Campus de Ilha Solteira DENYS RIBEIRO DE OLIVEIRA NANOPARTÍCULAS DE HEXACIANOFERRATO (II) DE CÉRIO (III) EM MEIO ÁGUA/FORMAMIDA E SUA APLICAÇÃO NA ELETRO- OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA Ilha Solteira 2019 2       Campus de Ilha Solteira DENYS RIBEIRO DE OLIVEIRA NANOPARTÍCULAS DE HEXACIANOFERRATO (II) DE CÉRIO (III) EM MEIO ÁGUA/FORMAMIDA E SUA APLICAÇÃO NA ELETRO- OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – UNESP como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciência dos Materiais. Área de conhecimento: Química dos Materiais Orientador: Prof. Dr. Devaney Ribeiro doCarmo Ilha Solteira 2019 XACIANOFERRATO (II) DE CÉRIO (III) EM MEIO ÁGUA/FORMAMIDA E SUA APLICAÇÃO NA ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA(mestrado) Materiais Materiais 3 FICHA CATALOGRÁFICA Desenvolvido pelo Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação Oliveira, Denys Ribeiro de. Nanopartículas de Hexacianoferrato (II) de Cério (III) em meio água/formamida e sua aplicação na eletro-oxidação catalítica da L-dopamina / Denys Ribeiro de Oliveira. -- Ilha Solteira: [s.n.], 2019 98 f. : il. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira. Área de conhecimento: Química dos Materiais, 2019 Orientador: Devaney Ribeiro do Carmo Inclui bibliografia 1. Caracterização espectroscópica. 2. Nanopartículas de Hexacianoferrato (II) de Cério (III). 3. Voltametria. O482n     Dedico essa dissertação ao meu grande herói, meu avô Marcelino Oliveira, a minha família e a todos meus amigos.       AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. Agradeço ao meu Orientador Prof. Dr. Devaney Ribeiro do Carmo, pelos ensinamentos e pela orientação durante essa jornada, também ao Prof. Dr. Renato Grillo por todo incentivo e contribuições feitas ao longo do projeto. Ao meu avô Marcelino e minha Mãe Aparecida, e as minhas irmãs Ana Paula e Josiane. À Terezinha por ter me acolhido, encorajado por ter sido minha mãe em Ilha Solteira, também a minha querida amiga Amanda pela força e ajuda no começo. Ao Leonardo por ter sido meu companheiro e parceiro de todos os momentos de dificuldades e alegrias, a minha eterna gratidão. Aos meus queridos amigos: Debora, Bruno, Denis e Rogerio; por todos os momentos de descontração que passamos juntos, tudo que vivemos nessa cidade pela torcida e pelo apoio Aos membros do Grupo de Analítica e Materiais Nanoestruturados:Priscila, Kelly, Bianca, Vitor, Tamires, Daniela e em especial, à Mariana, Maiara, por toda ajuda e ensinamentos transmitidos para a realização deste projeto. Ao corpo docente, funcionários e amigos do Departamento de Física e Química da UNESP de Ilha Solteira, pela contribuição na realização desse projeto e no meu crescimento profissional. 7     “Eu tenho uma espécie de dever, dever de sonhar, de sonhar sempre, pois sendo mais do que um espectador de mim mesmo, eu tenho que ter o melhor espetáculo que posso. E assim me construo a ouro e sedas, em salas supostas, invento palco, cenário para viver o meu sonho entre luzes brandas e músicas invisíveis.” Fernando Pessoa 8     RESUMO Neste trabalho esta descrito a preparação de nanopartículas de Hexacianoferrato (II) de Cério (III) (NpsCe), em quatro proporções diferentes de solventes a saber: Água/Formamida (100:0; 80:20; 40:60; 0:100), afim de se investigar a influência dos solventes no tamanho, morfologia, nas propriedades físico-químicas, voltamétrica e eletrocatalíticas da NpsCe. As Nps foram caracterizadas pelas técnicas de Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR), Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Potencial Zeta, Voltametria Cíclica (VC) e Voltametria de Pulso Diferencial (VPD). Dos quatro sistemas estudados apenas o CeHCF-1 (100/0) e o CeHCF - 3 (40/60) se apresentaram sensíveis a concentrações do neurotransmissor L-dopamina permitindo a confecção de uma curva de calibração. O sistema CeHCF-1 apresentou duas regiões linerares de sinal em função da concentração de L-dopamina, com limite de detecção (LD) de 0,125 mmol L-1 e 0,023 mmol L-1 obtido pelas técnicas de VC e VPD, respectivamente. Para o sistema CeHCF-3 observou-se por VC uma região linear de intensidade de corrente anódica e a concentração de L-dopamina com LD de 0,0317 mmol L-1, já por VPD apresentou duas regiões lineares de sinal em função da concentração de L- dopamina, com LD de 1,98 x 10-4 e 0,0104 mmol L-1. O sistema CeHCF – 3 apresentou promissor a detecção e quantificação de DA em amostras reais. Assim realizou-se o estudo para avaliar a seletividade deste frente a substâncias comumente encontrada em amostras fisiológicas que possuem potênciais de oxidação e redução próximo ao da L-dopamina. As substâncias potencialmente interferentes estudadas foram a Ureia e o Ácido Ascórbico (AA). O sistema CeHCF-3 se mostrou seletivo, não havendo interferência significativas das substâncias supracitadas, ficando abaixo de 3,5%. Posteriormente este foi aplicado com sucesso na detecção de L-dopamina em amostras de urina sintética tendo uma porcentagem de recuperação entre 97,7 e 101,5%. Palavras-chave: Caracterização espectroscópica. Nanopartículas de hexacianoferrato (II) de cério (III). Voltametria.       ABSTRACT This work is rearmed to nanoparticles of Cerium (III) Hexacyanoferrate (II) (NpsCe) analog of PB in four different proportions of Water / Formamide solvents (100: 0, 80:20, 40:60, 0: 100 ), to investigate the influence of solvents on the size, morphology, physicochemical, electrochemical and electrocatalytic properties of NpsCe. The Nps were characterized by the techniques of Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Zeta Potential, Cyclic Voltammetry (CV) and Differential Pulse Voltammetry (DPV). Of the four systems studied, only CeHCF-1 (100/0) and CeHCF-3 (40/60) are formed in small concentrations of the neurotransmitter L-dopamine. The CeHCF-1 system showed two signal regions as a function of L-dopamine concentration, with detection limit (LD) of 0.125 mmol L-1 and 0.023 mmol L-1 given by the CV and DPV techniques, respectively. For the CeHCF-3 system it can be seen as a linear signal region as a function of the L-dopamine concentration by the CV technique with LD of 0.0317 mmol L-1, or by DPV through two linear signal regions in the function of the concentration of L-dopamine, with LD of 1.98 x 10-4 and 0.0104 mmol L-1. The launched CeHCF – 3 system promises to detect and quantify DA in real cases. Thus, a study was carried out to reduce the resistance of a substance found in the physiological industries that have the potential of oxidation and reduction of the DA. Substantial subtranslators studied here were Urea and Ascorbic Acid (AA). The CeHCF-3 system was not selective and was not classified as being above mentioned, being below 3.5%. Subsequently this was successfully applied in the detection of L-dopamine in synthetic urine samples with a recovery percentage between 97.7 and 101.5%. Keywords: Spectroscopic characterization. Nanoparticles of cerium (III) hexacyanoferrate (II). Voltammetry.       LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Representação ilustrativa do aumento da área superficial de um mesmo volume de material com relação ao tamanho de suas partículas 22 Figura 2 - Formula estrutural da Formamida 23 Figura 3 - Formas de ressonância da Formamida 24 Figura 4 - Representação da célula unitária do AP, somente as águas coordenadas são mostradas 26 Figura 5 - Esquema representativo de eletrodo de pasta de grafite 30 Figura 6 - Esquema básico de biossíntese da DA 31 Figura 7 - (A) Variação de potencial na forma de uma onda triangular. (B) Voltamograma obtido por voltametria cíclica 39 Figura - 8 Esquema base da VPD 42 Figura 9 - Representação básica de um sistema eletroquímico 43 Figura 10 - Espectroscopia na região do infravermelho das nanopartículas de CeHCF : (A) Hexacianoferrato de Potássio II; (B) CeHCF-1 (100% Água); (C) CeHCF-2 (80% Água e 20% Formamida); (D) CeHCF-3 (40% Água e 60% Formamida); (E) CeHCF-4 (100% Formamida) 48 Figura 11: Difratograma de raio-x das NpsCe: (A) CeHCF-1 (100% Água); (B) CeHCF-2 (80% Água e 20% Formamida); (C) CeHCF-3 (40% Água e 60% Formamida); (D) CeHCF-4 (100% Formadida) 51 Figura 12 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-1: (A) micrografia do sistema CeHCF-1 (100% Água); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 200 partículas) 53 Figura 13 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-2: (A) micrografia do sistema CeHCF-2 (80%Água/20%Formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 200 partículas) 54 11     Figura 14 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-3: (A) micrografia do sistema CeHCF-3 (40%Água/60%formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 132 partículas) 54 Figura 15 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-4: (A) micrografia do sistema CeHCF-4 (100% Formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 168 partículas) 55 Figura 16 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF preparadas em diferentes proporções de solventes (10% (m/m); KNO3 1mol/L-1; v = 100mV s- 1) 56 Figura 17 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com NpsCe presença de diferentes eletrólitos a base de cloretos: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF- 3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); KNO3 1mol/L-1; v = 100mV s-1) 57 Figura 18 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF presença de diferentes eletrólitos a base de nitratos: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF- 3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); KNO3 1mol/L-1; v = 100mV s-1) 58 Figura 19 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificado as NpsCe em diferentes concentrações de KNO3: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF- 4 (10% (m/m); v = 100mV s-1) 61 Figura 20 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF em diferentes pH (3-8): A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); KNO3 1,0 mol L-1; v = 100mV s-1) 62 Figura 21 - Gráfico ilustrando o efeito da Intensidade de corrente anódica (Ipa) das pastas de grafite modificada com CeHCF: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 em função do pH 63 Figura 22 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF em diferentes velocidades de varredura: A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); 1,0 mol L-1) 64 12     Figura 23 - Dependência da intensidade de corrente dos picos anódicos e catódicos em função da velocidade de varredura: A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); v = 100mV s-1; 1,0 mol L-1) 65 Figura 24 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-1 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron 66 Figura 25 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-2 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron 67 Figura 26 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-3 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron 67 Figura 27 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-4 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron 68 Figura 28 - Voltamogramas cíclicos obtidos na oxidação eletrocatalítica da L-dopamina, utilizando o sistema CeHCF-1: (A) eletrodo de pasta de grafite não modificado na ausência de L-dopamina, (B) eletrodo de pasta de grafite não modificado na presença de 2,0 mmol L-1 de L-dopamina, (C) eletrodo de pasta de grafite modificado na ausência de L-dopamina, (D) eletrodo