JOSÉ LUIZ DA SILVA Desenvolvimento de detectores nanoestruturados de óxidos metálicos em grafeno para detecção eletroquímica de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar utilizando cromatografia líquida de alta eficiência Araraquara 2017 Tese apresentada ao Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutor em Química. Orientador: Prof. Dr. Nelson Ramos Stradioto Elaboração: FICHA CATALOGRÁFICA Seção Técnica de Aquisição e Tratamento da Informação Biblioteca do Instituto de Química, Unesp, câmpus de Araraquara S586d Silva, José Luiz da Desenvolvimento de detectores nanoestruturados de óxidos metálicos em grafeno para detecção eletroquímica de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar utilizando cromatografia líquida de alta eficiência / José Luiz da Silva. – Araraquara : [s.n.], 2017 211 f. : il. Tese (doutorado) – Universidade Estadual Paulista, Instituto de Química Orientador: Nelson Ramos Stradiotto 1. Vinhaça. 2. Grafeno. 3. Aminoácidos. 4. Cromatografia de troca iônica. 5. Análise eletroquímica. I. Título. DADOS CURRICULARES IDENTIFICAÇÃO Nome: José Luiz da Silva Nome em citações bibliográficas: Silva, J. L.; da Silva, J. L.; J.L. da Silva; da Silva, José L.; da Silva, José Luiz; DA SILVA, J. L. Endereço Profissional: Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Instituto de Química de Araraquara Departamento de Química Analítica Rua Prof. Francisco Degni, 55 Bairro Quitandinha Araraquara 14800-060, SP - Brasil Endereço Eletrônico: silva_jluiz@yahoo.com.br 2 FORMAÇÃO ACADÊMICA/TITULAÇÃO 2013 - 2017 Doutorado em Química. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP), Araraquara, Brasil. Título: Desenvolvimento de detectores nanoestruturados de óxidos metálicos em óxido de grafeno reduzido para detecção eletroquímica de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar utilizando cromatografia de líquida de alta eficiência. Orientador: Prof. Dr. Nelson Ramos Stradiotto 2011 - 2013 Mestrado em Química. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP), Araraquara, Brasil. Título: Detecção eletroquímica de furfural e hidroximetilfurfural em bagaço da cana-de-açúcar utilizando cromatografia líquida de alta eficiência. Orientador: Prof. Dr. Nelson Ramos Stradiotto. 2006 - 2011 Graduação em Química. Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS), Dourados, Brasil. Título: Parâmetros experimentais e instrumentais para determinação condutométrica do sal sódico de bentazon em formulação comercial de herbicida. Orientador: Prof. Dr. Antonio Rogério Fiorucci. 2004 - 2005 Técnico em Química. Instituto Educacional Profissionalizante, IEP, Jales, Brasil. 3 ATUAÇÃO PROFISSIONAL 2013 – Atual Bolsista CAPES de doutorado no IQ- UNESP; Carga horária: 40h, Regime: Dedicação exclusiva. 2011 – 2013 Bolsista CAPES de mestrado no IQ- UNESP; Carga horária: 40h, Regime: Dedicação exclusiva. 2013 – 2013 Docente no Centro Educacional Raio de Sol, Américo Brasiliense, São Paulo; Carga horária: 12h, Regime: Contratado. 2009 – 2011 Docente no SENAI, Dourados, Mato Grosso do Sul; Carga horária: 12h, Regime: Contratado. 2010 – 2011 Bolsista CAPES de Iniciação à Docência na UEMS, Dourados, Mato Grosso do Sul; Carga horária: 20h, Regime: Dedicação exclusiva. 2010 – 2010 Monitor bolsista de química geral e experimental na UEMS, Dourados, Mato Grosso do Sul; Carga horária: 8h. 4 PRODUÇÃO BIBLIOGRÁFICA 4.1 Artigos completos publicados em periódicos DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; SEDENHO, G. C.; STRADIOTTO, N. R. Determination of amino acids in sugarcane vinasse by ion chromatographic using nickel nanoparticles on reduced graphene oxide modified electrode. Microchemical Journal, v. 134, p. 374-382, 2017. DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Cathodic electrochemical determination of furfural in sugarcane bagasse using electrode modified with nickel nanoparticles. Analytical Methods, v. 9, p. 826-834, 2017. SEDENHO, G. C.; DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; DE SÁ, A. C.; STRADIOTTO, N. R. Determination of electroactive organic acids in sugarcane vinasse by high performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection using a nickel nanoparticle modified boron-doped diamond. Energy & Fuels, v. 31, p. 2865-2870, 2017. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; SEDENHO, G. C.; STRADIOTTO, N. R. D- mannitol sensor based on molecularly imprinted polymer on electrode modified with reduced graphene oxide decorated with gold nanoparticles. Talanta, v. 165, p. 231-239, 2017. FABRAO, R. M.; BRITO, J. F.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R.; ZANONI, M. V. B. Appraisal of photoelectrocatalytic oxidation of glucose and production of high value chemicals on nanotube Ti/TiO2 electrode. Electrochimica Acta, v. 222, p. 123-132, 2016. DA SILVA, J. L.; CAMARGO, J. S.; MARCHESIN, C. M.; CARDOSO, C. A. L.; FIORUCCI, A. R. Bentazon determination by conductometric titrantion using acid hydrocholoric as titrant. Revista Virtual de Química, v. 8, p. 605-621, 2016. SANTOS, F. C. U.; PAIM, L. L.