UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS DE BOTUCATU DESENVOLVIMENTO DE SENSORES ELETROQUÍMICOS PARA A DETECÇÃO DE METAIS PESADOS MARTIN KÁSSIO LEME DA SILVA Botucatu-SP, 2019 DESENVOLVIMENTO DE SENSORES ELETROQUÍMICOS PARA A DETECÇÃO DE METAIS PESADOS MARTIN KÁSSIO LEME DA SILVA Dissertação apresentada ao Instituto de Biociências, Câmpus de Botucatu, UNESP, para obtenção do título de Mestre no Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia. Área de concentração: Biotecnologia Ambiental. Orientador: Profa. Dra. Ivana Cesarino Botucatu-SP, 2019 Agradecimentos Aos meus pais Cláudia e Augusto, e ao meu irmão Matheus pelo apoio, compreensão e carinho durante todas as etapas da minha vida pessoal e profissional. Ao Leandro pelo companheirismo, ensinamentos e acima de tudo por sua paciência com minhas crises de choro, ansiedade e por sempre ter uma palavra de conforto quando preciso. À minha orientadora Prof.ª Dra. Ivana Cesarino por toda orientação, amizade, cumplicidade e ensinamentos durante estes 4 anos em que trabalhamos juntos, uma pessoa pela qual tenho um apreço singular. Ao pessoal do Departamento de Bioprocessos e Biotecnologia da Unesp de Botucatu. Em especial, a Raquel, Eduardo, Jack, Marcelo e Firmo pela ajuda e companheirismo durante meu mestrado. A Prof.ª Rejane Grotto e Prof. William de Melo, enquanto chefes de departamento pela ajuda e orientações. E ao Prof. Rafael Simões pela colaboração em artigos científicos e trabalhos. Aos amigos, Monica, Marina, Milena, Barbara, Paulinha e Thamiris pela amizade e apoio durante todos os anos de graduação e de pós-graduação. Aos atuais e antigos companheiros do LEN, Caruane, Vitória, Larga, Natália, Heloísa, Mariah, Erik, Sarah, Gabi, Clara e Wanderson pela amizade e parceria durante os experimentos. À UNESP, IBB e LACEM por fornecerem toda a estrutura necessária. Obrigado! Excellence must be pursued; it must be wooed with all of one’s might and every bit of effort that we have. Each day there is a new encounter, each week is a new challenge. All of the noise and all of the glamour, all of the color, all of the excitement, all of the rings and all of the money. These are the things that linger only in the memory. But the spirit, the will to excel, the will to win, these are the things that endure. Vince Lombardi Produção Bibliográfica  N.A. Kohori, M. K. L. Da Silva, I. Cesarino, Evaluation of graphene oxide and reduced graphene oxide in the immobilization of laccase enzyme and its application in the determination of dopamine, J. Solid State Electrochem. 22 (2018) 141–148  M.K.L. da Silva, H.C. Vanzela, L.M. Defavari, I. Cesarino, Determination of carbamate pesticide in food using a biosensor based on reduced graphene oxide and acetylcholinesterase enzyme, Sensors Actuators B Chem. 277 (2018) 555–561.  M.K.L. Da Silva, R. Plana Simões, I. Cesarino, Evaluation of Reduced Graphene Oxide Modified with Antimony and Copper Nanoparticles for Levofloxacin Oxidation, Electroanalysis. 30 (2018) 2066–2076.  C.A. Donini, M.K.L. da Silva, R.P. Simões, I. Cesarino, Reduced graphene oxide modified with silver nanoparticles for the electrochemical detection of estrol, J. Ele. Chem. 809 (2018) 67-73.  (Submetido) M. K. L da Silva, I. Cesarino, Stripping analysis of Cd2+, Pb2+, Cu2+ and Hg2+ using a Sb nanoparticles/reduced graphene oxide electrode for drinking water quality control, J. Ele. Chem. i SUMÁRIO RESUMO ........................................................................................................................................IV ABSTRACT ..................................................................................................................................... V LISTA DE FIGURAS .....................................................................................................................VI LISTA DE TABELAS ....................................................................................................................IX LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS ................................................................................ X 1. INTRODUÇÃO E CONCEITOS ............................................................................................. 11 Toxicidade de metais pesados .............................................................................................. 11 Cenário atual da poluição por metais pesados ................................................................... 12 Determinação de metais pesados por técnicas convencionais ............................................ 13 Determinação de metais pesados por técnicas voltamétricas ............................................. 14 Voltametria de Redissolução Anódica .......................................................................... 14 Eletrodos na detecção de metais pesados ............................................................................ 15 Eletrodo de Carbono Vítreo (GC) ................................................................................ 15 Eletrodos Modificados .................................................................................................. 16 Grafeno ................................................................................................................................ 17 1.6.1 Uso de GO e rGO na determinação de metais pesados ............................................... 20 Nanopartículas Metálicas .................................................................................................... 21 Nanopartículas de Antimônio ....................................................................................... 21 Determinação de metais pesados em água .......................................................................... 22 2. OBJETIVOS ............................................................................................................................. 25 Objetivos Específicos ........................................................................................................... 25 ii 3. METODOLOGIA ..................................................................................................................... 26 Reagentes e Soluções ........................................................................................................... 26 Equipamentos e Materiais ................................................................................................... 26 Síntese do óxido de grafeno reduzido modificado com SbNPs ............................................ 27 Preparação dos eletrodos de trabalho ................................................................................ 27 Preparação soluções de trabalho ........................................................................................ 28 Soluções metais pesados ............................................................................................... 28 Caracterização dos nanocompósitos ................................................................................... 28 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .............................................................. 28 Caracterização eletroquímica compósito rGO-SbNPs ................................................ 29 Caracterização por CV e EIS ....................................................................................... 29 Análise de metais pesados em água ..................................................................................... 30 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................................. 30 Caracterização visual, morfológica e eletroquímica dos nanocompósitos ......................... 30 Características Visuais ................................................................................................. 30 Caracterização morfológica por MEV ......................................................................... 31 Caracterização eletroquímica do compósito rGO-SbNPs ........................................... 32 Avaliação do desempenho do eletrodo modificado com nanocompósito rGO-SbNPs na determinação dos íons cádmio, chumbo, cobre e mercúrio ...................................................... 36 Otimização dos parâmetros experimentais .......................................................................... 38 Otimização da composição do eletrodo na resposta voltamétrica dos íons Cd2+, Pb2+ , Cu2+ e Hg2+ utilizando o eletrodo GC/rGO-SbNPs ............................................................... 38 Otimização dos parâmetros da SWASV ........................................................................ 40 iii Influência do potencial de acumulação e tempo de pré-concentração ........................ 40 Influência do eletrólito de suporte ................................................................................ 43 Influência do pH ........................................................................................................... 45 Curvas de Calibração .......................................................................................................... 46 Determinação simultânea dos metais Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ ................................... 