Construção e caracterização de eletrodos de pasta de carbono preparados com grafite quimicamente tratados para aplicações eletroanalíticas

Abstract

Resumo: Neste trabalho é avaliado a aplicabilidade do grafite tratado de diferentes formas para construção de sensores eletroquímicos. O grafite foi submetido a um tratamento: com ácido nítrico 50% (v/v), com solução piranha e pelo método de Hummers. O material foi caracterizado utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho, difração de raios x, termogravimetria, titulação de Boehm e eletroquimicamente através de voltametria. Os estudos de caracterização do grafite mostraram sua estrutura altamente organizada com grãos de formatos variados. As imagens de MEV mostraram que o grafite tratado pelo método de Hummers foi esfoliado pelo tratamento enquanto os demais tratamentos não mudaram significativamente a sua estrutura, porém foram observadas propriedades físico-químicas diferentes em relação ao grafite não tratado. Tais propriedades foram justificadas através das outras caracterizações. A espectrometria de infravermelho identificou diversos grupos oxigenados no grafite, este resultado pode ser confirmado através da termogravimetria e pela titulação de Boehm. A caracterização voltamétrica mostrou que a corrente capacitiva aumenta conforme o tratamento se torna mais agressivo, sendo observada a menor capacitância no grafite tratado com ácido nítrico enquanto a maior foi encontrada no grafite tratado pelo método de Hummers. A capacidade de adsorção do grafite foi avaliada para os íons níquel II, visando a sua posterior utilização para oxidação de etanol. A possibilidade de aplicação eletroanalítica dos sensores foi estudada para quantificação de etanol em amostras de bebida destilada. O procedimento amperométrico em questão foi otimizado em relação ao número de ciclos no pré-tratamento do eletrodo e o potencial aplicado e apresentou uma resposta analítica linear entre 0,02 e 1,00 mmol L-1 com LOD e LOQ de 0,01 e 0,04 mmol L-1 respectivamente. Os sensores construídos com o grafite tratado pelo método de Hummers foram os que apresentaram melhor desempenho analítico, seu estudo de repetibilidade forneceu um desvio padrão relativo de 10%, apresentando também boa e reprodutibilidade, enquanto nos demais grafites o níquel foi lixiviado para a solução, comprometendo o seu desempenho. Palavras-chave: Grafite. Eletrodo de Pasta de Carbono. Níquel. Etanol. Bebidas Destiladas.

Abstract: In this work it was evaluated the applicability of treated graphite in different forms for the construction of electrochemical sensors. The graphite was subjected to a treatment with 50% (v / v) nitric acid, piranha solution and the by the Hummers method. The material was characterized by scanning and transmission electron microscopy techniques, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, x-ray diffraction, thermogravimetry, Boehm titration and voltammetrically, by cyclic voltammetry. The graphite characterization studies showed its highly organized structure with grains of irregular shape. The SEM images showed that the graphite treated by the Hummers method was exfoliated while the other treatments did not change its structure significantly, but different physicochemical properties were observed in relation to the untreated graphite. Such properties were justified by other characterizations. Infrared spectrometry has identified various oxygen groups in the graphite, this result can be confirmed by thermogravimetry and Boehm titration. The voltammetric characterization showed that the capacitive current increases as the treatment becomes more aggressive, the lower capacitance was observed in the graphite treated with nitric acid while the largest was found in graphite treated by Hummers method. The adsorption capacity of the graphite was evaluated for the nickel II ions aiming at its subsequent use for the ethanol oxidation. The electroanalytical application of the sensors was studied for ethanol quantification in distilled beverage samples using amperometric methods. This procedure had its number of cycles in the electrode pretreatment and the applied potential optimized. It was observed a linear analytical response between 0.02 and 1.00 mmol L-1 with LOD and LOQ of 0.01 and 0.04 mmol L-1 respectively. The electrodes constructed with graphite treated by the Hummers method presented the best analytical performance. Its repeatability study obtained a relative standard deviation of 10%, also showing good and reproducibility, while in the other samples the nickel was leached to solution, compromising its performance. Keywords: Graphite. Carbon Paste Electrode. Nickel. Ethanol. Distilled Beverage.