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Electrochemical determination of total reducing sugars from bioethanol production using glassy carbon electrode modified with graphene oxide containing copper nanoparticles. Fuel, v. 163, p. 112- 121, 2016. DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Determination of furanic aldehydes in sugarcane bagasse by high-performance liquid chromatography with pulsed amperometric detection using a modified electrode with nickel nanoparticles. Journal of Separation Science, v. 38, p. 3176-3182, 2015. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Determination of uronic acids in sugarcane bagasse by anion-exchange chromatography using electrode modified with copper nanoparticles. Analytical Methods, v. 7, p. 2353-2353, 2015. DA SILVA, J. L.; SILVA, D. A.; MARTINI, C.; DOMINGOS, D. C. A.; LEAL, P. G.; BENEDETTI FILHO, E.; FIORUCCI, A. R. A utilização de vídeos didáticos nas aulas de química do ensino médio para abordagem histórica e contextualizada do tema vidros. Química Nova na Escola, v. 34, n. 4, p. 189-200, 2012. 4.2 Resumos expandidos publicados em anais de congressos SILVA, J. L.; LEITE, A. I. D.; MARTINI, C.; ALEGRE, D. C. M.; GABANA, J. V.; ROSSINI, N.; SILVA, D. A.; CORREA, W. A.; ROSA, P. P.; FIORUCCI, A. R.; CATANANTE, B. R.; DOMINGOS, D. C. A.; LEAL, P. G. Uso de vídeos relacionados ao tema vidros no ensino médio: a química em uma perspectiva histórica e contextualizada. In: I ENCONTRO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO, Dourados - MS. Anais..., v. 1, n. 1 (1), 2010. ROSA, P. P.; LEITE, A. I. D.; SILVA, J. L.; BENEDETTI FILHO, E.; NUNES, D. M.; OLIVEIRA, N.; PRADO, J. A. C. O uso de jogos aplicados em atividades escolares. In: I ENCONTRO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO, Dourados - MS. Anais..., v. 1, n. 1 (1), 2010. SILVA, J. L.; CAVALCANTE, R. P.; ROSA, P. P.; HEGETO, R. S.; BENEDETTI FILHO, E.; FIORUCCI, A. R. Modificação química do eletrodo de pasta de carbono com amostras de ácido húmico para a detecção voltamétrica do pesticida Thiram. In: XVI Encontro Centro- Oeste de Debates sobre o Ensino de Química, Itumbiara. Anais... 2009. 4.3 Resumos publicados em anais de congressos SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Amino acids determination in sugarcane vinasse by anion-exchange chromatography with electrochemical detection. In: 3rd Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, 2017, Campos do Jordão. Resumos… São Paulo: Tec Art, 2017. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Electrochemical sensors for monitoring of myo-inositol in sugarcane vinasse based on molecularly imprinted polymer and nanostructures. In: 3rd Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, 2017, Campos do Jordão. Resumos… São Paulo: Tec Art, 2017. AZEVEDO, V. H. R.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Silver nanoparticles in graphene oxide reduced modified electrode for amino acids oxidation. In: 46th World Chemistry Congress e 40a. Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2017, São Paulo. Resumos... São Paulo: IUPAC-SBQ, 2017. DA SILVA, J. L.; ALVES, G. M.; STRADIOTTO, N. R. Pectin modified electrode for copper determination by differential pulse anodic stripping voltammetry. In: 46th World Chemistry Congress e 40a. Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2017, São Paulo. Resumos... São Paulo: IUPAC-SBQ, 2017. ALVES, G. M.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Pectin modified electrode for copper determination by anodic stripping voltammetry. In: XXI Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, 2017, Natal. Resumos… Natal: SIBEE, 2017. DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Anion-exchange chromatographic determination of amino acids in sugarcane vinasse using nickel nanoparticles in reduced graphene oxide modified electrode. In: 18º Encontro Nacional de Química Analítica, 2016, Florianópolis. Resumos... Florianópolis: ENQA, 2016. AZEVEDO, V. H. R.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Eletrochemical determination of amino acids using modified electrode with reduced graphene oxide containing silver nanoparticles. In: 18º Encontro Nacional de Química Analítica, 2016, Florianópolis. Resumos... Florianópolis: ENQA, 2016. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Molecularly imprinted sensor based on electropolymerized poly(o-phenylenediamine) in electrode modified with reduced graphene oxide and gold nanoparticles for d-mannitol determination. In: 18º Encontro Nacional de Química Analítica, 2016, Florianópolis. Resumos... Florianópolis: ENQA, 2016. FREITAS, P. V.; DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; SILVA, D. R.; STRADIOTTO, N. R. Chromatographic determination of polyphenols in sugarcane vinasse using electrochemical detection. In: 18º Encontro Nacional de Química Analítica, 2016, Florianópolis. Resumos... Florianópolis: ENQA, 2016. AZEVEDO, V. H. R.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, NELSON RAMOS. Oxidação eletrocatalítica de aminoácidos em eletrodo modificado com nanopartículas prata em grafeno. In: XXVIII Congresso de Iniciação Científica da UNESP - 1ª Fase, 2016, Araraquara. Resumos... São Paulo: Editora Unesp, 2016. SANTOS, F. C. U.; PAIM, L. L.