46 Determinação individual dos metais Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ .................................... 48 Avaliação da eficiência do eletrodo GC/rGO-SbNPs ......................................................... 50 Estudo de interferentes ................................................................................................. 50 Análise em amostras de água tratada .......................................................................... 51 5. CONCLUSÕES ........................................................................................................................ 54 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 55 iv RESUMO Este trabalho apresenta, a caracterização e aplicação de um nanocompósito à base de óxido de grafeno reduzido (rGO) modificado com nanopartículas de antimônio (SbNPs) na análise simultânea e individual dos íons Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em amostras de água de torneira. O nanocompósito rGO-SbNPs foi sintetizado por um método de redução química utilizando borohidreto de sódio como agente redutor. O trabalho investigou as propriedades eletrônicas do rGO com a combinação sinérgica de SbNPs. Os resultados mostraram que o eletrodo GC/rGO- SbNPs detectou seletivamente os metais pesados (HMs) com alta sensibilidade, considerando os valores máximos permitidos para consumo de água potável no Brasil. Sob condições otimizadas, o eletrodo proposto apresentou um ajuste significativo de correlação linear com as concentrações dos íons Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ variando de 0,1 a 4,5 µmol L-1. Os limites de detecção para determinação individual desses íons foram: 7,7 (Cd2+), 3,0 (Pb2+), 4,7 (Cu2+) e 9,6 (Hg2+) nmol L-1. Este trabalho revela a viabilidade do nanocompósito rGO-SbNPs na análise de HMs por voltametria de redissolução anódica de onda quadrada (SWASV), bem como, uma nova abordagem para análise in-situ destes metais. v ABSTRACT This work presents for the first time the characterization and application of a nanocomposite based on reduced graphene oxide (rGO) modified with antimonium nanoparticles (SbNPs) in the stripping analysis of Cd2+, Pb2+, Cu2+ and Hg2+ in drinking water samples. The nanocomposite was easy synthesized by a chemical reduction method using sodium borohydride as the reductant agent. The experiments investigated the remarkable rGO electronic properties with the synergetic combination of metallic SbNPs. The results showed that the GC/rGO-SbNPs electrode selective detected the heavy metal ions (HMs) with high sensitivity, regarding the standards of potable drinking water in Brazil. Under optimal conditions the proposed electrode showed good linear relationship with the concentration of Cd2+, Pb2+, Cu2+ and Hg2+ ranging from 0.1 to 4.5 µmol L-1. The detection limits for individual determination of these ions were: 7,7 (Cd2+), 3,0 (Pb2+), 4,7 (Cu2+) and 9,6 (Hg2+) nmol L-1.This work presents an analysis of the properties of the nanocomposite rGO-SbNPs in the analysis of HMs by square wave anodic voltammetry (SWASV), as well as a new approach for in situ analysis of these metals. vi LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Etapas da voltametria de redissolução anódica: A) gráfico E vs tempo mostrando o tempo de deposição (td) e o tempo de repouso (tr) e B) voltamogramas de redissolução anódica para cádmio e chumbo. Adaptado de [33]. ........................................................................................ 15 Figura 2 - Distribuição das publicações em Eletroquímica e Eletroanalítica selecionadas na base de dados Science Direct (Elsevier) no período de 1996-2019. Palavras-chave: graphene electrode. .................................................................................................................................................... 19 Figura 3 - Sistema Eletroanalítico para detecção simultânea de metais pesados ............................... 26 Figura 4 - Eletrodos de trabalho de carbono vítreo (GC) .................................................................. 28 Figura 5 - Solução de GO, rGO e rGO-SbNPs .................................................................................. 31 Figura 6- Micrografias MEV para os compósitos GO (A), rGO (B) e rGO-SbNPs (C). .................. 32 Figura 7 - Histograma do tamanho de nanopartículas do nanocompósito rGO-SbNPs..................... 32 Figura 8 - Voltamogramas obtidos por CV para GC/rGO (linha tracejada) e GC/rGO-SbNPs (linha sólida) em uma solução de 0,5 mol L-1 HCl com uma velocidade de varredura de 50 mV s-1. . 33 Figura 9 - Voltamogramas cíclicos para os eletrodos GC/GO (a), GC/rGO (b), GC/rGO-SbNPs (c) (composição 40%) em uma solução 0.2 mol L−1 PBS (pH 7.0) contendo 5.0 mmol L−1 do par redox[Fe(CN6)]3−/4− com velocidade de varredura de 50 mV s-1. ............................................. 34 Figura 10 - Diagramas de Nyquist para os eletrodos a) GC/GO (●), b) GC/rGO (▲) e c) GC/rGO- SbNPs (■) em uma solução 0.2 mol L−1 PBS (pH 7.0) contendo 5.0 mmol L−1 do par redox[Fe(CN6)]3−/4−. .................................................................................................................. 36 Figura 11- Voltamogramas de SWASV para os diferentes eletrodos em 0,1 mol L-1 KCl pH 3,0 contendo 10,0 µmol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ para os eletrodos GC, GC/GO, GC/rGO, e vii GC/rGO-SbNPs. Parâmetros da SWASV são: potencial de acumulação de -1,0V durante 30 s .................................................................................................................................................... 38 Figura 12 - Efeito da composição do eletrodo GC/rGO-SbNPs modificado com 20, 30, 40 e 50% de SbCl3 (m/m). Parâmetros de SWASV iguais ao da Figura 8. ................................................... 39 Figura 13 - Influência da concentração do filme de rGO-SbNPs na presença de 10 µmol L-1 dos HMs. Parâmetros experimentais idênticos ao da Figura 12. ...................................................... 40 Figura 14 -Influência do potencial de acumulação na determinação de 20,0 µmol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Parâmetros SWASV: frequência de 80 Hz; amplitude de pulso de 100 mV vs. Ag/AgCl. .................................................................................................................................... 42 Figura 15 - Influência do tempo de pré-concentração na determinação de 20,0 µmol L-1 of Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. ....................................................................................................................... 43 Figura 16 - Influência do eletrólito de suporte na determinação de 10 µmol L-1 dos HMs em soluções 0.1 mol L-1 (pH 3.0) de a) NaCl, b) KCl, c) PBS e d) tampão acetato. Potencial de acumulação de -1,0V durante 120s, frequência de 80 Hz, amplitude de pulso 100 mV ........... 44 Figura 17 - Influência do pH do eletrólito de suporte na determinação de 10 µmol L-1 dos HMs em soluções PBS 0.1 mol L-1 variando-se o pH de 2,0 a 6,0. Parâmetros experimentais da SWASV iguais ao da figura 11. ................................................................................................................ 46 Figura 18 - Respostas voltamétricas por SWASV utilizando o eletrodo GC/rGO-SbNPs na determinação simultânea Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ na faixa de concentração de 0.1 a 4.5 µmol L- 1 (linha tracejada na ausência dos metais). Parâmetros experimentais da SWASV iguais aos resumidos na Tabela 1................................................................................................................ 47 Figura 19 - As respectivas curvas de calibração para Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ correspondentes as respostas voltamétricas da Figura 18. ........................................................................................ 48 viii Figura 20 - Curvas de calibração individual para of A) Cd2+, B) Pb2+, C) Cu2+ and D) Hg2+ sob condições otimizadas. Detalhe: Voltamogramas SWASV para os respectivos HM. ................ 49 Figura 21 - Dependência linear da corrente de pico com concentrações de HM variando de 1,0 - 4,0 µmol L-1 em amostra de água tratada. Detalhe: dependência linear da corrente de pico anódica em função da concentração dos metais. ..................................................................................... 52 ix LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Nanomateriais para a modificação de eletrodos na detecção de metais pesados .............. 23 Tabela 2 - Valores máximos permitidos de metais pesados em amostras de agua potável. .............. 24 Tabela 3 - Faixa de linearidade, curvas de calibração e LOD na determinação simultânea e individual para Cd2+ , Pb2+, Cu2+ e Hg2+. ..................................................................................... 50 Tabela 4 – Resultados do estudo de interferentes para os HMs alvo em amostras de água de torneira utilizando a metodologia proposta. ............................................................................................ 