Sensores eletroquímicos utilizando nanotubos de carbono quimicamente tratados para a determinação de metil paration e glicose

Abstract

Resumo: No presente trabalho foi investigado o efeito de diferentes tratamentos químicos sobre a estrutural de nanotubos de carbono (CNT) empregando condições alcalinas (hidróxido de sódio) (CNT-TB) e ácidas/oxidante (ácido nítrico/ácido sulfúrico) (CNT TA). Ambos os tratamentos foram realizados sob refluxo, com a finalidade de formação de grupos funcionais oxigenados. Avaliou-se o efeito destes tratamentos, quanto a aspectos estruturais, morfológicos e eletroquímicos, Os resultados obtidos por medidas de espectroscopia Raman mostraram que ambos os tratamentos promoveram a destruição parcial dos carbonos do tipo sp2 pela oxidação química das paredes mais externas dos nanotubos. Resultados obtidos por FTIR revelaram uma maior quantidade de grupos funcionais oxigenados para os materiais submetidos aos tratamentos confirmando a efetividade dos tratamentos na formação de grupos funcionais superficiais nos CNT. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão mostraram que após reação com os agentes químicos fortes, a morfología dos CNT sofre pequenas alterações. Os CNT ativados foram também utilizados na construção de sensores eletroquímicos para a determinação do pesticida metil paration (MP). Eletrodos de carbono vítreo modificados (CGE/CNT-TA e GCE/CNT-TB) apresentaram um efeito catalítico para a redução eletroquimica do MP. Sob condições otimizadas, foi obtida uma faixa de resposta linear para valores de concentração de 1,0 x 10-7 a 3,4 x 10-5 mol L-1, com limites de detecção (LD) de 3,3 x 10-8 mol L-1 e 3,5 x 10-8 mol L-1, para GCE/TA e GCE-TB respectivamente. Os sensores foram aplicados para a determinação de MP em amostras suco de manga enriquecidas com MP com valores de recuperação entre 80 e 111%. Os eletrodos modificados com CNT tratados também foram utilizados como suporte de incorporação de íons Ni2+ (para a formação da espécie NiOOH), para a construção de um sensor não enzimático para glicose. Nesta etapa, um eletrodo impresso de carbono foi modificado com nanotubos de carbono e íons níquel(II) (SPE/CNT-Ni) e usado como detector amperométrico no dispositivo microfluídico ( TED). Os parâmetros de méritos analíticos adquiridos com as medidas amperométricas mostraram uma faixa linear de resposta de 0,1 a 1,0 mmol L-1, com LD e LQ 0,28 µmol L-1 e 0,96 µmol L-1 respectivamente. O eletrodo acoplado ao sistema µTED foi aplicado para a determinação em amostra de plasma sanguíneo enriquecida com glicose. Nos estudos de adição e recuperação, foi possível obter uma recuperação de 95, 20% do padrão de glicose adicionado. A oxidação química de CNT pode produzir nanomateriais com características de superfície distintas, que influenciam diretamente na resposta eletroquímicas dos analitos avaliados, apresentando uma melhora significativa nas respostas de corrente e potencial, utilizando um método simples, rápido e fácil

Abstract: The present work reports the effect of different chemical treatments on the structural integrity surface of carbon nanotubes (CNT) after alkaline (CNT-TB) and acid/oxidant treatment (CNT-TA). Chemical treatment was performed under reflux in order to create oxygenated functional groups. After that, structure, morphology and electrochemical behavior of CNT were investigated. The results obtained by measurements of Raman spectroscopy showed that both treatments promoted a partial destruction of the sp2 carbons by chemical oxidation of external walls of nanotubes. Results obtained by FTIR revealed an elevate amount of oxygenated functional groups for materials submitted to treatments confirming an effective functional groups formation in CNT surface. TEM images showed that after reaction with strong chemical agents, the morphology of CNT is slightly altered. The activated CNTs were also used in the construction of electrochemical sensors for determination of methyl parathion (MP). Modified carbon glassy electrodes (CGE/CNT-TA and GCE/CNT-TB) showed a catalytic effect on electrochemical reduction of MP. Under optimized conditions, a linear dynamic range (LDR) of 1.0 x 10-7 to 3.4 x 10-5 mol L-1 and limit of detection (LOD) of 3.3 x 10-8 and 3.5 x 10-8 mol L-1, for GCE/CNT-TA and GCE/CNT-TB respectively. The sensors were applied for MP determination in mango juice samples spiked with MP with a recovery range of 80 to 111%. The treated CNT were also used as support for incorporation of Ni2+ ions (for formation of NiOOH species) in order to prepare a non-enzymatic glucose sensor. In this step a screen printed carbon electrode was modified with CNT and nickel(II) ions (SPE/CNT-Ni) and used as an amperometric detector in the microfluidic device ( TED). Figures of merit parameters obtained with the amperometric measurements showed a linear response range of 0.1 to 1.0 mmol L-1, LOD and LOQ of 0.28 µmol L-1 and 0.96 µmol L-1 respectively. The electrode coupled to the µTED device was applied for determination in a sample of blood plasma enriched with glucose. In addition and recovery studies, it was possible to obtain a recovery of 95.2% of the added glucose standard. Chemical oxidation of CNT can produce nanomaterials with distinct surface characteristics, which directly influence the electrochemical response of evaluated analytes, presenting a significant improvement in current and potential responses, using a simple, fast and easy method