Determinação amperométrica de antioxidantes empregando um dispositivo microfluídico baseado em fios texteis

Orientador: Dr. Márcio Fernando BergaminiCoorientador: Dr. Luiz Humberto Marcolino Jr.Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 24/02/2017Inclui referências: p. 68-77Resumo: Neste trabalho é descrito a construção e utilização de um dispositivo microfluídico eletroanalítico baseado em fio têxteis (?TED) cuja estrutura foi obtida por meio de impressão 3D, tendo como matéria-prima o polímero ABS (acrilonitrila butadieno estireno), utilizando fios têxteis como canais microfluídicos e empregando eletrodos de carbono impressos como detector eletroquímico na determinação amperométrica de antioxidantes em amostras de vinhos. O comportamento eletroquímico dos antioxidantes escolhidos como padrões, sendo estes o ácido gálico e o ácido cafeico, foi estudado na faixa de pH de 2,0 - 6,0, aplicando-se a técnica de voltametria cíclica. Os parâmetros envolvidos na detecção amperométrica e no desempenho analítico, foram estudados e otimizados, utilizando condições experimentais que apresentaram as melhores respostas sendo estas uma vazão de 0,31 ?L s-1, potencial de detecção de 0,30 V e volume de injeção de 2,0 ?L. O método proposto apresentou uma reprodutibilidade com desvios menores que 10% entre as medidas, uma resposta linear para o intervalo de concentração (LDR) de 5,0 a 1000,0 ?mol L-1 para ambos os antioxidantes e limites de detecção (LD) e limites de quantificação (LOQ) de 8,0 x 10-7 e 2,7 x 10-6 mol L-1 para o ácido cafeico, e de 1,5 x 10-6 e 5,0 x 10-6 mol L-1 para o ácido gálico. A frequência analítica para o ácido cafeico foi de 72 injeções por hora, enquanto que para o ácido gálico esta foi de 43 injeções por hora. O estudo de espécies interferentes foi realizado com a adição de três diferentes concentrações de bissulfito de sódio, sendo uma 10x menor, igual e 10x maior, às soluções com concentração fixa dos padrões de antioxidantes, em que apenas em concentração 10x maior de interferentes houve a obtenção de sinais de corrente significativamente maiores do que os obtidos pela solução de padrões. A metodologia proposta foi aplicada para a determinação da capacidade antioxidante em amostras de vinho e os resultados foram comparados com os fornecidos pelo método espectrofotométrico utilizando o reagente de Folin- Ciocalteu, que é o método recomendado para a análise de polifenóis totais pela OIV (Organização Internacional da Uva e do Vinho). Foi observado a mesma variação nos valores de concentração de antioxidantes para os dois métodos, apresentando maior capacidade antioxidante para os vinhos tintos do que para o branco e apresentando uma capacidade antioxidante que segue a seguinte tendência para os diferentes tipos de uva testados: Carmenere > Cabernet Sauvignon > Sauvigon Blanc. O método proposto vem como uma alternativa interessante aos métodos espectrofotométricos, já que com o uso dos eletrodos de carbono impressos combinado a um sistema microfluídico, abre-se a possibilidade da construção de um sistema portátil e que permite a automação das medidas. Palavras-chave: Sistemas microfluídicos; Dispositivo eletroquímico baseado em fios têxteis; Antioxidantes; Eletrodo impresso; AmperometriaAbstract: This work describes the construction and use of a thread-based electroanalytical devices (?TED) which structure was printed by a 3D printer usiing ABS (acrylonitrile butadiene styrene) polymer as substrate. Cotton threads were used as solution channels and screen-printed carbon electrodes (SPCE) as electrochemical detector for the amperometric determination of antioxidants in wine samples. The electrochemical behavior of the antioxidants chosen as standards, gallic acid and caffeic acid, was studied in the pH range of 2.0 - 6.0 by cyclic voltammetry. The parameters involved in the amperometric detection and the analytical performance were studied and optimized using experimental conditions that obtained the best responses (flow rate of 0.31 ?L s-1, applied potential of 0.30 V and volume of injection of 2.0 ?L). Thus, the proposed method presented a residual standard deviation (RSD) for repeatability between the measurements less than 10%, a linear response for the concentration range (LDR) of 5.0 to 1000.0 ?mol L-1 for both antioxidants and limits of detection (LOD) and limits of quantification (LOQ) of 8.0 x 10-7 and 2.7 x 10-6 mol L-1 for caffeic acid, and 1.5 x 10-6 and 5.0 x 10-6 mol L- 1 for gallic acid. The analytical frequency for caffeic acid was 72 injections per hour, whereas for gallic acid this was 43 injections per hour. The study of concomitant species was carried out with the addition of three different concentrations of sodium bisulfite, being a 10x smaller, equal and 10x larger, to the solutions with fixed concentration of the antioxidant patterns, in which only in 10x greater concentration of interferents presented current signals significantly higher than those obtained by the standards solution. The proposed methodology was applied for the determination of antioxidant capacity in wine samples and the results were compared with those provided by the spectrophotometric method using the Folin-Ciocalteu reagent, which is the recommended method for the analysis of total polyphenols by the OIV ( International Organization of Vine and Wine).It was observed a same variation in the values of antioxidant concentration for the two methods, presenting a greater antioxidant capacity for the red wines than for the white and presenting an antioxidant capacity that follows the following tendency for the different types of grape tested: Carmenere > Cabernet Sauvignon > Sauvigon Blanc. To sum up, the proposed method comes as an interesting alternative to spectrophotometric method, since with the use of screen-printed carbon electrodes combined with a microfluidic system, makes possible to construct a portable system and the automation of measurements. Keywords: Microfluidic systems; Thread-based electroanalytical device; Antioxidants; Screen-printed electrode; Amperometry