53 x LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS BiFE – Eletrodos a base de filmes de bismuto CV – Voltametria Cíclica MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura GC – Carbono Vítreo GO – Óxido de Grafeno Ipa – Corrente de Pico Anódico HMs – Metais Pesados LOD – Limite de Detecção rGO – Óxido de Grafeno Reduzido rGO-SbNPs – Óxido de Grafeno Reduzido Modificado com Nanopartículas de Antimônio SbFE – Eletrodos a base de filmes de antimônio SWASV – Voltametria de Redissolução Anódica de Onda-Quadrada 11 1. INTRODUÇÃO E CONCEITOS Toxicidade de metais pesados Metais pesados (HMs), ou íons metálicos pesados, são compostos considerados essenciais, em pequenas quantidades, para a manutenção das funções biológicas do organismo humano. Entre os mais conhecidos, cobalto, cobre, ferro, manganês e zinco são responsáveis por ter um papel essencial em nossa vida. Entretanto, em níveis elevados podem causar severos danos à saúde humana. Doenças relacionadas ao sistema nervoso central, fígado, rim, pele, ossos e dentes, estão entre os sistemas mais afetados devido à acumulação de tais metais no corpo humano [1]. Em sua maioria são considerados cancerígenos, altamente tóxicos, não biodegradáveis e podem gerar graves problemas a saúde humana, devido à produção de radicais livres [2]. O chumbo como íon metálico pesado (Pb2+), penetra através da barreira proteica do cérebro e estudos recentes comprovam este metal como um fator de risco para o desenvolvimento de Alzheimer e a demência senil. Também leva a doenças neurodegenerativas, diminuição do QI, danos nos rins, diminuição do crescimento ósseo, problemas comportamentais, ataxia, hiperirritabilidade e estupor [3–5]. Resíduos de chumbo já foram detectados em amostras de energéticos comerciais de marcas famosas no mercado [6,7], em mel [8], além de amostras reais de águas residuárias de indústrias de bateria. Cádmio é considerado o sétimo metal pesado mais tóxico de acordo com os parâmetros estipulados pela Agência para Substâncias Tóxicas e Registro de Doenças. Quando ingerido pode levar a toxicidade renal, hipertensão, perda de peso, fadiga, anemia hipocrômica e microcítica, linfocitose, fibrose pulmonar, aterosclerose, neuropatia periférica, câncer de pulmão, osteomalacia, osteoporose e hiperuricemia [9]. 12 O mercúrio pode afetar com severidade o desenvolvimento neurológico, efeitos no sistema digestivo, sistema imunológico, pulmões, rins, pele e olhos, doença de minamata, acrodinia, aumento da salivação, hipotonia e hipertensão arterial [10,11]. Devido à grande variedade de efeitos adversos à saúde humana, a determinação de mercúrio em cosméticos femininos, principalmente em clareadores para a pele foram estudados [12,13]. Mercúrio também pode ser encontrado em algumas amostras de vinagre comerciais [14]. O cobre pode desenvolver a hipertireoidismo, alergias, anemia, alopecia, artrite, autismo, fibrose cística, diabetes, hemorragia e distúrbios renais [15]. Cobre é considerado carcinógeno por causar danos ao DNA [16]. Íons cobre (Cu2+) podem ser determinados em amostras de vinhos em várias regiões do mundo devido ao processo de fabricação, sendo proveniente do uso de sprays contendo cobre na vinha, contaminação em vinícolas e através da adição de cobre (II) ao vinho para remoção de odores sulfídricos [17]. Cenário atual da poluição por metais pesados A poluição ambiental causada por metais pesados é um problema mundial. Segundo uma estimativa da Organização Mundial da Saúde (OMS), cerca de 844 milhões de pessoas não tem acesso à água potável e que 230 milhões de pessoas gastam pelo menos 30 minutos por dia para coletar água potável em outra região, podendo ser água encanada, poços, lençóis freáticos, água da chuva e água engarrafada [18,19]. A inviabilidade de acesso contínuo à água potável em países em desenvolvimento aumenta a probabilidade de doenças relacionadas à água. Aproximadamente 1,6 milhões de pessoas morrem todos os anos de doenças relacionadas à água contaminada, como diarréia, e 90% dessas mortes são crianças menores de 5 anos [20]. A contaminação de água potável por agentes microbianos (por exemplo, bactérias e vírus) representa a maior ameaça à saúde humana. 13 No entanto, a proliferação de metais pesados em fontes de água potável também é uma preocupação crescente. Alguns metais pesados, mesmo em baixas concentrações na água potável, podem causar efeitos adversos significativos a saúde devido à sua alta toxicidade. Por exemplo, metais pesados, como cádmio, cromo, chumbo e mercúrio, estão associados a diferentes efeitos no sistema nervoso central e nos órgãos internos [21]. Um estudo conduzido por Bawaskar e colaboradores [22] relatou que a exposição a longo prazo à água contaminada com cádmio e chumbo resultou em aumento de casos de disfunção renal e anemia entre a população de uma aldeia da Índia. Também, há relatos que mais de 700.000 pessoas no sul e leste da Ásia foram afetadas por doenças causadas pelo arsênio, com efeitos cardiovasculares e neurológicos e vários tipos de câncer (bexiga, rim) pela ingestão oral crônica de água contaminada com arsênio [23,24]. Determinação de metais pesados por técnicas convencionais O desenvolvimento de metodologias analíticas para a detecção de metais pesados tem sido alvo de químicos ambientais e analíticos. Dentre as técnicas mais difundidas podemos citar a Espectroscopia de Absorção Atômica (ASS) [25], Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS) [26], Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (XRF) [27], Análise por Ativação de Nêutrons (INAA) [28] e Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma (ICP-OES) [6,29] que são majoritariamente utilizadas para a detecção de metais pesados em amostras complexas. A necessidade de equipamentos de alto custo, treinamento de pessoal qualificado para operação do maquinário e a necessidade de técnicas cromatográficas para especiação de íons metálicos podem elevar o custo financeiro para a realização de tais análises [30]. 14 Determinação de metais pesados por técnicas voltamétricas O desenvolvimento de técnicas analíticas de baixo custo, rápidas, simples e que possam ser aplicadas em análise in situ é imprescindível, e consequentemente, uma área de pesquisa em contínuo desenvolvimento. Desta forma, técnicas voltamétricas têm grande atenção de pesquisadores para a detecção de micropoluentes, como os metais pesados. Tais técnicas exigem procedimentos simples e pouco equipamento, o que favorece a análise in situ. São econômicos do ponto de vista comercial, fácil de manusear e perfeitamente aplicáveis para a pesquisa em campo. A base de todas as técnicas de potencial controlado é a medição da resposta em intensidade de corrente elétrica (Ampére) quando um determinado potencial (Volts) é aplicado. Existe uma grande quantidade de formas de aplicação de potenciais (incluindo uma rampa ou passos de potencial, pulso, uma onda senoidal e várias combinações dos mesmos). O presente capítulo revisa as técnicas que são amplamente utilizadas. Entre as técnicas mais difundidas para a detecção de íons metálicos pesados, podemos citar a voltametria cíclica (CV), voltametria de onda-quadrada (SWV), voltametria de varredura linear (LSV) e voltametria de pulso diferencial (DPV) [31]. Voltametria de Redissolução Anódica A Voltametria de Redissolução Anódica (ASV) é comumente utilizada para a detecção de metais pesados. Esta técnica possui duas etapas principais: pré-concentração e dissolução (Figura 1). A etapa de pré-concentração envolve acumular os cátions metálicos na superfície do eletrodo de trabalho e, em seguida, obter um sinal correlacionado por voltametria. Os metais pesados são reduzidos a metais de valência zero quando um potencial negativo é aplicado e, em seguida, são depositados na superfície do eletrodo de trabalho (WE). Após o passo de pré-concentração, o passo 15 de dissolução é realizado varrendo o potencial do eletrodo na direção anódica para reoxidar os metais de valência zero em cátions [32]. Figura 1 - Etapas da voltametria de redissolução anódica: A) gráfico E vs tempo mostrando o tempo de deposição (td) e o tempo de repouso (tr) e B) voltamogramas de redissolução anódica para cádmio e chumbo. Adaptado de [33]. Eletrodos na detecção de metais pesados O desempenho do experimento voltamétrico é fortemente influenciado pelo material do eletrodo de trabalho [34]. O eletrodo de trabalho deve fornecer características de alto sinal-ruído, bem como uma resposta reproduzível. Uma variedade de materiais encontrou aplicação como eletrodos de trabalho para eletroanálise. Os mais populares são aqueles que envolvem mercúrio, carbono ou metais nobres (particularmente platina e ouro). Eletrodo de Carbono Vítreo (GC) O eletrodo de carbono vítreo (GC) é extremamente popular em eletroanalítica devido a suas propriedades mecânicas, ampla janela de potencial, inércia química (resistência a solventes), desempenho relativamente reprodutível e baixo custo. 