

Figura 41 – MEV para o sistema confeccionado e selado empregando o

fotopolímero líquido A e B- Imagem da placa da região próxima a ponte

salina ante da selagem do sistema. C- Imagem mostrando um corte

transversal do canal analítico após a selagem.

Figura 42 – Esquema de fluxo utilizado para a determinação de Pb(II)

empregando o sistema voltamétrico microfluídico BP- Bomba Peristáltica.

CI- solução tampão acetato. CII- amostra com tampão acetato e Hg(II) CIII-

solução de KCl. BS I, BS II e BS III- Válvulas solenóides.

Figura 43 – Voltamogramas de SWASV obtidos para análise de Pb(II) para

amostra certificada pelo método de adição de padrão.

Figura 44 – Curva de adição padrão para a determinação de Pb(II) em

amostra certificada empregando o sistema voltamétrico microfluídico.

ÍNDICE DE TABELAS

xx

ÍNDICE DE TABELAS.

Tabela 1 - Equações das curvas de calibração dos voltamogramas

apresentados na Figura 27. i(A) corrente de pico em ampéres. Tdes(s) tempo

de depósito em Segundos.

Tabela 2 – Equações e parâmetros analíticos que descrevem a curva

analítica estudada para os dois metais, extraídas da Figura39.

Tabela 3 – Resultado para a determinação de Pb(II) na amostra certificada

G1A003-04 do programa de ensaios proficiência do Senai. Valor certificado

452,2 g L-1.

LISTA DE ABREVIATURAS

xxi


- A/D: Conversor analógico/digital.

- a: Altura da escada de potencial.

- AA: Absorção Atômica.

- AE: Eletrodo auxiliar.

- ASV: Voltametria de redissolução anódica.

- cc: Corrente contínua.

- CV: Voltametria cíclica.

- D/A: Conversor digital/analógico.

- DME: Eletrodo gotejante de mercúrio.

- Eapl: Potencial aplicado.

- GFAAS: Espectrometria de absorção atômica com forno de grafite.

- HDME: Eletrodo de gota pendente de mercúrio.

- ICP OES: Espectrometria de emissão óptica em plasma indutivamente

acoplado.

- LD: Limite de detecção.

- LIGA: Litografia, galvanoplastia e moldagem.

- MEV: Microscopia eletrônica de varredura.

- MFE: Eletrodo de filme de mercúrio.

- PMMA: Polimetil metacrilato.

- RE: Eletrodo de referência.

- SWASV: Voltametria de redissolução anódica com varredura de onda

quadrada.

- SWV: Voltametria de onda quadrada.

- t: Período.

- TAS: Sistemas de análise total.

- tdep: Tempo de depósito.

- TNT: Trinitrotolueno.

- TTL: Lógica transistor-transistor.

- UME: Ultramicroeletrodo.

- UV: Radiação Ultravioleta.


xxii

- UVA: Radiação ultravioleta compreendida entre 320-400 nm.

- WE: Eletrodo de trabalho.

- ∆∆∆∆Es: Incremento de potencial.

- µµµµTAS: Microssistemas de análise total.

______INTRODUÇÃO

1

I. INTRODUÇÃO

O grande desenvolvimento tecnológico ocorrido nas últimas décadas trouxe

a necessidade de um controle cada vez mais rigoroso dos recursos naturais, tais

como solos, rios, lagos, entre outros, devido ao grande aumento de resíduos

industriais descartados no meio ambiente.

Dentre os efluentes industriais de maior toxicidade os íons metálicos tóxicos

merecem especial atenção, devido à sua ampla utilização e por apresentarem

características tais como:

- Grande potencial tóxico até mesmo em baixas concentrações, como por

exemplo, Cd, Pb e Hg.

- São biologicamente não degradáveis.

- Podem acumular-se em solos, sedimentos e plantas, além de outros

organismos vivos, sendo transportados por águas naturais (rios, lagos,

lençóis freáticos e águas marinhas) e até mesmo na atmosfera, através

de material particulado [1].

- Podem danificar toda e qualquer atividade biológica. Por exemplo, todos

os sistemas enzimáticos são potencialmente susceptíveis aos íons

metálicos tóxicos [2].

Tais características mostram a necessidade do desenvolvimento de

técnicas e instrumentos analíticos simples, rápidos, de baixo custo e capazes de

monitorarem in situ a disposição dos íons metálicos na natureza, bem como o

descarte de resíduos industriais, visto que a análise destes metais em águas

naturais são normalmente realizadas com técnicas espectroscópicas tais como

absorção atômica (AA), ICP OES e fluorimetria, que apresentam alto custo de

instrumentação e requerem um maior tempo de análise por necessitarem dos

procedimentos de coleta e envio da amostra ao laboratório para as análises, além

da necessidade de mão de obra especializada [1,3,4].

______INTRODUÇÃO

2

I.1 Microssistemas de Análise Total (µµµµ-TAS)

O interesse pelo monitoramento contínuo de um parâmetro químico,

usualmente a concentração de uma espécie química cresce continuamente.

No entanto a espécie química de interesse é geralmente acompanhada de

espécies interferentes que dificultam o seu estudo direto, devido à inexistência de

um sensor químico específico ideal, insensível à presença de interferentes. Com o

intuito de sanar este problema analítico foi introduzido o conceito de Sistema de

Análise Total (TAS, sigla do inglês “Total Analysis System”), que é um sistema

capaz de periodicamente transformar uma informação química em informação

eletrônica, além de executar etapas de amostragem, transporte da amostra,

qualquer reação química necessária à análise ou mesmo separações

cromatográficas a fim de minimizar os efeitos causados por espécies interferentes

na análise [5].

Com tudo, o desenvolvimento da microeletrônica moderna possibilitou o

aparecimento de uma nova classe de sistemas de análise em uma escala

micrométrica, os chamados Microssistemas de Análise Total (µ-TAS). Estes

sistemas microfluídicos incorporam os componentes fundamentais e as

funcionalidades de um instrumento típico de laboratório em um pequeno chip,

similar a um circuito integrado, funcionando como um sistema de análise e sendo

ainda capaz de executar procedimentos prévios com a amostra próximo ao local

da medida [5-7].

A miniaturização de Sistemas de Análise Total para o desenvolvimento dos

chamados Microssistemas de Análise Total têm crescido continuamente [10],

desde o aparecimento dos primeiros sistemas microfluídicos como o analisador

por cromatografia gasosa confeccionado em silicone na Universidade de Stanford

em 1979 e a impressora ink-jet fabricada pela IBM também em 1979 [8,9,11].

No entanto, somente no início da década de 90 foi introduzido no meio

acadêmico o conceito de microssistema de análise total pela publicação do

trabalho de Manz et al na Revista Sensors and Actuators [5,8,12].

______INTRODUÇÃO

3

A idéia da criação dos µ-TAS foi possível não somente pelos avanços na

fabricação dos microcanais (microfluídica), mas também pelos avanços da

microeletrônica e pelo desenvolvimento das microbombas piezoelétricas e

microválvulas. Estes avanços possibilitam a integração destes dispositivos com os

sensores químicos formando um completo microssistema para análises químicas,

podendo ser dividido em quatro subsistemas interligados, a unidade de

amostragem, a unidade microfluídica, o sistema de detecção e o sistema

eletrônico de controle (Figura 1) [13].

Figura 1 – Elementos Básicos de um Microssistema de Análise Total.

O uso dos µ-TAS oferece diversas vantagens, tais como a diminuição de

custos de instrumentação, possibilidade do desenvolvimento de instrumentos

portáteis para uso em campo, baixo consumo de reagentes e amostra com

conseqüente diminuição de resíduos, além do aumento da velocidade analítica

[14]. Tais características possibilitam suas aplicações em diversas áreas do

conhecimento, incluindo diagnósticos clínicos, monitoramento ambiental ou

mesmo investigações forenses [15,16].

Pré-tratamento

daamostra

Micro-

FluídicaDetectores

Controle Eletrônico / processamento do Sinal

Entrada daAmostra

Saída doSinal

Micro Sistema de Análise Total (µ-TAS)

______INTRODUÇÃO

4

No desenvolvimento dos µ-TAS, o primeiro desafio encontrado refere-se ao

material que irá constituir o sistema, já que para tal, o material deve ser inerte às

condições de análise além de apresentar propriedades adequadas à técnica de

aplicação, tais como: adsorção molecular (para técnicas de pré-concentração),

mobilidade do fluxo eletroosmótico e carga superficial (para técnicas de

eletroforese capilar), propriedades óticas (para espectroscopia), além de muitas

outras, referentes à sua aplicação [1].

I.2 Materiais e Técnicas Utilizados na Construção dos µµµµ-TAS

Desde o início da década de 90, uma série de materiais e técnicas de

fabricação vem sendo estudados para o desenvolvimento dos µ-TAS. A confecção

dos primeiros protótipos foi realizada em chapas de silício, utilizando técnicas de

fabricação empregadas na microeletrônica (técnicas comumente chamadas de

“micromachining”) [6], baseadas na fotolitografia padrão e corrosão via úmida ou

via seca para a produção de microcanais em um substrato plano.

No entanto, pelo fato do silício apresentar uma baixa condutividade,

necessária para o provimento do fluxo eletroosmótico em eletroforese capilar

(primeira grande técnica de interesse na história dos µ-TAS), iniciou-se a busca de

novos substratos para o desenvolvimento destes sistemas tais como vidros ou

quartzo. No início a principal vantagem destes materiais foi a possibilidade de

manter o uso das mesmas técnicas, já bem estabelecidas, de corrosão via úmida

[12]. Por outro lado, estes materiais não se mostram apropriados para as

necessidades da química analítica moderna, já que dependem de técnicas de

fabricação relativamente complexas, de alto custo e dominados pelos países com

industria microeletrônica avançada. Assim, iniciou-se um processo pela busca de

novos materiais e de novas técnicas para a fabricação de µ-TAS. Neste sentido

substratos à base de polímeros mostram-se uma alternativa promissora, uma vez

que tais materiais cumprem muitas das exigências necessárias para a fabricação

______INTRODUÇÃO

5

de microssistemas, além possuírem baixo custo e possuírem técnicas de

fabricação relativamente simples [17,18].

I.2.1 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em Silício,

Vidro ou Quartzo

As técnicas de microfabricação para sistemas confeccionados em silício,

vidro ou quartzo são basicamente as mesmas daquelas aplicadas na construção

de circuitos integrados denominadas de micromachining, ou seja, emprega a

fotolitografia com corrosão por via úmida ou fotolitografia com corrosão por via

seca, sendo que a primeira é a mais utilizada.

I.2.1.1 Fotolitografia com Corrosão por via Úmida

A fotolitografia com corrosão por via úmida (Figura 2) é composta

basicamente por duas etapas, a etapa fotolitográfica, onde é feita a delimitação de

áreas no material a fim de orientar a corrosão, e a etapa de corrosão propriamente

dita, responsável pela formação dos canais.

Primeiramente é feito um tratamento (polimento) na superfície do substrato

(silício, vidro ou quartzo, representado na Figura 2(a)) para posterior deposição de

uma camada metálica extremamente fina, com poucas centenas de angstrons

(Figura 2(b)), normalmente realizada por oxidação térmica, deposição de vapor

químico ou mesmo sputtering. Em seguida um fotoresiste (polímero fotossensível)

é espalhado sobre a camada metálica por spin coating (Figura 2(c)).

Então o conjunto substrato/suporte metálico/fotoresiste (Figura 2(d)) é

exposto à radiação para a fotopolimerização do fotoresiste. A área que será

fotopolimerizada é definida por uma máscara colocada entre a fonte de radiação e

o fotoresiste, a qual é opaca à radiação em áreas pré-determinadas por algum tipo

de impressão. Com isso, áreas do fotoresiste onde não houve exposição à

radiação não são fotopolimerizadas e removidas com auxílio de um solvente

______INTRODUÇÃO

6

adequado (Figura 2(e)). Este procedimento expõe o filme metálico deixando-o

susceptível a ataque ácido, cuja geometria é idêntica à máscara utilizada.

Assim, após a remoção do filme metálico por ataque ácido, o substrato

(silício, vidro ou quartzo) é exposto (Figura 2(f)). Então, o fotoresiste polimerizado

é retirado com o uso de um novo solvente adequado (Figura 2(g)) e agora o

conjunto é imerso em ácido fluorídrico causando a formação de canais fiéis à

geometria da máscara (Figura 2(h)). Com a retirada do suporte metálico

remanescente, resta somente o substrato com os canais gravados em sua

superfície (Figura 2(i)).

Figura 2 – Fluxograma para a fotolitografia com corrosão por via úmida. Detalhes no

texto.

Os canais gravados no substrato, através da corrosão por via úmida ou

mesmo por via seca, podem possuir duas geometrias distintas, dependentes

intimamente do modo que se dá a corrosão no material. Se a corrosão processa-

se de forma uniforme, com uma velocidade de corrosão uniforme em todas as

direções do material temos um processo isotrópico, que desenvolve canais com

______INTRODUÇÃO

7

perfis mais arredondados no material. Do contrário, quando a corrosão através do

material não apresenta uma cinética semelhante em todas as direções temos um

processo anisotrópico que é caracterizado por produzir no material perfis mais

agudos e variados, dependentes agora principalmente da cristalografia do material

e da composição da solução corrosiva. Na Figura 3 são apresentados dois canais,

o primeiro formado através de processos anisotrópicos (Figura 3(a)) e o segundo

por processos isotrópicos (Figura 3(b)) [19].

Figura 3 – Representação de canais formados através de processos:(a)Anisotrópicos e (b) Isotrópicos.

I.2.1.2 Fotolitografia com Corrosão por via Seca

A fotolitografia com corrosão por via seca, diferencia-se da fotolitografia

com corrosão por via úmida apenas na etapa de formação dos canais no

substrato. Neste caso, o ataque por ácido fluorídrico é substituído por um plasma

ou pelo bombardeamento de íons nas regiões do substrato previamente definidas

pela máscara após a remoção do fotoresiste e do filme metálico.

Máscara

Ataque lento aoPlano cristalino

(a) Processo Anisotrópico (b) Processo Isotrópico

Máscara

Ataque lento aoPlano cristalino

(a) Processo Anisotrópico (b) Processo Isotrópico

______INTRODUÇÃO

8

Neste caso, o ataque da superfície do substrato pode ocorrer por processo

físico ou químico, através do bombardeamento de íons ou de reações químicas

com espécies reativas presentes no plasma, respectivamente, ou por uma

combinação dos dois processos dependendo das condições de operação [19].

De uma maneira geral, estas técnicas permitem obter canais com melhores

aspectos do que aqueles obtidos por corrosão por via úmida. Entretanto, tais

técnicas são inúmeras vezes mais complexas, além de utilizar equipamentos

sofisticados e de alto custo e inviável para muitos laboratórios, principalmente

aqueles que desejam fabricar dispositivos descartáveis em pequena escala.

Por ser de menor custo e exigir condições mais simples de trabalho, a

técnica de corrosão via úmida é preferível em relação a de corrosão via seca

quando não são necessários canais com dimensões sub-micrométricas.

I.2.2 Substratos a base de polímeros utilizados no desenvolvimento dos

µµµµ-TAS

Os substratos poliméricos vêm, a cada ano, ganhando espaço antes

destinado apenas ao silício, vidro e quartzo para a confecção dos µ-TAS,

principalmente por apresentarem característica como:

- Os substratos poliméricos usados na confecção de microcanais possuem

custos menores que quartzo e silício.

- Os processos de fabricação de microcanais em substratos como silício,

vidro e quartzo requerem etapas adicionais e mais complexas que aquelas

necessárias para substratos poliméricos, o que dificultam sua industrialização.

- Sistemas confeccionados em vidro e quartzo possuem limitações

geométricas devido a isotropicidade dos processos de corrosão, permitindo

apenas a confecção de microcanais rasos e semicirculares (na realidade pode-se

obter canais diferentes em silício, através de processos de corrosão via seca, no

entanto haveria um aumento significativo no custo).