de pasta de grafite modificado na presença de 2,0 mmol L-1 de L-dopamina 70 Figura 29 - Voltamogramas cíclicos obtidos para o eletrodo de pasta de grafite modificado com CeHCF-1 em diferentes concentrações de L-dopamina e a curva analítica das correntes do pico anódico em função da concentração de DA (KNO3 1,0 mol L-1; ν = 100 mV s-1; pH = 7,0; 10 % (m/m)) 71 Figura 30 - Voltamograma de pulso diferencial : (A) eletrodo de pasta de grafite não modificado na ausência de DA; (B) eletrodo de pasta de grafite não modificado em presença de 0,8 mmol L-1 de DA; (C) eletrodo de pasta de grafite modificado com CeHCF-1 na ausência de DA e (D) eletrodo de pasta de grafite modificado com CeHCF-1 em presençade 0,8 mmol L-1 de DA (10% m/m, v = 10 mV s-1, ω= 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 72 Figura 31 - Voltamogramas de Pulso Diferencial obtidos para o eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF-1 na ausência e na presença de diferentes concentrações de L- dopamina. (10% m/m, v = 10 mV s-1, ω = 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 73 13     Figura 32 - Curva analítica do CeHCF-1 para determinação de L-dopamina em um intervalo de concentrações que variou de 0,02 mmol L-1 a 0,8 mmol L-1 (10% m/m, v = 100 mV s-1,KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 74 Figura 33 - Voltamogramas cíclicos obtidos na oxidação eletrocatalítica da L-dopamina, utilizando o sistema CeHCF-3 75 Figura 34 - Voltamogramas cíclicos obtidos para o eletrodo de pasta de grafite modificado com CeHCF-3 em diferentes concentrações de L-dopamina e a curva analítica das correntes do pico anódico em função da concentração de L-dopamina (KNO3 1,0 mol L-1; ν = 100 mV s-1; pH = 7,0; 10 % (m/m)) 76 Figura 35 - Voltamogramas de pulso diferencial de: A e B correspondentes ao eletrodo de pasta de grafite não modificado na presença e na ausência de 0,1 mmol L-1 de DA respectivamente e as curvas C e D mostram o eletrodo de pasta de grafite modificado CeHCF na ausência e na presença de 0,1 mmol L-1 de DA. (10% m/m, v = 10 mV s-1, ω = 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 77 Figura 36 - Voltamogramas de Pulso Diferencial obtidos para o eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF na ausência e na presença de diferentes concentrações de DA (10% m/m, v = 10 mV s-1, ω = 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 78 Figura 37 - Curva analítica do CeHCF para determinação de DA nas concentrações de 9 x 10-4 mmol L-1 a 0,1 mmol L-1 (10% m/m, v = 10 mV s-1, w 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 79 Figura 38 - Voltamogramas de Pulso Diferencial obtidos para o eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF-3 na presença de DA e substâncias interferentes (Ureia e Ácido ascórbico) (10% m/m, v = 10 mV s-1, w 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 83 Figura 39 - Voltamogramas de Pulso Diferencial obtidos para o eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF-3 pelo método de adição padrão para determinação de L-dopamina em urina sintética (10% m/m, v = 10 mV s-1, w 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 85 Figura 40 - Curva analítica das correntes dos picos anódicos em função da concentração de DA (10% m/m, v = 10 mV s-1, w 100mV; KNO3, 1,0 mol L-1, pH 7,0) 86 14     LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Concentração e composição de reagentes e solventes, respectivamente empregados na preparação das NpsCe 34 Tabela 2 - Valores de Potencial Zeta para os sistemas: CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3, CeHCF-4 49 Tabela 3 - Tamanho médio dos cristalitos dos sistemas CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3 e CeHCF-4, calculado a partir da largura a meia altura (FWHM) utilizando-se da Equação de Scherrer (Eq. 1) 52 Tabela 4 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeHCF-1 em diferentes eletrólitos (10% (m/m) v = 100 mV s-1; 1,0 mol L-1) 59 Tabela 5 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeCHF-2 em diferentes eletrólitos de suporte (10% m/m, v = 100 mV s-1, 1,0 mol L-1) 59 Tabela 6 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeCHF-3 em diferentes eletrólitos de suporte (10% m/m, v = 100 mV s-1, 1,0 mol L-1) 60 Tabela 7 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeCHF-4 em diferentes eletrólitos de suporte (10% m/m, v = 100 mV s-1, 1,0 mol L-1). 60 Tabela 8 - Valores do coeficiente de transferência (α) e constante de transferência eletrônica heterogênea (Ks). 68 Tabela 9 - Parâmetros das curvas de calibração do eletrodo de pasta de grafite modificado com CeHCF-1 para as diferentes técnicas eletroquímicas empregadas para determinação de L- dopamina. 80 Tabela 10 - Parâmetros das curvas de calibração do eletrodo de pasta de grafite modificado com CeHCF-3 para as diferentes técnicas eletroquímicas empregadas para determinação de L- dopamina. 80 Tabela 11 - Parâmetros analíticos para determinação em diferentes eletrodos e técnicas eletroquímicas. 81 Tabela 12 - Resultados obtidos para o estudo de interferência 84 Tabela 13: Resultados de porcentagem de recuperação de DA em amostra de urina sintética. 87 15     LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS NpsCe Nanopartículas de Hexaciano ferrato (II) Cério (III) SI Sistema Internacional de Medidas ISO Organização Internacional de Normalização Nps Nanopartículas AP Azul da Prússia Hcf Hexaciano ferrato CeHCF Hexaciano ferrato de Cério EQM Eletrodo Quimicamente modificado EPC Eletrodo de Pasta de Carbono DA Dopamina TOC Transtorno obsessivo compulsivo TDAH Transtorno do déficit de atenção com hiperatividade UV Ultravioleta AA Ácido Ascórbico AU Ácido Úrico FTIR Espectroscopia de Infravermelho DRX Difração de Raios-X, MEV Microscopia Eletrônica de Varredura VC Voltametria Cíclica VPD Voltametria de Pulso Diferencial FWHM Largura da meia altura do pico LD Limite de Detecção LQ Limite de Quantificação SD Desvio padrão S Sensibilidade amperométrica 16     EE Equação eletroquímica EQ Equação Química 17     LISTA DE SÍMBOLOS I Corrente E Potêncial Epa Potêncial do pico anódico Epc Potêncial do pico catódico Ipa Corrente do pico anódico Ipc Corrente do pico catódico Eo’ Potencial Médio ν Deformações axiais δ Deformações angulares mV Milivolt Å Unidade de medida de comprimento ( Angstron) D Tamanho médio dos domínios ordenados (cristalinos) K Fator de forma adimensional, com um valor próximo à unidades λ Comprimento de onda dos raios X ; β Alargamento da linha a metade da intensidade máxima θ Ângulo de Bragg. n Ordem de difração n Relação de bragg R Constante universal dos gases perfeitos F Constante de Faraday Ep Separação dos picos; 18     T Temperatura α Coeficiente de transferência ks Constante de transferência de carga.       SUMARIO 1 INTRODUÇÃO 20 1.1 NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA 20 1.2 SOLVENTE 23 1.2.1 Formamida 23 1.3 AZUL DA PRÚSSIA (AP) E SEUS ANÁLOGOS 24 1.3.1 Hexacianoferrato de cério (CeHCF) 27 1.4 ELETRODO QUIMICAMENTE MODIFICADO (EQM) 28 1.5 ANALITO 30 1.5.1 Dopamina (DA) 30 2 OBJETIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS 33 2.1 OBJETIVOS GERAIS 33 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 33 3 MATERIAIS E MÉTODOS 34 3.1 MATERIAIS 34 3.2 MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS 34 4 MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÕES E TÉCNICAS UTILIZADAS 36 4.1 ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) 36 4.2 POTENCIAL ZETA 36 4.3 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX) 37 4.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) 38 4.5 ESTUDOS ELETROQUÍMICOS 39 4.5.1 Voltametria cíclica (VC) 39 4.5.2 Voltametria de Pulso Diferencial (VPD) 41 4.5.3 Estudo do comportamento voltamétrico da pasta de grafite modificada com CeHCF 42 20     4.5.4 Estudos de influência da natureza e concentração do eletrólito de suporte utilizando a técnica de voltametria cíclica 43 4.5.5 Estudo sobre a influência da concentração hidrogeniônica 44 4.5.6 Estudo sobre a influência da velocidade de varredura 44 4.6 ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA 44 4.7 ESTUDO DE INTERFERENTES 45 4.8 APLICAÇÃO EM URINA SINTÉTICA 46 4.8.1 Método de adição de padrão 46 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 47 5.1 ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) 47 5.2 POTENCIAL ZETA 48 5.3 ESTUDOS DE DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX) 49 5.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) 52 5.5 ESTUDOS ELETROQUÍMICOS 55 5.5.1 Estudo sobre o efeito dos diferentes eletrólitos 57 5.5.2 Influência das concentrações do eletrólito de suporte 61 5.5.3 Estudo sobre o efeito das diferentes concentrações hidrogeniônicas 62 5.5.4 Influência da velocidade de varredura 63 6 ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L- L-DOPAMINA 69 6.1 APLICAÇÃO DO SISTEMA CEHCF-1 NA ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA 69 6.1.1 Voltametria cíclica 69 6.1.2 Voltametria de pulso diferencial pulso diferencial 72 6.2 APLICAÇÃO DO SISTEMA CEHCF-3 NA ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA 74 6.2.1 Voltametria cíclica 74 6.2.2 Pulso diferencial 76 6.3 ESTUDO DE INTERFERENTES SISTEMA CEHCF-3 82 21     6.4 Determinação de DA em amostra de urina sintética 84 7 CONCLUSÕES 88 20       1 INTRODUÇÃO 1.1 NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA O controle, entendimento e a manipulação da matéria em escalas nanométricas é um dos grandes desafios da ciência e tecnologia atual, apesar de serem considerados campos relativamente novos, os seres humanos já faziam uso de nanomateriais e nanopartículas desde a antiguidade(DURÁN; MATTOSO; MORAIS, 2006; BUSQUETS; MBUNDI, 2017), visto que os mesmos ocorrem naturalmente(BUSQUETS; MBUNDI, 2017). O termo nanotecnologia só foi usado pela primeira vez em 1974, pelo professor Norio Taniguchi, sua principal preocupação era sintetizar materiais nanométricos, e em alguns de seus trabalhos mencionavam conceitos relacionados a nanomateriais (BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018), porem o desenvolvimento desse campo se deu em advento dos grandes avanços da microscopia, possibilitando a visualização de estruturas em escalas nanometricas (DURÁN; MATTOSO; MORAIS, 2006). O prefixo nano é adicionado para denotar o tamanho pequeno do objeto, podendo ser usado em qualquer unidade de medida referindo-se a um bilionésimo dessa unidade, assim um nanometro segundo o SI equivale a 10-9 metros (m) (1/1.000.000.000m) (DURÁN; MATTOSO; MORAIS, 2006; HORNYAK; RAO, 2016; BUSQUETS; MBUNDI, 2017; BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018). A redução de maneira controlada das estruturas até alcançar tamanhos nanométricos favorecem propriedades únicas e excepcionais, o que dá a pequenos materiais gigantescos potenciais de aplicações(DURÁN; MATTOSO; MORAIS, 2006; HORNYAK; RAO, 2016; BUSQUETS; MBUNDI, 2017; BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018). A interdisciplinaridade da nanotecnologia chama atenção, uma vez que a mesma se manifesta nos mais diferentes materiais, tais como polímeros, cerâmicos, metais, semicondutores, compósitos, biomateriais e até mesmo derivados de organismos vivos (DURÁN; MATTOSO; MORAIS, 2006; HORNYAK; RAO, 2016; BUSQUETS; MBUNDI, 2017). Diversos esforços vêm sendo feito para a padronização do termo nanomateriais, porém ainda não se chegou a um consenso universal (CALDERÓN-JIMÉNEZ et al., 2017), sendo 21       entendido em diferentes pontos de