16 A modificação do eletrodo de trabalho pode aumentar significativamente a sensibilidade para a análise voltamétrica. Essas modificações podem ser obtidas de diferentes maneiras, como a aplicação de outros materiais na superfície do eletrodo. Eletrodos Modificados Eletrodos modificados representam uma moderna abordagem para sistemas eletroquímicos. Estes eletrodos se baseiam na deposição de materiais ou compósitos na superfície do eletrodo de trabalho, para modificar as propriedades do material ao comportamento voltamétrico do eletrodo. Essa alteração das superfícies dos eletrodos pode, assim, atender às necessidades de muitos problemas electroanalíticos e pode formar a base para novas aplicações analíticas e diferentes sensores. Essa funcionalização superficial de eletrodos com reagentes moleculares tem outras aplicações, incluindo conversão de energia, síntese eletroquímica e dispositivos microeletrônicos. Algumas vantagens na modificação de eletrodos de trabalho incluem a aceleração de reações de transferência de elétrons, acumulação preferencial ou permeação de membrana seletiva. Tais etapas podem conferir maior seletividade, sensibilidade ou estabilidade em dispositivos eletroquímicos. Essas aplicações e melhorias analíticas são extensivamente investigadas. Muitas outras aplicações importantes, incluindo dispositivos de liberação controlada de drogas, eletrossíntese, células de combustível e proteção contra corrosão, também são citados na literatura [35–38] 1.5.2.1 Eletrodos modificados com materiais a base de carbono Materiais a base de carbono possuem propriedades físico-químicas únicas, por exemplo, fácil funcionalização/modificação, boa condutividade elétrica, alta reprodutibilidade, e são considerados os materiais mais adequados na detecção eletroquímica de metais pesados [39]. Como exemplo podemos citar as nanofibras de carbono (CNFs), que foram sintetizadas por Robinson e 17 colaboradores para detecção de Pb2+. Neste trabalho os autores conseguiram detectar o íon metálico na faixa de 48,26 a 482,6 nmol L-1, com um limite de detecção de 1,73 nmol L-1. Outro material utilizado na modificação de eletrodos de trabalho são os nanotubos de carbono (CNTs). Os CNTs podem geralmente ser divididos em duas categorias: nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) ou nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) [40]. Zhu et al. investigaram o material SWCNTs modificado Hg-Bi nanopartículas bimetálicas na detecção simultânea de Zn2+, Cd2+ e Pb2+, encontrando limites de detecção de na faixa de 2 µg L-1 para os metais analisados [41]. Grafeno Os materiais à base de carbono abrangem uma grande variedade de aplicações em eletroanálise. As propriedades físicas desses materiais chamaram a atenção de muitos pesquisadores no campo de sensores para aplicações de monitoramento. O grafeno é um alótropo de carbono 2D, que normalmente forma uma folha de monocamada atômica. Linus Pauling propôs a primeira estrutura do grafeno em 1972, mas somente em 2004, Novoselov e colaboradores apresentaram uma nova abordagem para o grafeno devido às suas interessantes propriedades ópticas, mecânicas, térmicas e eletrônicas [42]. O grafeno geralmente é composto por uma única camada de átomos de carbono com ligações sp2. A IUPAC descreve o grafeno como uma camada única de carbono da estrutura do grafite, descrevendo sua natureza por analogia com um hidrocarboneto aromático policíclico de tamanho quase infinito [43]. No entanto, o alto custo de fabricação e a deficiência de produção em larga escala fazem do grafeno um material pouco acessível para aplicação em sensores electroanalíticos. Desta forma, outras formas de grafeno, como óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) são empregadas [44,45]. 18 O óxido de grafeno é outra forma de grafeno, também conhecido como grafeno quimicamente modificado, o qual é preparado pela oxidação e esfoliação do óxido de grafite. Esses processos levam a uma modificação extensiva do plano basal do grafeno. Outra singularidade do GO é o teor de oxigênio, geralmente caracterizado por uma razão C/O menor que 3:1 e tipicamente mais próxima de 2:1 [45]. O GO também pode ser caracterizado como uma única camada monomolecular de grafite com várias funcionalidades contendo oxigênio, tais como grupos epóxido, carbonila, carboxila e hidroxila [44]. A redução do GO forma um novo material conhecido como óxido de grafeno reduzido (rGO). Essa forma reduzida de folhas GO (rGO) é geralmente considerada como um tipo de grafeno quimicamente derivado. O principal objetivo da redução do GO é produzir um material semelhante ao grafeno, com estrutura e propriedades semelhantes à do grafeno puro. Existem vários protocolos para redução de GO, tais como hidrotérmico, químico, micro-ondas e térmico [46]. Os processos de redução de GO para rGO diminuem o teor de oxigênio no material e causam vários defeitos estruturais na superfície da rGO. A relação C/O não é zero como o grafeno original, mas a quantidade reduzida de grupos funcionais baseados em ligações C-O influencia na resposta eletroanalítica de vários alvos analíticos [45,47]. Nos últimos anos, GO e rGO abrangeram diversas aplicações em técnicas eletroanalíticas. Uma análise do crescimento da produção científica utilizando o grafeno como material na modificação de eletrodos é destacada na Figura 2 para as publicações em periódicos indexados em bases de dados consolidadas no período de 1996 a 2019. O grande crescimento observado indica que o grafeno, em suas várias formas, atrai a atenção de pesquisadores por pelo menos duas décadas. Versatilidade, fácil manipulação, modificação e boa estabilidade fazem com que esses materiais ganhem grande atenção no campo da eletroanálise. A modificação de eletrodos de trabalho como carbono vítreo 19 (GC), diamante dopado com boro (BDD) e eletrodos impressos é a abordagem comum para GO e rGO para aplicações de sensoriamento [48]. Figura 2 - Distribuição das publicações em Eletroquímica e Eletroanalítica selecionadas na base de dados Science Direct (Elsevier) no período de 1996-2019. Palavras-chave: graphene electrode. Biossensores enzimáticos, imunossensores e modificação com nanopartículas metálicas para determinação de contaminantes emergentes são alguns exemplos de aplicações GO e rGO. Em biossensores, estes grafenos funcionalizados provaram ser materiais promissores para imobilizar enzimas sem alterar a sua atividade enzimática [49,50]. As principais aplicações em biossensores incluem detecção de glicose, colesterol, fenol, catecol, neurotransmissores e carbaril [51]. 20 1.6.1 Uso de GO e rGO na determinação de metais pesados Os eletrodos quimicamente modificados à base de grafeno possuem alta área superficial específica, taxa de transporte de massa e taxa de transferência de elétrons. Eletrodos modificados com rGO também receberam grande atenção devido à sua capacidade de melhorar a condutividade elétrica dos eletrodos de trabalho. Ping et al. desenvolveram um eletrodo modificado com rGO e um filme fino de bismuto (BiFE) para a determinação simultânea de Cd (II) e Pb (II) em amostras de leite. Esse eletrodo descartável apresentou excelente condutividade e rápida cinética de transferência de elétrons [52]. O compósito a base de [Ru(bpy)3]2+/GO foi desenvolvido como um material de interface em um eletrodo de ouro para a detecção simultânea de HMs (Cd (II), Pb (II), As (III) e Hg (II)) através de voltametria de pulso diferencial [53]. Xiong et al. [54] utilizaram um eletrodo modificado de compósito CoFe2O4-rGO na detecção seletiva de Cu (II). Wang et al. [55] propuseram uma estratégia para a detecção eletroquímica de Hg (II) com base em um eletrodo automontado modificado em nanocompósito de rGO-AuNPs (nanopartículas de ouro). Sahoo et al. [56] desenvolveram uma abordagem in situ simples e versátil para a fabricação de nanocompósitos a base de rGO/Bi usando o método de Hummers modificado [57], no qual nenhum surfactante foi usado para determinar Cd (II), Pb (II), Zn ( II), ou Cu (II) por voltametria de redissolução anódica. Wei et. al [58] desenvolveram um compósito de rGO-SnO2 para a determinação simultânea de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Eletrodos a base de rGO-quitosina/poli-L-lisina e rGO-Bi (filme) foram utilizados para a determinação simultânea de cádmio, chumbo e cobre [59,60]. 