______INTRODUÇÃO

9

- A química superficial do silício não é favorável a sua implementação em

sistemas que irão trabalhar com biomoléculas devido ao aparecimento de ligações

envolvendo o silício e grupos funcionais destas moléculas.

Tais fatores reforçam a idéia de implementação de substratos poliméricos

para a confecção dos µ-TAS, já que além de possuírem um custo menor e

processos de fabricação mais simples, atualmente existem inúmeras classes de

polímeros que se diferenciam em suas propriedades mecânicas, características

óticas, estabilidade térmica, resistência química, biodegradabilidade entre outras.

Isto pode levar a escolha de um polímero que seja ideal para uma determinada

aplicação, favorecendo a produção de µ-TAS e sua comercialização [12,20].

A escolha de um polímero adequado para a construção de um microssistema

deve focar-se principalmente na aplicação a que se destina o sistema e não nas

técnicas de fabricação que estão atualmente disponíveis.

I.2.3 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em Polímeros

As técnicas de fabricação de microcanais em polímeros podem ser

divididas basicamente em dois grupos, os métodos de replicação para fabricação

em larga escala e as técnicas de fabricação série/individual para a confecção de

protótipos.

A fabricação de microcanais por técnicas de replicação consistem

basicamente na introdução de um substrato polimérico em um molde metálico pré-

confeccionado por alguma técnica fotolitografica, onde se obtêm após algum

determinado processo físico a quente, a formação de estruturas no substrato fiéis

ao molde. Tais técnicas de fabricação são possibilitadas devido à baixa

temperatura de transição vítrea desses materiais que está geralmente na faixa de

120 a 180°C [18].

As duas técnicas de replicação mais usadas para a confecção de

microssistemas poliméricos são Moldagem por Pressão a Quente e a Moldagem

por Injeção, além disso é também utilizada a técnica de Ablação a Laser.

______INTRODUÇÃO

10

I.2.3.1 Moldagem por Pressão a Quente

A Moldagem por Pressão a Quente (Figura 4) consiste basicamente na

elevação da temperatura (temperatura próxima a temperatura de transição vítrea

do polímero em questão) juntamente com aplicação de pressão ao conjunto

formado pelo substrato polimérico e um layout que contem o molde dos canais em

alto relevo, previamente confeccionado na forma de um sanduíche sustentado por

duas placas, até a formação de estruturas no substrato polimérico fiéis ao molde.

O layout normalmente utilizado nesta técnica pode ser tanto um fio metálico

de pequeno diâmetro (Figura 4(a)), possuindo a geometria desejada para os

futuros microcanais poliméricos, como um molde construído em silício ou quartzo

(Figura 4(b)) [21,22], através de uma das técnicas de fotolitografia descritas

anteriormente. Os microcanais obtidos por uma das duas técnicas reproduzem

muito bem as estruturas utilizadas como moldes e apresentam baixa rugosidade

nas paredes. Entretanto, esta técnica só pode ser aplicada à polímeros rígidos

como PMMA (polimetil metacrilato), o que inviabiliza a construção de dispositivos

em elastômeros.

Figura 4 - Técnica de prototipagem por pressão a quente:

(a) Empregando fio metálico e (b) Empregando molde em silício.

PRESSÃO PRESSÃO

Fio Metálico

Placas de Suporte

Substrato Polimérico

Fio Metálico

Molde em Si ou Quartzo

Microcanais Foramados

(a) (b)

______INTRODUÇÃO

11

I.2.3.2 Moldagem por Injeção

A técnica de fabricação de microcanais em substratos poliméricos através

da Moldagem por Injeção pode ser vista de maneira semelhante à de Moldagem

por Pressão a Quente. As duas técnicas diferenciam-se apenas pelo fato de que

na técnica de Moldagem por Injeção, o substrato é aquecido até apresentar-se em

uma forma líquida, menos viscosa para que possa então ser injetado em uma

câmara que contém o molde.

Após a etapa de polimerização, a câmara é resfriada e o molde é separado

do polímero obtendo-se, desta forma, os canais gravados sobre o polímero sólido.

Novamente, podem-se utilizar moldes de silício para a confecção de

microssistemas por esta técnica. Entretanto, se estruturas com melhor razão de

aspecto são desejadas, deve-se utilizar um molde metálico, usualmente de níquel

eletrodepositado sobre silício, construído a partir do chamado processo LIGA

(Litografie, Galvanoformung, and Abformung, do alemão, Litografia,

Galvanoplastia, e Moldagem) [23].

A técnica de moldagem por injeção permite obter sistemas em materiais

poliméricos rígidos ou mesmo em elastômeros desde que uma resina líquida

destes materiais esteja disponível e seja relativamente fácil de polimerizar. No

entanto, como qualquer processo de replicação por moldes, a razão de aspecto e

a rugosidade das paredes dos canais estão intimamente relacionadas com a

qualidade do molde construído e, como visto, um molde de ótima qualidade é

muitas vezes obtido por um processo complexo, com um custo significativo e

indisponível para a maioria dos centros de pesquisa.

I.2.3.3 Ablação a Laser

No processo de confecção de microcanais poliméricos por ablação à laser

[20] a luz pulsada de um laser operando na região do UV é absorvida por um curto

espaço de tempo pelo substrato polimérico, com concomitantes transições

______INTRODUÇÃO

12

eletrônicas do estado singlete simples para o primeiro estado singlete excitado,

causando a quebra da ligação de longas cadeias de moléculas do polímero e

ondas de choque que ejetam fragmentos decompostos do polímero, deixando

assim, cavidades fotogeradas no mesmo.

Assim, com a utilização de uma máscara usualmente construída em quartzo

recoberto com cromo, para delimitar as regiões onde o material será retirado

(Figura 5), obtêm-se microcanais no substrato polimérico com uma boa razão de

aspecto, produzindo estruturas com profundidade de até 37 µm.

Figura 5 - Processo de fabricação por ablação à laser.

No entanto, a técnica não é muito simples e nem mesmo de baixo custo, o

que pode dificultar a sua aplicação em pequena escala. Além disso, os canais

apresentam, usualmente, rugosidade maior do que aqueles confeccionados por

técnicas de moldagem. Porem, a técnica possui uma gama maior de aplicação,

para diversos polímeros como: poliestireno, nitrocelulose, poli metil-metacrilato

(PMMA), poli(etileno tereftalato) e poli(tetrafluoroetileno).

Ablação

Material

Máscara

Fótons de Laser

______INTRODUÇÃO

13

I.3 Técnicas Eletroquímicas

Outro importante fator a ser considerado durante o projeto de

desenvolvimento dos µ-TAS é a técnica analítica de detecção que será utilizada.

Neste contexto, os métodos eletroquímicos mostram-se promissores para

miniaturização, uma vez que em muitos casos já possuem uma microtecnologia de

fabricação bem estabelecida e de baixo custo [24].

As técnicas eletroquímicas possibilitam o estabelecimento de relações

diretas entre a concentração do analito e alguma propriedade elétrica, como

corrente, potencial ou resistência, os quais são de fácil acessibilidade

experimental facilitando também a miniaturização dos circuitos eletrônicos e a sua

adaptabilidade ao sistema de análise.

Outras importantes vantagens inerentes às técnicas eletroanalíticas são a

simplicidade e baixo custo de instrumentação, alta seletividade e velocidade

analítica, possibilidade de dispensar em alguns casos o pré-tratamento da amostra

[25,26,27], além de possuírem uma instrumentação portátil já desenvolvida com

baixo consumo de energia. Tais vantagens tornam a eletroquímica uma

ferramenta poderosa para o desenvolvimento de µ-TAS [24,28].

I.3.1 Técnicas Voltamétricas

A voltametria desenvolveu-se a partir da polarografia, tipo particular de

voltametria onde se utilizam gotas de mercúrio metálico como eletrodo de

trabalho, a qual foi descoberta no início de 1920 [28].

As técnicas voltamétricas baseiam-se na medida de corrente em função do

potencial aplicado em uma célula eletroquímica.

Uma célula eletroquímica voltamétrica usual é composta por três eletrodos

imersos em uma solução contendo o analito e um excesso de eletrólito não

redutível ou oxidável na faixa de potencial empregada na medida. Os três

eletrodos dividem-se em:

______INTRODUÇÃO

14

- Eletrodo de Trabalho: possui dimensões pequenas no intuito de

aumentar suas tendências a tornar-se polarizado e cujo potencial varia de

forma controlada, a fim de que nele desenvolvam-se as reações

eletroquímicas desejadas.

- Eletrodo de Referência: deve manter um potencial fixo durante o

experimento, geralmente preparado utilizando compostos como Ag/AgCl ou

calomelano (Hg2Cl2).

- Eletrodo Auxiliar: responsável pela condução de corrente entre a

fonte geradora de sinal e o eletrodo de trabalho.

As técnicas voltamétricas diferenciam-se pelo tipo de sinal de excitação

(forma de aplicação da diferença de potencial na célula eletroquímica), os quais

geram uma resposta de corrente característica à técnica utilizada. Dentre os sinais

de excitação mais comumente utilizados em voltametria destacam-se a Varredura

Linear, Varredura de Pulso Diferencial, Varredura de Onda Quadrada e Varredura

de Onda Triangular, que têm suas formas de excitação mostradas na Figura 6

[28].

I.3.2 Técnicas de Pulso

As técnicas de pulso são baseadas na cronoamperometria, ou seja, a

medida da corrente em função do tempo de aplicação de um pulso de potencial.

As características da corrente medida estão relacionadas com as variáveis

experimentais que regem o processo, como a largura e amplitude dos pulsos de

potencial aplicados, bem como a seqüência em que os mesmos são executados.

O aprimoramento e uso em rotina das técnicas de pulso só foram possíveis

pelo desenvolvimento da eletrônica baseada em circuitos integrados e da indústria

da informática, que propiciou o interfaceamento dos sistemas eletroquímicos a

microcomputadores. Este fato permitiu o controle digital da aplicação do potencial

imposto aos eletrodos e a programação de uma seqüência de aplicação de pulsos

de potencial sincronizados à amostragem de corrente, garantindo o

______INTRODUÇÃO

15

desenvolvimento de novas técnicas de pulso, como a Voltametria de Pulso

Diferencial e a Voltametria de Onda Quadrada [29].

Figura 6 – Formas dos sinais de onda mais comumente usados

em voltametria.

I.3.3 Voltametria de Onda Quadrada (SWV)

A aplicação de técnicas de pulso contribui para o decréscimo do valor da

corrente capacitiva, em especial a Voltametria de Onda Quadrada (Square Wave

Voltammetry, SWV), que vem a oferecer vantagens adicionais à técnica, como

aumento da velocidade de varredura de potencial, sensibilidade analítica e uma

menor dependência à corrente de fundo, como por exemplo, proveniente da

presença de oxigênio dissolvido [30].

Forma de OndaNome Tipo de Voltametria

VarreduraLinear

PulsoDiferencial

OndaQuadrada

Triangular

(a)

(d)

(c)

(b)

Voltametria deOnda Quadrada

Voltametria deVarredura Linear

Voltametria dePulso Diferencial

VoltametriaCíclica

______INTRODUÇÃO

16

A forma do sinal analítico (corrente) obtido na SWV é consequência da

sobreposição de pulsos de potencial diretos e reversos (Figura 7(a)) de altura a,

sobre uma escada de potencial com largura ∆∆∆∆Es (incremento de potencial) e

duração 2t (período). As medidas de corrente são feitas no final dos pulsos diretos

e reversos e o sinal analítico resultante, diferença entre as duas correntes

medidas, é proporcional a concentração do analito. O pico voltamétrico resultante

apresenta posição, largura e altura características do tipo de sistema redox

avaliado. A curva da corrente obtida é o resultado da diferença entre os valores de

corrente obtidos no pulso direto e reverso, como mostra a Figura 7(b) [25,26].

Figura 7 – (I) Forma de aplicação do potencial na Voltametria de Onda

Quadrada. (II) Sinaisl de corrente obtidos a partir da Voltametria Onda

Quadrada.

I.3.4 Técnicas de Redissolução Anôdica

Os métodos de redissolução compreendem uma variedade de

procedimentos eletroquímicos que têm em comum a etapa inicial de pré-

deposição da espécie eletroativa de interesse [28].

2 t

∆Es

a

E

Tempo Potencial

Cor

rent

e

I II

Resultante

direta

reversa

______INTRODUÇÃO

17

Nas técnicas de redissolução, o analito presente na solução é depositado

no eletrodo de trabalho (WE) por um determinado tempo, conhecido como tempo

de depósito (tdep), medido com precisão em um determinado potencial (Eapl), com o

objetivo de pré-concentrar a espécie de interesse. Depois desse período, o valor

de corrente é medido durante a etapa de redissolução do analito através de uma

varredura de potencial.

Devido a esta etapa de pré-concentração, os métodos de redissolução

possuem limites de detecção menores que os procedimentos voltamétricos

clássicos [28,31].

Nos métodos de Voltametria com Redissolução Anódica (ASV), o WE

comporta-se como o cátodo durante a etapa de deposição do analito e como

ânodo durante a etapa de redissolução do analito, quando o analito é então

oxidado à sua forma original.

A Figura 8 ilustra a forma de aplicação de potencial na superfície de um

WE durante a técnica de redissolução anódica para uma espécie eletroativa

representada por M+.

Figura 8 – Programa de Potencial para a Voltametria de Redissolução

Anódica para uma espécie eletroativa M+.

tdepEapl

Tempo

( - )

( + )

DeposiçãoM+ + e- M

RedissoluçãoM M+ + e-

______INTRODUÇÃO

18

A Voltametria de Redissolução Anódica tem se mostrado uma técnica

efetiva para a determinação de metais em baixa concentração, possibilitando,

quando combinada com a técnica de SWV, outras vantagens como: ganho de

sensibilidade, menores tempos de pré-deposição, maior discriminação da corrente

de fundo, além de limites de detecção na ordem de sub µg L-1 [28,31,32,33].

I.3.5 Eletrodos

Desde a descoberta da voltametria até décadas seguintes, o mercúrio foi

utilizado como principal material para a construção dos eletrodos de trabalho,

primeiramente na forma de eletrodo gotejante de mercúrio (DME) e posteriormente

na forma de eletrodo de gota pendente de mercúrio (HDME). O seu largo uso deu-

se principalmente devido às vantagens alcançadas pela utilização do mesmo, tais

como, sua ampla faixa de trabalho para potenciais negativos em conseqüência do

alto valor de sobrevoltagem ao hidrogênio, a reversibilidade para a deposição de

vários metais em sua superfície e a regeneração de sua superfície [28,34].

No entanto, devido a sua toxidade, o uso do mercúrio metálico em

procedimentos voltamétricos vem sendo diminuído, sendo substituído por novos

materiais como o carbono vítreo, grafite pirolítico e metais inertes como platina e

ouro. Estes materiais podem apresentar características semelhantes as do

mercúrio metálico quando revestidos por um filme fino de mercúrio

eletrodepositado, formando os chamados Eletrodos de Filme de Mercúrio (MFE).

I.3.5.1 Eletrodos de Filme de Mercúrio (MFE)

Os eletrodos de filme de mercúrio podem ser preparados facilmente pelo

depósito de um filme fino de mercúrio metálico sobre um substrato inerte. Os MFE

apresentam algumas característica vantajosas em relação aos eletrodos clássicos

de mercúrio metálico, tais como: podem ser confeccionados em um tamanho

razoavelmente pequeno (dimensões de UME), apresentam uma maior razão

______INTRODUÇÃO

19

superfície/volume, são mecanicamente mais estáveis, apresentam uma grande

versatilidade para novas geometrias de confecção de células eletroquímicas e

para a modificação química de sua superfície, além de requererem um mínimo

dispêndio de tempo para sua preparação e uma quantia mínima de mercúrio

metálico [34].

O substrato mais comumente utilizado para a confecção dos MFE é o

carbono (em suas várias formas), devido principalmente à sua larga janela de

potencial, ser quimicamente inerte, apresentar baixa corrente residual, baixo

custo, larga disponibilidade e fácil polimento.

