Desenvolvimento de sensores eletroquímicos modificados com nanotubos de Titanato (NTTi-H) para determinação de íons metálicos

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta a descrição da síntese e caracterização dos NTTi-H pela rota hidrotérmica, assim como sua caracterização pelas técnicas de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. Posteriormente à síntese e caracterização mencionadas, o material sintetizado foi utilizado para a modificação de eletrodos de pasta de carbono e empregado na determinação voltamétrica de íons chumbo mediante um procedimento simples, rápido e sensível. As medidas foram realizadas utilizando a técnica de voltametria adsortiva de redissolução anódica por pulso diferencial, sendo todo o procedimento proposto composto por 4 etapas iniciadas pela incorporação do chumbo à superfície do NTTi-H em circuito aberto, redução eletroquímica do chumbo, obtenção dos voltamogramas por redissolução anódica e limpeza química, em solução HCl 1,0 mol L-1, da superfície do eletrodo para a medida seguinte. Parâmetros relacionados ao dispositivo, como quantidade de NTTi-H utilizado na composição da pasta de carbono, tempo de incorporação de Pb2+ ao eletrodo, pH do eletrólito suporte, pH de préconcentração, parâmetros instrumentais como amplitude de potencial, tempo de pulso e velocidade de varredura foram examinados para a obtenção do melhor desempenho do método dentro das condições de compromisso. O estudo de repetibilidade apresentou RSD = 11,1% para 5 medidas consecutivas com a mesma superfície e o estudo de reprodutibilidade apresentou RSD = 3,9% para medidas com 5 superfícies diferentes. Sob condições otimizadas, foi obtida a curva analítica para a determinação de Pb2+, a qual apresentou uma faixa linear de resposta entre 7,7 x 10-7 a 7,7 x 10-6 mol L-1, com limite de detecção e quantificação calculados de 3,0 x 10-8 mol L-1 e 9,8 x 10-8 mol L-1, respectivamente, após pré-concentração do analito durante vinte minutos. Estudos de adição e recuperação em amostra de água fortificada com o analito estudado foram realizados, obtendo-se recuperação de 104,6 %. Os estudos iniciais do comportamento carga vs concentração mostram linearidade, permitindo a investigação do material como um provável amostrador passivo. Palavras-chave: Eletrodo Modificado, Nanotubos de Titanato, Pré-concentração. Chumbo, Sensor Eletroquímico.

Abstract: In this work the synthesis and characterization of the NTTi-H by the hydrothermal route is described, as well as their characterization by the techniques of X-ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Subsequently the synthesized material was used in the modification of carbon paste electrodes and used in the voltammetric determination of lead ions by a simple, fast and sensitive procedure. The measurements were carried out using the adsorptive redissolution technique by differential pulse voltammetry. The whole procedure was composed of 4 steps initiated by the incorporation of lead into the surface of the NTTiH in open circuit, electrochemical reduction of lead, voltammograms obtained by adsorptive redissolution, and chemical cleaning, in 1 mol L-1 HCl solution, from the electrode surface to the next measurement. Parameters related to the device, such as amount of NTTi-H used in the carbon paste composition, incorporation time of Pb2+ to the electrode, electrolyte pH, preconcentration pH, instrumental parameters such as potential amplitude, pulse time and velocity were examined to obtain the best performance of the method under the compromise conditions. The repeatability study showed RSD = 11,1% for 5 consecutive measurements with the same surface and the reproducibility study presented RSD = 3,9% for measurements with 5 different surfaces. Studies of addition and recovery in water sample fortified with the analyte were performed, obtaining recovery of 104,6 % for tap water. Under optimized conditions, an analytical curve was obtained for the determination of Pb2+, which presented a linear response range between 7,7 x 10-7 and 7,7 x 10-6 mol L-1, with limit of detection and quantification Calculated from 3,0 x 10-8 mol L-1 and 9,8 x 10-8 mol L1, respectively, after analyte pre-concentration for twenty minutes. Initial studies of the charge vs. concentration behavior show linearity, allowing investigation of the material as a likely passive sampler. Keywords: Modified Electrode, Titanate Nanotubes, Lead, Pré-Concentration, Electrochemical Sensor.