21 Nanopartículas Metálicas Os nanomateriais metálicos exibem propriedades elétricas e catalíticas singulares. Desta forma, esses nanomateriais podem ser produzidos por diferentes métodos de síntese para permitir alta especificidade em vários métodos de detecção, como a detecção de HMs. Nanopartículas de bismuto (BiNPs) provaram ser modificadores altamente sensíveis e confiáveis para a detecção de metais pesados quando usados em conjunto com voltametria de redissolução anódica [61]. Os sinais de oxidação para os metais se apresentam bem definidos e a ampla janela de potencial operacional dos eletrodos modificados com BiNPs são semelhantes aos do mercúrio, mas apresentam menor toxicidade [62]. Nanopartículas de ouro (AuNPs) são atualmente um dos nanomateriais mais utilizados devido a suas propriedades físico-químicas únicas em nanoescala. AuNPs e seus nanocompósitos apresentam algumas vantagens como fácil preparo, alta estabilidade, alta condutividade elétrica, propriedades catalíticas e alta área superficial [63]. Zhu et al. [64] investigaram as propriedades do nanocompósito baseado em óxido de grafeno reduzido/nanopartículas de ouro (rGO/AuNPs) na determinação de Fe(III) água costeira, na faixa de 30 nmol L-1 to 3 μmol L-1, com um limite de detecção de 3.5 nmol L-1. Nanopartículas de Antimônio Eletrodos a base de filmes de antimônio (SbFE) foram primeiramente apresentados em 2007 por Hocevar e colaboradores [65], como uma alternativa aos tradicionais eletrodos à base de mercúrio e aos eletrodos de BiFE apresentados em 2000 por Wang e colaboradores [66] na detecção de metais pesados. SbFEs apresentam algumas características interessantes como ampla janela de 22 potencial operacional, operação conveniente em soluções ácidas de pH 2 ou inferior (que é superior àquela relatada para BiFEs) e um sinal muito pequeno de redissolução anódica para o próprio antimônio sob condições otimizadas [67]. A aplicação de nanopartículas metálicas como as de antimônio (SbNPs) apresentam uma nova abordagem para a modificação de eletrodos de trabalho para a detecção de poluentes como os metais pesados. Toghill et al. [68] apresentou um eletrodo de diamante dopado com boro, modificado com nanopartículas de antimônio para a detecção de Cd(II) e Pb(II) utilizando voltametria de redissolução anódica. A performance do eletrodo possibilitou a análise dos metais na faixa de concentração entre 50-500 µg L-1 com nanopartículas com diâmetros entre 3-110 nm. Na literatura não foram encontrados trabalhos que utilizam rGO modificado com SbNPs na determinação dos íons Cd (II), Pb (II), Cu (II) e Hg (II). Entretanto, Silwana et. al (2016) utilizou o compósito rGO-SbNPs na determinação simultânea de íons metálicos do grupo platina (Pd(II), Pt(II) e Rh(III)) [69]. Desta forma, o desenvolvimento do compósito de óxido de grafeno reduzido modificado com nanopartículas de antimônio (rGO-SbNPs) apresentam potencial para o contínuo desenvolvimento de análises para a detecção de íons metálicos pesados em amostras ambientais e alimentícias. Determinação de metais pesados em água O desenvolvimento de materiais nanoestruturados para a modificação de eletrodos tem crescido, com o intuito de monitorar metais pesados em água. Eletrodos modificados com nanopartículas metálicas [70,71], materiais a base de carbono [72], eletrodos quimicamente modificados (CMEs) [73], microeletrodos e nanoeletrodos [74,75] e dispositivos eletroquímicos microfluídicos [76] estão entre os materiais mais utilizados para a detecção destes poluentes em amostras de água potável. A 23 Tabela 1 resume os trabalhos desenvolvidos na área de eletroanalítica para a determinação de metais pesados em água. Tabela 1 - Nanomateriais para a modificação de eletrodos na detecção de metais pesados Material modificador Analitos LODs Ref. GO/MWCNTs/Nafion/GCE Cd2+ e Pb2+ 0.1 μg L−1 e 0.2 μg L−1 [77] GO/Bi Cd2+, Pb2+ e Zn2+ 0.18, 0.11 e 1.8 μg L−1 [78] GO/Polipirrol Cd2+ e Pb2+ 2.13 e 0.41 μg L−1 [79] Bi2Te3/GO/GCE Cd2+ e Pb2+ 0.2 e 0.1 μg L−1 [80] AuNPs/nanoflores de carbono/GCE Cd2+, Pb2+ e Cu2+ 6.35 mg L-1 [81] SnO2NPs/GCE Cd2+ e Pb2+ 1.91 e 4.77mg L-1 [82] rGO/AuNPs Fe3+ 3,5 nmol L-1 [64] rGO/ quitosina/poli-L-lisina Cd2+, Pb2+ e Cu2+ 0.01 0.02 e 0,02 μg L−1 [59] rGO/ Bi/CNT Cd2+e Pb2+ 0,6 e 0,2 ppb [60] rGO/SnNPs Cd2+, Pb2+ e Cu2+ 0,52, 0,63 e 0,6 nmol L-1 [83] Enfatizando a modificação de eletrodos com óxido de grafeno reduzido, Lee et al. [83] investigou a detecção dos metais Cd2+, Pb2+ e Cu2+ em água potável utilizando um eletrodo modificado com rGO/SnNPs (nanopartículas de estanho), com limites de detecção aceitáveis segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS). A tabela 2 resume os valores máximos permitidos para os metais pesados em amostras de água potável. 24 Tabela 2 - Valores máximos permitidos de metais pesados em amostras de agua potável. HMs WHO (mg L-1) Min. da Saúde (mg L-1) USEPA (mg L-1) Cd2+ 0,003 0,005 0,005 Pb2+ 0,01 0,01 0,0 Cu2+ 2,0 2,0 1,3 Hg2+ 0,006 0,001 0,002 WHO: World Health Organization; USEPA: United States Environmental Protection Agency. Zhu et al. [64] desenvolveram um sensor eletroquímico baseado em eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido e nanopartículas de ouro (AuNPs) para a determinação de ferro (nível traço) em águas costeiras no mar Huanghai, China. Variou-se a concentração de Fe3+ de 30 nmol L-1 a 3,0 µmol L-1 com um limite de detecção de 3,5 nmol L-1. Desta forma, a determinação de metais pesados em amostras de água potável se faz necessária. Através das propriedades eletrônicas do óxido de grafeno reduzido modificado com nanopartículas de antimônio será possível verificar a utilização deste sensor eletroquímico para a determinação dos metais cádmio, chumbo cobre e mercúrio em amostras ambientais. 25 2. OBJETIVOS O objetivo principal deste trabalho envolveu a preparação, caracterização e aplicação do óxido de grafeno reduzido modificado com nanopartículas de antimônio para a determinação de íons metálicos pesados em amostras de água. Objetivos Específicos  Sintetizar o óxido de grafeno reduzido modificado com nanopartículas de antimônio para a modificação eletrodos de carbono vítreo;  Caracterizar os nanocompósitos sintetizados morfologicamente e eletroquimicamente;  Utilizar o eletrodo modificado com o nanocompósito rGO-SbNPs na determinação dos metais pesados Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+;  Análise dos HMs em amostras de água de torneira utilizando o sensor proposto. 26 3. METODOLOGIA Reagentes e Soluções Todas as soluções foram preparadas com água purificada em um sistema Millipore Milli-Q (resistividade ≥ 18 MΩ cm-1). Todos os reagentes utilizados neste trabalho foram de grau analítico (PA) e usados sem purificação prévia. Óxido de grafeno (GO – 4 mg/mL) e Cloreto de Antimônio (SbCl3) foram obtidos pela Sigma-Aldrich. Equipamentos e Materiais Um sistema eletroquímico analítico padrão consiste principalmente em três partes: um dispositivo eletroquímico de detecção, uma célula eletroquímica e eletrólito [84]. Geralmente, sistemas eletroquímicos adotam três eletrodos: o eletrodo de trabalho (WE), o contra eletrodo (CE) e o eletrodo de referência (RE) (Figura 3). Figura 3 - Sistema Eletroanalítico para detecção simultânea de metais pesados 27 As medidas voltamétricas foram realizadas utilizando-se um potenciostato PGSTAT-128N Autolab (Ecochemie) acoplado a um computador equipado com o software NOVA 2.0 (Metrohm). Uma célula eletroquímica convencional de três eletrodos foi montada da seguinte forma: como eletrodo de trabalho GC, GC/GO, GC/rGO ou GC/rGO-SbNPs. Um eletrodo Ag/AgCl (3,0 mol L-1 KCl) foi usado como o eletrodo de referência, e uma placa de platina como eletrodo auxiliar. Síntese do óxido de grafeno reduzido modificado com SbNPs A síntese do compósito rGO foi realizada utilizando como surfactante o dodecilsulfato de sódio (SDS). Uma suspensão contendo uma proporção em massa de 10:4 GO/SDS foi preparada em 15 mL de etanol (grau analítico) e sonicada durante 20 min. Foi adicionado um excesso de borohidreto de sódio, e essa suspensão foi sonicada por mais 20 min. Por fim, uma quantidade de SbCl3 nas proporções de 20, 30, 40 e 50% em relação a massa de GO foram adicionadas a reação sob agitação constante. Após este processo, o compósito foi centrifugado (15 minutos à 3500 rpm) e lavado diversas vezes com etanol (PA). Finalmente, o compósito rGO-SbNPs foi seco em estufa à 60 ºC. Foi preparada uma solução na concentração de 1,0 mg/mL do compósito utilizando-se água ultrapura e um sonicador de ponteira (durante 1 hora). Para comparação dos materiais está síntese também foi realizada sem a presença do SbCl3, apenas para a obtenção do rGO. Preparação dos eletrodos de trabalho Inicialmente foi realizada uma etapa de limpeza dos eletrodos de trabalho (Figura 4) utilizando- se uma suspensão de alumina 0,5 µm em um a Politriz Modelo PLFDV (Fortel) a 350 rpm até se obter uma superfície limpa e espelhada. Após a etapa de polimento, os eletrodos foram sonicados em um banho de ultrassom (Embrasol TEC) em etanol por cinco minutos e em água ultrapura por 28 mais cinco minutos. Para eliminação de resquícios de HMs adsorvidos nos eletrodos, uma sonicação complementar em uma solução 0,1 mol L-1 de HNO3 durante 10 minutos foi realizada. Figura 4 - Eletrodos de trabalho de carbono vítreo (GC) Após a etapa de limpeza dos eletrodos GC, 10 µL da suspensão de GO, rGO ou rGO-SbNPs, contendo 0,025 mg do respectivo compósito e 1,0 mL de água foram gotejadas sobre a superfície dos eletrodos GC, os quais foram secos a temperatura ambiente. Preparação soluções de trabalho Soluções metais pesados A partir dos padrões certificados de cádmio, chumbo, cobre e mercúrio foram obtidos através da TraceCERT® (Sigma-Aldrich) foram preparadas soluções estoque em concentração de 2,0.10-4 mol L-1 para cada íon metálico. Caracterização dos nanocompósitos Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) A morfologia da superfície dos nanomateriais foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e as imagens foram registradas utilizando o microscópio modelo Quanta 200 (FEI 29 Company, Hillsboro, EUA) localizado no Centro de Microscopia Eletrônica do Instituto de Biociências de Botucatu (UNESP). Para esta análise, uma gota de uma suspensão aquosa de cada material foi gotejada sobre um substrato de silício (SiO2/Si) e as micrografias foram realizadas sem nenhum processamento de amostra (metalização, diluição, etc.) O tamanho das nanopartículas de antimônio foi verificado utilizando o software livre JImage, Caracterização eletroquímica compósito rGO-SbNPs O eletrodo modificado com o nanocompósito rGO-SbNPs foi caracterizado por CV em uma solução 0.5 mol L-1 HCl, variando o potencial de -0.5 a 0.4 V com velocidade de varredura de 50 mV s-1. Caracterização por CV e EIS Os experimentos de CV foram realizados em uma solução contendo 5,0 mmol L-1 do par redox [Fe(CN)6] 3-/[Fe(CN)6] 4- com velocidade de varredura de 50 mV s-1 no intervalo de -0,3 V a +0,9 V vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1). Os experimentos de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) foram realizados em potencial de circuito aberto (OCP), variando a frequência entre 107 a 10-2 Hz, amplitude de 10 mV, com 10 pontos por década e tempo de 20 segundos de estabilização de potencial. Para obtenção da resistência ao transporte de carga (Rct) foi utilizada a ferramenta “Electrochemical Circle Fit” disponível no software NOVA 2.0 do potenciostato, no qual foram escolhidos dez pontos da leitura de impedância, dessa forma, a resistência do eletrodo foi calculada pelo circuito equivalente proposto pelo software. 