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. A sensor with graphene oxide decorated with nanoparticles copper for quantification of total reducing sugars. In: The Energy & Materials Research Conference, 2015, Madrid. Resumos… Badajoz: Formatex Research Center, 2015. DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Electrochemical determination of 5-hydroxymethylfurfural using modified electrode with nickel nanoparticles. In: 38ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2015, Águas de Lindóia. Resumos... São Paulo: SBQ, 2015. DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Chromatogrphic determination of amino acids in sugarcane vinasse using modified electrode with graphene oxide containing nickel nanoparticles. In: XX Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, 2015, Uberlândia. Resumos... Uberlândia: SIBEE, 2015. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Determinação de polióis em eletrodo modificado com nanopartículas de cobre em grafeno por técnicas voltamétricas. In: XX Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, 2015, Uberlândia. Resumos... Uberlândia: SIBEE, 2015. SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Determination of furan aldehydes by hplc-pad using electrode modified with nickel nanoparticles in bagasse sugarcane. In: 65th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2014, Lausanne. Resumos… Lausanne: ISE, 2014. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Determination of uronic acids in sugarcane bagasse by anion-exchange chromatography using electrode modified with copper nanoparticles. In: 65th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2014, Lausanne. Resumos… Lausanne: ISE, 2014. SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Determination chromatographic of furanic aldehydes in sugarcane bagasse using modified electrode with nickel nanoparticles. In: 2nd Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, 2014, Campos do Jordão. Resumos… São Paulo: Tec Art, 2014. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. New method for determination of uronic acids in sugarcane bagasse using hplc with modified electrode with copper nanoparticles. In: 2nd Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, 2014, Campos do Jordão. Resumos… São Paulo: Tec Art, 2014. SA, A. C.; DA SILVA, J. L.; PAIM, L. L.; STRADIOTTO, N. R. Determinação de açúcares em bagaço de cana-de-açúcar por cromatografia de troca aniônica utilizando eletrodo de carbono vítreo modificado com nanotubos de carbono contendo nanopartículas de níquel. In: II Workshop de Bioenergia - UNESP, 2014, Rio Claro. Resumos... Rio Claro: Workshop de Bioenergia, 2014. BELUOMINI, M. A.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Análise de ácidos urônicos em bagaço de cana-de-açúcar por cromatografia aniônica com detecção amperométrica pulsada utilizando eletrodos modificados com nanopartículas de cobre. In: II Workshop de Bioenergia - UNESP, 2014, Rio Claro. Resumos... Rio Claro: Workshop de Bioenergia, 2014. DA SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Quantificação de aldeídos furânicos em bagaço de cana-de-açúcar por cromatografia de fase reversa utilizando eletrodos modificados com nanopartículas de níquel. In: II Workshop de Bioenergia - UNESP, 2014, Rio Claro. Resumos... Rio Claro: Workshop de Bioenergia, 2014. SANTOS, F. C. U.; PAIM, L. L.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Determinação de açúcares redutores totais utilizando eletrodo modificado com óxido de grafeno decorado nanopartículas de cobre. In: XXVI Congresso de Iniciação Científica da UNESP – 2ª Fase, 2014, Águas de Lindóia. Resumos... São Paulo: Editora Unesp, 2014. SANTOS, F. C. U.; PAIM, L. L.; DA SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Determinação de açúcares redutores totais utilizando eletrodo modificado com óxido de grafeno decorado nanopartículas de cobre. In: XXVI Congresso de Iniciação Científica da UNESP – 1ª Fase, 2014, Araraquara. Resumos... São Paulo: Editora Unesp, 2014. SILVA, J. L.; BELUOMINI, M. A.; STRADIOTTO, N. R. Determinação voltamétrica de furfural com eletrodo modificado com nanopartículas de níquel em bagaço de cana-de-açúcar. In: XIX Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, 2013, Campos do Jordão. Resumos... Campos do Jordão: SIBEE, 2013. BELUOMINI, M. A.; SILVA, J. L.; STRADIOTTO, N. R. Determinação eletroquímica do ácido D-galacturônico utilizando eletrodo modificado com nanopartículas de cobre. In: XIX Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, 2013, Campos do Jordão. Resumos... Campos do Jordão: SIBEE, 2013. OLIVEIRA, N. F. S.; SILVA, J. L.; BENEDETTI FILHO, E.; FIORUCCI, A. R. Proposta de uma sequência didática envolvendo leitura e o uso de palavras cruzadas no ensino de química orgânica. In: X Evento de Educação em Química, 2012, Araraquara. Resumos... Araraquara: EVEQ, 2012. LEITE, A. I. D.; PRADO, J. A. C.; SILVA, J. L.; OLIVEIRA, N. Atividades de experimentação investigativa e lúdica na escola de ensino médio. In: 62ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência, 