Metais nobres como prata, ouro e platina também podem ser usados como

substratos para a confecção de MFE, no entanto, a deposição de mercúrio nestes

substratos não resulta em um verdadeiro Eletrodo de Filme de Mercúrio (MFE)

[34], pelo fato destes metais dissolverem-se através do mercúrio formando

amálgama metal-mercúrio, o que acarreta no aparecimento de algumas

desvantagens como a formação de um filme de mercúrio não uniforme e a

possível interação do analito com o metal do substrato. No entanto, fios finos

destes metais podem ser usados para a produção dos chamados UME (eletrodos

com dimensões na ordem de algumas dezenas de µm) que apesar das

desvantagens descritas acima oferecem algumas propriedades analíticas

desejáveis responsáveis pela intensificação de seus usos, como o aumento de

transferência de massa, diminuição de correntes capacitivas e uma mínima queda

ôhmica, que possibilitam seu uso em meio pouco condutor [35].

I.4 Microssistemas Eletroquímicos

Como discutido anteriormente, há atualmente uma grande necessidade do

monitoramento in-situ de metais traço no meio ambiente [38], tanto para controle

como para o entendimento do ecossistema aquático, afetado pelo

desenvolvimento industrial.

______INTRODUÇÃO

20

Dessa forma, sensores eletroquímicos acoplados a métodos voltamétricos

de redissolução mostram-se uma valiosa ferramenta para o desenvolvimento de

microssistemas, possuindo várias vantagens tais como:

- Baixo custo de montagem.

- Baixos limites de detecção.

- Alto potencial de miniaturização.

- Baixo consumo de energia.

- Grande capacidade de automação.

Devido às vantajosas características, vem crescendo cada vez mais nas

últimas décadas o interesse pelo desenvolvimento e miniaturização de sensores

eletroquímicos [8,14,16,37-40]. No entanto, uma busca na literatura científica atual

evidencia a escassez de trabalhos que descrevam a miniaturização de células

voltamétricas que trabalhem com voltametria de redissolução para a determinação

de íons metálicos tóxicos. Possivelmente pela dificuldade apresentada na

miniaturização do conjunto de eletrodos que compõem uma célula voltamétrica de

três eletrodos, sobretudo para o eletrodo de referência [41].

Segundo Wang et al [14], apesar de todas as vantagens apresentadas

pelas técnicas voltamétricas com varredura de potencial para operar em sistema

de dimensões reduzidas, poucos trabalhos utilizavam estas técnicas em sistemas

microfluídicos até o final do século XX.

Por outro lado micro-células amperométricas acopladas ou não a

eletroforese capilar como técnica de detecção vêm sendo desenvolvidas antes

mesmo da década de 90. Como é o caso dos analisadores portáteis de glicose em

sangue para diabéticos, sendo o primeiro (no formato de uma caneta) lançado em

1987 pela Medi-Sense [24], utilizando a cronoamperometria para detecção de

glicose através de um mediador baseado em ferroceno.

A partir da primeira metade da década de 90, nota-se um grande aumento

no número de trabalhos que descrevem a confecção de microssistemas

eletroquímicos, o que pode ser evidenciado pelo grande número de trabalhos

publicados que utilizam agora a amperometria em conjunto com eletroforese

capilar como sistema de detecção. Como exemplo, pode ser citado o trabalho de

______INTRODUÇÃO

21

Slater e Watt [42], publicado em novembro de 1994, o qual utiliza amperometria

em conjunto com eletroforese capilar, para a determinação de catecolaminas.

Contudo, trabalhos que abordam a construção de sistemas eletroquímicos

microfluídicos que utilizam métodos de varredura de potencial como sistema de

detecção foram descritos somente a partir do ano 2000, quando os primeiros

sistemas desenvolvidos utilizavam a litografia ou métodos “screen-printed” para a

confecção das microcélulas voltamétricas. Este procedimento foi empregado no

trabalho pioneiro de Wang at al. [14], que descreveu a construção de uma célula

eletroquímica microfluídica em vidro através de técnicas de fabricação como a

fotolitografia e corrosão por via úmida, e que utiliza a voltametria de onda

quadrada e voltametria de redissolução anódica seguida da varredura de onda

quadrada para a determinação de traços de TNT (trinitrotolueno).

Após o ano de 2000 outros importantes trabalhos para o desenvolvimento

de microssistemas eletroquímicos que utilizam métodos voltamétricos de

varredura de potencial foram desenvolvidos [15,44 - 46].

No entanto, estes sistemas, utilizavam superfícies recobertas com filmes

metálicos, onde eram desenvolvidos os microcanais e os microeletrodos [43], ou a

confecção de microcanais era preparada posteriormente sobre o material onde já

havia sido preparado os microeletrodos [36] possibilitando também em alguns

casos a construção do eletrodo de referência.

OBJETIVOS

22

II OBJETIVOS

O presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento e avaliação de um

sistema voltamétrico microfluídico, utilizando em sua construção fotopolímeros e

eletrodo de trabalho de dimensões reduzidas (ultramicroeletrodo). Além disso, foi

também objetivo deste trabalho o desenvolvimento de um potenciostato de baixo

custo e de um programa computacional para o seu controle e aquisição de dados.

PARTE EXPERIMENTAL

23

III. PARTE EXPERIMENTAL

III.1 Reagentes e Soluções

Todas as soluções foram preparadas com água deionizada, obtida a partir

do processo Milli-Q (resistividade maior ou igual a 18,2 M cm-1).

As soluções de Cd(II), Pb(II) e Cu(II) foram preparadas a partir de diluições

sucessivas de soluções padrão comerciais J.T. Baker 1000 µg mL-1 dos íons

metálicos. As soluções de Hg(II) utilizadas foram preparadas a partir de uma

solução estoque 0,1 mol L-1, preparada pela oxidação do metal (Sigma Aldrich,

com pureza igual a 99,999%) com uma solução de HNO3 (Synth, com pureza de

66%) 1:1 (V/V).

Como eletrólitos suporte, foram utilizadas soluções de NaNO3 (Synth, com

pureza de 99,0%) 1,0 mol L-1 ou tampão acetato 0,5 e 1,0 mol L-1, pH = 4,74,

preparado com acetato de sódio (Synth, com pureza de 99,0%) e ácido acético

(marca Synth, com pureza de 99,0%).

A solução de preenchimento dos eletrodos de referência foi composta por

uma solução de KCl (Synth, com pureza de 99,0%) 3,0 mol L-1 saturado com AgCl,

pela adição de AgNO3 (Carlo Erba, com pureza de 99,7%).

Soluções de FeK4(CN)6 com concentrações variando entre 0,5 a 2,0 mmol

L-1 foram preparadas a partir de uma solução estoque de 0,1 mol L-1, a qual foi

preparada a partir da diluição do sal (Carlo Erba, com pureza de 99,5%).

A solução utilizada para limpeza de todos os protótipos poliméricos

confeccionados foi composta por detergente neutro comercial (Ipê) e água

destilada na proporção de 1:10 (v/v).

PARTE EXPERIMENTAL

24

III.2 Instrumentação e Eletrodos

III.2.1 Potenciostato

Foi construído no próprio laboratório um potenciostato de baixo custo

responsável pela aplicação da diferença de potencial na célula eletroquímica e

leitura da corrente elétrica gerada através das reações de oxi-redução na

superfície dos eletrodos. O instrumento foi controlado por um microcomputador

Pentium® II com velocidade de processamento de 266 MHz, através de um

programa computacional escrito em VisualBasic 5.0® e uma Interface paralela

Adlink®, modelo ADC 8111.

III.2.2 Eletrodos

Como eletrodo de trabalho (WE), foi utilizado um fio de platina (Aldrich® ,

com 99,9% de pureza) de 76 µm de diâmetro e 1,5 cm de comprimento.

Para a construção do eletrodo, o fio de platina foi inicialmente conectado a

um cabo metálico empregando solda ponto e, posteriormente, inserido em uma

ponteira de pipeta automática de 1000 µL, juntamente com resina epóxi (Araldite®)

para fixação e vedação do fio de Pt.

Na primeira etapa do trabalho (de desenvolvimento e avaliação da

instrumentação construída) foi utilizado como eletrodo auxiliar (AE), um eletrodo

de platina na forma de disco de 20 mm2, construído no próprio laboratório e um

eletrodo de referência (RE) de prata/cloreto de prata de dupla junção da Orion®,

modelo 900200.

A Figura 9 mostra o esquema da instrumentação utilizada na primeira

etapa do trabalho.

PARTE EXPERIMENTAL

25

Figura 9 – Esquema da instrumentação utilizada na primeira etapa do trabalho; A-

Microcomputador, B- Interface ADC 8111, C- Potenciostato construído e D- Célula

eletroquímica contendo os eletrodos de trabalho (WE), de referência(RE) e auxiliar (AE).

Para as medidas envolvendo Voltametria de Redissolução foi empregado

um agitador magnético (Fisatom, modelo 706), controlado pelo microcomputador

através de um relê de estado sólido (RS, controle TTL 3-32 V, 240 V, 10 A).

III.2.3 Avaliação do Potenciostato e do Ultramicroeletrodo de Platina

III.2.3.1 Voltametria Cíclica

Medidas de Voltametria cíclica empregando o Ultramicroeletrodo de platina

construído foram realizadas com o par Fe(III)/Fe(II), a partir do sal FeK4(CN)6 com

concentração variando entre 0,5 mmol L-1 a 2,0 mmol L-1 em NaNO3 1,0 mol L-1.

As medidas foram realizadas empregando o potenciostato e o programa

A

B

C D

EAET

ER

PARTE EXPERIMENTAL

26

computacional desenvolvidos no laboratório. Foi também empregado um

potenciostato comercial PGSTAT12, controlado pelo programa computacional

GPES, ambos da Autolab.

III.2.3.2 Voltametria de Onda Quadrada

Foi inicialmente avaliada a reprodutibilidade da deposição do filme de Hg

sobre o microeletrodo de Pt ( 1,5 cm), empregando Voltametria de Redissolução

Anódica seguida de Varredura de Onda Quadrada , através da construção de uma

curva de corrente de pico para a oxidação do Hg depositado em 0,35 V (Vs.

Ag/AgCl). O tempo de deposição do Hg(II) variou de 10 a 240 segundos, para uma

solução contendo HgNO3 1,0×10-3 mol L-1 e tampão acetato 0,5 mol L-1 como

eletrólito suporte. A deposição foi realizada sob agitação contínua, interrompida

somente 10 segundos antes do processo de leitura de corrente. O estudo foi

realizado em triplicata com espera de 15 segundos a um potencial de 0,4 V entre

cada ciclo, para a limpeza do eletrodo de Pt.

Para o experimento realizado utilizando SWV, foi utilizada uma escada de

potencial de 10 mV e um pulso de potencial igual a 50 mV, com uma velocidade

de varredura de 282 mV s-1. Entre duas leituras consecutivas, o eletrodo de

trabalho foi limpo através da aplicação de um potencial de 0,4 V sob agitação por

um período de quinze segundos.

Dois procedimentos para realizar a determinação de Cu(II), Pb(II), Cd(II)

por Voltametria de Redissolução Anôdica foram realizados.

No primeiro caso, o filme de Hg foi pré-depositado no microeletrodo de Pt

em 0,1 V (antecedendo a deposição dos metais) por dez segundos sob agitação,

com posterior depósito dos metais sob o filme de Hg, também sob agitação

contínua em um potencial de –0,8 V, durante um intervalo de tempo entre 20 e 60

segundos. A agitação foi interrompida dez segundos antes do início da varredura

de potencial por VOQ (-0,8 V a 0,3 V), com aquisição simultânea da corrente de

oxidação. No segundo caso, os metais foram depositados simultaneamente

durante a formação do filme de Hg. Neste caso, o potencial de depósito

PARTE EXPERIMENTAL

27

empregado foi de –0,8 V por um período de tempo que também variou entre 20 e

60 segundos.

Para os dois diferentes experimentos realizados utilizando SWV, foram

utilizados os mesmos parâmetros de SWV descritos no experimento anterior,

inclusive a etapa de limpeza do WE através da aplicação de um potencial de 0,4

V, sob agitação por um período de quinze segundos entre duas leituras

consecutivas.

III.3 Construção do Sistema Voltamétrico Microfluídico

Foram avaliados três diferentes materiais para a construção do sistema

voltamétrico microfluídico, dois fotopolímeros (fotossensíveis) e uma resina acrílica

(com cura por adição de catalisador), sendo eles:

- Fotopolímero Sólido (Dupont).

- Fotopolímero Líquido, elastômero a base de uretano-acrilato (M-50 LBS,

Medeiros Indústria e Comércio de Carimbos).

- Resina Acrílica (Resina Cristal 440-C, Glasspercil Resinas).

Para a fabricação dos microcanais nos dois fotopolímeros empregou-se a

técnica de fotolitografia com luz UVA, esquematizada na Figura 10.

Figura 10 – Processo fotolitográfico utilizado na fabricaçãodos microcanais, empregando os fotopolímeros.

PARTE EXPERIMENTAL

28

O fotopolímero sólido produzido pela Dupont é comercializado em chapas

de diferentes espessuras (1 a 2,5 mm) e dimensões, sendo que a maior possui de

90 a 120 cm. Este material é empregado na indústria de fototipografia para

impressões de alta tiragem. Basicamente, este material é constituído por uma

base de poliéster a qual suporta o fotopolímero sólido protegido por uma película

também de poliéster, a qual é removida antes do processo de fotogravação

(exposição do polímero a radiação UVA). O processo fotolitográfico para a

gravação dos canais para este polímero foi realizado na Faculdade de Tecnologia

Gráfica da Escola SENAI “Theobaldo de Nigris” (São Paulo – SP).

No caso do fotopolímero líquido a construção dos canais foi realizada no

próprio laboratório. Neste caso, os microcanais foram formados pela exposição do

polímero juntamente com uma máscara impressa em um filme de poliéster

(transparência para impressora laser) à radiação UVA por um período de 2,5

minutos (sob atmosfera de N2) seguida da imersão do mesmo em um banho ultra-

sônico (Branson, modelo 2210) contendo uma solução água/detergente comercial

1:10 (v/v), durante cinco minutos, para remoção do fotopolímero não polimerizado.

Uma expositora UVA com duas lâmpadas Blacklight F15W/BL350

(Sylvania), com pico de emissão em 352 nm foi também construída no laboratório.

A imagem da expositora é mostrada na Figura 11.

Figura 11 – Vista superior da expositora UVA, com A- Sistema elétrico para acionamentoe alimentação das lâmpadas, B- Suporte em madeira para delimitar a área de exposiçãodo fotopolímero, C- Lâmpadas UVA e D- Mini Exaustor.

AB C

D

PARTE EXPERIMENTAL

29

A fabricação dos microcanais feitos em resina acrílica, também realizada no

próprio laboratório (mostrada na Figura 12), foi composta por duas etapas. Na

primeira etapa foi construído um molde positivo em fotopolímero líquido utilizando

a técnica fotolitográfica no qual são confeccionados os canais em alto relevo. Na

segunda etapa foi feita adição da resina acrílica ainda líquida sobre o molde

positivo e espera de um período de 24 horas para a polimerização da resina.

Figura 12 – Processo utilizado na fabricação dos microcanais com resina acrílica.

Após a confecção dos microcanais, todos os sistemas construídos foram

limpos em banho ultra-sônico, durante cinco minutos, conforme descrito, e em

seguida, lavados com água deionizada.

Em seguida, foi realizada manualmente a inserção dos eletrodos no sistema

voltamétrico microfluídico, sendo que tanto o WE como o AE eram compostos por

fio de Pt de 76 µm de diâmetro e 1,5 cm de comprimento.

O RE foi composto por um fio de Prata, recoberto com AgCl (depositado

pela oxidação do metal em HCl), com 1,5 cm de comprimento. Agulhas de aço-

inoxidável de 13 mm de comprimento e 0,45 mm de diâmetro foram empregadas

como meio de ligação entre os microcanais e o sistema de propulsão do fluído,

para introdução e descarte das soluções.