30 Análise de metais pesados em água Uma amostra de 1,0 mL de água disponível pelo sistema de distribuição de água tratada na cidade de Botucatu-SP foi coletada no do Laboratório Central (LACEM) UNESP-Botucatu em março/2019. A mostra foi diluída em uma solução 0,2 mol L-1 PBS (pH 3,0) com um volume final de 20 mL. Os íons metálicos presentes em solução foram determinados por três adições sucessivas das soluções padrões de cádmio, chumbo, cobre e mercúrio, utilizando o método de adição de padrão. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização visual, morfológica e eletroquímica dos nanocompósitos Como o processo de redução química pode causar uma grande mudança na microestrutura e propriedades do GO, algumas alterações podem ser observadas diretamente ou medidas para julgar o efeito redutor de um processo de redução. Características Visuais A avaliação visual é uma maneira direta de observar mudanças no GO antes e depois da redução química [46]. A Figura 5 explicita que o processo de redução química em um estado coloidal, geralmente resulta em uma precipitação preta (rGO) da suspensão amarelo-marrom original (GO), que é provavelmente um resultado de um aumento na hidrofobicidade do material causado por uma diminuição na funcionalidade polar na superfície das folhas de GO [85,86]. Para melhorar a processabilidade da rGO, algumas estratégias têm sido propostas para manter o estado coloidal, adicionando surfactantes (dodecil sulfato de sódio), enquanto a mudança de cor para preto pode ser uma característica óbvia visível do efeito de redução. Entretanto, com a adição de SbNPs não é possível observar nenhuma mudança na coloração da solução. 31 Figura 5 - Solução de GO, rGO e rGO-SbNPs Caracterização morfológica por MEV Os compósitos GO, rGO e rGO-SbNPs foram caracterizados utilizando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV). A Figura 6A exibe uma imagem típica do GO, evidenciando que o material é constituído por uma mistura de camadas (folhas) únicas, formando multicamadas de grafeno. O óxido de grafeno, assim como os materiais bidimensionais, tende a se empilhar devido às interações π-π, o que provoca o bloqueio dos sítios cataliticamente ativos. Já a Figura 6B apresenta uma imagem característica do rGO, onde o material exibe uma estrutura típica retorcida, enrugada e com muitas ondulações. A redução do óxido de grafeno faz com que as folhas se desempilhem, promovendo o desbloqueio dos sítios ativos. O processo de redução química visa a diminuição da quantidade de oxigênio no material presente em grupos funcionais, principalmente carbonílico e hidroxílico. Por fim, a Figura 6C revela a imagem do compósito rGO-SbNPs, na qual é possível observar que as folhas de grafeno reduzido (rGO) foram modificadas com as nanopartículas de antimônio. 32 Foi possível constatar nas micrografias que as SbNPs apresentam tamanhos variados entre 50 e 150 nm como mostrado no histograma abaixo (Figura 7). Figura 6- Micrografias MEV para os compósitos GO (A), rGO (B) e rGO-SbNPs (C). Figura 7 - Histograma do tamanho de nanopartículas do nanocompósito rGO-SbNPs Caracterização eletroquímica do compósito rGO-SbNPs Com intuito de se avaliar a modificação do rGO com nanopartículas de antimônio, os eletrodos GC/rGO e GC/rGO-SbNPs foram caracterizados através de um experimento de voltametria cíclica. A B C 33 A Figura 8 mostra a resposta voltamétrica para os eletrodos GC/rGO (linha tracejada) e GC/rGO- SbNPs (linha sólida). É possível observar que o eletrodo modificado com rGO não apresenta processos eletroquímicos. No entanto, o eletrodo GC modificado com o compósito rGO-SbNPs apresentou dois picos anódicos característicos de eletrodos modificados com compósitos a base de antimônio em -24 e 110 mV vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1), correspondendo à oxidação da espécie metálica (Sb0 → Sb2O3) no compósito sintetizado [65,87]. Fazendo a varredura reversa, um pico bem definido em -356 mV vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1) foi atribuído à redução do óxido de Sb. Figura 8 - Voltamogramas obtidos por CV para GC/rGO (linha tracejada) e GC/rGO-SbNPs (linha sólida) em uma solução de 0,5 mol L-1 HCl com uma velocidade de varredura de 50 mV s-1. Desta forma, pela comparação dos perfis voltamétricos expostos na Figura 8, notou-se um resultado satisfatório para síntese do compósito rGO-SbNPs, uma vez que a ocorrência de picos de oxidação e redução evidenciam a existência das nanopartículas de antimônio (SbNPs) presentes no 34 compósito modificado em relação rGO. Além disso, o aumento da corrente capacitiva do compósito rGO-SbNPs indica a ampliação da área superficial do eletrodo, tornando evidente a incorporação das SbNPs ao óxido de grafeno reduzido [87]. Experimentos de voltametria cíclica realizados na presença do par redox [Fe(CN6)] 3−/4− também foram realizados para a caracterização eletroquímica dos nanomateriais. A Figura 9 apresenta os perfis voltamétricos para os três diferentes eletrodos: a) GC/GO, b) GC/rGO e c) GC/rGO-SbNPs. Figura 9 - Voltamogramas cíclicos para os eletrodos GC/GO (a), GC/rGO (b), GC/rGO-SbNPs (c) (composição 40%) em uma solução 0.2 mol L−1 PBS (pH 7.0) contendo 5.0 mmol L−1 do par redox[Fe(CN6)]3−/4− com velocidade de varredura de 50 mV s-1. Pela observação do voltamograma, o eletrodo GC/rGO (curva b) apresentou um aumento de 8,3 vezes na corrente de pico quando comparado com o eletrodo GC/GO (curva a), aumento esse 35 devido à presença de defeitos introduzidos na superfície do material e diminuição de grupos funcionais oxigenados no óxido de grafeno reduzido, fazendo com que os elétrons sejam transferidos ao meio eletrolítico mais facilmente. Já o eletrodo GC modificado com o compósito rGO-SbNPs (curva c) apresentou um aumento de 13 vezes na corrente de pico quando comparado com o eletrodo GC/GO (curva a) e um aumento de 1,5 vezes na corrente de pico em relação ao eletrodo GC/rGO (curva b). Esse aumento pode ser atribuído ao possível efeito sinérgico causado pelo sistema SbNPs/óxido de grafeno reduzido. Os compósitos foram avaliados por experimentos de impedância eletroquímica (EIS) em uma solução de KCl 0,1 mol L-1 contendo 5,0 mmol L-1 do par redox [Fe(CN)6] 3-/[Fe(CN)6] 4-. A Figura 10 mostra os diagramas de Nyquist para os eletrodos de a) GC/GO (●), b) GC/rGO (▲) e c) GC/rGO-SbNPs (■). Como esperado, o eletrodo modificado com GO apresenta a maior resistência ao transporte de carga (Rct), de aproximadamente 5,3 kΩ. Este valor é característico para eletrodos modificados com GO que possui uma alta quantidade de grupos funcionais oxigenados, o que dificulta o transporte de elétrons pela interface eletrólito/eletrodo. Após o processo de redução química para a obtenção do rGO, a Rct diminui para a ordem de 3,4 kΩ. O que comprova a diminuição da quantidade de grupos funcionais oxigenados, e consequentemente um aumento da razão C/O do compósito, o que facilita o transporte eletrônico. Com o efeito sinergético do incremento de nanopartículas de antimônio, o transporte de elétrons se mostra mais eficiente com uma Rct 2,8 kΩ [87–89]. 36 Figura 10 - Diagramas de Nyquist para os eletrodos a) GC/GO (●), b) GC/rGO (▲) e c) GC/rGO-SbNPs (■) em uma solução 0.2 mol L−1 PBS (pH 7.0) contendo 5.0 mmol L−1 do par redox[Fe(CN6)]3−/4−. Avaliação do desempenho do eletrodo modificado com nanocompósito rGO-SbNPs na determinação dos íons cádmio, chumbo, cobre e mercúrio Para avaliar o desempenho do nanocompósito sintetizado, experimentos de SWASV foram realizados em solução 0,1 mol L-1 KCl pH 3,0 contendo 10,0 mol L-1 dos íons Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ para os eletrodos GC, GC/GO, GC/rGO e GC/rGO-SbNPs (na porcentagem de 40%) e, os resultados são mostrados na Figura 11. Os experimentos de SWASV foram realizados no potencial de -1,0 a 0,4 V, com potencial de acumulação de -1,0V durante 30 s, amplitude de 50 mV e frequência de 25 Hz. Nenhuma etapa de desaeração foi empregada. A otimização dos parâmetros SWASV serão discutidos na próxima seção. Como esperado, quase nenhum pico de oxidação foi observado quando o eletrodo de GC não modificado foi empregado. Por outro lado, observou-se picos de oxidação para os metais quando os 37 eletrodos GC/GO, GC/rGO e GC/rGO-SbNPs foram utilizados, os picos observados foram nos seguintes potenciais: pico P1 em Epa1 = -783,0 mV (Cd2+), pico P2 em Epa2 = -416,0 mV (Pb2+), pico P3 em Epa3 = -33,3 mV (Cu2+) e pico P4 em Epa4 = 203,5 mV (Hg2+) vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1) para os eletrodos estudados. O eletrodo proposto, GC/rGO-SbNPs, apresentou uma maior intensidade das correntes de pico anódico em comparação aos outros eletrodos estudados, apresentando uma diferença da corrente de pico anódica de aproximadamente (ΔI) 11,2 (Cd2+), 53,4 (Pb2+), 68,9 (Cu2+) e 19,4 (Hg2+) µA em relação ao eletrodo sem modificação (GC). Esse aumento nas correntes de pico anódico evidencia o efeito sinérgico do rGO e da SbNPs, que se apresentou como um novo material para ser utilizado na determinação dos íons Cd2+ e Pb2+. Além disso, a modificação do uso de rGO com SbNPs adiciona propriedades únicas de antimônio ao sensor, como relação sinal/ruído muito pequeno, ampla janela de potencial operacional e maior área de superfície [67]. 