vista dependendo do campo de aplicação(LIDÉN, 2011; BOVERHOF et al., 2015; CALDERÓN-JIMÉNEZ et al., 2017).A Comissão Europeia define um nanomaterial como podendo ser natural, incidental ou manufaturado contendo partículas em estado não ligado, ou como agregado ou aglomerado, onde 50% ou mais das partículas na distribuição por tamanho, apresentem uma ou mais dimensões externas na faixa de tamanho 1 - 100 nm(LIDÉN, 2011; POTOČNIK, 2011). Por sua vez a Organização Internacional de Normalização (ISO) apresenta uma definição de maneira mais abrangente definindo como: um material tendo qualquer dimensão externa em nanoescala, ou ainda tendo estrutura interna ou estrutura de superfície em escala nanométrica, e a nanoescala definida como faixa de comprimento de aproximadamente 1 a 100 nm(CALDERÓN-JIMÉNEZ et al., 2017).O fator em comum nas diferentes definições é quanto as dimensões dos nanomateriais, entretanto o que os torna de extremo interesse cientifico e tecnológico, refere-se a novos fenômenos intrínsecos que se tornam predominantes a medida que diminuem suas dimensões (DURÁN; MATTOSO; MORAIS, 2006; BUSQUETS; MBUNDI, 2017). Para explorar ao máximo as propriedades adquiridas pelas nanopartículas e aplicá-las no cotidiano é necessário a produção controlada, tanto em tamanho, morfologia, composição química e estrutura cristalina(BUSQUETS; MBUNDI, 2017; BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018). De maneira geral a nanoconstrução é classificada de duas maneiras denominadas bottom-up e top down (Figura 1) (BOVERHOF et al., 2015; BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018). A primeira abordagem, bottom-up: a nanofabricação se dá a partir de precursores atômicos ou moleculares que são permitidos reagir e crescer em tamanho, ou auto-montar em mais estruturas complexas (YU et al., 2013; BOVERHOF et al., 2015; BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018). A segunda categoria top-dawn, emprega uma abordagem destrutiva, partindo de estruturas maiores que sofrem processos químicos e/ou físicos até a obtenção de nanoestruturas(YU et al., 2013; BOVERHOF et al., 2015; BHAGYARAJ; OLUWAFEMI, 2018). Como consequência direta da redução do tamanho, as Nps apresentam uma maior relação superfície/volume, que se caracteriza pela maior exposição de átomos que podem participar de reações, na Figura 1, é ilustrado o aumento da área superficial, em consequência da diminuição do tamanho das partículas, mantendo constante o volume do material. Está é uma propriedade importante e economicamente atraente, pois permite que uma dada massa de nanopartículas 22       seja várias vezes mais reativa e eficiente do que a massa particulada em dimensões macroscópicas equivalente (SOEK, 2015; BUSQUETS; MBUNDI, 2017). Figura 1 - Representação ilustrativa do aumento da área superficial de um mesmo volume de material com relação ao tamanho de suas partículas. Fonte: Elaborado pelo autor. Diversas outras propriedades das Nps são dependentes do tamanho, da estrutura e da composição química, dessa maneira para se alcançar as características almejadas para a aplicação em diferentes setores da sociedade moderna, faz-se necessário o controle dos parâmetros de síntese e preparação de Nps, tais como a temperatura, velocidade de agitação, agente redutor, solvente, entre outros(ESUMI et al., 2001; BUSQUETS; MBUNDI, 2017). Outro ponto importante é a dispersão das nanopartículas, pois a agregação ou aglomeração pode reduzir a área superficial e consequentemente a reatividade associada. A agregação leva a formação de novas partículas, enquanto a aglomeração é reversível, um fenômeno transitório que permanece um desafio de se caracterizar e controlar (BUSQUETS; 23       MBUNDI, 2017). Dentre os métodos usados para se controlar a aglomeração o uso de ultra- som é comum, além disso o tipo de solvente usado na preparação é outro fator determinante no grau de agregação e aglomeração das Nps (ESUMI et al., 2001; BUSQUETS; MBUNDI, 2017). 1.2 SOLVENTE 1.2.1 Formamida A formamida pertence a classe das mais simples amidas (COSTAIN; DOWLING, 1960; BOTTA et al., 2018a), é formalmente produto da condensação HCN e H2O(BOTTA et al., 2018b), sua estrutura intermolecular tem sido alvo de diversos estudos teóricos e experimentais(OHASHI; HIKIISHI; TAKESHITA, 2019),(BOTTA et al., 2018a). A Figura 2 ilustra sua formula estrutural, tendo uma geometria planar (LEES; STRAUGHAN; GARDINER, 1979) sendo entendido em termos de forte ressonância da estrutura iônica(OHASHI; HIKIISHI; TAKESHITA, 2019) (Figura 3). Figura 2 - Formula estrutural da Formamida H O NH2 Fonte: Elaborado pelo autor. A Figura 3 ilustra as formas de ressonância da Formamida, a participação efetiva de cada uma das formas de ressonância é dependente do ambiente e do soluto adicionado. A forma I é predominante na fase gasosa, enquanto a forma II na fase líquida, a adição de sais de metais alcalinos e alcalinos-terrosos a este solvente, também favorece a forma II (LEES; STRAUGHAN; GARDINER, 1979; FREIRE; ALVES, 2012). 24       Figura 3 - Formas de ressonância da Formamida Fonte: Elaborado pelo autor. Na estrutura I, a ligação CN tem um caráter de ligação simples, enquanto a ligação CO tem um caráter de ligação dupla , o inverso é observado na estrutura II (OHASHI; HIKIISHI; TAKESHITA, 2019). Consequentemente, a contribuição de cada estrutura para o híbrido de ressonância é melhor analisada através de espectroscopia vibracional (OHASHI; HIKIISHI; TAKESHITA, 2019). A formamida a 25ºC é líquido transparente oleoso, miscível com água, com um leve odor amoniacal, possui massa molar de 45,04 g/mol, ponto de fusão entre 2-3ºC, ponto de ebulição de 210º e densidade 1,134 g/ml (“Formamide”, ). È um excelente solvente orgânico polar que tem sido usado como solvente padrão em diversas reações químicas e bioquímicas por possuir constante dielétrica (Ɛ= 110) maior que a água (Ɛ=78,5) , sugerindo assim que complexos metálicos dissolvidos nele exibam maior grau de dissociação (GUAITA et al., 1999; HAN; QUEK, 2000; ESUMI et al., 2001). No presente trabalho a formamida foi utilizada como solvente na preparação das nanopartículas de Hexacianoferrato (II) de Cério (III), um análogo do Azul da Prússia (AP). 1.3 AZUL DA PRÚSSIA (AP) E SEUS ANÁLOGOS O Azul da Prússia (AP) ou hexacianoferrato (hcf) férrico, possui fórmula molecular Fe4[Fe(CN)6]3. xH2O, é descrito como o primeiro composto de coordenação puramente sintético(KEGGIN; MILES, 1936; LUDI; GÜDEL, 1973; BUSER et al., 1977) foi descoberto no início do século XVIII (ROBIN, 1962). É um solido altamente insolúvel em meio aquoso, 25       originalmente obtido pela reação Fe(ClO4)3 e K4Fe (CN)6 (ROBIN, 1962; SOEK, 2015). Independente dos estados de oxidação dos complexos de partida , seja hcf (II) ferro (III) ou hcf (III) ferro (II) o produto final é hcf (II) ferro (III) (BUSER et al., 1977). Esse fato intrigou a comunidade científica da época, pois a partir da mistura do Fe(ClO4)2 e K3Fe(CN)6, obtinha-se um composto denominado Azul de Turnbull’s , que até então acreditava-se tratar de um composto distinto ao AP, porém a observação mais detalhada das estruturas demostraram se tratar do mesmo composto(SOEK, 2015). Robin em 1962 (ROBIN, 1962), explicou esse fenômeno denominando-o “oscilação de valência”, com base na teoria do campo ligante, ele atribuiu a intensa coloração azulada do AP a transferência de carga entre os íons de ferro do sólido. Uma distinção adicional foi feita entre “solúvel” e “insolúvel”, tais termos não se referem a verdadeira solubilidade, mas apenas à tendência de certas amostras de AP formarem soluções coloidais(BUSER et al., 1977; ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986; SOEK, 2015). Esta distinção tem sido relacionada à presença ou ausência de potássio, a fórmula KFe[Fe(CN)6] representando o “solúvel”, já a estrutura do AP “insolúvel” foi proposta para ser basicamente a mesma, exceto que o íon férrico em excesso substitui o íon potássio nos sítios intersticiais representando a fórmula Fe4[Fe(CN)6]3 (BUSER et al., 1977; ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986). A caracterização estrutural, química, eletroquimica e eletrocalítica do AP, tem sido extensivamente explorada, porém ainda não são totalmente compreendidas. O trabalho pioneiro de Keggin; Miles em1936 (KEGGIN; MILES, 1936), usando difração de Raios-X, demostrou as características básicas estruturais cristalinas do AP “solúvel” e “insolúvel”, propondo então uma estrutura cúbica de face centrada. Uma caracterização mais abrangente da estrutura do AP foi realizado décadas mais tarde por Ludi; Güdel em 1973 (LUDI; GÜDEL, 1973) e posteriormente Herren et al. em 1980 (HERREN et al., 1980). O AP possui uma estrutura tridimensional cúbica de face centrada, 𝐹𝑚3̅𝑚,contendo átomos de ferro em ambos os estados de oxidação 2+ e 3+, os átomos de ferro alternam-se nos locais de uma rede cúbica de face centrada e são interconectados por pares de C – N(KEGGIN; MILES, 1936; LUDI; GÜDEL, 1973; BUSER et al., 1977; HERREN et al., 1980; ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986; PAOLELLA et al., 2017). A rede é construída de tal forma que cada íon Fe3+ é octaedricamente coordenado por átomos de nitrogênio, enquanto os íons Fe2+ ao carbono, a estrutura ainda contém sítios vazios que são ocupados por moléculas de água, tendo suas dimensões da célula cúbica de 10,2 Å e cavidade tipo zeolítica de 3,2 Å (KEGGIN; MILES, 26       1936; LUDI; GÜDEL, 1973; BUSER et al., 1977; HERREN et al., 1980; ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986; PAOLELLA et al., 2017), a Figura 4 ilustra a célula unitária do AP. Figura 4 - Representação da célula unitária do AP, somente as águas coordenadas são mostradas. Fonte: Elaborado pelo autor. Segundo Herren et al.(HERREN et al., 1980), a água pode ocupar duas posições estruturais diferentes no AP, a primeira é chamada de água coordenada, preenche os locais vazios de nitrogênio, a segunda chamada de água não coordenada, ocupam os sítios intersticiais vagos da célula unitária do AP. A elucidação estrutural do AP impulsionou a aplicações desse composto e de seus análogos em diversas áreas analíticas, como na eletroquímica e eletrocatálise. Itaya et al.em 1984 (ITAYA; SHOJI; UCHIDA, 1984), foram os primeiros a demonstrarem atividade eletrocatalítica do AP na oxidação do peróxido de hidrogênio. Além disso mostraram que a forma reduzida do AP, denominado Branco da Prússia possui atividade catalítica para a redução do oxigênio molecular e do peróxido de hidrogênio. Esses efeitos catalíticos foram atribuídos à estrutura peculiar do AP. Outro ponto importante demostrado foi quanto ao diâmetro dos canais zeolíticos do AP, estes estão diretamente relacionados com sua atividade eletroquímica (ITAYA; SHOJI; UCHIDA, 1984). 