Um estudo comparativo sobre a seletividade e sensibilidade de novos eletrodos de cromo e cobre

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13400 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

4-Metilcumarina-7-iloxi-N-fenil acetamida e 4-metilcumarina-7-iloxi-N-4-nitrofenil acetamida foram sintetizados e usados ​​como novos ionóforos na matriz de pasta de carbono para produzir dois novos eletrodos potenciométricos modificados. A seletividade do eletrodo mudou de cobre (II) para cromo (III) com a adição de um grupo nitro ao anel fenil do ionóforo. A tendência dos ionóforos a íons foi confirmada por espectrofotometria UV-visível. Ambos os eletrodos foram modificados por nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) como um excelente modificador de eletrodo de pasta de carbono (CPE). A melhor resposta do sensor no caso de CPE seletivo de cobre (II) foi obtida por 5% de ionóforo, 65% de pó de grafite, 5% de MWCNT e 25% de óleo de parafina. Além disso, no caso de CPE seletivo de cromo (III), essas condições são 20% de ionóforo, 50% de pó de grafite, 5% de MWCNT e 25% de óleo de parafina. O CPE seletivo de cobre (II) apresentou um slope nernstiano de 32,15 mV/década dentro da faixa de concentração de 1,0 × 10–10–1,0 × 10–1 mol L−1, enquanto o CPE seletivo de cromo (III) apresentou um slope nernstiano de 19,28 mV/década na faixa de concentração de 1,0 × 10–10–7,0 × 10–3 mol L−1. Os eletrodos têm tempo de resposta curto de menos de 5 s e foram usados ​​com sucesso para determinar cobre (II) em águas residuais e para especiação de cromo (III) e cromo (VI).

Os metais tóxicos foram lançados no meio ambiente devido à industrialização global e têm causado sérias preocupações em todo o mundo, afetando a saúde humana1,2. Por exemplo, o cobre é necessário para o funcionamento adequado de vários sistemas enzimáticos importantes. As enzimas que contêm cobre são citocromo-c oxidase, ceruloplasmina, monoamina oxidase, tirosinase, fenilalanina hidroxilase e lisil oxidase. Por outro lado, a toxicidade é causada pela quantidade excessiva de cobre. Por exemplo, a doença de Wilson é um distúrbio autossômico recessivo causado pelo acúmulo de cobre nos olhos, fígado e cérebro. A doença de Wilson influencia o transporte intracelular hepático de cobre e sua consequente inclusão na bile e na ceruloplasmina3. Além disso, dois vários estados de oxidação do cromo normalmente encontrados em águas naturais são Cr (III) e Cr (VI). Ambos os tipos de cromo entram no meio ambiente de diferentes fontes na descarga de efluentes de galvanoplastia, indústrias de curtumes, energia de água de resfriamento, tingimento oxidativo, siderúrgicas e indústria química4. O cromo tem efeitos fisiológicos totalmente opostos nos sistemas biológicos em relação ao seu estado de oxidação. O cromo (III) é um elemento chave em mamíferos para manter o metabolismo de lipídios, glicose e proteínas. No entanto, o Cr (VI) é um material tóxico, pois pode oxidar outras espécies e tem impactos adversos nos pulmões, rins e fígado. Assim, é essencial determinar ambas as espécies considerando precisamente esses dois impactos contrários. Vários estudos de especiação foram realizados em diferentes características e toxicidade das formas químicas de cromo4,5,6. Portanto, é uma questão crítica medir esses íons devido ao limite estreito entre sua toxicidade e essencialmente.

Métodos analíticos, como espectroscopia de absorção atômica (AAS)7,8,9, fluorescência de raios X (XRF)10,11 e espectroscopia de emissão atômica de plasma acoplado indutivamente (ICP-AES)12,13,14 são realizados para determinar o nível de traços de metais como cobre e cromo. No entanto, esses procedimentos apresentam algumas desvantagens com base no custo e no tempo da análise de rotina e no tedioso processo de preparação da amostra. Portanto, a busca por novos métodos simples e rápidos para medição de metais pesados ​​é uma meta desafiadora.

Sensores eletroquímicos são amplamente utilizados para determinar diferentes espécies quanto à seletividade desejável e maior sensibilidade em suas respostas15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28. Nesse sentido, os eletrodos potenciométricos de pasta de carbono (CPEs) são amplamente utilizados como instrumentos simples para detectar diferentes analitos em relação à sua fácil construção, maior relação sinal-ruído, fácil renovabilidade da superfície, estabilidade de resposta, métodos de baixo custo, menor resistência ôhmica, não necessitando de solução interna29,30. Mais proeminentemente, os eletrodos de pasta de carbono podem ser simplesmente modificados com diferentes tipos de modificadores inorgânicos ou orgânicos, apenas misturando o modificador com aglutinante e carbono no estágio de preparação da pasta. O estado da superfície do eletrodo pode ser melhorado pela modificação, o que aumenta significativamente os sinais do alvo. Os recursos de detecção de íons dos CPEs potenciométricos são baseados principalmente na natureza dos materiais sensores utilizados25,26,27,28,29,30,31,32. Recentemente, os nanomateriais à base de carbono têm sido amplamente explorados como trocadores de elétron-íon para melhorar o desempenho do eletrodo devido à sua maior área de superfície específica, boa hidrofobicidade, estabilidade química e condutividade elétrica16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29.