38 Figura 11- Voltamogramas de SWASV para os diferentes eletrodos em 0,1 mol L-1 KCl pH 3,0 contendo 10,0 µmol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ para os eletrodos GC, GC/GO, GC/rGO, e GC/rGO-SbNPs. Parâmetros da SWASV são: potencial de acumulação de -1,0V durante 30 s Otimização dos parâmetros experimentais Otimização da composição do eletrodo na resposta voltamétrica dos íons Cd2+, Pb2+ , Cu2+ e Hg2+ utilizando o eletrodo GC/rGO-SbNPs Foi investigada a influência da porcentagem de SbCl3 do nanocompósito na determinação dos HMs por SWASV. Nestes experimentos, a quantidade de GO foi fixada (20 mg) e a quantidade de SbCl3 variou nas proporções: 20%, 30%, 40% e 50% (m/m). Os experimentos foram realizados utilizando SWASV com os mesmos parâmetros utilizados na Figura 11. A Figura 12 mostra a dependência das correntes de picos anódicos (Ipa) na presença de 10 µmol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ and Hg2+. A resposta voltamétrica para os HMs aumentou de 20% para 30%, atingindo os valores 39 máximos de corrente em 40% e diminuindo quando o compósito de 50% foi utilizado. Cesarino et al. [87] e Silva et al. [90] encontraram resultados similares utilizando o nanocompósito rGO-SbNPs na detecção de estriol e levofloxacina, respectivamente. No caso da detecção do antibiótico levofloxacina, a concentração do mesmo foi avaliada na faixa de 0,2 a 4,0 µmol L-1, com um limite de detecção de 41 nmol L-1. Desta forma, o compósito rGO-SbNPs (40%) foi utilizado nos próximos experimentos. Figura 12 - Efeito da composição do eletrodo GC/rGO-SbNPs modificado com 20, 30, 40 e 50% de SbCl3 (m/m). Parâmetros de SWASV iguais ao da Figura 8. O efeito da concentração do filme do nanocompósito rGO-SbNPs na preparação do eletrodo também foi investigada utilizando-se experimentos de SWASV. As concentrações de rGO-SbNPs avaliadas foram 12,5; 25,0; 50,0; 75,0 e 100,0 μg mL−1; e os resultados são mostrados na Figura 13. A maior corrente de pico anódica foi observada quando a quantidade de 10 μL de uma suspensão contendo 25 μg mL-1 de rGO-SbNPs foi usada na preparação do sensor. Maiores concentrações do 40 nanocompósito podem bloquear o processo de transferência de elétrons através da interface eletrodo/eletrólito [50]. Portanto, as rGO-SbNPs (40%) a 25 µg mL-1 foram utilizadas em outros experimentos. Figura 13 - Influência da concentração do filme de rGO-SbNPs na presença de 10 µmol L-1 dos HMs. Parâmetros experimentais idênticos ao da Figura 12. Otimização dos parâmetros da SWASV A otimização dos parâmetros experimentais da SWASV é importante na análise de metais pesados para se obter picos bem definidos e alcançar limites de detecção satisfatórios. Primeiramente, a frequência foi variada na faixa de 10 a 90 Hz (valor otimizado de 80 Hz) e amplitude de pulso de 15 a 100 mV (valor otimizado de 100 mV) (figura não exibida). Influência do potencial de acumulação e tempo de pré-concentração O potencial de acumulação deve ser otimizado experimentalmente, devido à possível formação de óxidos e dissolução de metais na superfície do eletrodo [91]. A maioria dos trabalhos na literatura geralmente otimiza o potencial de acumulação entre -1,5 a 1,0 V. Este parâmetro 41 experimental pode variar dependendo da composição do eletrodo, do eletrólito e do valor do pH. Silwana et al. [69], otimizaram um potencial de -1,2V usando um eletrodo GC/rGO-SbNPs para detecção de Pd (II), Pt (II) e Rh (III). Wei et al. [58], investigaram a resposta para Cd (II) e Cu (II) usando um nanocompósito de rGO/SnO2, variando o potencial de 0 a -1,4 V, atingindo pico máximo de corrente, quando o potencial de -1,0 V foi aplicado, para ambos os metais. Sahoo et al. [56] determinaram HMs utilizando diferentes potenciais de acumulação, para os íons Cd (II) e Pb (II) utilizou-se potencial de deposição de -1,05 V, enquanto que para Zn (II) e Cu (II) os potencias de -1,25 e -0,6 V foram utilizados, respectivamente. A determinação simultânea de diferentes HMs pode variar a influência do potencial de acumulação para cada metal. Assim, o efeito do potencial de acumulação foi avaliado para os HMs alvo em um tempo constante de 120s. A Figura 14 mostra o efeito do potencial de deposição para 20 µmol L-1 de íons divalentes Cd2+ (■), Pb2+ (●), Cu2+ (▲) e Hg2+ (▼) em uma solução de KCl 0,1 mol L-1 (pH 3,0). 42 Figura 14 -Influência do potencial de acumulação na determinação de 20,0 µmol L-1 de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Parâmetros SWASV: frequência de 80 Hz; amplitude de pulso de 100 mV vs. Ag/AgCl. Variando o potencial de deposição de -0,9 a -1,3 V, os valores de corrente para Pb2+ e Cu2+ atingiram a resposta máxima em -1,0V, além disso, quando um potencial mais negativo foi empregado, ambos os metais diminuíram a resposta de corrente de pico anódico. No entanto, para Cd2+ e Hg2+, o potencial ótimo foi de -1,1 V. A aplicação de um potencial mais negativo pode causar interferência de HMs coexistentes na solução e pode levar à evolução de hidrogênio na análise por SWASV [92]. Como Cd2+ e Hg2+ diminuem ligeiramente quando o potencial de -1,0V é aplicado, este potencial foi escolhido para as análises subsequentes. O efeito do tempo de pré-concentração também foi avaliado para os quatro HMs variando-se de 15 a 120s, como mostrado na Figura 15. As correntes de pico anódico dos HMs aumentam à medida que o tempo de pré-concentração aumenta. No entanto, a fim de evitar que a análise por 43 SWASV se tornasse um procedimento demorado, o tempo de acumulação foi definido em 120s para experimentos subsequentes. Foi constatado um aumento da corrente de pico anódica (ΔI) na ordem de 574,1 (Cd2+), 370 (Pb2+), 63 (Cu2+) e 160 (Hg2+) µA no processo de oxidação dos metais em relação ao tempo de 15 segundos. Figura 15 - Influência do tempo de pré-concentração na determinação de 20,0 µmol L-1 of Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Influência do eletrólito de suporte Geralmente, em experimentos por SWASV, o uso de soluções tampão como acetato, fosfato e Britton-Robinson é muito comum. A otimização do eletrólito de suporte na análise por SWASV é um passo crucial para o aprimoramento de características analíticas, tais como, LOD e LOQ do analito alvo e influencia diretamente na cinética de transferência de elétrons do eletrodo modificado [93]. A modificação do rGO com nanopartículas metálicas é intensamente utilizada para análise de HMs. Vários estudos reportados na literatura utilizaram tampão acetato [56,58,93] ou tampão 44 fosfato [1,81,94,95] como eletrólito de suporte na análise de metais pesados, inclusive na determinação simultânea de íons Cd2+, Pb2+ e Cu2+ em água potável. A Figura 16 mostra a resposta voltamétrica do eletrodo GC/rGO-SbNPs na presença de 10 µmol L-1 dos HMs alvo deste estudo em pH 3,0 em quatro eletrólitos de suporte diferentes sob condições experimentais otimizadas descritas anteriormente. Na solução tampão acetato (d), somente os picos de oxidação de Cd2+ e Pb2+ foram observados. No entanto, quatro picos foram observados ao usar soluções de NaCl (a), KCl (b) e PBS (c). Além disso, considerando a preparação prática de PBS, maior controle de pH, e maiores correntes de pico, esta solução foi escolhida para experimentos posteriores. Figura 16 - Influência do eletrólito de suporte na determinação de 10 µmol L-1 dos HMs em soluções 0.1 mol L-1 (pH 3.0) de a) NaCl, b) KCl, c) PBS e d) tampão acetato. Potencial de acumulação de -1,0V durante 120s, frequência de 80 Hz, amplitude de pulso 100 mV 45 Influência do pH O efeito do pH foi avaliado usando uma solução PBS 0,1 mol L-1 variando o valor de pH de 2,0 a 6,0. Este parâmetro experimental influencia a sensibilidade da técnica para detectar os HMs. Valores elevados de pH podem precipitar óxidos metálicos na solução, portanto, a manutenção do pH é crucial para uma análise bem-sucedida. A Figura 17 mostra a influência do pH na análise por SWASV de 10 µmol L-1 dos HMs alvo. Os metais Cd2+, Pb2+ e Cu2+ atingiram a corrente de pico máxima em pH 3,0; no entanto, os íons Hg2+ aumentaram a corrente de pico em pH maior que 3,0, atingindo a resposta máxima em 4,5 e diminuindo em pH 5,0. Considerando a análise simultânea proposta neste estudo, o pH 3,0 foi otimizado para futuros experimentos. Em pHs mais elevados pode ocorrer a precipitação dos metais. Este valor de pH foi observado em outros trabalhos utilizando o PBS como eletrólito de suporte [96]. 