27       Assim o diâmetro dos canais zeolíticos em sua estrutura é uma limitação para a aplicação eletroquímica e eletrocatalítica do AP, outra limitação é quanto ao pH, os centros de Fe3+ apresentam alta afinidade por íons hidroxila (OH-) (FELDMAN; MURRAY, 1987), diante do exposto se faz necessário a busca por novos materiais que preencham os requisitos para as mais diferentes aplicações eletroanalíticas. A valência mista e a estrutura aberta do AP permitem múltiplas modificações de sua composição química mantendo a estrutura cristalina geral do sistema(ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986; PAOLELLA et al., 2017). Essas mudanças, incluem modificações substitucionais e intersticiais, que levam a uma série de novos compostos, geralmente chamados análogos do azul da Prússia (ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986; PAOLELLA et al., 2017). A fórmula genérica de compostos análogos do AP pode ser representada da seguinte maneira: Ax MA [MB (CN) 6]y, onde MA e MB são cátions de metais de transição, Ax cátion de metal alcalino compensador de carga (PAOLELLA et al., 2017; GERBER; ERASMUS, 2018). A grande variedade de combinações de tipos e quantidades de elementos substitucionais combinados com várias opções possíveis de elementos intersticiais alcalinos permite o ajuste efetivo das propriedades eletrônicas e iônicas do AP (PAOLELLA et al., 2017; GERBER; ERASMUS, 2018).Na literatura é encontrado um número expressivo de publicações a respeito da preparação dos análogos do AP , bem como suas aplicações nos campos de armazenamento de energia (PAOLELLA et al., 2017), sensores e biossensores(KARYAKIN, 2017). Os análogos do AP de terras raras são novos materiais com morfologias atrativas que apresentam ótimas propriedades ópticas, luminescentes, fluorescentes e eletrocatalíticas (DEVADAS et al., 2015a), devido a estas características únicas é encontrado diversos estudos sobre a síntese, preparação e aplicação destes, incluindo: PrHCF(DEVADAS et al., 2015a), YHCF (QU et al., 2011), LuHCF (PANDI et al., 2018), YbHCF (MULLICA; SAPPENFIELD; CUNNINGHAM, 1991; FENG et al., 2011), TmHCF (SAKTHIVEL et al., 2016), SmHCF (WU; CAI, 2005a), DyHCF (WU; CAI, 2005b), EuHCF (LIU et al., 2010), CeHCF (FENG et al., 2009), entre outros. 1.3.1 Hexacianoferrato de Cério (CeHCF) A preparação do CeHCF, foi inicialmente descrita em 1909 por Robinson(ROBINSON, 1909), onde estudou a formação de sais duplos de ferrocianetos, porém a sua estrutura só foi 28       determinada décadas depois por Mullica et at. em 1979 (MULLICA; MILLIGAN; OLIVER, 1979), usando a difração de Raios-X, demonstrou a simetria hexagonal de KCe [Fe(CN)6] 4H2O, e seus parâmetros de rede: a = 7,392 Â e c = 13,87 Å. Estudos sobre as propriedades químicas, físicas, eletroquímicas e eletrocatalíticas, bem como maneiras de preparação, controle de tamanho e morfologia são extremamente escassos na literatura, para este análogo do AP. Feng et.al (FANG et al., 2007), modificaram a superfície de um eletrodo de carbono vítreo com CeHCF (II) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas, que foi aplicado a oxidação eletrocatalítica de Triptofano em amostras farmacêuticas. Feng et al (FENG et al., 2009) relataram a síntese amperométrica controlada de micropartículas de CeHCF (II), com estruturas em forma de flores e fusiformes em forma de árvores de natal, e estudaram ainda a composição, morfologia e a estrutura das micropartículas preparadas. Yang et.al (YANG et al., 2011) descrevem a preparação de um eletrodo de carbono vítreo modificado com CeHCF e carbono mesoporoso ordenado, que foi aplicado como sensor amperométrico de hidrazina hidratada. Periasamy et.al (PERIASAMY; WEI; CHEN, 2011) apresentaram um biosensor para detecção de etanol, usando filme nanocompósito contendo nanopartículas de CeHCF (II), Poli-L-lisina e álcool desidrogenase. Devadas et.al (DEVADAS et al., 2015b) relatam a modificação de eletrodos de carbono vítreo com CeHCF, fáceis de moldar e sem a utilização de surfactantes, aplicado a detecção de íons de metais pesados, como cádmio (Cd), cobre (Cu), chumbo (Pb) e mercúrio(Hg) em amostras de água do lago e torneira. Dessa maneira a exploração das potencialidades desse interessante material se faz necessário, o mesmo se mostrou promissor sendo aplicado a detecção de uma variedade de substâncias de interesse ambiental, biológico, farmacêutico e clínico. Contudo até onde sabemos não foi relatado a detecção de um neurotransmissor usando eletrodos de pasta de carbono modificados com CeNps. 1.4 ELETRODO QUIMICAMENTE MODIFICADO (EQM) O controle da construção molecular na interface eletrodo/eletrólito não era conhecido até a década de 70 (DONG; PENG, 2005). Os eletrodos podem ser preparados por imobilização de substâncias químicas, estas selecionadas para exibir propriedades eletroquímicas superiores 29       aos eletrodos convencionais, estes então são denominados eletrodos quimicamente modificados (EQM) (DONG; PENG, 2005). A primeira modificação da superfície de um eletrodo foi relatada por Moses e colaboradores (MOSES; WLER; MURRAY, 1975), onde um eletrodo de óxido de estanho foi quimicamente modificado com grupos amina, configurando uma etapa importante pois possibilitou planejar reações de acoplamento com a “superfície de amina” para anexar outras moléculas de interesse (MURRAY, 1979). Desde então os EQMs são alvo de um grande número de estudos, oferecem a possibilidade de reduzir o sobrepotencial, aumentar a sensibilidade, seletividade, estabilidade e o tempo de vida do eletrodo base (CARMO; SILVA; STRADIOTTO, 2002; DO CARMO; DA SILVA; STRADIOTTO, 2003), quando na detecção de moléculas específicas. A escolha do tipo de constituinte do eletrodo base é de extrema importância, visto que este substrato deve ser adequado ao método de imobilização e também ao tipo de substância a ser imobilizada, para assim apresentar características eletroquímicas apropriadas aos mais diversos fins e aplicações. Os eletrodos base mais comumente utilizados são: ouro, platina, carbono vítreo, mercúrio na forma de filmes, fibras de carbono e pasta de carbono (EPC)(PEREIRA; SANTOS; KUBOTA, 2002). Dentre os eletrodos base citados o EPC apresenta algumas vantagens, entre elas estão o baixo custo, a simplicidade no manuseio e renovação da superfície, melhor sinal/ ruído(DO CARMO; DA SILVA; STRADIOTTO, 2003). Estes são constituídos basicamente por uma mistura de pó de grafite e aglutinante, empregando-se normalmente óleo mineral, para uma melhor aderência a cavidade do eletrodo, e no caso dos EQMs, é incorporado um modificador específico. A Figura 5 ilustra a constituição básica de um eletrodo de pasta de carbono modificado. 30       Figura 5 - Esquema representativo de eletrodo de pasta de grafite Fonte: Elaborado pelo autor. 1.5 ANALITO 1.5.1 Dopamina A dopamina é um importante neurotransmissor catecolamínico que desempenha diversas funções no organismo (MAZLOUM-ARDAKANI et al., 2014; FAYEMI et al., 2018), possui uma estrutura química simples, com um anel catecol ligado a um grupamento etilamina. A Figura 6 ilustra a biossíntese clássica da DA, que tem inicio com a L-fenilalanina, esta por sua vez é hidroxilada, obtendo-se a L-tirosina, que é novamente hidroxilada dando origem a L- Dopa, sendo estas reações fortemente regulada e dependente da enzima tetrahidrobiopterina(MEISER; WEINDL; HILLER, 2013). A L-Dopa agora contento o grupo catecol é descarboxilado pela enzima Dopa descarboxilase que leva finalmente a formação da DA(MEISER; WEINDL; HILLER, 2013). 31       Figura 6 - Esquema básico de biossíntese da DA Fonte: Elaborado pelo autor. A DA é associada a múltiplas funções biológicas sendo alvo de inúmeros estudos que a relacionam a funções cognitivas, motoras e de recompensa, bem como a diversas enfermidades, síndromes e transtornos como a esquizofrenia, doença de Huntington, mal de Parkinson, transtornos de humor, transtorno obsessivo compulsivo (TOC) , transtorno do déficit de atenção com hiperatividade (TDAH), vício em drogas, entre outros (ALEX; PEHEK, 2007; KIM et al., 2010; MEISER; WEINDL; HILLER, 2013; FERAPONTOVA, 2017).Sendo assim o desenvolvimento de metodologias analíticas simples, rápidas, baratas e sensíveis para a determinação de DA é necessário nos campos clínico e biomédico, objetivando entre outras o monitoramento do estado de doenças específicas ou ainda a eficácia do tratamento (RIBEIRO et al., 2016). Existem uma variedade de métodos analíticos aplicado a detecção e a determinação da dopamina e seus precursores, dentre eles estão: espectrometria de massa acoplados a técnicas de separação (cromatografia gás-líquido, cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC)), espectroscopia ultravioleta (UV) e a eletroquímica(MEISER; WEINDL; HILLER, 2013; LIU; YUAN; DONG, 2015; BEN AOUN, 2017). 32       Devido sua eletroatividade a DA tem sido extensivamente estudada por vários métodos eletroquímicos, embora sensíveis, rápidos, simples e econômicos, sua maior desvantagem está na interferência do AA (ácido ascórbico) e AU (ácido úrico) que coexistem com a DA em fluidos biológicos, tendo seus potenciais de oxidação semelhantes (BEN AOUN, 2017). Várias tentativas foram feitas para superar este problema através da utilização de diversos materiais como nanopartículas, nanotubos de carbono, grafeno entre outros (BEN AOUN, 2017). O presente trabalho apresenta uma metodologia analítica seletiva, sensível, simples, rápido e de baixo custo para a detecção e quantificação de L-dopamina em amostras de urina sintética. 33       2 OBJETIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS 2.1 OBJETIVOS GERAIS Estudar comparativamente os efeitos estruturais morfológicos de Nps de hexacianoferrato (II) de Cério (III), preparados em diferentes proporções água/formamida e sua aplicação na eletro-oxidação da L-dopamina. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Preparar sistemas de NpsCe em água e formamida e em uma mistura dos mesmos;  Caracterizar as nanopartículas por Espectroscopia de Infravermelho (FTIR), Difração de Raios-X (DRX), Potencial Zeta e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV);  Caracterizar as NpsCe por meio de voltametria cíclica utilizando um eletrodo de pasta de grafite;  Desenvolver um sistema eletroanalítico para a eletro-oxidação catalítica da L- dopamina, empregando as técnicas de Voltametria Cíclica (VC) e Voltametria de Pulso Diferencial (VPD);  Avaliar a seletividade do eletrodo modificado com Nps de CeHCF-3 frente as substâncias que interferem na resposta eletroquímica da L-dopamina utilizando a técnica de VPD;  Aplicar do eletrodo modificado com as Nps de CeHCF-3 como sensor eletroquímico para determinação de L-dopamina em amostras de urina sintética. 34       3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 MATERIAIS Para a preparação das nanopartículas e a modificação do eletrodo foram utilizados os seguintes reagentes: Ce(NO3)3 ꞏ6H2O (Sigma-Aldrich), K4Fe(CN)6 ꞏ3H2O (Vetec), Formamida (Vetec), Água deionizada foi obtida no próprio laboratório utilizando um equipamento de osmose reversa com condutividade elétrica de 18,2 Ωm-2, Grafite (Sigma- Aldrich) e Óleo mineral. 3.2 MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS O método empregado para a preparação das nanopartículas foi descrito por VO e colaboradores (VO et al., 2008), assim no presente trabalho foram preparados quatro sistemas CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3 e CeHCF-4, variando a concentração dos solventes e mantendo-se constante a concentração dos reagentes conforme mostrado na Tabela 1. Tabela 1 - Concentração e composição de reagentes e solventes, respectivamente empregados na preparação das NpsCe. Frasco A (30 ml) Frasco B (20 ml) Sistema Água (ml) Formamida (ml) K4Fe(CN)6 (mol) Água (ml) Formamida (ml) Ce(NO3)3 (mol) CeHCF-1 30 0 3,0x10-3 20 0 4,5x10-3 CeHCF-2 24 6 3,0x10-3 16 4 4,5x10-3 CeHCF-3 12 18 3,0x10-3 8 12 4,5x10-3 CeHCF-4 0 30 3,0x10-3 0 20 4,5x10-3 Fonte: Elaborado pelo autor. 