PARTE EXPERIMENTAL

30

Após o processo de montagem dos sistemas voltamétricos estes foram

selados com adesivo plástico de PVC, papel contact, a temperatura ambiente e

também a 60 ºC sendo que neste último caso um aquecedor elétrico da Varitemp

modelo VT-750 foi utilizado.

Tanto para o fotopolímero sólido quanto para o líquido, os microcanais

foram fotogerados com dimensões nominais (dimensões dos canais na máscara)

de 600 µm para o canal analítico e de 150 µm para a ponte salina do eletrodo de

referência, com comprimentos variando para cada caso.

Os três eletrodos foram conectados ao potenciostato através de um

conector DB. Na Figura 13 encontra-se a imagem de um dos sistemas

voltamétricos confeccionados com o fotopolímero sólido e abaixo (Figura 13(b)) o

esquema da disposição dos eletrodos no microssistema.

Figura 13 – (A) Imagem do sistema voltamétrico confeccionado com o fotopolímeroDupont®, onde: 1-Entrada para o canal analítico; 2- Saída para o descarte; 3-entrada de eletrólito para o eletrodo de referência. PS-Junção líquida do eletrodoreferência. (B) Esquema mostrando a disposição dos eletrodos no microssistemavoltamétrico.

(A)

(B)

(A)

(B)

PARTE EXPERIMENTAL

31

III.3.1 Sistema Voltamétrico Microfluídico com Fotopolímero Líquido

Para o fotopolímero líquido, uma nova etapa de selagem foi avaliada na

qual o adesivo de PVC foi substituído por uma placa polimérica, confeccionada

com próprio o fotopolímero líquido. Além disso, foi confeccionado um novo modelo

do microssistema com geometria diferente daquela mostrada anteriormente e

empregando a agulha de saída de descarte da solução como eletrodo auxiliar.

O novo procedimento de selagem foi obtido colocando sobre a placa

polimérica contendo os microcanais outra placa de igual dimensão do mesmo

polímero a qual foi exposta a radiação UVA por metade do período de tempo

necessário para a sua total polimerização. Desta forma, a placa podia ser

manipulada sem, no entanto, estar totalmente polimerizada. Em seguida, o

conjunto formado pelas duas placas foi novamente levados a exposição da

radiação UVA, por mais um período de 15 minutos sob atmosfera de N2,

completando, desta forma, a polimerização da primeira placa e a selagem do

microssistema (Figura 14).

Figura 14 – Processo de confecção do sistema voltamétrico microfluídicoconfeccionado e selado com fotopolímero líquido.

PARTE EXPERIMENTAL

32

III.3.2 Avaliação dos sistemas voltamétricos microfluídicos

O primeiro passo foi avaliar a capacidade de selagem dos microssistemas

construídos. Para isso, foram bombeadas, com auxilio de uma bomba de seringa

(Cole Palmer, modelo EW-74900-20), soluções de NaNO3 1,0 mol L-1 a uma vazão

de 10,0 L/min e KCl 3,0 mol L-1 a uma vazão de 1,0 L/min no canal analítico e

no compartimento do eletrodo de referência, respectivamente, até que fosse

observado o descolamento do adesivo de PVC (Papel Contact®).

III.3.2.1 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído com o

Fotopolímero sólido

Para estudos preliminares e caracterização do funcionamento do sistema

voltamétrico construído a partir do fotopolímero sólido, foi avaliada a variação da

corrente de oxidação do Pb em função do tempo de deposição (0 a 60 s) de Pb(II)

sobre o eletrodo de filme de mercúrio. Neste caso, utilizou-se a bomba de seringa

para impulsionar a solução contendo 12 mg L-1 Pb(II), 1,0 mol L-1 NaNO3 e 1×10-3

mol L-1 Hg(NO3)2, diretamente no canal analítico a uma vazão de 5 L/min. As

condições experimentais da SWASV foram as mesmas utilizadas no estudo

envolvendo a célula clássica, com depósito simultâneo de Pb(II) e formação do

filme de Hg.

III.3.2.2 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído com o

Fotopolímero líquido.

Um experimento com voltametria cíclica, similar ao realizado na célula

eletroquímica convencional, foi utilizado para comparar o comportamento de

resposta do sistema voltamétrico microfluídico com o da célula eletroquímica

convencional, para isso foi empregado uma solução de Fe(III)/Fe(II) contendo

NaNO3 1,0 mol l-1. Assim, foi construída uma curva analítica para as diferentes

concentrações de FeK4(CN)6 variando entre 0,5 mmol l-1 a 2,0 mmol l-1.

PARTE EXPERIMENTAL

33

Para impulsionar as soluções para o interior do canal analítico do sistema

microfluídico foi utilizada uma bomba peristáltica (Ismatec, modelo IPC de oito

canais) a uma vazão de 250 µL min-1. Para impulsionar a solução de KCl 3,0 mol

L-1 a uma vazão de 5µL min-1 para o interior do eletrodo de referência utilizou-se a

bomba de seringa.

Para a voltametria cíclica, foram utilizados os mesmos procedimentos e

variáveis experimentais usados para a célula convencional.

Foi avaliada também a reprodutibilidade da deposição do filme de Hg, nas

mesmas condições utilizadas no estudo envolvendo a célula clássica, usando uma

solução 1,0 mol L-1 de tampão acetato, como eletrólito suporte, contendo Hg(II) 1,0

10-3 mol L-1. Essa mistura foi impulsionada continuamente no canal analítico a uma

vazão de 10,0 µL min-1. Durante todo o estudo uma solução 3,0 mol L-1 de KCl foi

bombeada a uma vazão de 1,0 µL min-1 no compartimento do eletrodo de

referência. Ambas as soluções foram impulsionadas através da bomba de seringa.

Foi também avaliada a resposta do sistema na determinação dos íons

metálicos Pb(II) e Cd(II), empregando SWASV frente a variação de suas

concentrações entre 0 a 500 e 0 a 1250 µg L-1, respectivamente. As condições

experimentais da SWASV são as mesmas descritas anteriormente e a leitura de

cada solução foi realizada em triplicata.

Todas as soluções dos metais estudados foram preparadas pela diluição de

uma solução estoque de 10 mg L-1 dos metais em tampão acetato contendo Hg(II)

1,0×10-3 mol L-1 e injetados a uma vazão de 10,0 µL min-1 no canal analítico, e a

solução de KCl 3,0 mol L-1 no compartimento do eletrodo de referência a uma

vazão de 1,0 µL min-1. Entre cada determinação consecutiva o sistema foi limpo

passando 400 µL da amostra (solução dos metais), a uma vazão de 100 µL min-1

para a limpeza dos canais.

PARTE EXPERIMENTAL

34

III.4 Determinação de Pb em Águas Residuais empregando o microssistema

Voltamétrica desenvolvido

Empregando o sistema voltamétrico microfluídico confeccionado com o

fotopolímero líquido foi realizada a determinação de Pb(II) em uma amostra

certificada de água residual (amostra G1A003-04 do programa de ensaios de

proficiência PEP do Senai), para isso, foi utilizada a técnica de adição de padrão

empregando solução 0,5 mol L-1 de tampão de acetato em pH = 4,75 contendo

2x10-3 mol L-1 de Hg(II). Diferentes alíquotas da amostra foram fortificadas com

100, 200 e 300 µ L-1 a partir da solução padrão de 10 mg L-1 de Pb(II).

As condições da SWASV são as mesmas utilizadas anteriormente, diferindo

apenas no tempo de pré-deposição que neste caso foi de 480 s.

As quatro novas soluções foram introduzidas sequencialmente no

microssistema através da bomba peristáltica Ismatec, a uma vazão de 100 µL

min-1 no canal analítico. A solução de KCl 3,0 mol L-1 foi introduzida no

compartimento do eletrodo de referência a uma vazão de 1,0 µL min-1, através da

bomba de seringa.

Cada solução foi lida em triplicata e a cada injeção de uma nova solução no

sistema, era realizado a limpeza dos canais com 400 µL de uma solução de

tampão acetato 0,5 mol L-1, pH = 4,75, contendo 1x10-3 mol L-1 de Hg(II), com a

mesma vazão utilizada para o transporte da amostras.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

35

IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES

IV.1 Instrumentação Eletroquímica Desenvolvida

IV.1.1 Potenciostato

Na Figura 15 encontra-se o esquema eletrônico do potenciostato

construído. O potenciostato opera com quatro amplificadores operacionais LF

356 (Figura 15 A, B, C e D), ligados a uma fonte simétrica de alimentação

(corrente contínua) de ±12 V.

Figura 15 - Potenciostato desenvolvido, A a D- Amplificadores Operacionais LF 356;CE- Célula Eletroquímica, onde, EA-eletrodo auxiliar, ER-eletrodo de referência eET-eletrodo de trabalho; CH- Chave analógica ADG 201ACJ.

O instrumento foi controlado por um microcomputador Pentium II,

através de um programa computacional escrito em Visual Basic 5.0.

Circuito Somador Circuito de Ganho


36

Para as comunicações digital-analógicas e analógico-digitais entre o

microcomputador e o potenciostato foi utilizada uma interface paralela ADC

8111 (Adlink), a qual é provida de um conversor digital/analógico (D/A) de 12

bits, conectado a entrada do circuito somador do potenciostato através do

amplificador operacional A (Figura 15), responsável por gerar a diferença de

potencial desejada na célula eletroquímica através do amplificador

operacional C (Figura 15).

Através deste circuito é possível aplicar à célula eletroquímica

potenciais na faixa de -2,5 a +2,5 V com uma resolução de 1,22 mV/bit,

considerando a equação (1):

Resolução = Janela de Potencial (1)2n

Onde,

n = número de bits.

A leitura de corrente gerada na célula eletroquímica é convertida

inicialmente para potencial através do amplificador operacional D (Figura 15)

e convertida do domínio analógico para o domínio digital através de um

conversor analógico/digital (A/D) de 12 bits, também presente na interface

ADC 8111.

Quatro saídas digitais TTL da interface foram empregadas para

controlar a chave analógica CH (Figura 15), responsável pela seleção dos

resistores (470 Ω, 4,70 kΩ, 47,0 kΩ e 470 kΩ) localizados na realimentação

do conversor corrente/voltagem (D, Figura 15), os quais definem o ganho do

sinal analítico (corrente gerada na célula eletroquímica). A chave analógica

possui resistência interna de 40 Ω. A relação de ganho do circuito e conversão

corrente/voltagem, realizada pelo amplificador operacional D (Figura 15) para

posterior aquisição dos dados, segue a lei de Ohm conforme a equação (2):

Ulido = icélula . Rselecionada (2)


37

Onde,

Ulido = Valor de potencial na saída do conversor corrente/voltagem D (Figura

15).

icélula = Corrente gerada na célula eletroquímica através de reações

eletroquímicas.

Rselecionada = Resistência selecionada através das chaves analógica CH

(Figura 15).

Para cada um dos resistores, responsáveis pelo ganho do sinal

analítico (escala de corrente lida), existe um capacitor conectado em paralelo

ao resistor para redução de ruídos.

Através do programa computacional desenvolvido pode-se também

controlar o acionamento de um agitador magnético (Fisatom, modelo 706),

empregado em medidas de Voltametria de Redissolução através do uso de

um relê de estado sólido (RS, controle TTL 3-32 V, 240 V, 10A) ligado a uma

saída TTL da interface ADC 8111.

Três válvulas solenóides, Cole Palmer modelo 01367-72 12 V e 1,5 W,

empregadas para desviar o fluxo das soluções durante os estudos dos

sistemas microfluídicos desenvolvidos, também foram controladas pelo

programa desenvolvido. As válvulas são acionadas com o auxilio de um

transistor TIP 121, através de saídas TTL da interface. O esquema eletrônico

utilizado para acionamento das válvulas é mostrado na Figura 16.

Figura 16 – Esquema eletrônico utilizado para acionamento das válvulas

solenóides, RL1- Válvula solenóide e D1- Diodo de proteção (1N1117).

TIP 121TTL Interface

10 Ohm

+12 V

RL1

D1


38

IV.1.2 Programa Computacional

Para o gerenciamento das tarefas da interface ADC 8111 e controle

das rotinas voltamétricas foi desenvolvido um programa computacional escrito

em Visual Basic 5.0. No programa foram escritas rotinas que permitem o

controle e a obtenção dos dados experimentais empregando técnicas de

Voltametria Cíclica e Voltametria de Redissolução Anódica com Varredura de

Onda Quadrada , além de uma sub-rotina auxiliar à SWV para selecionar o

melhor período de aquisição dos valores de corrente gerados na célula

eletroquímica visando maximizar a corrente faradaíca (iF) em relação à

corrente capacitiva (ic).

O Programa desenvolvido é composto por três janelas, uma janela

responsável pela CV, outra pela SWASV e uma terceira janela empregada

para estudos visando para maximizar a razão iF/ic na SWV.

Com o intuito de demonstrar o modo de operação do programa

computacional desenvolvido são mostradas na seqüência as duas principais

janelas que compõem o programa. A Figura 17 mostra a janela de controle da

CV e a Figura 18 mostra a janela para a SWASV, em ambas as janelas todos

os parâmetros de análise são definidos pelo usuário do programa.

Figura 17 – Janela de controle para a técnica de Voltametria Cíclica.


39

Figura 18 – Janela de controle para a técnica de Voltametria de Redissolução com

Varredura de Onda Quadrada. A-) Corrente direta e reversa ; B-) Corrente

resultante.

Tanto para a SWASV como para a CV, caso o usuário deseje, o

programa pode armazenar em disco os dados do voltamograma obtidos, em

formato ASCII, bem como um relatório contendo todos os parâmetros de

análise utilizados no experimento.

Durante a execução de uma rotina voltamétrica, o programa exibe

informações sobre os parâmetros de análise, de forma que, para a rotina de

Voltametria Cíclica as informações exibidas, em tempo real de análise, são:

potencial aplicado, corrente lida, número do ciclo de análise em execução,

velocidade de varredura e a existência ou não de saturação do valor de

corrente. Neste último caso, é indicado quando a corrente gerada através das

reações eletroquímicas na célula voltamétrica supera o valor de corrente

permitido pela entrada analógica da interface, causando distorções no valor

real de corrente, indicando a necessidade de troca do valor de ganho do

conversor corrente/voltagem. Para a sub-rotina de SWASV as informações

exibidas, após o término de um ciclo de análise, são: número do ciclo de

(B)

(A)


40

análise em execução, velocidade de varredura e existência ou não de

saturação do valor de corrente.

Os voltamogramas obtidos experimentalmente com SWASV são

registrados em duas caixas gráficas distintas pertencentes à janela de

SWASV (Figura 18 (A e B)), sendo que a primeira mostra as respostas da

corrente direta e reversa, enquanto a segunda mostra o voltamograma típico

de onda quadrada, resultante da diferença entre a corrente direta e reversa

(também denominada de corrente diferencial ou corrente resultante).

Para a aquisição da corrente resultante, durante cada ciclo de

incremento de potencial na SWV, é necessária a amostragem de pelo menos

dois valores de corrente, um para o pulso de potencial direto e outro para o

pulso reverso, já que a corrente resultante é obtida pela diferença entre a

corrente direta e a corrente reversa. No entanto, visando maximizar a razão

sinal/ruído (S/N), sabe-se que para uma aquisição precisa da corrente gerada

na célula eletroquímica é importante uma ampla amostragem de dados de

corrente gerados para cada pulso de potencial aplicado (direto e reverso).

É conhecido que durante medidas voltamétricas a corrente medida é

decorrente de dois processos, um associado à redução/oxidação

eletroquímica denominado de corrente faradaica e outro decorrente da

formação da dupla camada elétrica, denominado de corrente capacitiva,

inerente ao processo eletroquímico e dependente de vários fatores como,

área do eletrodo de trabalho, potencial aplicado ao eletrodo de trabalho,

concentração total de eletrólito em solução, entre outros. Apesar disso, a

corrente capacitiva é um interferente para as medidas voltamétricas, podendo

seu valor superar a corrente de interesse (corrente faradaica) e, portanto,

devendo ser minimizada a sua contribuição na corrente total de um sistema

voltamétrico.