2010, Natal. Resumos... Natal: SBPC, 2010. ROSA, P. P.; CAVALCANTE, R. P.; FONSECA, C. C.; SILVA, J. L.; BENEDETTI FILHO, E.; ARRUDA, G. J.; FIORUCCI, A. R. Estudo eletroanalítico do pesticida thiram em eletrodo de pasta de carbono usando voltametria de onda quadrada. In: 32ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2009, Fortaleza. Resumos... São Paulo: SBQ, 2009. UYARA, C. N.; CAVALCANTE, R. P.; SILVA, J. L.; FIORUCCI, A. R.; BENEDETTI FILHO, E.; SOLALIENDRES, M. O. Otimização de parâmetros experimentais para detecção voltamétrica de Metamidofós utilizando eletrodo de pasta de carbono modificado. In: XVI Encontro Centro-Oeste de Debates sobre o Ensino de Química, 2009, Itumbiara. Resumos... Itumbiara: ECODEQ, 2009. SILVA, J. L.; CAVALCANTE, R. P.; ROSA, P. P.; HEGETO, R. S.; BENEDETTI FILHO, E.; FIORUCCI, A. R. Modificação química do eletrodo de pasta de carbono com amostras de ácido húmico para a detecção voltamétrica do pesticida Thiram. In: XVI Encontro Centro- Oeste de Debates sobre o Ensino de Química, 2009, Itumbiara. Resumos... Itumbiara: ECODEQ, 2009. 5 PARTICIPAÇÃO EM EVENTOS CIENTÍFICOS 46th World Chemistry Congress (IUPAC) 40a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, São Paulo, 2017. 18º Encontro Nacional de Química Analítica, Florianópolis, 2016. 38ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, Águas de Lindóia ,2015. XX Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, Uberlândia, 2015. 2nd Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, Campos do Jordão, 2014. 65th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Lausanne, 2014. II Workshop de Bioenergia – UNESP, Rio Claro, 2014. XIX Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, Campos do Jordão, 2014. X Evento de Educação em Química, Araraquara, 2012. 12º Workshop de Plantas Medicinais de Mato Grosso do Sul, Dourados, 2009. 32ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, Fortaleza, 2009. I Ciclo de Palestras em Qualidade de Vida e Saúde, Dourados, 2009. II Escola de Instrumentação Aplicada: Química Verde, Dourados, 2009. II Semana Integrada de Química – SEINQUI, Dourados, 2009. I Workshop Potencialidades da Aplicação de Vinhaça em Áreas de Cana-de-Açúcar em MS, Dourados, 2009. Workshop Química analítica e legislação: contexto e demandas, Dourados, 2009. XVI Encontro Centro-Oeste de Debates sobre o Ensino de Química, Itumbiara, 2009. 60ª Reunião Anual da Sociedade para o Progresso da Ciência, Campinas, 2008. I Semana Integrada de Química UEMS-UFGD, Dourados, 2008. IV Encontro Bienal de Física da UEMS, Dourados, 2008. Programa Diálogos Universitários, Dourados, 2008. 12º Congresso Universitário DCE/UEMS, Dourados, 2007. XV Encontro Centro-Oeste de Debates sobre Ensino de Química e III Semana de Química, Dourados, 2007. IV Semana de Matemática: Aspectos Teóricos e Aplicados, Dourados, 2006. 6 ORIENTAÇÕES Victor Hugo Romeiro Azevedo. Desenvolvimento de eletrodo de carbono impresso modificado com nanofibras de carbono para determinação de cobre em bioetanol. Iniciação científica. Instituto de Química/UNESP, Programa de Iniciação Científica Sem Bolsa da UNESP – ICSB, 2016-2017. Gustavo Murilo Alves. Determinação de ferro em bioetanol combustível utilizando eletrodo de pasta de grafite modificado com pectina. Iniciação científica Júnior. Instituto de Química/UNESP, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq Júnior, Processo 3592). Victor Hugo Romeiro Azevedo. Desenvolvimento de detector nanoestruturado de óxido metálico em nanofibras de carbono para detecção eletroquímica de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar utilizando análise por injeção em fluxo. Iniciação científica. Instituto de Química/UNESP, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, Processo 160604/2015-0). Gustavo Murilo Alves. Determinação de cobre em bioetanol combustível utilizando eletrodo de pasta de grafite modificado com pectina. 2016. Iniciação científica Júnior. Instituto de Química/UNESP, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq Júnior, Processo 3110). Flávia Camilo Unterman Santos. Desenvolvimento de sensor para determinação de açúcares redutores totais baseado em eletrodo quimicamente modificado com grafeno contendo nanopartículas de cobre. 2015. Iniciação científica. Instituto de Química/UNESP, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, Processo 2013/22846-9). Dedico este trabalho, Aos meus pais, Maria Neide e José Costa por terem me proporcionado os melhores momentos da minha vida, pelo exemplo de honestidade, amor, afeto, carinho, confiança depositada e por terem acreditado na realização deste sonho, apesar de todas as dificuldades, não pensaram em outra hipótese a não ser proporcionar a opção de estudo. Ao meu irmão José Leandro, sua esposa Kátia e minha sobrinha, Sophia, que me incentivaram na continuidade dos estudos e a quem amo muito. À minha avó Luzia Aidano (in memorian), pelo amor e carinho oferecidos, pela admiração que sempre exerci e o exemplo de pessoa que jamais será esquecida. Amarei-te eternamente! AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Prof. Dr. Nelson Ramos Stradiotto pela