35       A solução do frasco B foi adicionada à solução do frasco A e submetida a agitação magnética vigorosa durante 3 h, à 50∘C. Após este procedimento, a solução foi submetida a sonicação durante 1 h, a solução foi então filtrada por gravidade e lavada exaustivamente com água deionizada. A equação 1 ilustra a reação química para a preparação das NpsCe. O produto foi então seco a 50 ∘C, em uma estufa a vácuo e depois estocado ao abrigo da luz. Os materiais obtidos foram denominados de CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3, CeHCF-4 para as proporções Água/Formamida de 100; 80; 40; 0 (v/v), respectivamente, sendo os rendimentos de 39,1%; 40,3%; 39%; 30,3%, respectivamente. 4 Ce (NO3)3 + 3K4[Fe (CN)6] + Solvente Ce4[Fe (CN)6]3 + 12KNO3 (1) (Água/Formamida) 36       4 MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO E TÉCNICAS UTILIZADA 4.1 ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) Resumidamente, o espectro vibracional de uma molécula é considerado uma propriedade física, assim essa técnica analítica é extremamente versátil e aplicada como uma técnica auxiliar na elucidação dos componentes de materiais que possuam ligações covalentes sendo orgânicos ou inorgânicos (COATES, 2006; PAVIA et al., 2009). A absorção de radiação na faixa que corresponde ao infravermelho fornece energia suficiente para que ocorra vibrações nas ligações entre os átomos de uma molécula, correspondendo a alteração de energia na ordem de 8 a 40 Kj/mol (PAVIA et al., 2009). Assim quando um feixe de radiação infravermelho incide sobre a amostra, determinada fração dessa radiação incidente é absorvida a uma determinada energia, a energia em que qualquer pico aparece no espectro corresponde a frequência de vibração de parte da molécula. (STUART, H. BARBARA; GEORGE, BILL; MCLNTYRE, 1996). Os espectros na região do infravermelho foram obtidos através de um espectrômetro Nicolet 5DXB FT-IR (Nicolet Instruments, Madison, WI). As pastilhas utilizadas na análise foram feitas a partir da mistura de aproximadamente 130 mg de brometo de potássio (KBr) seco e peneirado e 1,3 g de cada amostra para compor cerca de 1,0 % (m/m) da mistura, que foi macerada exaustivamente em um almofariz de ágata com pistilo até se obter uma mistura homogênea e totalmente uniforme. Para a obtenção dos espectros de FTIR foi empregado 128 varreduras numa resolução de ± 4 cm-1, na faixa de 4000 a 400 cm-1. 4.2 POTENCIAL ZETA O potencial zeta representa a carga superficial das nanopartículas e reflete sua estabilidade a longo prazo, quanto maior o potencial zeta, maior a força repulsiva e mais estável o sistema de suspensão de partículas (PAN et al., 2012), é geralmente assumido que os sistemas coloidais que possuem um potencial zeta menor que −30mV e maior que +30 mV estão fortemente carregados e consequentemente estáveis, devido à repulsão partícula-partícula, evitando a agregação, enquanto partículas entre -10 e +10 mV são consideradas 37       aproximadamente neutras (HENDERSON et al., 1970; CLOGSTON; PATRI, 2011; PAN et al., 2012). Do ponto de vista teórico, o potencial zeta, é o potencial elétrico na dupla camada interfacial de uma partícula ou gota dispersa versus um ponto na fase contínua longe da interface, em outras palavras, o potencial zeta é a diferença de potencial entre o meio de dispersão móvel e a camada estacionária do meio de dispersão ligado à partícula dispersa(LU; GAO, 2010). As analises foram realizadas na Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeiro Preto, utilizado um Zetasizer Nano Series - Nano ZS da Malvern, empregando 1000 uL de água Milli-Q como solvente e 10 uL de amostra. 4.3 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX) Essa técnica é aplicada a caracterização estrutural de uma infinidade de materiais cristalinos (KVICK, 2017; LOUËR, 2017), sendo limitada a estudos de materiais com ordem de longo alcance(KVICK, 2017). Os raios-x possuem a mesma natureza que a luz visível, porem maior energia e menor comprimento de onda (ƛ) (CULLITY, 1978; CALLISTER, 2008). Quando uma amostra é submetida a um feixe de raios-x, os elétrons dos seus átomos ou íons que se encontram na trajetória do feixe irão dispersar uma fração dessa radiação em todas as direções.(CALLISTER, 2008),(CULLITY, 1978). Esta técnica é também utilizada para estimar o tamanho médio de partículas submicrométricas, ou cristalitos aplicando-se então a equação de Scherrer (Eq. 2) (PATTERSON, 1939; B. D. CULLITY, 1978; DE ARAÚJO et al., 2006), que relaciona o tamanho aparente do cristalito com a largura da meia altura do pico (FWHM) na escala 2θ. Em um sólido o alargamento de um pico em um padrão de difração sugere a diminuição do tamanho médio das partículas ou cristalitos. 𝑑 .ƛ . Ɵ (2) Onde: 38        d: é o tamanho médio dos domínios ordenados (cristalinos), que podem ser menores ou iguais ao tamanho do grão;  K: é um fator de forma adimensional, com um valor próximo à unidade. O fator de forma tem um valor típico de cerca de 0,95, mas varia com a forma real do cristalito;  λ: é o comprimento de onda dos raios X ;  β: é o alargamento da linha a metade da intensidade máxima ( FWHM ),  θ: é o ângulo de Bragg. Os difratogramas foram obtidos empregando um difratômetro Rigaku Ultima IV, utilizando como fonte de radiação a linha de emissão do cobre (λCu Kα =1,5418Å). Os parâmetros utilizados foram: varredura no ângulo de 10 a 80º, uma velocidade de varredura do ângulo 1º/min com um step de 0,02º. 4.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um dos instrumentos mais versáteis disponível para o exame e análise das características morfológicas e composicionais de microestruturas orgânicas e inorgânicas, o qual permite a observação em níveis nanométricos GOLDSTEIN et al., 2003. O princípio básico de operação de um microscópio eletrônico de varredura (MEV), consiste na incidência de um feixe de elétrons de pequeno diâmetro sobre o material, em condições de vácuo (DUARTE et al., 2003) . O sinal de imagem resulta da interação do feixe incidente com a superfície da amostra, a imagem eletrônica de varredura é representada em tons de cinza. Os tons mais claros podem representar as faces do material orientadas para o detector (DUARTE et al., 2003). A maioria dos instrumentos usa como fonte de elétrons um filamento de tungstênio (W) aquecido, operando numa faixa de tensões de aceleração de 1 a 50 kV (DEDAVID; GOMES; MACHADO, 2007). As micrografias foram obtidas por um microscópio eletrônico EVO LS15 da marca Carl Zeiss, no Departamento de Física e Química da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira. 39       4.5 ESTUDOS ELETROQUÍMICOS 4.5.1 Voltametria Cíclica (VC) A voltametria cíclica é uma técnica eletroquímica que se baseia nas reações que ocorrem na interface eletrodo/solução(PACHECO et al., 2013), propicia rapidamente informações sobre reações químicas acopladas a processos adsortivos, sobre a cinética de reações heterogêneas de transferência de elétrons e também a respeito da termodinâmica de processos redox(WANG, 2004). Essa técnica de VC consiste basicamente na aplicação de uma varredura linear repetitiva sobre o potencial de um eletrodo de trabalho, em solução, utilizando-se de uma forma de onda de potencial triangular, (KISSINGER; LAFAYETTE; HEINEMAN, ; BALDWIN; RAVICHANDRAN; JOHNSON, 1984; WANG, 2004), como mostrado na Figura 7A, a resposta é obtida por um gráfico de corrente (I) vs potencial (E), denominado voltamograma cíclico (Figura 8B) (BRETT; BRETT, ; MABBOTT, 1983; BALDWIN; RAVICHANDRAN; JOHNSON, 1984; GOLDSTEIN et al., 2003) Figura 7 - (A) Variação de potencial na forma de uma onda triangular. (B) Voltamograma obtido por voltametria cíclica. Fonte: (BARD et al., 1944) 40       Durante a varredura o potenciostato mensura a corrente resultante do potencial aplicado gerando um gráfico de corrente vs potencial denominado voltamograma, a analise deste fornece importantes parâmetros eletroquímicos tais como: a natureza da reação no eletrodo (reversível, irreversível ou “quasi” reversível), o potencial de pico anódico (Epa), o potencial de pico catódico (Epc), a corrente de pico anódico (Ipa) e a corrente de pico catódico (Ipc)(KISSINGER; LAFAYETTE; HEINEMAN, ). As correntes dos picos anódico e catódico (Ipa e Ipc) são obtidos pela extrapolação de uma linha de base. O estabelecimento de uma linha de base correta é essencial para a precisão da medição de correntes de pico. O potencial formal de redução (Eo’), é obtido pela média aritmética das correntes anódica e catódica, demostrado pela Equação 3 (KISSINGER; LAFAYETTE; HEINEMAN, ; WANG, 2004). 𝐸 (3) A variação do potencial (ΔEp) pode ser determinado a partir da Equação 4 (KISSINGER; LAFAYETTE; HEINEMAN, ; BARD et al., 1944; WANG, 2004). ΔEp |Epa Epc| (4) Outro parâmetro importante analisado em voltamograma é a relação Ipa/Ipc (Eq. 5), para reações reversíveis os valores devem ser idênticos(KISSINGER; LAFAYETTE; HEINEMAN, ), ou seja: = 1 (5) No entanto, a razão das correntes de pico pode ser significativamente influenciada por reações químicas na superfície do eletrodo. Sistemas reversíveis de modo geral apresentam as seguintes características (BRETT; BRETT, ; KISSINGER; LAFAYETTE; HEINEMAN, ; BARD et al., 1944; WANG, 2004): 41        Ipc = Ipa;  Epa e Epc, são independentes da velocidade de varredura v;  Eθ’ está posicionado entre Epa e Epc segundo a Equação 1;  Ip é proporcional a v1/2;  A diferença entre Epa e Epc é de 59 mV/n. 4.5.2 Voltametria de pulso diferencial (VPD) Esta instrumentação foi desenvolvida de tal modo que as medidas de corrente e aplicações de potencial e pulsos de potencial, sejam realizadas em intervalos de tempo muito pequenos, uma melhoria instrumental considerável na discriminação da corrente faradaíca da corrente capacitiva (não faradáica) (PACHECO et al., 2013). Os processos que ocorrem na interface eletrodo-solução geram corrente elétrica, sendo a corrente total constituídas de duas componentes, a corrente faradáica observada na interação do analito com o eletrodo (oxirredução), sendo equivalente à concentração da analito ativo na solução, a outra componente é a corrente capacitiva, sendo não proporcional à concentração do analito, é gerada pelo acúmulo de elétrons na superfície do eletrodo, aumentando a carga da dupla camada elétrica (PACHECO et al., 2013; CHOUDHARY; JOTHI; NAGESWARAN, 2017). Em voltametria de pulso diferencial (VPD), a corrente é medida duas vezes por ciclo, sendo assim, um ciclo pode ser considerado composto de dois pulsos (PACHECO et al., 2013; CHOUDHARY; JOTHI; NAGESWARAN, 2017). A primeira corrente é instrumentalmente subtraída da segunda, e a diferença das correntes é plotada versus o potencial aplicado, resultando em um voltamogramas de picos de corrente de forma gaussiana (PACHECO et al., 2013; CHOUDHARY; JOTHI; NAGESWARAN, 2017), a Figura 8 mostra o esquema base da VPD. 42       Figura 8 - Esquema base da VPD Fonte: (PACHECO et al., 2013) Ao se realizar duas medidas da corrente e trabalhar com a diferença entre elas ajuda a eliminar a corrente capacitiva e a corrente de fundo, levando a sensibilidades ainda melhores que as da VC. Conforme se aplica o pulso, ocorre um aumento da contribuição das correntes capacitiva e faradáica, porém a corrente capacitiva diminui exponencialmente, em contrapartida a corrente faradáica sofre um decréscimo linearmente, dessa maneira, selecionando um tempo apropriado para se fazer a segunda leitura, faz-se a medida da corrente total onde a contribuição da corrente capacitiva pode ser desconsiderada (PACHECO et al., 2013). Geralmente a VC é utilizado para a elucidação do mecanismo de reação que ocorrem na superfície do eletrodo, aplicado a determinações qualitativas, enquanto a VPD é útil para detecção quantitativas de diferentes espécies eletroativas (BARD et al., 1944; PACHECO et al., 2013; CHOUDHARY; JOTHI; NAGESWARAN, 2017). 