Utilization of gold and copper electrodes in electroanalysis: amperometric detection of ethanol in breath and other applications

A potencialidade do eletrodo de cobre em meio alcalino foi demonstrada para o determinação de etanol a +0,6 V vs Ag/AgCl. A participação de espécies solúveis de Cu(III) no processo eletrocatalítico envolvendo a oxidação do etanol foi demonstrada por experimentos utilizando eletrodo disco-anel. A influência do potencial de pré-tratamento no sinal anódico foi investigada e correlacionada com a morfologia dos filmes formados na superfície do eletrodo por EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy), indicando que as espécies de Cu(III) são originadas a partir da oxidação da camada de CuO. As medidas de etanol foram realizadas por amperometria em 0,6 V (vs Ag/AgCl). A repetibilidade das medidas utilizando padrão aquoso de etanol 0,05 % (v/v) foi de 3 % (v/v) e os limites de detecção e quantificação foram de 0,005 % (v/v) e 0,01 % (v/v), respectivamente. Nas condições experimentais otimizadas, o sensor amperométrico foi utilizado para o monitoramento da concentração de etanol no ar exalado (BrAC), que foi convenientemente coletado em um balão de borracha (V = 3 L) e introduzido em uma solução de NaOH 1 mol L-1 (V = 10 mL). O sensor apresentou uma faixa linear para concentrações de etanol em ar exalado na faixa de 0,26 130 mg L-1, operando de acordo com os parâmetros analíticos especificados na Legislação Brasileira para a quantificação de etanol no ar exalado em condutores de veículos automotores. A constante de eliminação de etanol do corpo humano também foi investigada e os resultados concordaram com os valores da literatura. Empregando-se eletrodos de Cu e Au foram também desenvolvidas outras metodologias para a quantificação de dipirona, glicose e ácido ascórbico e sistemas em fluxo. Estudos sobre o desenvolvimento e propriedades de um sistema gerador-coletor foram realizados e o dispositivo foi utilizado em titulações de substâncias redutoras com iodo gerado eletroquimicamente.A copper disc working electrode in alkaline solutions was demonstrated to act as a suitable amperometric sensor for ethanol determination at +0.6 V vs Ag/AgCl. The participation of free-soluble Cu(III) species in the electrocatalytic process involving the anodic oxidation of ethanol has been demonstrated by rotating ring-disc electrode voltammetry. The influence of the pretreatment potential on the anodic signal was investigated and a correlation with the morphology of the electrode surface characterized by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) indicated that the Cu(III) species is originated from the oxidation of a CuO layer. Ethanol measurements were performed in the amperometric mode at 0.6 V (vs Ag/AgCl). The repeatability of the measurements for a 0.05 % aqueous ethanol solution was estimated as 3 %, and the detection and quantification limits were determined as 0.005 % and 0.01 %, respectively. At the optimum experimental conditions, the amperometric sensor was used to monitor the concentration of ethanol in breath (BrAC), which was conveniently collected in a rubber air balloon (volume = 3 L) and introduced in a 1 mol L-1 NaOH working solution (volume = 10 mL). The sensor can measure a person\'s breath ethanol over the concentration range 0.26 - 130 mg L-1 by operating it according to an established protocol, of which the analytical parameters are specified by the Brazilian Legislation for BrAC measurements in drivers. The rate of ethanol degradation in the body was followed, and the results agree with predictions in the literature. Methodologies for the determination of dipyrone, glucose and ascorbic acid were also developed by using Cu and Au electrodes. Features of a dual-band electrochemical cell were investigated towards the development of a generator-collector system, which was employed in titrations with electrogenerated iodine