liberdade, confiança, amizade, orientação, oportunidade de crescimento profissional e pessoal, pelo exemplo de ética, dedicação e amor à pesquisa. Às Professoras Dra Maria Valnice, Hideko, Maria Del Pilar e Fabíola pelo amparo à nossa pesquisa, confiança e contínua amizade. Com todo carinho, agradeço em especial a Maísa Azevedo, Graziela, Acelino, Thulio César, Edervaldo, Daniel, Victor Hugo, Gustavo Murilo, Flávia Unterman e João Carlos pela ajuda nas discussões e dúvidas sobre a realização deste trabalho, carinho e amizade. A Maísa Azevedo por estar sempre disponível a discussões sobre o desenvolvimento deste trabalho, resoluções de problemas e dúvidas frequentes, amizade e carinho. A Victor Hugo por ter desenvolvido o eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de óxido de prata, e realização dos estudos sobre a eletrooxidação de alguns aminoácidos. A José Rodrigues por ter desenvolvido o eletrodo modificado com nanopartículas de óxido de cobre. A todos os companheiros do Laboratório de Eletroanalítica, NDCom e IPBEN, que sempre tornaram o nosso ambiente de trabalho excelente, saudável e alegre. A todos amigos, em especial, Igor Amorim, Ronaldo Júnior, Jader, Marcos Moura, Ronaldo Revejes, Nerilson Marques, Andrea, Vinicius e Aline pelo carinho, amizade e momento de descontração que tornaram minha estadia em Araraquara mais agradável. À Universidade Estadual Paulista, Instituto de Química e funcionários que de alguma forma contribuíram para a realização desta pesquisa e elaboração da presente tese. Ao Laboratório de Espectroscopia de Fotoelétrons (LEFE) pelas análises de espectroscopia de fotoelétrons (XPS). Ao Laboratório de Microscopia Avançada (LMA-IQ) pela disponibilidade de utilização do microscópio eletrônico de varredura. A CAPES pela concessão da bolsa de doutorado. A FAPESP pelo financiamento do projeto número 2014/23846-5. A todos que confiaram em mim, meus sinceros agradecimentos. Apesar dos nossos defeitos, precisamos enxergar que somos pérolas únicas no teatro da vida e entender que não existe pessoas de sucesso ou pessoas fracassadas. O que existe são pessoas que lutam pelos seus sonhos ou desistem deles. Por isso, desejo sinceramente que você nunca desista de seus sonhos! (Augusto Cury, 2004) RESUMO A vinhaça de cana-de-açúcar é um coproduto gerado a partir da produção de etanol através da fermentação de carboidratos por leveduras em indústrias de álcool e açúcar, com alto poder poluente (cerca de cem vezes maior do que o esgoto doméstico) e requer alta demanda química de oxigênio. Estima-se que a produção de vinhaça de cana-de-açúcar no Brasil seja entre 265,1 e 370,3 bilhões de litros na safra 2017/2018. O desenvolvimento de métodos para determinação da composição química da vinhaça é de extrema importância para agregar maior valorização a esse coproduto industrial. Com o intuito de avaliar novos processos de aplicação, produção ou extração de aminoácidos a partir da vinhaça, é de fundamental importância a caracterização precisa da composição química desse coproduto. Neste trabalho, foram investigados detectores nanoestruturados de óxido de grafeno reduzido (RGO) contendo nanopartículas de óxidos metálicos de níquel, cobre e prata para detecção e determinação de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar utilizando cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) acoplada com detecção eletroquímica. Os eletrodos modificados construídos foram caracterizados por voltametria cíclica (CV), espectroscopias de impedância eletroquímica (EIS), fotoemissão de raios X (XPS), Raman e energia dispersiva de raios X (EDX), e microscopias eletrônica de varredura de alta resolução (SEM) e eletrônica de transmissão (TEM). A oxidação eletrocatalítica dos aminoácidos em meio alcalino foi estudada por CV com velocidade de varredura de 100 mV s-1. Os resultados mostraram que os aminoácidos estudados não foram oxidados na superfície modificada com RGO. No entanto, os analitos foram oxidados irreversivelmente nas superfícies dos eletrodos modificados com RGO contendo nanopartículas de óxidos metálicos de níquel, cobre e prata. As separações cromatográficas foram realizadas empregando uma coluna de troca-iônica acoplada com uma pré-coluna e eluição isocrática. Foram avaliados os efeitos do hidróxido, acetato de sódio e água como fase móvel. As separações dos aminoácidos foram completas dentro de 30 min. As respostas dos métodos desenvolvidos melhoraram devido à aplicação de RGO e nanopartículas de óxidos metálicos como modificadores de eletrodo. Os parâmetros analíticos do método desenvolvido foram avaliados. As soluções foram preparadas com concentrações na gama de 1,0×10-8 a 1,0×10-3 mol L-1. Sob as condições cromatográficas otimizadas, os métodos desenvolvidos utilizando os eletrodos modificados apresentaram uma relação linear com as concentrações dos aminoácidos em duas ordens de grandeza com limites de detecção inferiores a 2,0×10-5 mol L-1, sensibilidades maiores do que 3,3×105 nA mol-1 L e excelente coeficiente de correlação ≥ 0,9991. Os métodos analíticos propostos utilizando eletrodos modificados com RGO contendo NiNPs e CuNPs foram