Na Figura 19 [27] encontra-se a representação gráfica do período de

aplicação de um pulso direto e reverso em SWV, simultâneo à amostragem de

corrente, onde cada ponto preto na Figura 19 (B) representa a aquisição de

um valor de corrente gerado na célula eletroquímica. A faixa sombreada

representa a faixa ideal para a aquisição dos valores de corrente, uma vez

que nesta região já ocorreu uma significativa diminuição do valor da corrente

capacitiva.


41

Figura 19 – (A) Aplicação dos pulsos direto e reverso ao eletrodo de trabalho durante

uma Varredura de Onda Quadrada, onde: T = Período de aplicação dos pulsos de

potencial, h = amplitude dos pulsos e P = Amplitude da escada de Potencial utilizada.

(B) Leitura da corrente gerada na célula eletroquímica durante a aplicação de dois

pulsos consecutivos de potencial, onde: ir = Corrente reversa e id = Corrente direta. A

área sombreada mostra o instante onde a razão iF/ic é máxima.

Assim, foi necessário criar uma sub-rotina que permite ao usuário do

programa selecionar o melhor período de tempo da leitura de corrente após a

aplicação do pulso de potencial, visando maximizar a razão iF/ic.

A sub-rotina desenvolvida especialmente para localizar a melhor região

de aquisição dos valores de corrente faradaíca através de SWASV permite ao

usuário do programa selecionar uma faixa de potencial onde todos os pontos

de corrente são amostrados durante a Varredura de Onda Quadrada, buscado

a melhor razão iF/ic.

A Figura 20 ilustra o uso desta sub-rotina (janela rosa) onde o usuário

seleciona a faixa de potencial cujos valores de corrente deseja armazenar em

disco. Neste caso, todos os valores de corrente, após cada aplicação do

potencial direto e reverso no eletrodo de trabalho até o período de tempo

previamente selecionado são salvos em disco.

(a)

(b)


42

Figura 20 – Janela responsável pela Voltametria de Onda Quadrada, com a sub-

rotina utilizada para a análise da corrente gerada na célula eletroquímica destacada

em rosa.

Na Figura 21 encontra-se o voltamograma resultante para a oxidação

do Pb(II) depositado no eletrodo de filme de Hg. Para o estudo foi sugerido

que para cada pulso de potencial (direto e reverso) 300 valores de corrente

fossem amostrados imediatamente após a aplicação de cada pulso de

potencial.

A análise dos valores de corrente (direta e reversa), apresentados na

Figura 22, indica que para os 100 últimos valores de corrente provenientes da

célula eletroquímica, a corrente capacitiva (ic) foi reduzida de forma

significativa, restando praticamente apenas a componente faradaíca (iF).

Assim, para experimentos posteriores utilizando SWASV foi realizada a

obtenção de 300 valores de corrente imediatamente após a aplicação de cada

pulso direto e reverso, sendo que para o cálculo da corrente resultante média

(voltamograma) foram utilizados apenas os últimos 100 valores de corrente.


43

Figura 21 – Voltamograma de Onda Quadrada para 1,0 mg L-1 de Pb(II) e em

destaque, todos os valores de corrente amostrados no intervalo de -0,6 a -0,2 V.

A velocidade de varredura (vv) utilizada na SWV é outra importante

variável experimental, pois afeta a sensibilidade, seletividade e qualidade dos

voltamogramas gerados. A velocidade de varredura, executada com SWV

pelo programa computacional é dependente da velocidade de processamento

do microcomputador utilizado, visto que o acesso a cada valor de corrente,

gerado na célula eletroquímica, depende da conversão analógica/digital.

Considerando, que a interface está operando em modo assíncrono, a

conversão depende da capacidade do microcomputador executar cada linha

de instrução do programa desenvolvido.

O microcomputador utilizado em conjunto com o programa

computacional desenvolvido apresentou uma velocidade de varredura de

0,282 V s-1, para a leitura de 300 pontos (com a utilização dos 100 últimos

valores de corrente para a construção da média) por pulso de potencial

aplicado.

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Hg(II)

0 5 10 15 20 25

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

Co

rre

nte

(mA

)

Núm ero de Pontos ( x1000 )

Cor

rent

e(m

A)

Potencial (V)

Pb(II)


44

Figura 22 – Visualização ampliada da região selecionada na Figura 21 para a

aplicação de 3 pulsos de potencial próximos ao pico de oxidação do Pb.

IV.1.3 Avaliação da Instrumentação Desenvolvida

IV.1.3.1 Voltametria Cíclica

Para a avaliação do funcionamento da instrumentação desenvolvida

neste trabalho (potenciostato e programa computacional) foi realizada a

comparação entre os resultados obtidos através do sistema desenvolvido com

aqueles obtidos por um instrumento comercial (Autolab, potenciostato

PGSTAT12 e programa computacional GPES). Foram empregados os

mesmos eletrodos de referência, trabalho e auxiliar para ambos os sistemas

voltamétricos. O eletrodo de trabalho foi confeccionado com um fio de Pt de

75 µm de diâmetro e 1,5 cm de comprimento. Antes de cada medida a

solução presente na célula eletroquímica foi purgada com N2 durante 5

minutos.

Medidas de Voltametria Cíclica empregando solução de FeK4(CN)6

com concentração variando de 0,5 mmol L-1 a 2,0 mmol L-1, contendo 1,0 mol

8250 8500 8750

-0,7

0,0

0,7C

orre

nte

(mA

)

Número de Pontos

100pts100pts


45

L-1 de NaNO3 foram empregadas para verificar o comportamento de resposta

do potenciostato desenvolvido frente a um par redox reversível e de

comportamento bem conhecido.

Na Figura 23, encontram-se os voltamogramas para a solução de

FeK4(CN)6 em NaNO3 1,0 mol L-1 obtidos empregando o potenciostato

construído no laboratório (Figura 23 (A)) e para o potenciostato comercial

(Figura 23 (B)).

Figura 23 – Voltamogramas para a solução de FeK4(CN)6 em NaNO3 1,0 mol L-1.Potencial inicial e final 0,0 V potencial de inversão 0,8 V e velocidade devarredura 25 mV s-1. A-) Sistema desenvolvido e B-) Sistema Comercial.

As variáveis voltamétricas foram as mesmas em ambos os estudos. A

janela de potencial utilizada foi de 0 a 0,8 V Vs Ag/AgCl, com uma velocidade

de varredura de 25 mV s-1 e escada de potencial de 10 mV.

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80-15,00

-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

Cor

rent

e(µ

A)

Potencial (V) Vs Ag/AgCl

[ Fe(II) ] (Mol l-1)Branco

0,5.10-3

1,0.10-3

1,5.10-3

2,0.10-3

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80-8,00

-6,00

-4,00

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

Cor

rent

e(µ

A)


0,5.10-3

1,0.10-3

1,5.10-3

2,0.10-3


(A)

(B)


46

Nos voltamogramas mostrados na Figura 23 é evidente o maior nível

de ruído instrumental apresentado nos voltamogramas obtidos com o

potenciostato desenvolvido no laboratório (Figura 23 (A)). Em parte isto pode

ser justificado pela simplicidade do potenciostato construído, que não utiliza

filtros analógicos e digitais complexos como no caso do potenciostato

PGSTAT12 da Autolab.

No entanto, com aplicação de um tratamento matemático simples

(Alisamento com Média Móvel, com n = 5) aos dados brutos é possível obter

voltamogramas com aspecto semelhante àqueles obtidos com o instrumento

comercial (Figura 24).

Figura 24 – Voltamogramas obtidos com o sistema desenvolvido após pré-

tratamento empregando o método de Alisamento com Média Móvel (n = 5).

O processamento Alisamento com Média Móvel atua substituindo cada

ponto de corrente do voltamograma por sua média simples num determinado

intervalo de potencial pré-determinado. No caso acima utilizou-se um intervalo

de cinco pontos amostrados.

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

Cor

rent

e(µ

A)



0,5.10-3

1,0.10-3

1,5.10-3

2,0.10-3


47

Para os sistemas (comercial e proposto) a coleta dos dados foi

realizada em triplicata e a média aritmética simples foi utilizada para a

construção dos voltamogramas.

O bom desempenho da instrumentação desenvolvida fica comprovado

pela similaridade observada dos coeficientes angulares e lineares das curvas

analíticas, construídas com a corrente de pico de oxidação (Fe(II)/Fe(III) em

0,25 V) em função da concentração de FeK4(CN)6, mostradas na Figura 25,

obtidas para o sistema comercial a partir dos dados da Figura 23(B) e para o

sistema proposto a partir da Figura 24.

Figura 25 – Curvas de resposta para os sistemas avaliados empregando a mesma

célula eletroquímica. Em (A) para o sistema comercial e em (B) para o sistema

proposto.

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

0,00

3,00

6,00

9,00

12,00

15,00

18,00

[Fe(II)] mMol l-1

Cor

rent

e(µ

A)

i(A) = 2,35.10-7 + 8,38.10-6 x [Fe(II)]

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

[Fe(II)] mMol l-1

Cor

rren

te(µ

A)

i(A) = 2,80.10-7

+ 5,75.10-6

x [Fe(II)]

(A)

(B)


48

IV.1.3.2 Voltametria de Redissolução Anódica com Varredura de Onda

Quadrada

Sabe-se que, para o emprego da SWASV na determinação de íons

metálicos sobre um eletrodo de filme de mercúrio, grande parte do sucesso

das análises deve-se à qualidade do filme de mercúrio formado sobre o

eletrodo de trabalho [35]. A formação do filme de mercúrio sobre o substrato

empregado no eletrodo de trabalho deve ser reprodutível, garantindo que a

área do eletrodo seja igual em cada medida voltamétrica.

Dessa forma, foi realizado um estudo para verificar a reprodutibilidade

na obtenção do filme de Hg sobre a superfície do eletrodo de Pt. O

experimento foi realizado através da construção de uma curva que

correlaciona a corrente de pico para a oxidação do Hg pré-depositado em –0,8

V sobre o eletrodo de Pt em função do tempo de pré-deposição (0 a 240 s) do

metal (Figura 26).

Figura 26 - Correntes de pico para a oxidação de Hg (0,5 V) depositado em umultramicroeletrodo de Pt com comprimento igual a 2,0 cm Vs tempo de deposição.

A Figura 26 mostra que a intensidade de corrente para o pico de

oxidação do mercúrio é praticamente proporcional ao tempo de depósito até

50 segundos, a partir deste tempo existe uma tendência da corrente se

estabilizar. Este comportamento pode indicar que para os primeiro 50

segundos de depósito está ocorrendo o recobrimento da superfície do

substrato (platina) e que acima deste valor ocorre um aumento da espessura


49

do filme. Entretanto, estudos mais detalhados devem ser realizados para

confirmar esta hipótese. Independente deste comportamento observa-se

também na Figura 26, através das barras de desvio, a existência de uma

reprodutibilidade bastante satisfatória na preparação do filme confirmado pelo

valor de desvio padrão médio de 1,45% (n = 3). Este resultado indica a

possibilidade do emprego do microeletrodo de Pt desenvolvido recoberto com

filme de Hg para a determinação de íons metálicos empregando VRA-VOQ.

Com o intuito de avaliar o comportamento de resposta do

ultramicroeletrodo de Pt com filme de Hg, foi também avaliado o preparo do

filme de Hg antes da etapa de deposição dos metais e também a deposição

simultânea do filme de Hg e dos metais sobre o eletrodo de trabalho.

Neste estudo o filme de Hg foi inicialmente preparado na superfície do

eletrodo de trabalho através da aplicação de um potencial de 0,1 V por dez

segundos (etapa de pré-deposição do filme de Hg). Posteriormente, foi

realizada a deposição dos metais em –0,8 V, com o eletrodo mergulhado em

uma solução de 1,0x10-3 mol L-1 de Hg, 1,0 mol L-1 de NaNO3 contendo Cu(II),

Pb(II) e Cd(II) em uma concentração de 12 mg L-1. No segundo caso o

mercúrio foi depositado simultaneamente com os íons metálicos de interesse

a um potencial de -0,8 V, utilizando a mesma solução descrita anteriormente.

Os voltamogramas obtidos para os dois casos são mostrados na Figura 27.

Figura 27 - Voltametria de Redissolução Anôdica com Varredura de Onda Quadradapara Cd(II), Pb(II) e Cu(II), obtidas para diferentes tempos de deposição dos metais.A-) Com pré-deposição de filme de Hg em 0,1 V por 10 s e posterior redução dosmetais em -0,8 V. B-) deposição simultânea dos metais e filme de Hg em –0,8 V.Soluções dos metais 12 mg L-1. Solução de Hg(II) 1,0.10-3 mol L-1.


50

A Tabela 1 mostra as equações para as curvas analíticas para Cu(II),

Cd(II) e Pb(II) construídas a partir dos voltamogramas mostrados na Figura

27.

Tabela 1 - Equações das curvas de calibração dos voltamogramas apresentados naFigura 27. i(A) corrente de pico em ampéres. Tdes(s)tempo de depósito em segundo.

Metal Com pré-deposição de Hg Sem pré-deposição de HgAumento da

razão deSensib.

Cd(II) i(A) = 1,1.10-5 * Tdep(s) - 10,6.10-3 i(A) = 1,1.10-5 * Tdep(s) - 10,6.10-3 1,0

Pb(II) i(A) = 3,8.10-5 * Tdep(s) - 10,6.10-3 i(A) = 2,5.10-5 * Tdep(s) - 10,7.10-3 1,5

Cu(II) i(A) = 4,0.10-5 * Tdep(s) - 10,5.10-3 i(A) = 3,4.10-5 * Tdep(s) - 10,6.10-3 1,2

*Os valores de correlação (r) foram melhores que 0,989 para as seis curvas

Na última coluna da Tabela 1 são mostrados os valores da razão entre

os coeficientes angulares das curvas analíticas obtidas com e sem pré-

deposição de mercúrio, respectivamente. De maneira geral os resultado

indicam uma melhor sensibilidade para as curvas obtidas com pré-deposição

de Hg(II) sobre o eletrodo de trabalho, entretanto, este ganho é pequeno, não

justificando realizar este procedimento.

Assim, para os estudos posteriores foi utilizado o preparo do filme de

Hg simultâneo à deposição dos metais, uma vez que este procedimento é

mais simples que o primeiro além de demandar um menor tempo de análise.

IV.2 Construção dos Sistemas Voltamétricos Microfluídicos

O primeiro passo para o desenvolvimento do sistema voltamétrico

microfluídico foi buscar um substrato inerte às soluções que são normalmente

empregadas em estudos voltamétricos, com características apropriadas para

o desenvolvimento de microssistemas fluídicos através de técnicas de

fabricação simples, facilmente manuseável e que possuísse baixo custo.

Com base nessas importantes características, necessárias para o

desenvolvimento do sistema voltamétrico microfluídico, foi iniciado seu


51

desenvolvimento através de dois poliméricos comerciais. O primeiro material

avaliado tratou-se de um fotopolímero sólido produzido pela Dupont® e o

segundo um fotopolímero líquido produzido pela Medeiros indústria e

comércio de carimbos à base de uretano acrilato. Além destes dois materiais,

foi também avaliado o uso de uma resina acrílica produzida pela Glasspercil

Resinas. Estes materiais foram escolhidos principalmente devido a sua

viabilidade de uso, disponibilidade, facilidade de manuseio e também pelo seu

baixo custo.

Após a seleção destes materiais foi iniciada a busca por uma geometria

satisfatória para a confecção dos microcanais sobre os substratos que não

apresentassem problemas de vazamento das soluções e permitissem uma

simples introdução do eletrodo de trabalho. Também foi considerado nesta

etapa do projeto a introdução no microssistema do eletrodo auxiliar e,

principalmente, do eletrodo de referência (AgAg/Cl), o qual devia possuir um

reservatório para a solução de KCl e uma ponte salina.

IV.2.1 Construção do Sistema Voltamétricos Microfluídicos Empregando

Fotopolímero Sólido.