4.5.3 Estudo do comportamento voltamétrico da pasta de grafite modificada com CeHCF As medidas eletroquímicas foram realizadas em um potenciostato PalmSens3, utilizando uma célula eletroquímica composta por três eletrodos como ilustrado na Figura 9. 43       Figura 9 - Representação básica de um sistema eletroquímico. Fonte: Elaborado pelo autor. Sendo um eletrodo de trabalho modificado de pasta de grafite, um eletrodo de referência (Ag/AgCl) e um eletrodo auxiliar de platina, ilustrado na Figura 10. As pastas modificadas foram preparadas misturando-se grafite com as NpsCe em proporção de 10% (m/m) e 20 μL de óleo mineral Nujol. 4.5.4 Estudos de influência da natureza e concentração do eletrólito de suporte utilizando a técnica de voltametria cíclica Efetuou-se o estudo do comportamento voltamétrico em relação a diferentes cátions (K+, Na+, Li+, NH4 +) e ânions (Cl- e NO3 -) utilizando-se o sistema descrito no item 4.5.3. O estudo sobre a influência dos cátions e ânions provenientes do eletrólito de suporte foi realizado empregando concentrações de 1,0 mol L-1 destes sais. Para estes testes e a voltametria cíclica foi conduzida a uma velocidade de varredura (v) de 100 mV s-1 em uma faixa de potencial que variou de -0,2 a 1,1 V (vs Ag/AgCl(S)). Em seguida estudou-se também o efeito da concentração do eletrólito de suporte em soluções de 1,0×10-2 a 1,0 mol L-1 do eletrólito de suporte escolhido. 44       4.5.5 Estudo sobre a influência da concentração hidrogeniônica O estudo da influência das diferentes concentrações hidrogeniônicas sobre o comportamento eletroquímico dos quatro sistemas, foi realizado preparando-se soluções 1,0 mol L-1 do eletrólito de suporte a diferentes valores de pH (3,0 a 8,0). O pH das soluções foi ajustado com um ácido e uma base correspondente ao sal do eletrólito de suporte utilizado, empregando-se um medidor de pH acoplado com um eletrodo combinado de vidro, previamente calibrado com tampões comerciais pH 4,0 e 7,0. 4.5.6 Estudo sobre a influência da velocidade de varredura O estudo de variação da velocidade de varredura (50 a 450 mV s-1) foi realizado com o intuito de obter informações sobre as reações que ocorrem na superfície do eletrodo. 4.6 ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA A eletro-oxidação catalítica como em qualquer processo catalítico tem como principal função aumentar a velocidade de reação e ampliar o sinal analítico, através da diminuição da energia de ativação em um processo de transferência de elétrons.(BARD et al., 1944; SOUZA, 1997; PEREIRA; SANTOS; KUBOTA, 2002).Um sistema redox que apresenta cinética de transferência de elétrons lenta, pode ser mediada por sistemas que levam a troca efetivamente mais rápida de elétrons entre o sistema redox e o eletrodo, ocasionando então a redução do sobrepotencial e consequentemente aumentando a seletividade das medidas(SOUZA, 1997; PEREIRA; SANTOS; KUBOTA, 2002). Durante os processos de eletro-oxidação de algumas espécies, ao se adicionar determinados analitos à célula eletroquímica ocorre o aumento da intensidade da corrente conforme á um aumento na concentração do analito, possibilitando assim a construção de uma curva analítica para a detecção e quantificação de substâncias de interesse biológico, clinico e industrial. No presente trabalho o eletrodo desenvolvido foi sensível a L-dopamina. Através da construção da curva analítica é possível obter informações a respeito da sensibilidade amperométrica do método e o limite de detecção LD, sendo este calculado por meio da Equação 6: 45       𝐿𝐷 (6) O limite de detecção (LD) é definido como a menor quantidade de analito que pode ser detectada em uma amostra com certo grau de confiança, o SD é o desvio padrão de 10 medidas do branco e S é a sensibilidade amperométrica do método, sendo calculada através do coeficiente angular da curva analítica (SKOOG et al., 1997). 4.7 ESTUDO DE INTERFERENTES O sistema CeHCF – 3 apresentou um excelente limite de detecção e uma ampla faixa de detecção para a L-dopamina, próximos das concentrações encontradas em fluidos corporais (TOLEDO, 2006), dessa forma realizou-se o estudo para avaliar a seletividade e o efeito de diferentes espécies na corrente de pico anódico da DA. Substâncias comumente encontrada em amostras fisiológicas aqui estudadas foram a Ureia e o Ácido Ascórbico (AA). O experimento foi conduzido utilizando a técnica de voltametria de pulso diferencial. Previamente foram preparadas duas soluções (A e B), sendo A (L-dopamina) e B (Ureia + AA), ambas com concentrações de 1,0 x 10-2 mol L-1 Neste experimento foi adicionado a célula eletroquímica 9,0 x 10-6 mol/L-1 da solução A, tomando esse valor como referência, foram adicionadas duas alíquotas da solução B, a primeira com concentração 10 vezes maior e outra com concentração igual. 46       4.8 APLICAÇÃO EM URINA SINTÉTICA 4.8.1 Método de adição de padrão O método de adição padrão é historicamente conhecido e intensamente aplicado a química quantitativa, com o intuito de reduzir diversas interferências associadas a amostras e métodos(SAXBERG; KOWALSKI, 1979). É particularmente adequado para á minimização do efeito de matriz, assim as interferências que podem influenciar nas medidas da corrente referente ao analito presente na amostra, irão interferir de maneira análoga as medidas das correntes do analito juntamente com as alíquotas da solução padrão injetada sucessivamente a amostra. A solução de urina sintética foi preparada conforme Brookes (BROOKS; KEEVIL, 1997), e em seguida contaminada com 10-2 mol DA. Foi adicionado a célula eletroquímica descrita no item 4.6.3, 2 μL da solução urina sintética contaminada com DA, em seguida, foram realizadas quatro adições de 4 μL da solução padrão de DA 1x10-2, utilizando-se da técnica voltametria cíclica de pulso diferencial (VPD). 47       5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1 ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) A Figura 10 ilustra o espectro vibracional na região do infravermelho do hexacianoferrato de potássio II ( hcf (II)) (A) e das NpsCe (B,C,D,E). Observou-se nos espectros B,C,D,E, dois tipos de H2O na estrutura, uma correspondente a ampla banda de absorção que ocorre em aproximadamente em 3440 cm-1, atribuída a água intersticial (locada em sua estrutura zeolitica ) e um pico estreito em torno de 3600 cm-1 que foi atribuída a água coordenada com Cério (FENG et al., 2009; SUN et al., 2012). Uma banda importante observada no espectro (A) em torno de 2040 cm-1 é referente a vibração de estiramento υC≡N, enquanto que para as NpsCe (B, C, D, E) está banda está deslocada cerca de 20cm-1 para regiões de alta frequência, sugerindo assim a formação do complexo de intervalência em que o CN- está ligado aos centros metálicos FeII-(CN)-CeIII (GERBER; ERASMUS, 2018). Observou-se ainda que nessa região os sistemas que continham formamida apresentaram um perfil levemente mais alargado quando comparado ao hcf (II) (A), podendo ser relacionados a vários fatores. O aumento da desordem do sistema é uma variável importante a ser considerada, visto que tipicamente leva a um alargamento nas bandas do espectro vibracional (JIMÉNEZ-GALLEGOS et al., 2010; SOEK, 2015). Unidades de hcf (II) ausentes na estrutura cristalinas do AP e seus análogos levam a defeitos estruturais, podendo ser aleatoriamente ou não distribuídos, sendo dependente dos parâmentros e condições de preparação das estruturas(JIMÉNEZ-GALLEGOS et al., 2010; SOEK, 2015). A partir desses dados sugere-se a existência de desordem nas estruturas das NpsCe, revelado através da maior largura das bandas de estiramento υ(CN). O pico em torno de 1600 cm-1 foi atribuído a deformação axial das ligações do grupo OH da água (δO-H) (FENG et al., 2009; SUN et al., 2012), e os picos localizados em 597 cm- 1 e 455 cm-1 correspondem ao estiramento (υ Fe-C) e a deformação axial (δ Fe-C≡N) respectivamente (FENG et al., 2009). Observou-se para os sistemas contendo formamida a existência de uma banda em torno de 1390 cm-1, atribuída a deformação axial (δCH) (OHASHI; HIKIISHI; TAKESHITA, 2019), nitidamente observado para as NpsCe preparadas somente em meio de formamida. 48       Figura 10 - Espectroscopia na região do infravermelho das nanopartículas de CeHCF : (A) Hexacianoferrato de Potássio II; (B) CeHCF-1 (100% Água); (C) CeHCF-2 (80% Água e 20% Formamida); (D) CeHCF-3 (40% Água e 60% Formamida); (E) CeHCF-4 (100% Formamida). 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500  CN O-H  CN T ra ns m itâ nc ia ( a .u ) Numero de Onda ( cm-1) A B C D E  H-O  Fe-C  Fe-CN  H-O O-H  Fe-CN CH  Fe-C  Fe-CN CH O-H  CN  Fe-C  H-O  Fe-CN CH  O-H  CN  H-O  Fe-C  Fe-CN CH O-H  CN  H-O  Fe-C Fonte: Elaborado pelo autor. 5.2 POTENCIAL ZETA Para investigar a carga superficial das NPsCe, tendo em vista que a composição variável dos solventes utilizados na preparação das Nps pode influenciar sobre a estabilidade da suspensão, foram realizadas análises de potencial Zeta utilizando suspensões de NpsCe. A Tabela 2 apresenta os valores obtidos para os quatros sistemas ( CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF- 3, CeHCF-4). 49       Tabela 2 - Valores de Potencial Zeta para os sistemas: CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3, CeHCF-4 Sistema Potencial Zeta (mV) CeHCF-1 -5,40 CeHCF-2 -7,96 CeHCF-3 -8,53 CeHCF-4 -9,31 Fonte: Elaborado pelo autor. Observa-se que as NpsCe possuem carga superficial levemente carregada negativamente, evidenciadas pelos valores negativos de potencial Zeta, ambos os sistemas (CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF3, CeHCF-4) apresentam valores próximos, não havendo alterações consideráveis. O baixo valor evidenciado na Tabela 2 está associado a uma baixa estabilidade das NpsCe quando em suspenção coloidal. Partículas com potencial zeta quase neutro ou superfícies levemente carregadas tendem a se agregar mais rápido, o valor específico do potencial zeta (> ǀ30ǀ mV), é considerado ideal para uma suspensão eletrostaticamente estabilizada, os valores obtidos podem ser afetados não apenas pelas propriedades das Nps, mas também pela natureza da solução, como pH e força iônica (GUMUSTAS et al., 2017). Potenciais zeta entre +10 e -10 mV são considerados neutros (CLOGSTON; PATRI, 2011). Concluiu-se então que as Nps preparadas apresentam carga superficial quase neutra e que a combinação de solventes (formamida/água) utilizados na preparação das Nps não afetaram substancialmente a carga superficial, uma vez que todas as suspenções tendem a agregação de suas partículas conforme observado por MEV. Pode-se concluir também que praticamente todos os íons Ce3+ foram complexados com o ligante CN-. 5.3 ESTUDOS DE DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX) A Figura 11 mostra os difratogramas de raios-x das NpsCe, sendo (A) CeHCF-1, (B) CeHCF-2, (C) CeHCF-3, (D) CeHCF-4, os resultados estão coerentes com aquelas relatados na literatura (FENG et al., 2009; PERIASAMY; WEI; CHEN, 2011), todos os picos podem ser atribuídos à simetria Hexagonal de KCe [Fe (CN) 6] . 