Development and application of graphite and polyurethane screen-printed composite electrodes

Um método de fabricação para eletrodos compósitos impressos à base de grafite e resina poliuretana (EIGPU) foi desenvolvido, iniciando-se pela tinta e processo para a impressão, além da otimização dos parâmetros para garantir a aplicabilidade e maximização da resposta dos mesmos. Os parâmetros otimizados na fabricação da tinta foram a composição de 60% grafite e 40% poliuretana (m/m), a natureza e quantidade de solvente, dimensão do conjunto impresso, quantidade de demãos aplicadas no processo de \"screen-printing\", espessura da máscara adesiva e o tipo de isolante que define os contatos elétricos e a área ativa do eletrodo. Também foi proposto e desenvolvido um procedimento de ativação da superfície do eletrodo, que consiste em uma compressão do compósito, seguido de tratamento eletroquímico da superfície do eletrodo de trabalho, que se mostraram fundamentais para o desempenho adequado do sensor. Os resultados desses estudos inciais foram avaliados usando K3[Fe(CN)6], como sonda eletroquímica. Em seguida, o EIGPU foi avaliado quanto ao seu potencial para determinação de analitos de interesse farmacológico, usando como modelo o paracetamola (APAP) e suas misturasb com cafeína (CAF) em amostras de fármacos (LOD=0,81a, 0,84b(APAP), 1,6b(CAF) µmol L-1); ambiental: Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ simultaneamente em amostras de etanol combustível (LOD=300, 65, 30, 46 nmol L-1, respectivamente) e biológico: epinefrina (EP) em amostras artificiais de fluido cérebro-espinal sintético (LOD=42,8 e 768 nmol L-1, para DPV e SWV, respectivamente). Para isso, foram usadas Voltametria Cíclica (CV), Voltametria de Pulso Diferencial (DPV), Voltametria de Pulso Diferencial de Redissolução Anódica (DPASV) e Voltametria de Onda Quadrada (SWV). Na determinação dos analitos de interesse ambiental, os eletrodos impressos foram modificados com sílica SBA-15, antes e após organofuncionalização com a espécie benzotiazol-2-tiol. Os compósitos modificados foram preparados substituindo quantidades correspondentes de pó de grafite de modo a obter eletrodos com 5% (m/m) do modificador. Antes de realizar as análises, foram feitas as otimizações dos parâmetros envolvidos em cada técnica escolhida e obtidas as curvas analíticas. Em seguida, o EIGPU foi utilizado na determinação dos analitos nas respectivas matrizes. A quantidade dos analitos presentes nas amostras foi determinada pelo método de adição de padrão, em triplicata. Os resultados foram comparados com aqueles obtidos por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e Espectroscopia de Absorção Atômica (AAS), para as análises farmacêuticas e ambientais, respectivamente.A method for the fabrication of a graphite polyurethane composite based screen printed electrodes (EIGPU) was proposed by developing a ink and a imprinting procedure after optimizing parameters such as ink composition 60% graphite and 40% polyurethane (m/m), nature and quantity of solvent, dimensions of the electrode set, number of ink layers, deepness of the adhesive mask and nature of the insulating that defines the active electrode area and the electrical contacts. Procedures for activating the electrode surface, by mechanically compressing the ink followed by an electrochemical treatment of the surface were also developed. The results of this phase were evaluated using K3[Fe(CN)6] as an electrochemical probe. Than the EIGPU was evaluated regarding its potentialities for the determination of analytes with pharmacological interest using paracetamola (APAP) and its mixturesb with caffeine (CAF) in pharmaceutical formulations (LOD=0,81a, 0,84b(APAP), 1,6b(CAF) µmol L-1), environmental relevance as metal ions Zn2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ determined simultaneously in ethanol fuel samples (LOD=300, 65, 30, 46 nmol L-1, respectively) and biologically important as epinephrine (EP) contained in artificial cerebro-spinal fluid. (LOD=42,8 e 768 nmol L-1, for DPV e SWV, respectively).These applications were achieved by means of Cyclic Voltammetry (CV), Differential Pulse Voltammetry (DPV), Square Wave Voltammetry (SWV) and Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry (DPASV). In the determination of the metal ions in ethanol fuel, the electrodes were modified with SBA-15 silica organofunctionalized with benzothiazol-2-thiol. The composities were prepared by substituting corresponding amounts of graphite powder in order to have 5% (m/m) of the modifier in the final device. Before performing the analysis several parameters were optimized for each case for each technique before measuring the analytical curves. After, the EIGPU was used in the determination of the different analytes in the chosen matrices. The amount of analytes present in the samples was determined using addition method in triplicate. The results were compared with those obtained using high performance liquid chromatography (HPLC) and Atomic Absorption Spectrocopy (AAS), as comparision methods