Para o desenvolvimento do projeto da máscara, para a confecção do

microssistema, foi utilizado o programa computacional Autocad 6.0. Após esta

etapa o desenho da máscara foi impresso sobre uma transparência de

poliéster (transparência próprias para impressora laser, marca 3M) com

auxílio de uma impressora HP Laserjet 1022. Finalmente, esta máscara foi

empregada na etapa de fotogeração dos microcanais no substrato polimérico

através da fotolitografia com luz UVA (como descrito na Figura 10).

Para o desenvolvimento de sistemas voltamétricos microfluídicos é

conhecida a grande dificuldade de miniaturização e adaptação do conjunto

dos três eletrodos que compõem a célula voltamétrica, sobretudo para o

eletrodo de referência [41], que na maioria dos casos são previamente

construídos e posteriormente adaptados ao microssistema.

A proposta inicial deste trabalho foi de desenvolver um microssistema

contendo uma microcélula voltamétrica onde os três eletrodos, RE, WE e AE

fizessem realmente parte do sistema.


52

Inicialmente foi avaliada a possibilidade de miniaturização do eletrodo

de referência utilizando-se um filme de Ag/AgCl depositado diretamente no

microcanal de análise, ou ainda, fazer uso de um fio de Ag recoberto com

Ag/AgCl inserido diretamente no microcanal de análise. Entretanto, nestes

dois casos, o eletrodo operaria como um pseudo-eletrodo de referência uma

vez que estaria em contato com as soluções de reagentes e da amostra, cuja

variação na concentração de cloreto afetaria o seu potencial.

Desta forma, foi considerado mais apropriado desenvolver um eletrodo

de referência cuja operação fosse exatamente igual àqueles encontrados em

células voltamétricas clássicas. Assim, o eletrodo de referência foi projetado

para possuir um reservatório onde deve ficar a solução de KCl cuja

concentração independe das soluções dos reagente e da amostra contidos no

canal analítico. Finalmente, foi também implementado um canal para permitir

o contato elétrico entre o reservatório do eletrodo de referência e o canal

analítico o qual possui exatamente a mesma função da ponte salina

encontrada na maioria dos eletrodos de referência.

A Figura 28 mostra a primeira geometria proposta para a confecção da

microcélula voltamétrica, a qual foi confeccionada com o fotopolímero sólido.

É interessante considerar que os primeiros projetos foram destinados apenas

a confecção das células voltamétricas. Isto foi feito para avaliar a forma de

introdução dos eletrodos na microcélula voltamétrica, seus comportamentos

de resposta e também a eficiência do procedimento de selagem.

Figura 28 – Primeiro projeto proposto para a microcelula voltamétrica,onde: largura do canal analítico 600 µm e largura do canal do eletrodode referência ( ponte salina) 150 µm.

15 mm

2 mm

20 mm

6 cm

ββββαααα

15 mm

2 mm

20 mm

6 cm

ββββαααα


53

Após a impressão da máscara foi realizado a fotogeração dos

microcanais sobre o substrato polimérico sólido através da técnica de

fotolitografia com luz UVA (como mostra a Figura 10). Após esta etapa, os

eletrodos foram inseridos no sistema, além de agulhas de aço-inox de 13 mm

de comprimento e 0,45 mm de diâmetro para a ligação dos canais com o

sistema de propulsão de fluído e descarte das soluções. A Figura 29 mostra o

arranjo dos eletrodos, das agulhas e como eles foram introduzidos no sistema.

Figura 29 – A-Esquema da primeira microcélula voltamétrica fotogerada.Onde : 1,2-) Agulhas de aço-inox para entrada das soluções no canalanalítico e descarte, respectivamente; 3-) Agulha de aço-inox responsávelpela entrada de solução de KCl no compartimento do ER; PS-) Ponte salina;ET-) Eletrodo de trabalho; EA-) Eletrodo auxiliar. B-Esquema mostrando aintrodução dos eletrodos na microcélula voltamétrica preprara emfotopolimero sóldo.

Os eletrodos de trabalho e auxiliar foram construídos com fio de platina

de 75 m de diâmetro e comprimento de 1,5 cm. O eletrodo de referência foi

A

1

3

2

PS

Fio de AgRecoberto com AgCl

ET EA

B


54

construído com um fio de prata recoberto com AgCl de 1,0 cm de

comprimento. Para a introdução dos eletrodos, o fotopolímero foi inicialmente

perfurado com auxílio de uma agulha nos locais apropriados e,

posteriormente, os fios de platina e prata foram introduzidos nestes furos, de

forma a restar um determinado comprimento de cada fio na parte posterior do

fotopolímero para fazer as conexões elétricas no potenciostato. Após a

inserção dos eletrodos e agulhas no sistema microfluídico foi realizada a

selagem do sistema com um adesivo plástico de PVC (através da compressão

do adesivo contra a placa polimérica) e os furos por onde passaram os fios

dos eletrodos foram vedados com adesivo a base de resina epóxi (Araldite®,

com tempo de cura de 10 minutos). Após 24 horas, tempo necessário

recomendado para uma boa adesão do adesivo plástico, o sistema foi

inicialmente avaliado através do bombeamento (com o uso da bomba de

seringa) de soluções de NaNO3 1,0 mol L-1 no canal analítico com vazão de

10 µL min-1 e de solução de KCl 3,0 mol L-1 saturada com AgCl no

compartimento do eletrodo de referência com vazão de 1 µL min-1. Este

procedimento foi realizado visando avaliar a resistência da selagem do

sistema empregando o fotopolímero sólido e o adesivo plástico de PVC.

Logo no início do bombeamento das soluções, observou-se vazamento

próximo ao compartimento do eletrodo de referência. A provável causa deste

comportamento foi a grande área sem contato entre o adesivo de PVC e o

fotopolímero sobre o reservatório do eletrodo de referência, o que tornou esta

região de baixa resistência à pressão exercida pelo fluído sobre as paredes do

adesivo de PVC, causando o seu deslocamento e permitindo o vazamento do

fluído.

Tal fato indicou a necessidade de confecção de um novo projeto para o

sistema, com aperfeiçoamento da região do compartimento do eletrodo de

referência, através de uma diminuição de suas dimensões e um afunilamento

do reservatório próximo a ponte salina visando possibilitar um melhor

escoamento da solução de KCl. O novo projeto proposto é mostrado na

Figura 30.

Esta nova proposta de desenho apresentou uma melhor resistência ao

vazamento durante o bombeamento das soluções pela célula

microvoltamétrica, porém observou-se que a solução contida no reservatório


55

do eletrodo de referência era contaminada pelas soluções de reagente e

amostra que percorrem o canal analítico. Uma vez que não é possível diminuir

a espessura do canal da ponte salina devido a limitação imposta pelo técnica

de fotolitografia utilizada, foi avaliada a possibilidade do aumento da vazão de

1 para 5 µL min-1. Este procedimento, reduziu a contaminação do reservatório

do ER, porém causou novamente o aparecimento de vazamento no sistema

devido principalmente ao aumento da vazão.

Figura 30 – Segundo projeto para a microcélula voltamétrica comredução das dimensões do reservatório do ER. As demais dimensõessão as mesmas discutidas na Figura 29.

Assim, um terceiro projeto passou a ser avaliado. Nesta nova proposta,

o reservatório do ER e o canal da ponte salina foram dispostos em uma

inclinação de 45°em relação ao canal analítico como mostrado na Figura 31.

Figura 31 – Terceiro projeto para a microcélula voltamétrica. Neste caso oreservatório do ER e o canal da ponte salina foram dispostos em umainclinação de 45°. As demais dimensões são as mesmas discutidas naFigura 29.

2 mm

2 mm

20 mm

6 cm

ββββαααα

2 mm

2 mm

20 mm

6 cm

ββββαααα

ET EA

Fio de AgRecoberto com AgCl

1 2

3

20 mm 2 mm

2 mm

6 cm

α

β


56

Este projeto eliminou a contaminação do reservatório de referência

empregando as mesmas vazões das soluções avaliadas no primeiro. Neste

mesmo estudo também foi observado que somente após um período de

aproximadamente 4 horas de bombeamento da soluções de NaNO3 e KCl o

sistema começou a apresentar vazamento. Apesar de ser um tempo muito

maior do que aquele observado no primeiro sistema, é ainda inapropriado

para o desenvolvimento de um microssistema de análise.

Assim foi avaliada uma nova forma de selagem da microcélula

voltamétrica. Neste caso, pós a colocação do filme de PVC através da sua

compressão contra a placa polimérica, todos os sistemas foram aquecidos a

uma temperatura de aproximadamente 60ºC por algums minutos através do

uso de um aquecedor elétrico (Varitemp, modelo VT-750).

A selagem realizada a quente mostrou-se mais eficiente, pois

aumentou a resistência da vedação do sistema por um período de tempo

maior (aproximadamente 8 horas). Mesmo sendo ainda um período de tempo

bastante pequeno, foi possível avaliar o comportamento de resposta da

microcélula voltamétrica construída na obtenção de voltamogramas de uma

solução 12 mg L-1 de íons Pb(II) empregando SWASV com formação

simultânea de filme de Hg para diferentes tempo de depósito. Neste estudo, a

solução de íons Pb(II) também apresentava 1,0 mol L-1 NaNO3 e 1,0.10-3 mol

L-1 Hg(NO3)2. O potencial de depósito foi de -0,8 V Vs Ag/AgCl e diferentes

tempos de depósito foram utilizados entre 0 a 60 segundos. A mistura

contendo o analito foi impulsionada para o interior do canal analítico através

de uma bomba de seringa com vazão de 10 µL min-1, enquanto uma vazão de

1 µL min-1 foi utilizada para impulsionar a solução de KCl para o interior do

compartimento do eletrodo de referência.

Os voltamogramas de Redissolução Anódica para o íon Pb (II) foram

obtidos através da varredura de onda quadrada (- 0,8 V a 0,6 V) e as médias

de três medidas consecutivas para os diferentes tempos de depósito

estudados são mostradas na Figura 32.

A partir dos picos de Pb(II) em –0,4 V obteve-se a seguinte equação de

corrente (i) em função do tempo de depósito(t):

i(A) = 2,5.10-7 . t(s) + 8,0.10-6 (R =0,995)


57

Figura 32 – Voltamogramas de Redissolução Anódica com SWV paraPb(II). Corrente de pico de oxidação Vs Tempo de deposição.

Como esperado, o resultado mostra uma relação linear entre a corrente

de pico de oxidação do Pb(II) e o tempo de depósito, indicando que a

microcélula voltamétrica apresenta características apropriadas para sua

aplicação na determinação de metais eletroativos por técnicas de Voltametria

de Redissolução Anódica com Varredura de Onda Quadrada.

Considerando que o valor do potencial de pico para a oxidação do íon

Pb(II) utilizando eletrodo de mercúrio em meio não complexante é de –0,40 V

[34] observa-se através dos voltamogramas (Figura 32), que a microcélula

desenvolvida não apresenta um valor de queda ôhmica significativo. Este

resultado revela que a geometria da célula é a princípio apropriada para as

medidas voltamétricas, não desenvolvendo nenhum mecanismo que possa

afetar a passagem de corrente entre o eletrodo de trabalho e auxiliar, além

disso o valor da resistência não compensada do eletrodo de referência

construído é semelhante àquele encontrado para os eletrodos clássicos deste

tipo.

No entanto, por apresentar deficiências de selagem, o que ocasiona o

vazamento de solução em diferentes regiões da microcélula voltamétrica, e

considerando que todos os esforços para tentar resolver este problema foram


58

esgotados, iniciou-se o desenvolvimento de uma nova microcélula

empregando a resina acrílica (Cristal 440-C).

IV.2.2 Resina Acrílica

Para a construção da microcélula voltamétrica empregando a resina

acrílica foi utilizado o mesmo projeto mostrado na Figura 31. Esta escolha foi

feita considerando que este desenho foi o mais apropriado, uma vez que foi

aquele que apresentou os melhores resultados empregando o fotopolímero

sólido, além de não apresentar contaminação da solução contida no

reservatório do eletrodo de referência.

O processo de confecção da microcélula empregando resina acrílica

envolve inicialmente a confecção de um molde positivo em fotopolímero

líquido utilizando a técnica fotolitográfica na qual são confeccionados os

canais em alto relevo. Na segunda etapa, foi adicionada a mistura da resina

acrílica e catalisador sobre o molde positivo, sendo necessário esperar um

período de 24 horas para a polimerização da resina acrílica (Figura 12).

Após esta etapa, a microcélula de resina foi perfurada e as agulhas e

os eletrodos foram inseridos conforme o procedimento descrito anteriormente

(Figura 29). O sistema foi então selado com adesivo plástico de PVC, de

maneira semelhante ao realizado para o fotopolímero sólido.

Após a etapa de selagem, um período de 24 horas foi esperado para

garantir uma maior adesão do filme de PVC sobre a resina acrílica. Passado

este período foi iniciado o processo de bombeamento das soluções de NaNO3

e de KCl no canal analítico e no reservatório do RE, respectivamente. Nos

diversos sistemas avaliados, independentemente se a etapa de selagem foi

realizada a temperatura ambiente ou à quente (60 oC), o sistema sempre

apresentava vazamento imediatamente após o início do bombeamento das

soluções, indicando um baixa adesão do filme de PVC sobre a resina. Assim,

os sistemas voltamétricos confeccionados com a resina acrílica mostraram-se

inviáveis para a aplicação desejada, impossibilitando a realização de qualquer

teste eletroanalítico da microcélula voltamétrica construída.


59

IV.2.3 Fotopolímero Líquido

Como nos casos descritos anteriormente, também foi observado uma

baixa adesão do adesivo plástico (papel contact) na microcélula voltamétrica

confeccionada com o fotopolímero líquido a base de uretano-acrilato. Neste

caso, o comportamento foi semelhante àquele observado para o fotopolímero

sólido, ou seja, o vazamento só começava a ocorre após o período de

algumas horas de bombeamento das soluções de NaNO3 e de KCl através

dos canais.

Entretanto, o fácil manuseio do fotopolímero líquido para a fotogeração

dos microcanais, empregando a técnica de fotolitografia com luz UVA,

permitiu que fosse desenvolvido uma nova forma de selagem do sistema

empregando uma placa preparada a partir do fotopolímero líquido, o qual

substitui o adesivo plástico. Esta placa foi confeccionada separadamente

contendo as mesmas dimensões e espessura da microcélula, porém o

período de tempo de radiação UVA empregada nesta etapa foi a metade

daquela necessária para a sua total polimerização. Assim, a placa possui

resistência mecânica suficiente para permitir a sua manipulação, mas ainda

contém em sua superfície monômeros não polimerizados. Posteriormente, a

placa contendo os canais e a placa de selagem foram colocadas em contato e

o conjunto foi novamente levado à exposição da radiação UVA, por um

período de 15 minutos sob atmosfera de N2, completando a polimerização das

placas e o fechamento de todos os canais do sistema.

Este procedimento permitiu a confecção de microcélulas bastante

robustas, as quais não apresentaram vazamentos mesmo para valores de

vazões dez vezes maiores do que aquelas empregadas para as microcélulas

construídas com fotopolímero sólido.

Por outro lado, a introdução dos eletrodos na microcélula voltamétrica

antes da etapa de selagem tornou-se inapropriada, uma vez que os

monômeros que restavam sem polimerização aderiam na suas superfícies e,

posteriormente, eram fotopolimerizados durante a etapa de exposição à

radiação UVA para promover a selagem do sistema. Não foi possível remover

este recobrimento, prejudicando a resposta dos eletrodos e inutilizando o

sistema voltamétrico. Desta forma, foi necessário desenvolver um novo


60

projeto e um novo procedimento para introduzir os eletrodos na microcélula

voltamétrica, que deveria ocorrer somente após a etapa de selagem.

