Dissertação
Construção e caracterização de micro-células voltamétricas para análises em volumes reduzidos
Construction and characterization of voltammetric micro-cells to analyses in reduced volumes
Registro en:
SILVA, Rodrigo Amorim Bezerra da. Construction and characterization of voltammetric
micro-cells to analyses in reduced volumes. 2009. 80 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.
Autor
Silva, Rodrigo Amorim Bezerra da
Institución
Resumen
In this work the construction and characterization of alternative voltammetric
microcells for the analysis of small volumes are presented. Two electrode arrangements
are proposed. In the first arrangement three electrodes were incorporated into
micropipette tips and, in the second one, the three electrodes were inserted at the interior
of microchannels (thin layer cells). For their constructions, it was used cheap and/or
reusable (disposable) materials such as polycarbonate basis (from CD-Rs), micropipette
tips, silver and graphite composites, metallic wires, etc.
According to this view, it was developed a graphite composite containing epoxy
adhesive in the presence of cyclohexanone solvent. This composite, after the
optimization of the proportions of its constituent parts, can be used as material for
electrodes, such as pseudo-reference, auxiliary and working electrodes and for electrical
contact. Cyclic voltammograms obtained in solution of potassium ferrocyanide has
showed that electrodes constructed with this material have high durability, good interelectrode
reproducibility (relative standard deviation = 4%; n=5), stability in a microcell
where the three electrodes are situated in a micropipette tip (RSD = 1.82 %; n=10) and
when the electrodes are inserted in a thin layer cell (RSD = 1%; n = 8; Cd e Pb). Good
correlation coefficients were obtained for amperograms of increasing concentrations of
potassium ferrocyanide in basic medium (R = 0.999), and voltammograms for
increasing concentrations of Pb and Cd in acid medium, as much for the microcell
constructed in micropipette tip (R=0,998 and 0,997) as for the thin layer microcell (R =
0.996 and 0.996).
Studies proved that similar relative standard deviations are obtained
(repeatibility and reproducibility) in case of experiments carried out using composite
materials as pseudo-reference and auxiliary electrodes are compared to those obtained
using commercial reference (Ag/AgCl/KCl sat.) and auxiliary (platinum) electrodes.
These results are independent of pH and electrolyte.
A better performance was observed for microcells constructed on micropipette
tips containing gold as working electrode (in micrometric scale) if the gold wire was previously immersed in a PVC solution and after immobilized in the interior of the
micropipette tip (using epoxy adhesive). When the graphite composite was used as
working electrode, a sensitive improvement was obtained by their performance when
the internal surface of the micropipette tip was previously covered with epoxy adhesive
and the composite introduced subsequently. It is supposed that in both cases, this ability
inhibited or delayed water infiltration.
Similar cyclic voltammetric responses were obtained for comparative studies
between small volumes (up to 3 mL) and large volumes (~ 5 mL), used in conventional
electrochemical cells, on the micropipette tip arrangement.
The microcells developed in this work are practical because it is not necessary a
specific support for the positioning of the three electrodes in a cell as it occurs with
commercial approaches. Moreover, using the same electrodes arrangements is possible
to work in different experimental conditions (stationary and flow rate mode). Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Química Neste trabalho é apresentada a construção e a caracterização de microcélulas
voltamétricas alternativas para a análise em volumes reduzidos. Dois arranjos de
eletrodos são propostos: em um, os três eletrodos se encontram na extremidade de
ponteiras e no outro, no interior de microcanais (camada delgada). Para as suas
construções foram utilizados materiais de baixo custo e/ou reaproveitados como bases
de policarbonato (de CD-Rs), ponteiras de micropipetas, compósitos de grafite e prata,
fios metálicos, dentre outros.
Nesta perspectiva, foi desenvolvido um compósito de grafite e adesivo epóxi na
presença do solvente ciclohexanona. Este compósito, após a otimização das proporções
de seus componentes, é útil tanto como material para eletrodos de pseudo-referência
(EPR), auxiliar (EA) e de trabalho (ET), como para contato elétrico. Voltamogramas
cíclicos obtidos em solução de ferrocianeto de potássio mostraram que eletrodos
construídos com este material apresentam alta durabilidade, além de boa
reprodutibilidade inter-eletrodo (desvio padrão relativo = 4 %; n = 5). Uma boa
estabilidade foi observada quando os compósitos foram inseridos numa microcélula
onde os três eletrodos estão posicionados em uma ponteira (DPR = 1,82 %; n = 10) e
quando são inseridos numa célula de camada delgada (DPR < 1%; n = 8; Cd e Pb).
Ótimos coeficientes de correlação foram obtidos para amperogramas de concentrações
crescentes de ferrocianeto de potássio em meio básico (R = 0,999), e voltamogramas
para concentrações crescentes de Pb2+ e Cd2+ em meio ácido, tanto para a microcélula
construída na ponteira de micropipeta (R = 0,998 e 0,997), como na microcélula de
camada delgada (R = 0,996 e 0,996).
Estudos comprovaram que desvios padrões relativos similares foram obtidos
(repetibilidade e reprodutibilidade) quando experimentos são realizados usando
materiais compósitos como eletrodo de pseudo-referência e auxiliar são comparados aos
obtidos usando eletrodos de referência (Ag/AgCl/KCl sat.) e auxiliar (Pt) comerciais.
Estes resultados independem do pH e do eletrólito usado. Um melhor desempenho foi observado para microcélulas construídas em
ponteiras contendo eletrodos de trabalho de ouro (em escala micrométrica) quando estes
eram previamente imersos em soluções de PVC e posteriormente inseridos no interior
da ponteira (usando adesivo epóxi). No caso dos ET de compósito de grafite, uma
sensível melhora foi obtida no desempenho dos mesmos quando a superfície interna da
ponteira era previamente pincelada com adesivo epóxi e o compósito introduzido
posteriormente. Supõe-se que, em ambos os casos, este artifício impede ou retarda a
infiltração de água.
Estudos comparativos usando volumes reduzidos (até 3 mL) e volumes utilizados
em células convencionais (~ 5 mL) por voltametria cíclica com a microcélula construída
em uma ponteira de micropipeta apresentaram uma igualdade no perfil das medidas.
As microcélulas desenvolvidas neste trabalho apresentam praticidade, pois não é
necessário um suporte específico para o posicionamento dos três eletrodos em uma
célula, como acontece com células e eletrodos comerciais. Além disso, com o mesmo
arranjo de eletrodos é possível trabalhar em diferentes condições experimentais, tanto
em medidas estacionárias como em fluxo.