Desenvolvimento de dispositivo analítico usando impressão 3D para análises voltamétricas em microvolumes

A tecnologia de impressão 3D (manufatura aditiva) tem se mostrado uma poderosa ferramenta para a construção de dispositivos analíticos. Neste contexto, este trabalho traz como novidade um adaptador para micropipetas comerciais, impresso em copolímero de acrilonitrila butadieno estireno (ABS) ou ácid...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2019
Main Author: Azevedo, Gustavo Chevitarese lattes
Orientador/a: Matos, Renato Camargo lattes
Banca: Muñoz, Rodrigo Alejandro Abarza, Dornellas, Rafael Machado, Oliveira, Marcone Augusto Leal de, Andrade, Gustavo Fernandes Souza
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10072
Resumo Português:A tecnologia de impressão 3D (manufatura aditiva) tem se mostrado uma poderosa ferramenta para a construção de dispositivos analíticos. Neste contexto, este trabalho traz como novidade um adaptador para micropipetas comerciais, impresso em copolímero de acrilonitrila butadieno estireno (ABS) ou ácido polilático (PLA), permitindo o uso de microeletrodos no interior de ponteiras plásticas. O trabalho trata ainda sobre a construção de um puxador de micropipetas de vidro (micropipette puller) simplificado, com materiais de fácil aquisição para a obtenção de capilares para a confecção dos microeletrodos. Os microeletrodos fabricados foram caracterizados eletroquimicamente e através de microscopia óptica, com uma boa concordância nos valores de diâmetro medidos (cerca de 10,01 μm para platina e 18,57 μm para ouro). Foi realizada a determinação de catecol em suor e saliva sintéticos utilizando volumes reduzidos de amostra (5 μL), com valores de recuperação que variaram de 90 a 110 %. Foram estabelecidos ainda limites de detecção e quantificação instrumentais da ordem de 18 e 54 μmol L-1, respectivamente, para a amostra de saliva sintética e 51,5 e 156,0 μmol L-1, respectivamente, para a amostra de suor sintético. Em um segundo momento, o adaptador foi testado em diferentes solventes orgânicos e aplicado na determinação de ferroceno em 10 μL de DMF apresentando linearidade na faixa de 41 a 142 μmol L-1. Limites de detecção e quantificação de 7,5 e 22,8 μmol L-1, respectivamente, foram estabelecidos para o microeletrodo de platina e 6,1 e 18,5 μmol L-1, respectivamente, para o microeletrodo de ouro. Foi ainda comprovado o processo de difusão radial envolvido, através do critério de Thomeš, obtendo-se um valor de 55,2 mV. No terceiro trabalho, foi desenvolvido um método eletroanalítico para determinação de dopamina usando microeletrodo de ouro modificado com platina, os testes mostraram que a modificação traz um ganho de cerca de 40 % de sinal analítico, e que a presença de dopamina no meio foi altamente dependente do pH, com a consequente perda de sinal analítico. O método proposto foi avaliado com relação aos limites de detecção e quantificação, que foram 15,6 e 51,9 μmol L-1, respectivamente. Outro trabalho desenvolvido foi a determinação de cobre em águas naturais, com limites de detecção e quantificação da ordem de 7,98 e 26,6 μg L-1 respectivamente e uma faixa linear entre o limite de quantificação e 500 μg L-1. Por fim, for realizada a determinação de chumbo em água de abastecimento usando microeletrodo de ouro modificado com filme de bismuto, com concentrações de chumbo entre 30 e 180 μg L-1.
3D printing technology (additive manufacturing) has proven to be a powerful tool for building analytical devices. The novelty of this work is an adapter for commercial micropipettes, printed on a copolymer of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) or polylactic acid (PLA), allowing the use of microelectrodes inside plastic tips. The work also deals with the construction of a simplified micropipette puller with materials easily obtained, for the making of the microelectrodes. The microelectrodes manufactured were characterized electrochemically and by optical microscopy, with a good agreement in the measured diameter values (about 10.01 μm for platinum and 18.57 μm for gold). The determination of catechol in synthetic sweat and saliva was performed using reduced sample volumes (5 μL), with recovery values ranging from 90 to 110%. It was also established instrumental detection and quantification limits of the order of 18 and 54 μmol L-1, respectively, for the synthetic saliva sample and 51.5 and 156.0 μmol L-1, respectively for the synthetic sweat sample. In a second moment, the adapter was tested in different organic and applied in the determination of ferrocene in 10 μL of DMF, presenting linearity in the range of 41 to 142 μmol L-1. Limits of detection and quantification of 7.5 and 22.8 μmol L-1, respectively, were established for the platinum microelectrode and 6.1 and 18.5 μmol L-1, respectively, for the gold microelectrode. It was also verified the process of radial diffusion involved, using the Thomeš criterion, obtaining a value of 55.2 mV. In the third moment of the project, an electroanalytical method was developed for determination of dopamine using platinum modified gold microelectrode. The tests showed that the modification brings a gain of about 40% of analytical signal, and that the presence of dopamine in the medium is highly dependent on the pH, with the consequent loss of analytical signal. The proposed method was evaluated with respect to the limits of detection and quantification, which were 15.6 and 51.9 μmol L-1, respectively. Favorable conditions were sought for the quantification of copper in a sample of water supply, with limits of detection and quantification of the order of 7.98 and 26.6 μg L-1 respectively and a linear range between the limit of quantification and 500 μg L-1. Finally, the determination of lead in water supply was carried out using gold microelectrode modified with bismuth film, with concentrations of lead between 30 and 180 μg L-1.