Nesta nova configuração, mostrada na Figura 33, o eletrodo auxiliar de

platina foi substituído pela agulha de aço (8, Figura 33) colocada na posição

de descarte dos fluídos. O Fio de platina que foi empregado como eletrodo de

trabalho (6, Figura 33) foi introduzido no sistema por uma das duas aberturas

laterais (10) até transpassar todo o sistema e sair no lado posterior. As

aberturas foram fechadas com pequenos fios de Nylon (5, Figura 33) obtidos

a partir de linha de pesca com 1000 m de diâmetro e comprimento

aproximado de 5 mm. Para fechar as aberturas laterais, inicialmente o fio de

platina (WE), que já estava no interior do sistema, foi cuidadosamente

esticado e os fios de Nylon foram introduzidos nas aberturas laterais até o

limite do canal analítico deixando, de ambos os lados, um pedaço do fio de

platina de aproximadamente 10 mm para o lado de fora do sistema. Este

excesso do fio de platina foi empregado para fazer a conexão elétrica do

eletrodo de trabalho com o potenciostato. É importante considerar que o

comprimento do eletrodo de trabalho é, neste caso, determinado pelo

comprimento do canal onde ele foi introduzido e pelos dois fios de Nylon (c,

Figura 33). Procedimento semelhante foi utilizado para fechar a abertura por

onde foi introduzido o fio de prata recoberto com cloreto de prata no

reservatório do eletrodo de referência.

Este novo procedimento, bastante simples, que não necessitou do uso

de nenhum adesivo e não apresentou vazamento durante as diversas

avaliações das células construídas, permitiu a fácil introdução dos eletrodos

no sistema, bem como a suas substituições. Isto só foi possível devido à alta

flexibilidade do polímero de uretano-acrilato após a etapa total de

fotopolimerização, permitindo que a abertura lateral se ajustasse de forma

bastante significativa ao fio de Nylon e aos fios de platina e prata.

A partir da ótima selagem obtida com o uso do fotopolímero líquido,

optou-se por confeccionar um sistema completo contendo o canal para a

introdução da amostra e um reator para promover uma melhor mistura entre o

eletrólito suporte ou solução tampão e a amostra. Assim, o novo projeto se

aproximou mais de um sistema voltamétrico microfluídico.


61

Figura 33 – Esquema do projeto empregado para a confecção do sistemavoltamétrico microfluídico empregando o fotopolímero líquido 1- Agulha de aço-inoxpara introdução de solução de eletrólito suporte ou de tampão. 2 e 3- Agulhas de aço-inox para introdução de amostra ou soluções padrão 4- Agulha de aço-inox utilizadapara introdução de KCl no reservatório do eletrodo de referência. 5-Fio de Nylon, 6-Fio de platina,WE (em vermelho), 7- Fio de prata recoberto com AgCl. 8- agulha deaço-inox empregada como AE para o descarte das soluções. 9- Canal empregadocomo ponte salina (PS). 10-Abertura laterais para a introdução dos eletrodos. C-comprimento do eletrodo de trabalho.

A Figura 34 mostra a imagem do sistema voltamétrico microfluídico

montado contendo as agulhas e os eletrodos.

Figura 34 – Sistema voltamétrico microfluídico confeccionada com o fotopolímeroM50-LBS. Onde: WE- Eletrodo de trabalho; RE- Eletrodo de referência; 1- Entradado canal analítico; 2- Canal da amostra; 3- Entrada da solução de KCl para o RE;4- AE e descarte; 5- Fio de nylon para fechar canais laterais onde foi inserido o WE.

WE

REER

AE5

5


62

O comportamento de resposta do sistema voltamétrico microfluídico

construído foi inicialmente avaliado através da voltametria cíclica empregando

uma solução de FeK4(CN)6 em NaNO3 1,0 mol L-1. Este procedimento foi

semelhante àquele empregado para avaliar o eletrodo de trabalho e o

potenciostato construídos utilizando uma célula eletroquímica clássica

discutido anteriormente. Para impulsionar as soluções para o interior da célula

microfluídica, foi utilizada uma bomba peristáltica Ismatec, IPC de oito canais

a uma vazão de 250 µL min-1 e para impulsionar a solução de KCl 3,0 mol L-1

para o interior do compartimento do eletrodo de referência foi utilizada a

bomba de seringa a uma vazão de 5µL min-1. A solução foi diretamente

bombeada pelo canal analítico e o canal da amostra não foi utilizado.

Na Figura 35, encontram-se os voltamogramas de voltametria cíclica

para as diferentes concentrações das soluções de FeK4(CN)6 empregadas

neste estudo.

Figura 35 – Voltamogramas cíclicos para a solução FeK4(CN)6 concentraçãoentre 0,5 a 2,0 mmol L-1 contendo NaNO3 1 mol L-1 empregando o sistemavoltamétrico microfluídico confeccionado com o fotopolímero líquido.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0,0

6,0

12,0

18,0

24,0

30,0

Cor

rent

e(µ

A)

Potencial (V)

[Fe(II) (mmol L-1)]Branco0,51,01,52,0


63

Devido ao alto nível de ruído proveniente do potenciostato construído e

da pulsação da bomba peristáltica, os voltamogramas mostrados na Figura

35 foram corrigidos empregando o método matemático de alisamento com

média móvel de 5 pontos. Os voltamogramas após a etapa de correção são

mostrados na Figura 36. A partir desses voltamogramas foi construída uma

curva analítica (mostrada na Figura 37) cujos valores de corrente foram

obtidos para um potencial de pico de 0,40 V.

Figura 36 – Voltamogramas Cíclicos para o sistema confeccionado e selada com o

fotopolímero M50-LBS, onde a concentração de FeK4(CN)6 variou de 0,5 a 2,0 mmol

L-1, após processamento matemático “smoothing” no programa computacional

OriginLab 6.0.

O formato dos voltamogramas obtidos com o sistema microfluídico é

diferente daqueles observados na Figura 24, quando uma célula clássica foi

empregada. Este comportamento é conseqüência do bombeamento da

solução de FeK4(CN)6 através do sistema microfluídico, o qual diminui a

camada de difusão, ao redor do ET, e aumenta a eficiência do transporte de

massa. Dessa forma, a corrente é limitada pelo transporte de massa em uma

camada de difusão que não cresce durante a varredura de potencial, diferente

daquela observada no caso da célula clássica onde ocorre o aumento da

camada de difusão durante o processo de varredura de potencial, até um

0 ,0 0 ,1 0 ,2 0 ,3 0 ,4 0 ,5 0 ,6

0 ,0

6 ,0

1 2 ,0

1 8 ,0

2 4 ,0

3 0 ,0

Cor

rent

e(µ

A)

P o te n c ia l (V )

[F e ( II) (m m o l L -1) ]

B ra n c o0 ,51 ,01 ,52 ,0


64

determinado limite, e cujo transporte de massa ocorre exclusivamente por

difusão. Este comportamento de resposta, entretanto, não afeta a correlação

entre os valores de corrente e concentração como mostrado na Figura 37.

Figura 37 – Curva analítica construída com os voltamogramas da Figura 36.

O novo sistema microfluídico confeccionado com o último projeto foi

avaliado também quanto à reprodutibilidade na formação do filme de Hg,

como no experimento utilizado para a célula clássica discutido anteriormente.

Neste estudo, a solução contendo Hg(NO3)2 1×10-3 mol L-1 em tampão acetato

0,5 mol L-1 (pH = 4,7) foi continuamente bombeada através do canal analítico

enquanto um potencial de -0,8 V era aplicado no eletrodo de trabalho.

A Figura 38 mostra a curva de corrente de pico para a oxidação do Hg

em +0,3 V em função do tempo de depósito (0 a 480 s). O valor de desvio

amostral médio encontrado (n = 3) para os diferentes tempos de depósito foi

inferior a 2 %. Este valor é bem próximo do valor encontrado para o estudo

realizado com a célula eletroquímica convencional (sr = 1,5 %), empregando o

eletrodo de trabalho com as mesmas dimensões, indicando que não há

qualquer influência do sistema microfluídico na preparação do filme de

mercúrio.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

Cor

rent

e(µ

A)

[Fe(II)] mMol L-1

i(A) = 1,2.10-6 + 1,27.10-6 x [Fe(II)] ; R2 = 0,99997


65

Figura 38 – Curva da corrente de pico para a oxidação do filme de Hg utilizandoVoltametria de Redissolução Anôdica com Varredura de Onda Quadrada, para osistema desenvolvido com o fotopolímero M50-LBS.

Foi também avaliada a resposta do sistema para a determinação de

íons Pb(II) e Cd(II) empregando voltametria de redissolução anódica com

varredura de onda quadrada. Para isso, diferentes soluções com

concentrações de íons Pb(II) variando entre 100 e 500 µg L-1 e íons Cd(II)

entre 500 e 1250 µg L-1 foram utilizadas para a construção das curvas

analíticas. Além dos íons de interesse as soluções também continham tampão

acetato 0,5 mol L-1 (pH = 4,7) e íons Hg (II) 1×10-3 mol L-1. O filme de mercúrio

foi preparado simultaneamente à redução dos metais em potencial de -0,8 V,

com tempo de depósito de 480 s enquanto a solução era bombeada

continuamente pelo canal analítico a uma vazão de 250 µL mim-1. Para a

construção das respectivas curvas analíticas os valores de corrente de

oxidação dos metais foram obtidos em -0,3 e -0,4 V, para os íons chumbo e

cádmio, respectivamente. A Figura 39 mostra os voltamogramas obtidos para

a SWASV para os dois metais e na Tabela 2 encontram-se as equações que

descrevem as curvas analíticas construídas a partir dos voltamogramas.

0 100 200 300 400 500

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

85,0

90,0

95,0

100,0

Cor

rent

e(µ

A)

Tem po (s)


66

Figura 39 - Voltamogramas de SWASV a- Pb(II) e b- Cd(II). Potencial de depósito -0,8 V. Tempo de depósito 480 seg.

Tabela 2 – Equações e parâmetros analíticos que descrevem a curva analíticaestudada para os dois metais, extraídas da Figura 39.

Metal Equação da curva analítica R2 LD (µg L-1)

Pb (II) i(A) = -2,6.10-6 + 3,2.10-8 × [Pb(II)](µg.L-1) 0,999 3,0

Cd(II) i(A) = -4,6.10-6 + 1,3.10-8 × [Cd(II)](µg.L-1) 0,999 22,0

Como esperado os dados apresentados na Tabela 2 mostram uma

relação linear entre a corrente de oxidação e a concentração do metal,

indicando o funcionamento esperado do sistema voltamétrico. O longo tempo

de depósito é característico da técnica voltamétrica e não está associado

diretamente ao sistema voltamétrico microfluídico, mas a diversos fatores

como área do eletrodo de trabalho, filme de mercúrio, concentração dos

metais, entre outros. Por sua vez, o limite de detecção (LD) está relacionado,

principalmente ao tempo de depósito e da área do eletrodo de trabalho. Para

o tempo de depósito de 480 s o valor de LD encontrado para chumbo é

inferior ao limite máximo permitido em água potável (10 µg L-1), enquanto que

para cádmio o valor LD é bem superior a este valor que é de 5 µg L-1 [48].

Assim, na determinação de cádmio como parâmetro de potabilidade de água

é necessário um maior tempo de depósito do íon metálico.

-0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6

0,0

15,0

30,0

45,0

60,0

Cor

rent

e(u

A)

E (V)

[Pb(II)] (µg / L)Branco100200300400500

-0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6

0,0

20,0

40,0

60,0

Cor

rent

e(µ

A)

E (V)

[Cd(II)] (µg / L)Branco50075010001250

(a) (b)


67

Os valores do potencial de pico de oxidação para Cd(II) e Pb(II) (Figura

39) mostram um pequeno valor de queda ôhmica, próximo a 100 mV, que não

foi observado nas microcélulas avaliadas anteriormente. Este valor deve estar

associado à mudança na posição do eletrodo de referência e auxiliar. Esta

mudança foi necessária pelos problemas, já discutidos, no novo procedimento

de selagem. Este é um comportamento também observado em muitos

sistemas em fluxo de dimensões convencionais e normalmente está

relacionado à geometria da célula voltamétrica. Assim, novos projetos

precisam ser avaliados para tentar eliminar ou minimizar este efeito, uma vez

que pode prejudicar a determinação simultânea de íons Cd(II) e Pb(II), como

foi observado neste caso.

IV.3 Microscopia Eletrônica de Varredura dos Sistemas Confeccionados

com os Fotopolímeros Sólido e Líquido

A fotolitografia realizada para os dois fotopolímeros utilizados mostrou-

se apropriada para o desenvolvimento do trabalho, visto a facilidade na

produção de um protótipo, realizada em cerca de 30 minutos para os dois

fotopolímeros. Além da reprodutibilidade apresentada na fabricação dos

mesmos, observada visualmente com ajuda de um microscópico ótico da

Citoval com lentes de aumento de até 6,3 vezes.

No entanto, as larguras reais dos microcanais, formados pela técnica

fotolitográfica desenvolvida, são diferentes das larguras utilizadas na

impressão das máscaras, e diferem entre os dois diferentes tipos de

polímeros utilizados. O fotopolímero sólido apresentou largura do canal

analítico de 350 µm e de 130 µm para o canal empregado como ponte salina

enquanto estes mesmos canais apresentaram largura de 450 µm e de 120

µm, respectivamente para o fotopolímero líquido. Neste último caso, foi

também observada uma profundidade de 400 µm para o canal analítico e 100

µm, para o canal da ponte salina. Acredita-se que a diminuição dos

microcanais fotogerados em relação a seus tamanhos originais presentes na

máscara de poliéster esteja ligada à difração da luz UVA na máscara, na

superfície e no interior do polímero.


68

A Figura 40 mostra a Microscopia Eletrônica de Varredura (M.E.V.)

para os sistemas voltamétricos microfluídicos confeccionados com os dois

fotopolímeros, empregando a geometria da Figura 31, enquanto que a Figura

41 mostra a MEV para o sistema voltamétrico confeccionado com o

fotopolímero líquido e geometria mostrada na Figura 33.

Figura 40 – MEV para os sistemas confeccionados, (a) Microcanais formados nofotopolímero sólido e (b) Microcanais formados no fotopolímero líquido.

As imagens mostradas na Figura 41 revelam que apesar de possuir

uma dimensão inferior àquela definida na máscara, os canais são bastante

regulares. O mesmo pode ser observado para o canal empregado como ponte

salina, entretanto, este canal apresenta profundidade inferior a 100 µm,

metade do valor inicialmente esperado (200 µm), o que pode explicar o

aumento da queda ôhmica observado anteriormente. Finalmente, a imagem

(c), canal selado com o próprio polímero líquido, revela que o canal analítico

possui paredes laterais anguladas, que diminuem a espessura do canal em

(a)

(b)


69

direção ao fundo, devido à difração da luz, como discutido anteriormente.

Nesta figura é também possível confirmar a ótima selagem que ocorre entre

as duas placas de fotopolímero líquido, uma vez que não é possível observar

o limite entre as placas.

Figura 41 – MEV para o sistema confeccionado e selado empregando ofotopolímero líquido A e B- Imagem da placa da região próxima a ponte salinaante da selagem do sistema. C- Imagem mostrando um corte transversal docanal analítico após a selagem.

IV.4 Determinação de Pb em Águas Residuais empregando o Sistema

Voltamétrico Microfluídico Desenvolvido

O sistema voltamétrico microfuídico desenvolvido com o fotopolímero

líquido foi empregado para a determinação de Pb(II) em uma amostra

certificada de água residual (amostra G1A003-04 do programa de ensaios de

proficiência PEP do Senai).