46 Figura 17 - Influência do pH do eletrólito de suporte na determinação de 10 µmol L-1 dos HMs em soluções PBS 0.1 mol L-1 variando-se o pH de 2,0 a 6,0. Parâmetros experimentais da SWASV iguais ao da figura 11. Curvas de Calibração Determinação simultânea dos metais Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ A Figura 18 exibe as respostas voltamétricas por SWASV utilizando o eletrodo proposto de GC/rGO-SbNPs na determinação eletroquímica simultânea dos íons Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. 47 Figura 18 - Respostas voltamétricas por SWASV utilizando o eletrodo GC/rGO-SbNPs na determinação simultânea Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ na faixa de concentração de 0.1 a 4.5 µmol L-1 (linha tracejada na ausência dos metais). Parâmetros experimentais da SWASV iguais aos resumidos na Tabela 1. Como mostrado na Figura 19, as respectivas curvas de calibração foram construídas na concentração de 0,1 a 4,5 µmol L-1 em 0,1 mol L-1 de PBS (pH 3,0) a -1,0V por 120s. Outras características experimentais estão resumidas na Tabela 1. Os picos obtidos para os íons Cd2+ são significativamente menores em comparação com os outros HMs; no entanto, uma boa relação linear para a resposta atual (Ipa) versus concentração de Cd2+ foi observada. A resposta para Pb2+ mostra o típico pico duplo para a oxidação de chumbo, o qual foi observado em trabalhos anteriores usando um eletrodo de nanopartículas metálicas modificado por rGO [58,83]. 48 Figura 19 - As respectivas curvas de calibração para Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ correspondentes as respostas voltamétricas da Figura 18. Determinação individual dos metais Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ A determinação individual de HMs foi realizada nas mesmas condições experimentais que as curvas simultâneas. A Figura 20 mostra as curvas de calibração para determinação individual de Cd2+ (20A), Pb2+ (20B), Cu2+ (20C) e Hg2+ (20D). Além disso, durante os experimentos, os outros HMs foram mantidos a uma concentração de 0,5 µmol L-1 para estudo de interferência, o qual será discutido na próxima seção. Os LODs calculados para determinação individual dos HMs foram significativamente menores devido à menor interferência de outros íons metálicos. 49 Excepcionalmente, apenas Hg2+ apresentou um LOD maior em comparação ao experimento simultâneo. No entanto, o LOD está de acordo com os limites das diretrizes para água potável. Por outro lado, os íons Cd2+, Pb2+ e Cu2+ apresentaram LODs menores. Portanto, o eletrodo proposto CG/rGO –SbNPs é adequado para a determinação simultânea e individual de HMs em água potável. Além disso, o íons Pb2+ e o Cu2+ podem ser investigados em outras amostras, como as amostras de chá [97] e de combustível [98], respectivamente, devido aos valores dos LODs. Figura 20 - Curvas de calibração individual para of A) Cd2+, B) Pb2+, C) Cu2+ and D) Hg2+ sob condições otimizadas. Detalhe: Voltamogramas SWASV para os respectivos HM. 50 A Tabela 3 resume a faixa de linearidade; limite de detecção (LOD) e equação das curvas de calibração para a detecção simultânea e individual de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Os LODs mostrados na Tabela 2 são consideravelmente maiores em comparação com outros relatos na literatura. No entanto, o Ministério da Saúde do Brasil estipula que a concentração máxima de HMs em água potável seja de 5, 10, 2000 e 1 µg L-1 para Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+, respectivamente. Assim, o eletrodo proposto exibe LODs (método 3σ) de acordo com legislação atual para os níveis de HMs em água potável; para Cd2+ (5,1 µg L-1), Pb2+ (7,7 µg L-1), Cu2+ (2,2 µg L-1) e Hg2+ (0,9 µg L-1). Além disso, as curvas de calibração não receberam nenhum tratamento de software/linha base; os voltamogramas mostrados nas Figuras 18 e 20 são dados brutos do software NOVA. Tabela 3 - Faixa de linearidade, curvas de calibração e LOD na determinação simultânea e individual para Cd2+ , Pb2+, Cu2+ e Hg2+. HMs Determinação Faixa de Linearidade (µmol L-1) Equação LOD (nmol L-1) Desvio Padrão Cd2+ Simultânea 0,8 – 4,5 Ipa = -2,01 C + 12,96 (R2 = 0,9931) 47,8 ± 7,0 Individual 0,1 – 4,0 Ipa = 233,72 C + 19,26 (R2 = 0,9835) 7,7 ± 1,2 Pb2+ Simultânea 0,5 – 4,5 Ipa = 30,60 C + 87,27 (R2 = 0,9952) 16,4 ± 5,3 Individual 0,1 – 4,0 Ipa = 100,12 C + 49,18 (R2 = 0,9933) 3,0 ± 0,5 Cu2+ Simultânea 0,1 – 4,0 Ipa = 38,58 C + 74,36 (R2 = 0,9887) 34,1 ± 12,7 Individual 0,1 – 4,5 Ipa = 1,70 C + 43,77 (R2 = 0,9885) 3,4 ± 1,1 Hg2+ Simultânea 0,1 – 3,5 Ipa = 52,67 C + 23,62 (R2 = 0,9966) 4,7 ± 2,2 Individual 0,1 – 2,5 Ipa = 27,42 C + 32,79 (R2 = 0,9890) 9,6 ± 2,7 Onde Ipa é a corrente de pico anódica em µA e C é a concentração do respectivo metal em µmol L-1. Avaliação da eficiência do eletrodo GC/rGO-SbNPs Estudo de interferentes O estudo de interferência foi realizado durante os experimentos individuais de curva de calibração, no qual a concentração dos outros metais foi mantida constante enquanto a concentração 51 de um íon foi avaliada. As correntes de pico anódico de outros HMs não foram afetadas quando a concentração do íon alvo foi de até 1,5 - 2,0 µmol L-1, com uma tolerância de ± 10%. No entanto, concentrações acima de 2,5 µmol L-1 do HM alvo alterou a correte de pico dos outros metais, excedendo em mais 20% em comparação com o sinal original. Análise em amostras de água tratada A avaliação prática do eletrodo proposto foi realizada utilizando a metodologia de adição padrão em triplicata. Quantidades conhecidas de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ foram adicionadas à solução e medidas usando experimentos SWASV sob condições otimizadas. A Figura 21 mostra os experimentos de SWASV na determinação de metais pesados em amostra de água, no detalhe da figura a relação linear para a concentração de HMs versus a resposta da corrente de pico no experimento descrito. A Tabela 4 resume os resultados obtidos (média ± DP) para a determinação em triplicata dos HM alvo. 52 Figura 21 - Dependência linear da corrente de pico com concentrações de HM variando de 1,0 - 4,0 µmol L-1 em amostra de água tratada. Detalhe: dependência linear da corrente de pico anódica em função da concentração dos metais. As recuperações de HM foram encontradas com uma taxa de tolerância de 10% das amostras de água potável enriquecidas com 1,0, 2,0, 3,0 e 4,0 µmol L-1 de íons Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+. Não houve divergências extremas para as concentrações encontradas e adicionadas dos HMs. Portanto, o eletrodo GC/rGO-SbNPs foi aplicado com sucesso na determinação de Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ em amostras de água de torneira, utilizando o método de adição padrão. 53 Tabela 4 – Resultados do estudo de interferentes para os HMs alvo em amostras de água de torneira utilizando a metodologia proposta. HMs Adicionado (µmol L-1) Recuperado (µmol L-1) *Erro (%) Cd2+ 1,0 0,902 -9,8% 0,915 -8,5% 0,825 -17,5% Média ± DP 0,881 ± 0,049 Pb2+ 1,0 0,995 -0,5% 1,083 8,3% 1,102 10,2% Média ± DP 1,06 ± 0,057 Cu2+ 1,0 1,085 8,5% 1,117 11,7% 1,056 5,6% Média ± DP 1,086 ± 0,030 Hg2+ 1,0 1,084 8,4% 1,032 3,2% 1,101 10,1% Média ± DP 1,072 ± 0,036 *E (%) = (valor SWASV – adicionado/adicionado) x 100% 54 5. CONCLUSÕES As propriedades eletroanalíticas do óxido de grafeno reduzido combinado com o efeito sinérgico das nanopartículas de antimônio foram caracterizadas com sucesso por microscopia MEV e experimentos eletroquímicos. Os experimentos confirmaram a modificação do GO utilizando uma etapa de redução química e a incorporação das nanopartículas de antimônio com tamanhos entre 50 e 150 nm. O nanomaterial proposto foi utilizado na modificação do eletrodo de carbono vítreo e aplicado na determinação dos íons Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Hg2+ por voltametria de redissolução de onda quadrada em amostras de água de torneira. Onde obteve-se os limites de detecção para determinação individual dos íons: 7,7 (Cd2+), 3,0 (Pb2+), 3,4 (Cu2+) e 9,6 (Hg2+) nmol L-1. Os resultados obtidos mostram a viabilidade do uso em as aplicações eletroanalíticas de materiais carbonados como o rGO, ilustrando uma metodologia de preparação simples, barata e fácil como uma alternativa viável às abordagens convencionais para a detecção de HMs. 55 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Y. Lu, X. Liang, C. Niyungeko, J. Zhou, J. Xu, G. Tian, L. Yuanyuan, L. Xinqiang, C. Niyungeko, Z. Junjie, T. Guangming, Y. Lu, X. Liang, C. Niyungeko, J. Zhou, J. Xu, G. Tian, A review of the identification and detection of heavy metal ions in the environment by voltammetry, Talanta. 178 (2017) 324–338. doi:10.1016/j.talanta.2017.08.033. [2] M. Jaishankar, T. Tseten, N. Anbalagan, B.B. Mathew, K.N. Beeregowda, Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals., Interdiscip. Toxicol. 7 (2014) 60–72. doi:10.2478/intox-2014-0009. [3] G. Flora, D. Gupta, A. Tiwari, Toxicity of lead: A review with recent updates, Interdiscip. Toxicol. 5 (2012) 47–58. doi:10.2478/v10102-012-0009-2. 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