aplicados na detecção de aminoácidos em amostra de vinhaça de cana-de-açúcar com recuperações variando de 95 ± 5 a 102 ± 3 %. A estabilidade e a repetibilidade dos eletrodos modificados foram investigadas. A excelente estabilidade a longo prazo e a repetibilidade dos eletrodos construídos os tornam atraentes como detectores eletroquímicos. Os resultados mostraram que os detectores desenvolvidos podem ser empregados para detecção e quantificação de aminoácidos, livre de interferentes e com precisão em amostras de vinhaça de cana-de-açúcar. Palavras chaves: Vinhoto de cana-de-açúcar. Óxido de grafeno reduzido eletroquimicamente. Nanopartículas de metálicas. Aminoácidos. Cromatografia de troca aniônica de alta eficiência. Detecção amperométrica. ABSTRACT Sugarcane vinasse is a co-product generated from ethanol production from yeast fermentation of carbohydrates in sugar and ethanol plants, with high pollutant power (about a hundred times higher than domestic sewage) and requires high chemical oxygen demand (COD). It is estimated that the sugarcane vinasse production in Brazil will be between 265.1 and 370.3 billion litres in 2017/2018 harvest. The methods development for determining the chemical composition of vinasse is extremely important to add value to this co-product and bioenergy applications. In order to evaluate new application processes, production or extraction of amino acids from vinasse, is fundamental to accurate characterization of the chemical composition of this co-product. In this work, we investigated reduced graphene oxide (RGO) containing nickel, copper and silver metal oxide nanoparticles nanostructured detectors for amino acids detection and determination in sugarcane vinasse using high performance liquid chromatography (HPLC) coupled to electrochemical detection. The modified electrodes constructed were characterized by cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray photoemission spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The electrocatalytic oxidation of the amino acids in alkaline medium was studied by CV with scan rate of 100 mV s-1. The results showed that the amino acids studied were not oxidized on the surface modified with RGO. However, the analytes were irreversibly oxidized on the electrode surfaces modified with RGO containing nickel, copper and silver metal oxides nanoparticles. Chromatographic separations were performed employing an ion exchange column coupled to a pre-column and isocratic elution. The effects of sodium hydroxide, sodium acetate, and water as mobile phase were evaluated. Separations of amino acids were complete within 30 min. The electrochemical response and sensitivity of the developed methods improved due to the application of RGO and metal oxides nanoparticles as electrode modifiers. The analytical parameters of the developed method were evaluated. Solutions were prepared with concentrations in range of 1.0×10-8 to 1.0×10-3 mol L-1. Under optimized chromatographic conditions, the methods developed using the modified electrodes showed a linear relationship towards the amino acid concentrations in two orders of magnitude with detection limits of less than 2.0×10-5 mol L-1, sensitivities greater than 3.3×105 nA mol-1 L and excellent correlation coefficient ≥ 0.9991. The analytical methods proposed using modified electrodes with RGO containing NiNPs and CuNPs were applied in the amino acids detection in sugarcane vinasse samples with recoveries varying from 95 ± 5 to 102 ± 3%. The stability and repeatability of the modified electrodes were investigated. The excellent long-term stability and repeatability of the prepared modified electrodes make them attractive as electrochemical detectors. The results showed that the developed detectors could be used for amino acids detection and quantification, free of interferences and with precision in sugarcane vinasse samples. Keywords: Sugarcane vinasse. Electrochemically reduced graphene oxide. Metal nanoparticles. Amino acids. High performance anion-exchange chromatography. Amperometric detection. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Comportamento eletroquímico dos aminoácidos ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E) nas concentrações de 1,0×10-3 (b; curva preta) e 1,5×10-2 mol L-1 (c; curva azul) em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (a; curva vermelha) na superfície do GCE com velocidade de varredura de 50 mV s-1. .................................................................. 56 Figura 2 – Voltamogramas cíclicos do óxido de grafeno 1,0 mg mL-1 em sulfato de sódio 0,50 mol L-1. Condições: velocidade de varredura de 50 mV s-1. (A) 1º Ciclo; (B) 2º Ciclo; (C) 3º Ciclo; (D) 4º Ciclo; (E) 5º Ciclo; (F) 10º Ciclo; (G) 20º Ciclo; (H) Sulfato de sódio 0,50 mol L-1. .................................................. 57 Figura 3 – Comportamento eletroquímico dos aminoácidos ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E) nas concentrações de 1,0× 10-3 mol L-1 (curva pretas) em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (curva vermelhas) sobre a superfície do RGO/GCE com velocidade de varredura de 50 mV s-1. ....... 