Para esta análise foi desenvolvido um novo sistema de fluxo para a

introdução das soluções tampão acetato, KCl e amostras no sistema

microfluídico. Este esquema foi desenvolvido visando minimizar a quantidade

de KCl introduzido no sistema buscando evitar a contaminação da superfície

do eletrodo de trabalho com cloreto e posterior formação de cloreto mercuroso

que pode comprometer a reprodutibilidade das determinações. Dessa forma, o

(A)

(B) (C)


70

novo sistema de fluxo para a introdução da solução de KCl e de amostras

propõe a interrupção do fluxo de KCl no compartimento do eletrodo de

referência durante a etapa de pré-deposição do metal e varredura do potencial

de oxidação, evitando a introdução desnecessária da solução de KCl, a qual

pode contaminar o eletrodo de trabalho. Na Figura 42 é mostrado o esquema

de fluxo para a determinação de Pb(II). As 3 válvulas solenóides foram

controladas pelo computador através de sinais TTL gerados pela interface

ADC 8111 empregando o circuito mostrado na Figura 16. A válvula BS I é

empregada para direcionar a solução tampão para o sistema voltamétrico

(para limpá-lo) ou colocá-la em refluxo (durante a introdução de amostras). A

válvula BS II é utilizada para permitir a entrada das amostras no sistema,

enquanto a válvula BS III controla a solução de KCl do eletrodo de referência.

Figura 42 – Esquema de fluxo utilizado para a determinação de Pb(II) empregando o

sistema voltamétrico microfluídico BP- Bomba Peristáltica. CI- solução tampão

acetato. CII- amostra com tampão acetato e Hg(II) CIII- solução de KCl. BS I, BS II

e BS III- Válvulas solenóides.

Sentido do Fluxo


71

A quantidade de Pb(II) presente na amostra foi determinada através de

SWASV empregando o método de adição de padrão. Na etapa de

determinação a amostra foi misturada com a solução tampão 1,0 mol L-1

contendo 2,0x10-3 mol L-1 de Hg(II) e introduzida no sistema com vazão de

100 L min-1 (válvulas BS I, II e III desviadas para o sentido vermelho, Figura

42). Durante 480 s o potencial do eletrodo foi mantido em –0,8 V para a

redução do Pb(II) e formação do filme de mercúrio. Após este período, o fluxo

da amostra foi interrompido e a varredura de potencial de onda quadrada foi

realizada com degraus de 10 mV, pulso de 50 mV e velocidade de varredura

de 0,282 V s-1, enquanto apenas a solução tampão era bombeada pelo

sistema. O mesmo procedimento foi repetido para as diferentes alíquotas das

amostras fortificadas, com 100, 200 e 300 µg L-1 de Pb(II).

As determinações foram realizadas em triplicata e entre cada injeção

da amostra o sistema foi limpo bombeando uma solução tampão acetato 0,5

mol L-1 por 1 minuto a 250 L min-1através do sistema (válvulas BS I, II e III

desviadas para o sentido em cor preta, Figura 42). Durante este período foi

também bombeada a solução 3,0 mol L-1 de KCl no compartimento do

eletrodo de referência a uma vazão de 10 L min-1.

Na Figura 43 são mostrados os voltamogramas obtidos para a

amostras e os três diferentes níveis de fortificação para a determinação de

Pb(II ) na amostra certificada empregando o método de adição.

Figura 43 – Voltamogramas de SWASV obtidos para análise de Pb(II) para amostracertificada pelo método de adição de padrão.

-0 ,8 -0 ,7 -0 ,6 -0,5 -0 ,4 -0 ,3 -0 ,2 -0,1 0 ,04 ,50

6 ,00

7 ,50

9 ,00

10 ,50

12 ,00

Cor

rent

e(µ

A)

E (V )

Am ostra+ 100 µg L -1

+ 200 µg L -1

+ 300 µg L -1

Pb(II)


72

Através dos voltamogramas foram obtidos os valores de corrente de

oxidação para de Pb(II) obtidos em -0,25 V. A curva de adição padrão

construída é mostrada na Figura 44.

Figura 44 – Curva de adição padrão para a determinação de Pb(II) em amostracertificada empregando o sistema voltamétrico microfluídico.

Para efeito de comparação e também para confirmar o valor certificado

da amostra a concentração de Pb(II) foi também determinada através da

técnica de espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (EAA-

FG). A Tabela 3 mostra os valores encontrados para a amostra certificada

G1A003-04 empregando o sistema voltamétrico desenvolvido e a EAA-FG.

Tabela 3 – Resultado para a determinação de Pb(II) na amostra certificada G1A003-04 do programa de ensaios proficiência do Senai. Valor certificado 452,2 g L-1

Técnica Pb (II) (g L-1) Erro Relativo* (%) CV (%) (n=3)Voltametria 434,4 -3,9 2,0

Forno de grafite 456,7 1,0 4,2* erro calculado considerando o valor certificado

-200 -100 0 100 200 3000,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Cor

rent

e(µ

A)

Concentração de Pb(II) adicionada (µg L-1)

i(A) = 2,49.10-6 + 1,05.10-8 x [Pb(II)adic

] µµµµg L-1, R2 = 0,999


73

Os resultados mostram valores semelhantes entre as duas técnicas

analíticas considerando a precisão e a exatidão. O erro relativo para a técnica

voltamétrica, considerando o valor certificado, foi inferior a 4,0% indicando que

o sistema voltamétrico microfluídico pode ser empregado de forma bastante

satisfatória para a determinação de Pb(II) em amostras de águas residuárias,

cujo LD é de 0,5 mg L-1[49].

CONCLUSÕES

74

V. CONCLUSÕES

O potenciostato e o programa computacional, desenvolvidos em laboratório,

apresentaram características apropriadas para a sua utilização com técnicas

eletroquímicas, como Voltametria Cíclica e Voltametria de Redissolução Anódica

com Varredura de Onda Quadrada, demonstradas através da concordância dos

dados gerados com o sistema eletroquímico comercial da AUTOLAB, para a

voltametria Cíclica, e da linearidade das curvas analíticas geradas, para as

correlações de corrente de pico e concentração do analito para a SWASV.

O potenciostato desenvolvido também apresentou características favoráveis

para sua aplicação em microssistemas de análise, devido a sua simplicidade

instrumental, seu pequeno tamanho, baixo custo, possibilidade de operação com

baterias, além da reprodutibilidade nas medidas de corrente e potencial aplicado.

O Ultramicroeletrodo de Pt possui dimensões que facilita a sua adaptação

em microssistemas de análise. Além disso, o filme de mercúrio preparado em sua

superfície é bastante reprodutível.

O fotopolímero sólido da Dupont® mostrou-se apropriado para a confecção

de microssistemas de análise, no entanto uma nova técnica de vedação dos

microcanais fotogerados deve ser desenvolvida para sua aplicação, já que a

vedação com adesivo plástico Papel Contact® mostrou-se insatisfatória. Já a

resina acrílica apresenta como principal inconveniente a sua rigidez, que

inviabiliza seu uso na construção de sistemas microfluídicos, além da vedação não

satisfatória apresentada com o adesivo plástico.

A técnica de fotolitografia para o polímero líquido M50-LBS utilizando

máscaras de poliéster impressas em impressora laser mostrou-se adequada para

a construção do sistema voltamétrico microfluídico. Esta técnica possibilitou ainda

a vedação dos canais empregando o mesmo fotopolímero, o que além de resultar

em um processo de fabricação de baixo custo, apresenta uma ótima resistência,

mostrando que este material apresenta um grande potencial de ser inserido no

contexto atual de fabricação de microssistemas (µTAS).

CONCLUSÕES

75

Os resultados de VC obtidos para o sistema voltamétrico confeccionado e

vedado com o fotopolímero M50-LBS mostram o funcionamento esperado da

microcélula voltamétrica desenvolvida, comprovado pela relação linear entre a

corrente de pico de oxidação do [Fe(CN)6]4- e sua concentração, além do formato

observado nos voltamogramas, que são mais condizente com aqueles observados

para trabalhos com ultramicroeletrodos no estado-estacionário (sob condições de

fluxo).

O sistema voltamétrico microfluídico desenvolvido pode ser aplicado na

determinação de Pb(II) como parâmetro de potabilidade de água, já que o LD

apresentado para a determinação do íon metálico com o sistema desenvolvido

está abaixo do limite imposto pela portaria vigente no país (Portaria N.º 518, de 25

de Março de 2004, do Ministério da Saúde). Já para o íon Cd(II) o LD para o

tempo de depósito estudado é superior ao limite requerido pela portaria. No

entanto, os LD apresentados para ambos os íons metálicos com o uso do sistema

desenvolvido apontam a possibilidade de aplicação do sistema na determinação

de Pb(II) e Cd(II) para águas residuárias, já que os limites estão abaixo dos

requeridos pela resolução Nº 357, de 17 de Março de 2005 do Ministério do meio

Ambiente, que prevê as condições padrões para o lançamento de efluentes.

A aplicação do sistema para a determinação de Pb(II) para a amostra de

água residuária certificada apresentou resultados bastantes satisfatórios, com erro

relativo e coeficiente de variação aceitáveis para a análise.

O sistema desenvolvido apresenta um grande potencial para o

desenvolvimento de um sistema eletroquímico para análises em campo, devido ao

seu pequeno tamanho, baixo custo e possibilidade de integração com um

microcontrolador e pequenas válvulas pizoelétricas que poderiam controlar o

potenciostato e o fluxo de soluções no interior do sistema, respectivamente.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

76

VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Nürnberg, H.W.; Analytica Chimica Acta, 164, 1984, 1-21.

2. Moreira, F. R.; Moreira, J. C.; Panam Salud Publica, 15(2), 2004, 119-129.

3. Herdan, J.; Feeney, R.; Kounaves, S. P.; Flannery, A. F.; Storment, C. W.;

Kovacs, G. T. A.; Darling, R. B.; Environmental Science and Technology,

32(1), 1998, 131-136.

4. Yun, K. S.; Kim, H. J.; Joo, S.; Kwak, J.; Yoon, E.; Japanese Journal of

Applied Physics, 39, 2000, 7159-7163.

5. Manz, A.; Graber, N.; Widmer, H. M.; Sensors and Actuators B, 1990,

244-248.

6. Manz, A.; Fettinger, J.C.; Verpoorte, E.; Lüdi, H.; Widmer, H.M.; Harrison, D.

J.; Trends in Analytical Chemistry, 10, 5, 1991.

7. McCreedy, T.; Analytica Chimica Acta, 2001, 427, 39-43.

8. Erickson D.; Li, D.; Analytica Chimica Acta 2004, 507, 11-26.

9. Terry, S. C.; Jerman, J. H.; Angell, J. H.; IEEE Transactions on Electron

Devices, 26, 1979, 1880-1886.

10. Vilkner, T.; Janasek, D.; Analytical Chemistry,2002, 74, 2623-2636.

11. Reyes, D. R.; Lossifidis, D.; Auroux, P. A.; Manz, A.; Analytical Chemistry,

2002, 74, 2623-2636.

12. Becker, H.; Gartner, C.; Electrophoresis, 2000, 21, 12-26.

13. Van den Berg, A.; Lammerink, T. S. J.; Topics in Current Chemistry,

1998, 194, 21-49.

14. Wang, J.; Polsky, R.; Tian, B.; Chatrathi, M. P.; Analytical Chemistry,

2000, 72, 5285-5289.

15. Wang, J.; Talanta, 2002, 56, 223-231.

16. Y-Doku, G. N.; Haswell, S. J.; Analytica Chimica Acta, 1999, 382, 1-13.

17. Becker H.; Locascio, L. E.; Talanta, 2002, 56, 267-287.

18. Soper, S. A.; Ford, S. M.; Qi, S.; McCarley, R. L.; Kelly, K.; Murphy, M. C.;

Analytical Chemistry, 2000, 643A-651A.


77

19. Madou, M. J., Fundamental of Microfabrication, 1ª Ed - Boca Raton; CRC

Press 1997.

20. Roberts, M. A.; Rossier, J. S.; Bercier, P.; Girault, H.; Analytical

Chemistry, 1997, 69, 2035-2042.

21. Martynova, L.; Locascio, L. E.; Gaitan, M.; Kramer, G. W, Christensen, R.

G.; Maccreham, W. A.; Analytical Chemistry, 1997, 69, 4783-4789.

22. Lee, G.; Chen, S.; Huang, G.; Sung, W.; Lin, Y.; Sensors and Actuators B,

2001, 75, 142-148.

23. Kupka, R. K.; Bouamrane, F.; Cremers, C.; Megtert, S.; Applied Surface

Science, 2000, 164, 97-110.

24. Wang, J.; Trends in Analytical Chemistry 2002, 21(4), 226-232.

25. Souza, D.; Machado, S. A. S.; Avaca, L. A.; Química Nova 2003, 26 (1),

81-89.

26. Souza, D.; Codognoto, L.; Malagutti, A. R.; Toledo, R. A.; Pedrosa, V. A.;

Oliveira, R. T .S.; Mazo, L. H.; Avaca, L. A.; Machado, S. A. S.; Química

Nova, 2004, 27 (5), 790-797.

27. Economou, A.; Bolis, S. D.; Efstathiou, C. E.; Volikakis, G. J.; Analytica

Chimica Acta, 2002, 467, 179-188.

28. Wang, J.; Tian, B.; Wang, J.; Lu, J.; Olsen, C.; Yarnitzky, C.; Olsen, K.;

Hammerstrom, D.; Benett, W.; Analytica Chimica Acta, 1999, 385, 429-

435.

29. Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Nieman, T. A.; Princípios de Análise

Instrumental, 5ª Ed – Porto Alegre; Bookman 2002.

30. Osteryoung, J. G.; Osteryoung, R. A.; Analytical Chemistry 1985, 57(1),

101A-110A.

31. Economou, A.; Bolis, S. D.; Efstathiou, C. E.; Volikakis, G. J.; Analytica

Chimica Acta 2002, 467, 179-188.

32. Wang, J.; Stripping Analysis, Deerfield Beach, VCH Publishers 1985.

33. Wojciechowski, M.; Balcezak, J.; Analytica Chimica Acta, 1991, 249, 433-

445.


78

34. Baldo, M. A.; Daniele, S.; Ciani, I.; Bragato, C.; Wang, J.; Electroanalysis,

2004, 16(5), 360-366.

35. Economou, A.; Fielden, P. R.; Analyst, 2003, 128, 205-212.

36. Lakard, B.; Jeannot, J. C.; Spajer, M.; Herlem, G.; Labachelerie, M.; Blind,

P.; Fahys, B.; Electrochimica Acta, 2005, 50, 1863-1869.

37. Ito, T.; Maruyama, K.; Sobue, K. Ohya, S.; Niwa, O.; Suzuki, K.;

Electroanalysis, 2004, 16(24), 2035-2041.

38. Parthasarathy, N.; Pelletier, M.; Tercier-Waeber, M.; Buffle, J.;

Electroanalysis, 2001, 13(16), 1305-1314.

39. Cai, X.; Glidle, A.; Cooper, J. M.; Electroanalysis, 2000, 12(9), 631-639.

40. Suzuki, H.; Electroanalysis, 2000, 12(9), 703-715.

41. Suzuki, H.; Shiroishi, H.; Sasaki, S.; Karube, I.; Analytical Chemistry,

1999, 71, 5069-5075.

42. Slater, J. M.; Watt, E. J.; Analyst, 1994, 119, 2303-2307.

43. Yun, K.; Gil, J.; Kim, J.; Kim, H.; Kim, K.; Park, D.; Kwak, J. Y.; Shin, H.;

Lee, K.; Kak, J.; Yoon, E.; The 12th International Conference on Solid

State Sensors, Actuators and Microsystems,2003, Boston, June 8-12.

44. Salaun, P.; Guenat, O.; Berdondini, L.; Buffle, J.; Koudelka-Hep, M.;

Analytical Letters, 2003, 36(9), 1835-1849.

45. Martin, S. M.; Gebara, F. H.; Larivee, B. J.; Brown, R. B.; IEEE Journal of

Solid-State Cirxuits, 2005, 40(12), 2777-2786.

46. Palchetti, I.; Laschi, S.; Mascini, M.; Analytica Chimica Acta, 2005, 530,

61-67.

47. Keller, O. C.; Buffle, J.; Analytical Chemistry, 2000, 72, 943-948.

48. Portaria Nº 518, de 25 de Março de 2004, Brasil, Ministério da Saúdel.

49. Resolução Nº 357, de 17 de Março de 2005, Brasil, Ministério do Meio

Ambiente – Conselho Nacional do Meio Ambiente.

universidade estadual de campinas -...

Documents