4H2O ( a) 7,392 Ǻ e c) 13,87 Å, carta 50       JCPDS no. 83-2292). Observou-se um pequeno deslocamento na posição dos picos a medida que se aumentou a concentração de formamida. As linhas tracejadas, posicionadas no sistema CeHCF-1, permitem acompanhar este deslocamento. De acordo com a relação de Bragg, ilustrada na Equação 7. n=2dsen (7) Onde n é a ordem de difração, d a distância entre os planos dos átomos e  o ângulo medido entre o feixe incidente e determinados planos do cristal. Este deslocamento indica uma diminuição no espaçamento d, e consequentemente uma diminuição do parâmetro de rede a da célula unitária cúbica (BOLDT, 2015). Outras diferenças observadas nos difratogramas é quanto a intensidades dos picos atribuído ao plano (102), houve um aumento para os sistemas que continham formamida, indicando assim a simetria hexagonal e a orientação preferencial das estruturas das NpsCe (FENG et al., 2009; PERIASAMY; WEI; CHEN, 2011). Para o sistema CeHCF-3 (C) além de um aumento na intensidade do pico em 18,8 (2), também houve um aumento na intensidade do pico em 34,03 (2) relativamente aos demais. Observou-se também que a intensidade do pico em 15,2 (2), com excessão do CeHCF-2, diminui e se desloca cerca de 0,4 cm-1, quando se aumenta a quantidade de formamida (C e D). Os picos em 18,8, 24 e 34,03 (2), relativos aos planos (102), (110) e (203) respectivamente se deslocam para o sistema CeHCF-3 (C) e de maneira mais pronunciada para o sistema CeHCF-4(D). 51       Figura 11 - Difratograma de raio-x das NpsCe: (A) CeHCF-1 (100% Água); (B) CeHCF-2 (80% Água e 20% Formamida); (C) CeHCF-3 (40% Água e 60% Formamida); (D) CeHCF-4 (100% Formadida). 10 20 30 40 A (1 02 ) (2 03 ) (1 01 ) (1 10 ) In te ns id ad e ( u .a .) B C 2( graus) D Fonte: Elaborado pelo autor. Observou-se uma significativa diferença na largura dos picos de difração, este fato está associado principalmente ao tamanho das partículas dos materiais. É de nosso conhecimento o fato de que partículas de pequena dimensão (poucos nanômetros) produzem alargamento dos picos, o sistema CeHCF-3 apresentou picos mais alargados em relação aos outros sistemas estudados. A equação de Scherrer (Eq. 1) permitiu estimar o tamanho do diâmetro médio dos cristalitos dos sistemas, cujo pico se apresentou com maior intensidade, os valores estão listados na Tabela 3. Foi observado que os valores apresentados na tabela estão concordantes com os encontrados por MEV, podendo assim inferir que a concentração do solvente (fomamida/água) influência de maneira significativa na morfologia e no tamanho das Nps preparadas, o sistema CeHCF-3 demosntrou menor diâmetro médio do cristalito. 52       Tabela 3 - Tamanho médio dos cristalitos dos sistemas CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3 e CeHCF-4, calculado a partir da largura a meia altura (FWHM) utilizando-se da Equação de Scherrer (Eq. 1). Sistema d (nm) CeHCF-1 42 CeHCF-2 50 CeHCF-3 32 CeHCF-4 50 Fonte: Elaborado pelo autor. 5.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA As Figuras 12A a 15A ilustram as imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) para os sistemas CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3 e CeHCF-4, respectivamente. Observou-se que as formas das Nps são predominantemente esféricas. A partir da minuciosa análise das imagens foram estimados os tamanhos e as porcentagens relativas demonstrados pelos histogramas nas Figuras 12B a 15B. As Nps apresentadas pelo sistema CeHCF-1 (Figura 12) se apresentaram ligadas em forma de colar, com uma distribuição aleatória de tamanhos, tendo a maior parte das dimensões destas distribuídas entre 100 a 160 nm, já as Nps preparadas pela mistura formamida/água, observadas para os sistemas CeHCF-2 (Figura 13) e CeHCF-3 (Figura 14), apresentaram uma topologia mais compacta, homogênea e uma superfície mais lisa e uniforme. O sistema CeHCF-2 apresentou maior variação na distribuição de tamanho, quando comparado ao sistema CeHCF- 3, tendo a maior parte das dimensões entre 20 a 90 nm. Dentre os sistemas estudados o CeHCF- 3 apresentou maior uniformidade na distribuição de tamanho, sendo que a grande maioria das Nps estão entre 20 e 30 nm, além de se apresentarem mais dispersas, porém para o sistema CeHCF-4 (Figura 15) observou-se uma aglomeração das Nps com tamanho variando entre 20 a 160 nm. Entender o papel do solvente tanto no controle do tamanho como na a dispersão das Nps tem se mostrado uma tarefa difícil. De acordo com Do Carmo et al. (DO CARMO et al., 53       2016) o principal desafio é buscar novos procedimentos que permitam a preparação de nanopartículas de maneira controlada, obtendo uma estreita distribuição de tamanho, pois suas propriedades são altamente dependentes do tamanho, disposição e dispersão das mesmas, além de sua estrutura e composição química. Os resultados obtidos por essa técnica, indicam que a concentração e natureza do solvente tem papel crucial no tamanho, distribuição e dispersão das NpsCe e, portanto, nas propriedades químicas e físicas destes materiais. Figura 12 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-1: (A) micrografia do sistema CeHCF-1 (100% Água); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 200 partículas). Fonte: Elaboração do próprio autor Figura 13: Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-2: (A) micrografia do sistema CeHCF-2 (80%Água/20%Formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 200 partículas). Fonte: Elaborado pelo autor. 200 nm  54       Figura 13 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-1: (A) micrografia do sistema CeHCF-2 (80% Água/20%Formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 200 partículas). Fonte: Elaborado pelo autor. Figura 14 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-3: (A) micrografia do sistema CeHCF-3 (40%Água/60%formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 132 partículas). Fonte: Elaboração do próprio autor Figura 15: Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-4: (A) micrografia do sistema CeHCF-4 (100% Formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 168 partículas). Fonte: Elaboração do próprio autor Fonte: Elaborado pelo autor. 200 nm  200 nm  200 nm  55       Figura 15 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), do CeHCF-3: (A) micrografia do sistema CeHCF-3 (100%formamida); (B) porcentagem de distribuição das Nps (n= 168 partículas) Fonte: Elaborado pelo autor. 5.5 ESTUDOS ELETROQUÍMICOS A Figura 16 ilustra o perfil voltamétrico das nanopartículas preparadas em diferentes proporções de solventes, onde foi observado um único processo, com potencial médio (Eo’) de aproximadamente 0,29 V (vs Ag/AgCl) atribuído ao par redox Fe2+ / Fe3+ em presença de cério (III), para todos os sistemas estudados. Este valor está em concordância com aqueles descritos na literatura (FENG et al., 2009; PERIASAMY; WEI; CHEN, 2011; YANG et al., 2011). O sistema CeHCF-4 apresentou uma maior intensidade de corrente anódica e catódica, porém uma maior resistência, quando comparado aos outros sistemas. Já o sistema CeHCF-1, CeHCF-2 e o CeHCF-3 apresentaram intensidade de corrente anódica bastante próximas, e intensidades de corrente catódica diferentes. A medida que se aumentou a concentração de formamida, observou-se um ligeiro deslocamento do potencial catódico (0,24 a 0,22 mV ) do sistema CeHCF-2 para o sistema CeHCF-4. Desta forma pode-se concluir que o desempenho voltamétrico e a reversibilidade do processo redox [Fe2+ / Fe3+] foi diretamente afetada pela composição dos solventes. Tendo em vista a aplicação eletrocatalítica dos eletrodos modificados com as NpsCe, faz- 200 nm  56       se necessário a compreensão dos mecanismos de reação relevantes envolvidos na interface eletrodo/solução. As condições experimentais exercem grande influência nos processos de quantificação e determinação de analitos, pois vários parâmetros eletroanalíticos, como por exemplo, limite de detecção, sensibilidade amperométrica e seletividade estão direta ou indiretamente ligadas aos processos redox e são responsáveis pelas mudanças nas propriedades eletroquímicas dos materiais (CHOUDHARY; JOTHI; NAGESWARAN, 2017), em função disso fez-se previamente a caraterização dos eletrodos de pasta de grafite contendo NpsCe, pela técnica de voltametria cíclica. Foram preparadas pastas de grafite/modificador nas proporções de 10%, 20% e 40 % (m/m), que foram previamente testados por VC. A proporção 10% (m/m) foi escolhida para todos os sistemas por apresentar melhores relações Ipa/Ipc, um par redox bem definido, além de correntes mais estáveis. Posteriormente foram avaliados: o eletrólito de suporte e sua concentração, a influência da concentração hidrogeniônica e da velocidade de varredura. Figura 16 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF preparadas em diferentes proporções de solventes (10% (m/m); KNO3 1mol/L-1; v = 100m s1). 0,0 0,6 1,2 -2000 -1000 0 1000 CeHCF-1 CeHCF-2 CeHCF-3 CeHCF-4 E / V vs Ag / AgCl I /  A Fonte: Elaborado pelo autor. 57       5.5.1 Estudo sobre o efeito dos diferentes eletrólitos Os análogos do Azul da Prússia são conhecidos por sua estrutura zeolítica (ITAYA; UCHIDA; NEFF, 1986), possuem canais que permitem a entrada e saída de íons (DO CARMO et al., 2016), para manter a eletroneutralidade do reticulo cristalino. Desta forma, faz-se necessário uma análise minuciosa sobre a influência dos cátions e ânions proveniente dos eletrólitos de suporte no comportamento voltamétrico dos eletrodos modificados com as nanopartículas. As Figuras 17 e 18 ilustram os voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes eletrólitos de suporte a base de cloretos (Figura 17) e a base de nitratos (Figura 18), sendo eles: KCl, NaCl, LiCl, KNO3, NaNO3 e NH4NO3 (1,0 mol L-1 e v = 100 mV s-1). Percebeu-se que a natureza dos eletrólitos de suporte afetou não somente a intensidade das correntes de oxidação e redução, mas também o potencial médio (Eθ’). Os principais parâmetros eletroquímicos obtidos para os quatro sistemas estão listados nas Tabelas 4, 5, 6 e 7. Figura 17 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com NpsCe presença de diferentes eletrólitos a base de cloretos: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF- 3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); KNO3 1mol/L-1; v = 100mV s-1). Fonte: Elaborado pelo autor. 58       Figura 18 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF presença de diferentes eletrólitos a base de nitratos: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF- 3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); KNO3 1mol/L-1; v = 100mV s-1). Fonte: Elaborado pelo autor. Observou-se um ligeiro deslocamento do Eθ’ para regiões mais negativas na presença dos íons Li+ e Na+, conforme apresentado nas Tabelas 4 a 7, esse comportamento pode ser explicado com base no tamanho dos canais presentes na estrutura zeolítica das NpsCe em relação ao diâmetro hidratado efetivo dos cátions (ENGEL; GRABNER, 1985), ou seja quanto menor o raio hidratado dos cátions provenientes do eletrólito de suporte maior será sua mobilidade entre os interstícios da célula unitária do complexo, e isso vai refletir no perfil voltamétrico das NpsCe, um exemplo disso é quando se usa o NH4NO3 observa-se um aumento na resistência e uma certa deformação dos voltamogramas das NpsCe (Figura 18). Destes estudos o KNO3 apresentou melhor performance voltamétrica, podendo ser explicado pelo diâmetro do raio hidratado e alta mobilidade apresentados pelos íons K+ 59       (LOVRIĆ; SCHOLZ, 1997, 1999; OLDHAM, 1998), quando comparado aos demais íons estudados. Dessa maneira para estudos subsequentes das NpsCe, o KNO3 foi utilizado como eletrólito de suporte. Tabela 4 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeHCF-1 em diferentes eletrólitos (10% (m/m) v = 100 mV s-1; 1,0 mol L-1) Eletrólito Epa (V) Epc (V) Ipa (μA) Ipc (μA) Eθ’(V) ΔEp (V) |Ipa/Ipc| Diâmetro do cátion hidratado (nm)** KCl; 0,32 0,30 214,7 -843,4 0,31 0,02 0,25 0,24 NaCl 0,32 0,27 254,2 -1059,2 0,29 0,05 0,24 0,36 LiCl 0,33 0,24 247,6 -1336,0 0,29 0,09 0,18 0,47 KNO3 0,33 0,29 230,1 -824,3 0,31 0,04 0,27 0,24 NaNO3 0,34 0,22 281,9 -1172,5 0,28 0,12 0,24 0,36 NH4NO3 0,35 0,27 103,2 -839,5 0,31 0,08 0,12 0,24 **(ENGEL; GRABNER, 1985; ABBASPOUR; GHAFFARINEJAD, 2008) Fonte: Elaborado pelo autor. Tabela 5 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeCHF-2 em diferentes eletrólitos de suporte (10% m/m, v = 100 mV s-1, 1,0 mol L-1). Eletrólito Epa (V) Epc (V) Ipa (μA) Ipc (μA) Eθ’(V) ΔEp (V) |Ipa/Ipc| Diâmetro do cátion hidratado (nm)** KCl; 0,35 0,24 154,9 -591,2 0,29 0,11 0,26 0,24 NaCl 0,34 0,23 141 -561,9 0,28 0,11 0,25 0,36 LiCl 0,34 0,22 153 -644,9 0,28 0,12 0,23 0,47 KNO3 0,34 0,23 159,6 -532,8 0,29 0,11 0,29 0,24 NaNO3 0,33 0,21 152 -590,7 0,27 0,12 0,25 0,36 NH4NO3 0,34 0,23 72,4 -549,6 0,29 0,11 0,13 0,24 Nota: **(ENGEL; GRABNER, 1985; ABBASPOUR; GHAFFARINEJAD, 2008) Fonte: Elaborado pelo autor. 