58 Figura 4 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs sobre a superfície do GCE modificado com GO reduzido eletroquimicamente em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo.. ............... 59 Figura 5 – Voltamogramas cíclicos de um NiNPs-RGO/GCE em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) e na presença de aminoácidos de 1,0×10-3 mol L-1 (curva preta) com velocidade de varredura de 100 mV s-1: ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E). ................................... 60 Figura 6 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs sobre a superfície do GCE modificado com GO reduzido eletroquimicamente sob potencial de -1,1 V por 210 s em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo. .................................................................................. 62 Figura 7 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs sobre a superfície do GCE modificado com GO reduzido eletroquimicamente sob potencial de -1,5 V por 500 s em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo. ....................................................................................... 63 Figura 8 – Voltamogramas cíclicos de um NiNPs-RGO/GCE sob potencial de -1,1 V por 210 s em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) e na presença de aminoácidos de 1,0× 10-3 mol L-1 (curva preta) com velocidade de varredura de 100 mV s-1: ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E). ..................................................................... 64 Figura 9 – Voltamogramas cíclicos de um NiNPs-RGO/GCE sob potencial de -1,5 V por 500 s em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) e na presença de aminoácidos de 1,0× 10-3 mol L-1 (curva preta) com velocidade de varredura de 100 mV s-1: ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E). ..................................................................... 65 Figura 10 – Voltamogramas cíclicos da redução eletroquímica do GO 0,50 mg mL-1 em sulfato de sódio 0,50 mol L-1 com velocidade de varredura de 50 mV s-1: (A) 1º Ciclo; (B) 2º Ciclo; (C) 5º Ciclo; (D) 10º Ciclo; (E) e 20º Ciclo. ............. 67 Figura 11 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs eletrodepositadas com potencial de -1,0 V por 30 s sobre a superfície do GCE modificado com GO reduzido eletroquimicamente em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo. ...................... 68 Figura 12 – Voltamogramas cíclicos de um NiNPs-RGO/GCE sob potencial de -1,0 V por 30 s em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) e na presença de aminoácidos de 1,0× 10-3 mol L-1 (curva preta) com velocidade de varredura de 100 mV s-1: ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E). .................................................................. 69 Figura 13 – Voltamogramas cíclicos de um NiNPs-RGO/GCE sob potencial de -1,0 V por 50 s em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) e na presença de aminoácidos de 1,0× 10-3 mol L-1 (curva preta) com velocidade de varredura de 100 mV s-1: ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E). .................................................................. 70 Figura 14 – Voltamogramas cíclicos de um NiNPs-RGO/GCE sob potencial de -1,0 V por 100 s em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) e na presença de aminoácidos de 1,0×10-3 mol L-1 (curva preta) com velocidade de varredura de 100 mV s-1: ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E). .................................................................. 71 Figura 15 – Voltamogramas cíclicos da eletrodeposição simultânea de RGO e NiNPs sobre a superfície do GCE em meio de Na2SO4 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 50 mV s-1. (a) 1º Ciclo; (b) 2º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo. .............................................................................................. 73 Figura 16 – Voltamogramas cíclicos da eletrodeposição simultânea de RGO e NiNPs sobre a superfície do GCE em meio de Na2SO4 0,50 mol L-1 com velocidade de varredura de 50 mV s-1. (a) 1º Ciclo; (b) 2º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo. Inserido: Ampliações das curvas a e b. ............................... 73 Figura 17 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs eletrodepositadas simultaneamente com RGO em meio de Na2SO4 0,10 mol L-1 por CV sobre a superfície do GCE em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo. ................................................................... 74 Figura 18 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs eletrodepositadas simultaneamente com RGO em meio de Na2SO4 0,50 mol L-1 por CV sobre a superfície do GCE em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo. ..................................................................... 75 Figura 19 – Voltamogramas cíclicos do eletrodo modificado em Na2SO4 0,10 mol L-1 por CV em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (curva a) e na presença de glicina 1,0×10-3 (b), 2,0×10-3 (c), 3,0×10-3 (d), 4,0×10-3 (e), 5,0×10-3 (f) e 6,0×10-3 mol L-1 (g) com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ................................... 