Planejamento textural e estrutural de materiais a base de sílica para serem aplicados na preparação de sensores eletroquímicos

Abstract

Neste trabalho foram desenvolvidos materiais a base de sílica com diferentes características texturais previamente planejadas, para serem aplicados como eletrodos na determinação de analitos de interesse em biomedicina. Sílicas micro e mesoporosas, com e sem estrutura de poros ordenada, foram obtidas e aplicadas como eletrodo, sendo estudada a influência das características texturais da sílica no desempenho do eletrodo. Foi observado que a área superficial específica e o volume de poros são parâmetros que influenciam na área eletroativa do eletrodo, sendo que os maiores valores foram observados para eletrodos que apresentam estrutura de poros ordenada. O eletrodo modificado com sílica MCM-41 mostrou o melhor desempenho na determinação de sulfametoxazol (SMX). A sensibilidade obtida foi de 0,0243 A∙μmol-1∙L e o limite detecção encontrado foi de 3,10 μmol∙L-1. Estes resultados são excelentes, considerando que os eletrodos são constituídos apenas de sílica sem adição de outros componentes. Foi estabelecido um procedimento experimental para obtenção de diferentes quantidades de óxido de titânio altamente disperso pelo método grafting na superfície dos poros da sílica do tipo SBA-15. Esse material foi aplicado como eletrodo de pasta carbono modificado para determinação de SMX e trimetoprima (TMP). O eletrodo apresentou excelente resposta para determinação simultânea de ambos os antibióticos em ampla faixa de concentração linear, com alta sensibilidade de 0,0105 e 0,0251 A·μmol-1·L e baixo limite de detecção 0,06 e 0,07 mol·L-1, para SMX e TMP, respectivamente. Além disso, nióbia altamente dispersa na superfície de SBA-15 foi modificada com hematoporfirina de cobalto. Esse material foi usado para confecção de eletrodo para determinação de ácido oxálico e ácido úrico. A sensibilidade obtida para o ácido oxálico foi de 1,445×10-2 A·μmol-1·L e o limite detecção calculado foi de 9,94 μmol∙L-1. Para o ácido úrico a sensibilidade foi 0,3843 A·μmol-1·L e o limite de detecção obtido foi de 0,175 μmol∙L-1. Todos os eletrodos desenvolvidos mostram-se promissores para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos.

In the present work, sílica based materials with different textural characteristics were developed. These characteristics were previously planned to be applied as electrodes for determination of several analytes of biomedical interest. Micro and mesoporous silica materials, with and without ordered pore structure, were obtained and applied as electrode, where the influence of texture in the performance of the electrode was studied. The study showed that the surface area and pore volume influence in the electroactive area of the electrode, and the higher values were attained for the materials with ordered pore structure. The electrode modified with MCM-41 silica showed the best performance in the sulfamethoxazole (SMX) determination. The obtained sensibility was 0.0243 A∙μmol-1∙L and the found detection limit was 3.10 μmol∙L-1. These results are excellente taking into account that the electrodes are constituted only by silica, without addition of other components. An experimental procedure to obtain varied amounts of titanium oxide highly dispersed on the pore surface of SBA-15 silica was established, by using the grafting method. This material was applied as modified carbon paste electrode for SMX and trimethoprim (TMP) determination. The electrode showed excellent response for simultaneous determination of both antibiotics, in a wide range of linear concentration, with high sensibility, 0.0105 and 0.0251 A·μmol-1·L, low detection limit, 0.06 and 0.07 mol·L-1, for SMX and TMP, respectively. Beside this, niobia highly dispersed on SBA-15 surface was modified with cobalt hematoporphyrin. This material was used to manufacture electrode to be applied for oxalic and uric acids determination. The obtained sensibility for oxalic acid was 1,445×10-2 μA∙ μmol-1∙L and the detection limit was 9.94 μmol∙L-1. For uric acid the sensibility was 0.3843 μA∙ μmol-1∙L and the detection limit was 0.175 μmol∙L-1. The developed electrodes are very promising to be applied in the development of electrochemical sensors.