Eléctrodos de filme de carbono : caracterização e aplicação em sensores e biossensores electroquímicos

Abstract

Neste trabalho investigaram-se as propriedades electroquímicas e microestruturais de eléctrodos de filme de carbono com vista à sua utilização em sensores e foram aplicados como eléctrodo-substrato para sensores e biossensores electroquímicos. Os eléctrodos foram preparados a partir de resistências eléctricas de filme de carbono de valores nominais 1,5, 2, 15, 140  e 2 k. A caracterização electroquímica foi efectuada através das técnicas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância electroquímica (EIS) em diferentes soluções de electrólito suporte. Observou-se que os eléctrodos de 1,5 e 2,0  apresentam uma larga janela de potencial e parâmetros cinéticos próximos de reversibilidade após pré-tratamento electroquímico. Os eléctrodos das resistências de 15 e 140  têm uma cinética mais lenta, enquanto que os das resistências de 2 k mostram perfis voltamétricos menos definidos. Da análise da morfologia dos filmes de carbono realizada através de microscopia de força atómica, verificou-se que a uniformidade destes aumenta com a diminuição do valor da resistência nominal. A maior uniformidade foi relacionada com as melhores características electroquímicas obtidas. A estrutura grafítica dos filmes de carbono foi observada por microscopia de Raman confocal e por análise de difracção de raios-X. Os eléctrodos de filme de carbono de resistência de 2  foram modificados com filmes de Nafion e de bismuto para serem usados como sensores electroquímicos de concentrações sub-micromolares de catiões de metais pesados em amostras naturais por técnicas de pré-concentração, exemplificados por cádmio e chumbo. Estudou-se através de EIS a influência do tensioactivo Triton X- I 00 nos resultados experimentais obtidos, utilizado para simular as condições em amostras naturais ambientais, e da modificação dos eléctrodos nas propriedades interfaciais do filme de carbono. Observou-se que os eléctrodos modificados com filmes de bismuto e protegidos com filmes de Nafion facilitam a deposição dos iões metálicos, sugerindo que estes eléctrodos modificados são melhores para a electroanálise dos iões cádmio e chumbo do que os eléctrodos de filmes de carbono modificados apenas com Nafion. Utilizaram-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) funcionalizados em ácido nítrico para modificar eléctrodos de filme de carbono de 2  para o desenvolvimento de biossensores enzimáticos para glucose e etanol. As enzimas foram imobilizadas nos eléctrodos através do método de reticulação com glutaraldeído. Foram observados efeitos electrocatalíticos devidos à presença dos MWCNT em comparação com os biossensores desenvolvidos em eléctrodos sem MWCNT. A sensibilidade obtida com o biossensor modificado com MWCNT foi 20 vezes superior à do biossensor sem MWCNT. Os mediadores redox hexacianoferrato de cobre e poli(vermelho neutro) foram utilizados na modificação dos eléctrodos de filme de carbono e avaliadas as suas características electroquímicas. Os eléctrodos modificados com filmes de PNR foram utilizados, com sucesso, para o desenvolvimento de um biossensor enzimático para a glucose, onde a enzima glucose oxidase foi encapsulada numa matriz de sol-gel oxisilano, a funcionar a potenciais perto de zero onde as interferências são pequenas.