60       Tabela 6 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeCHF-3 em diferentes eletrólitos de suporte (10% m/m, v = 100 mV s-1, 1,0 mol L-1). Eletrólito Epa (V) Epc (V) Ipa (μA) Ipc (μA) Eθ’ (V) ΔEp (V) |Ipa/Ipc| Diâmetro do cátion hidratado (nm)** KCl; 0,35 0,21 195,1 -744,9 0,28 0,14 0,26 0,24 NaCl 0,35 0,23 183,51 -571,5 0,29 0,12 0,32 0,36 LiCl 0,35 0,2 155,65 -777,23 0,27 0,15 0,20 0,47 KNO3 0,35 0,23 192,69 -697,98 0,29 0,12 0,27 0,24 NaNO3 0,35 0,21 159,25 -672,42 0,28 0,14 0,23 0,36 NH4NO3 0,35 0,22 79,63 -691,1 0,29 0,13 0,11 0,24 Nota: **(ENGEL; GRABNER, 1985; ABBASPOUR; GHAFFARINEJAD, 2008) Fonte: Elaborado pelo autor. Tabela 7 - Parâmetros eletroquímicos da pasta de grafite modificada com CeCHF-4 em diferentes eletrólitos de suporte (10% m/m, v = 100 mV s-1, 1,0 mol L-1). Eletrólito Epa (V) Epc (V) Ipa (μA) Ipc (μA) Eθ’(V) ΔEp (V) |Ipa/Ipc| Diâmetro do cátion hidratado (nm)** KCl; 0,33 0,25 186,2 -1233,0 0,29 0,08 0,15 0,24 NaCl 0,34 0,23 193,4 -1096,0 0,28 0,11 0,17 0,36 LiCl 0,34 0,24 150,6 -1046,4 0,29 0,1 0,14 0,47 KNO3 0,34 0,23 230,0 -1335,4 0,29 0,11 0,17 0,24 NaNO3 0,35 0,18 271,2 -1640,3 0,26 0,17 0,16 0,36 NH4NO3 0,34 0,24 136,5 -1223,9 0,29 0,10 0,11 0,24 Nota: **(ENGEL; GRABNER, 1985; ABBASPOUR; GHAFFARINEJAD, 2008) Fonte: Elaborado pelo autor. 61       5.5.2 Influência das concentrações do eletrólito de suporte A natureza do eletrólito suporte e a sua concentração exercem uma grande influência no comportamento eletroquímico de análogos do Azul da Prússia (D. RIBEIRO DO CARMO, R. MOUTINHO DA SILVA, 2005), assim na Figura 19 estão ilustrados os voltamogramas cíclicos dos eletrodos modificados com CeHFC, em diferentes concentrações do eletrólito de suporte selecionado (KNO3), variando de 1,0 x 10-2 a 1 mol L-1. Observou-se que os valores de potenciais médios (EƟ´) são deslocados linearmente para potenciais mais positivos quando se varia a concentração de KNO3 (1,0 x 10-2 a 1 mol L-1), além de uma diminuição na intensidade das correntes anódica e catódica, demonstrando assim uma forte dependência entre o processo redox e a concentração de K+. Figura 19 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificado as NpsCe em diferentes concentrações de KNO3: (A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF- 4 (10% (m/m); v = 100mV s-1). Fonte: Elaborado pelo autor. 62       5.5.3 Estudo sobre o efeito das diferentes concentrações hidrogeniônicas A Figura 20 ilustra os voltamogramas obtidos para os sistemas CeHCF-1, CeHCF-2, CeHCF-3, CeHCF-4 em diferentes concentrações hidrogeniônicas (pH 3,0 a 8,0). Observou-se para ambos os sistemas que Eθ’ permanecem inalterados em aproximadamente 0,29 V, porém a influência mais pronunciada ocorre nas correntes anódicas e catódicas. Figura 20 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF em diferentes pH (3-8): A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); KNO3 1,0 mol L-1; v = 100mV s-1). Fonte: Elaborado pelo autor. A critério de exemplo, a Figura 21 ilustra um gráfico do comportamento da intensidade da corrente anódica (Ipa) em função do pH. Observou-se um comportamento semelhante para os sistemas CeHCF-1(A) e CeHCF-2 (B) CeHCF-4 (D).Para o sistema CeHCF-1(A), a corrente 63       praticamente não variou, já para os sistemas CeHCF-2 (B) CeHCF-4 (D) observou-se um decréscimo de corrente com o aumento de 53,4 µA e 86,29 µA, respectivamente, com o aumento do pH de 3 a 8, porém para o sistema CeHCF-3 observou-se o inverso, houve um acréscimo na corrente catódica de 79 µA com o aumento do pH de 3 a 8, porém a partir de pH 5, a corrente tende a estabilizar-se. Tal comportamento ainda não está bem compreendido e está sendo estudado, porém pode estar relacionado com a diminuição da força iônica à medida que se aumenta o pH, facilitado a permeação dos íons na superfície do eletrodo. Figura 21 - Gráfico ilustrando o efeito da Intensidade de corrente anódica (Ipa) das pastas de grafite modificada com CeHCF em função do pH. Fonte: Elaborado pelo autor. O valor de pH escolhido para os estudos subsequentes foi 7,0 devido à praticidade, e a possibilidade de se realizar estudos posteriores para a determinação eletrocatalítica em amostras reais em pH próximo ao neutro. 5.5.4 Influência da velocidade de varredura Foi investigado a influência da velocidade de varredura no perfil voltamétrico dos eletrodos quimicamente modificados com NpsCe, variando a velocidade de 50 mV s-1 a 450 mV s-1 em intervalos de 10 mV s-1, e os resultados estão ilustrado na Figura 22. É observado que com o aumento da velocidade de varredura há um aumento linear na intensidade das 0 50 100 150 200 250 300 350 3 4 5 6 7 8 ip a pH CeHCF‐1 CeHCF‐2 CeHCF‐3 CeHCF‐4 64       correntes de oxidação e redução, observa-se também que há aumento na extensão de irreversibilidade dos sistemas acompanhada de uma separação crescente entre o par redox, caracterizando assim um sistema “quasi”- reversível.(BRETT; BRETT, ) Figura 22 - Voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de grafite modificada com CeHCF em diferentes velocidades de varredura: A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); 1,0 mol L-1). Fonte: Elaborado pelo autor. Na Figura 23 inlustra a dependência linear entre a magnitude das correntes de oxidação e redução com a velocidade de varredura para quatro sistemas, sugerido assim um processo adsortivo (BARD et al., 1944). 65       Figura 23 - Dependência da intensidade de corrente dos picos anódicos e catódicos em função da velocidade de varredura: A) CeHCF-1; (B) CeHCF-2; (C) CeHCF-3; (D) CeHCF-4 (10% (m/m); v = 100mV s-1; 1,0 mol L-1). Fonte: Elaborado pelo autor. O estudo das reações de transferência de elétrons na interface eletrodo/eletrólito é uma questão fundamental na eletroquímica(THOMAS et al., 2015). Com base na teoria de Laviron(LAVIRON, 1979), a constante de transferência eletrônica heterogênea (Ks), e o coeficiente de transferência (α), pode ser obtido experimentalmente por VC, usando a variação de potenciais de pico anódico e catódico (Ep - EƟ´) em função do logaritmo da velocidade de varredura(log v)(LAVIRON, 1979; THOMAS et al., 2015). Este produz duas linhas retas com um inclinação igual a -2,3RT/αnF para o pico catódico, e 2,3RT/(1- α )nF para anódico(LAVIRON, 1979). As Figuras 24, 25, 26 e 27 são mostrados os gráficos de Laviron com as suas respectivas equações da reta, observa-se que a diferença entre os potenciais de pico anódico (Epa) e catódico (Epc) e o potencial formal (Ep – Eθ’) é dependente da velocidade de varredura de 66       potencial. A Equação de Laviron pode ser aplicada para altas e baixas velocidades de varredura (106-107). A partir das equações derivadas de Laviron (Equação 7), foi possível estimar o coeficiente de transferência (α) bem como a constante de transferência de carga (ks). De acordo com a Equação de Laviron, Ep – Eθ’ vs. log v produz duas retas com inclinação 2,3RT/(1-α)nF para pico anódico e -2,3RT/ αnF para pico catódico (106-107) A equação derivada de Laviron (Eq. 7) foi empregada afim de se mensurar o valor da constante de transferência eletrônica heterogênea (Ks), sendo expressa da seguinte maneira: Log K𝑠 αlog 1 α 1 α logα – log αnF 1 α , (7) Figura 24 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-1 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron. Fonte: Elaborado pelo autor. 67       Figura 25 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-2 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron. Fonte: Elaborado pelo autor. Figura 26 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-3 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron. Fonte: Elaborado pelo autor. 68       Figura 27 - (A) Graficos de Laviron, Ep-EƟ` vs log v, para o sistema CeHCF-4 (B) Equação da reta do gráfico de Laviron. Fonte: Elaborado pelo autor. Levando em consideração que o cério é eletroquimicamente inerte na faixa de potencial de trabalho, pode-se admitir que um elétron está envolvido no processo redox (FeII/FeIII) e empregando as equações supracitadas, pode-se estimar o α e ks. A Tabela 8 reúne os parâmetros cinéticos destes estudos para os quatros sistemas Tabela 8 - Valores do coeficiência de transferência (α) e constante de transferência eletrônica heterogênea (Ks). Sistema α Ks ( s-1) CeHCF-1 0,287 0,388 CeHCF-2 0,354 0,459 CeHCF-3 0,259 0,224 CeHCF-4 0,309 0,209 Fonte: Elaborado pelo autor. 69       6 ELETRO- OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA Após a obtenção dos melhores paramêtros experimentais, as Nps foram testadas para a detecção das mais variadas substâncias de interesse clínico, farmacêutico, ambiental e biológico, entretanto o comportamento eletrocatalítico foi observado somente para a detecção de L-dopamina nos sistemas CeHCF-1 e CeHCF-3. Para tal estudos foram construídos eletrodos de pasta de grafite, contendo as Nps. As substâncias testadas foram preparadas previamente ao seu uso, em meio aquoso, com concentração padrão de 1,0 x 10-2. 6.1 APLICAÇÃO DO SISTEMA CEHCF-1 NA ELETRO-OXIDAÇÃO CATALÍTICA DA L-DOPAMINA (DA) 6.1.1 Voltametria cíclica A Figura 28 ilustra a resposta eletroquímica da L-dopamina (DA) no eletrodo quimicamente modificado com Nps de CeHCF-1, a velocidade empregada neste experimento foi de v=100 mV s-1. Observou-se que o eletrodo de pasta de grafite não modificado (curva A) na ausência de DA não apresentou qualquer eletroatividade na janela de potencial estudada ( - 0,3 a 1,1 V), já na presença de 2,0 mmol L-1 de DA, o mesmo apresentou um pico de oxidação que ocorre em aproximadamente 0,49 V e um pico de redução em aproximadamente 0,05 V (curva B). A intensidade de corrente do pico de oxidação centrado em aproximadamente 0,29 V observado para o CeHCF-1 na ausência de DA (curva C), sofre um grande aumento na presença de 2,0 mmol L-1 de DA (curva D), demostrando assim que as Nps possuem uma excelente atividade eletrocatalítica para a oxidação da DA. 70       Figura 28 - Voltamogramas cíclicos obtidos na oxidação eletrocatalítica da L-dopamina, utilizando o sistema CeHCF-1: (A) eletrodo de pasta de grafite não modificado na ausência de L-dopamina, (B) eletrodo de pasta de grafite não modificado na presença de 2,0 mmol L-1 de L-dopamina, (C) eletrodo de pasta de grafite modificado na ausência de L-dopamina, (D) eletrodo de pasta de grafite modificado na presença de 2,