Um sensor eletroquímico para a detecção de arsênio usando nanocompósito

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8816 (2023) Citar este artigo

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O objetivo desta pesquisa é desenvolver um sensor eletroquímico baseado em um polímero condutor, polianilina, e um polímero catiônico, poli(cloreto de dialildimetilamônio), reforçado com nanofolhas de óxido de grafeno funcionalizadas com ácido acrílico. A natureza bidimensional de nanofolhas de óxido de grafeno funcionalizado com ácido acrílico e aglomerados feitos de polímeros condutores e nanofolhas de óxido de grafeno funcionalizado com ácido acrílico foram confirmadas por testes microscópicos. O nanocompósito preparado foi depositado no eletrodo de carbono vítreo a fim de preparar um sensor eletroquímico para a detecção de arsênio pelos métodos de voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial. Deve-se mencionar que a presença de nanofolhas de óxido de grafeno funcionalizado com ácido acrílico aumenta a área de superfície devido ao efeito de tamanho nano e melhor dispersão deste nanomaterial, poli(cloreto de dialildimetilamônio), aumenta a capacidade de adsorção do analito devido à interação eletrostática entre o analito carregado negativamente e superfície carregada positivamente, e a polianilina aumenta a taxa de transferência de carga devido à boa condutividade. Os resultados mostram que o eletrodo preparado tem uma sensibilidade igual a 1,79 A/M com 0,12 μM como limite de detecção. O sensor proposto pode ser usado para a determinação de arsênio inorgânico total por primeiro pré-tratamento oxidativo para conversão de As(III) em As(V).

Dentre os tipos de metais pesados ​​e nocivos para humanos e animais, o arsênico é considerado um dos metais mais perigosos para o meio ambiente, que ameaça a vida de milhões de pessoas1. Entre as diferentes espécies químicas de arsênio (arsenito, arsenato e derivados orgânicos deste metal), seus estados minerais são mais tóxicos na natureza devido à maior mobilidade iônica do que as espécies orgânicas. De acordo com as normas da Organização Mundial da Saúde, é necessário remover o arsênico da água natural e potável até que a concentração seja inferior a 10 ppb (0,14 μM)2.

Os métodos analíticos conhecidos para determinar o arsênico na água são espectrometria de massa de plasma acoplado indutivamente, métodos de espectroscopia atômica de absorção e emissão, espectroscopia de fluorescência atômica, cromatografia líquida de alto desempenho e métodos cromatográficos ultrafuncionais, que requerem instrumentos complexos e caros, portanto o uso desses métodos tem limitações e não pode ser adequado para análise de campo3,4,5,6,7,8.

Os métodos analíticos eletroquímicos mostraram nos últimos anos que são uma abordagem promissora e podem substituir os métodos clássicos para a detecção quantitativa e qualitativa de arsênio. Os sistemas de diagnóstico eletroquímico têm vantagens como simplicidade na instrumentação, alta sensibilidade, seletividade e conveniência. Além disso, esses métodos têm a capacidade de serem miniaturizados, o que permite sua utilização em diferentes momentos e locais9. Um dos parâmetros que afetam os processos do eletrodo são as características da superfície do eletrodo, portanto, alterando a superfície do eletrodo fixando um reagente adequado, os objetivos analíticos, como sensibilidade e seletividade das reações químicas, podem ser aumentados. Pesquisas consideráveis ​​foram feitas sobre o desenvolvimento de sensores eletroquímicos para detectar espécies minerais de arsênio no ambiente. Nesse sentido, vários métodos têm sido propostos para modificar os eletrodos e obter a melhoria desejada nos resultados10,11,12.

Projetar e fabricar eletrodos modificados com nanomateriais tem atraído a atenção, e vários relatórios científicos têm sido publicados neste campo nos últimos anos13,14,15,16. As nanopartículas têm propriedades físicas, químicas, eletrônicas e ópticas únicas, e introduzi-las na estrutura do eletrodo pode induzir esses recursos em sensores eletroquímicos. A modificação de eletrodos com nanomateriais, para fins eletroquímicos e detecção de metais pesados, melhora a sensibilidade do sensor devido à alta relação superfície/volume e melhor condutividade17.