75 Figura 20 – Voltamogramas cíclicos do eletrodo modificado em Na2SO4 0,50 mol L-1 por CV em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (curva a) e na presença de glicina 1,0× 10-3 (b), 2,0×10-3 (c), 3,0×10-3 (d), 4,0×10-3 (e), e 5,0×10-3 mol L-1 (f) com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ............................................................... 76 Figura 21 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs em RGO sobre a superfície do GCE modificado em duas etapas por amperometria em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 3º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 20º Ciclo; (f) 25º Ciclo; e (g) 30º Ciclo. ... 78 Figura 22 – Voltamogramas cíclicos do eletrodo modificado com RGO e NiNPs em duas etapas por amperometria em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (curva a) e na presença de glicina 1,0×10-3 (b), 2,0× 10-3 (c), 3,0×10-3 (d), 4,0×10-3 (e), e 5,0×10-3 mol L-1 (f) com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ....................... 78 Figura 23 – Comportamento eletroquímico dos aminoácidos ácido aspártico (A), ácido glutâmico (B), alanina (C), glicina (D) e leucina (E) nas concentrações de 1,0×10-3 mol L-1 (curvas pretas) e 1,5×10-2 mol L-1 (curvas azuis) em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) sobre a superfície do RGO/GCE com velocidade de varredura de 50 mV s-1. ......................................................... 80 Figura 24 – Otimização da eletrodeposição do RGO sobre a superfície do GCE utilizando a técnica de amperometria. (A) Potencial de eletrodeposição (E). (B) Tempo de eletrodeposição. (C) Concentração de óxido de grafeno (CGO). (D) Concentração de sulfato de sódio (CSS). .............................................................. 81 Figura 25 – Voltamogramas cíclicos do GCE (a) e RGO/GCE (b) na presença de K3[Fe(CN)6] 1,0×10-2 mol L-1 em KCl 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 50 mV s-1. ........................................................................................ 84 Figura 26 – Diagramas de IES dos GCE (a) e RGO/GCE (b) com as linhas solidas preta (a) e vermelha (b) correspondentes as simulações dos dados experimentais (A). Circuitos eletroquímicos equivalentes utilizados para ajustar os diagramas de IES (C). .......................................................................................... 86 Figura 27 – Imagens de SEM do GCE sem modificação (A), GCE modificado com GO (B), GCE modificado com RGO (RGO/GCE) em (C) baixa e (D) alta resolução............................................................................................................... 88 Figura 28 – Espectros de EDX do (A) eletrodo de carbono vítreo sem modificação e modificado com (B) óxido de grafeno (GO/GCE) e (C) óxido de grafeno reduzido (RGO/GCE). .......................................................................................... 90 Figura 29 – Espectros de RAMAN dos eletrodos de carbono vítreo sem modificação (A) e modificados com (B) óxido de grafeno (GO/GCE) e (C) óxido de grafeno reduzido (RGO/GCE). .......................................................................................... 98 Figura 30 – Espectros exploratórios dos eletrodos modificados com óxido de grafeno (GO/GCE) e óxido de grafeno reduzido (RGO/GCE). ........................................ 91 Figura 31 – Espectros de alta resolução de XPS das regiões de O 1s e C 1s com suas deconvoluções para o GO/GCE e RGO/GCE. ..................................................... 93 Figura 32 – Voltamogramas cíclicos de nitrato de prata 2,0×10-3 mol L-1 em solução de (a) nitrato de sódio 0,10 mol L-1, (b) ácido nítrico 0,10 mol L-1, e (c) nitrato de sódio 0,10 mol L-1 + ácido nítrico 0,10 mol L-1 na superfície do RGO/GCE com velocidade de varredura de 10 mV s-1. ....................................... 99 Figura 33 – Voltamogramas cíclicos do RGO/GCE contendo AgNPs em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (a) e na presença de glicina 1,0×10-3 (b) com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ............................................................. 101 Figura 34 – Otimização da eletrodeposição das nanopartículas de prata sobre a superfície do RGO/GCE (n= 3). Curvas da resposta eletrocatalítica de glicina 1,0×10-3 mol L-1 em NaOH 0,10 mol L-1 em função do (A) potencial de eletrodeposição (E), (B) tempo de eletrodeposição, (C) composição do eletrólito suporte contendo ácido nítrico (-■-) e nitrato de sódio (-●-), e (D) concentração de nitrato de prata (CAgNO3). ............................................... 103 Figura 35 – (A) Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das AgNPs sobre a superfície RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º ciclo, (b) 3º ciclo, (c) 5º ciclo, (d) 10º ciclo, (e) 13º ciclo e (f) 15º ciclo no intervalo de potencial de 0,40 a 0,90 V. (B) 15º voltamograma ciclo da oxidação das AgNPs. ........................................ 105 Figura 36 – Voltamograma cíclico do estudo de velocidade de varredura no intervalo de 10 a 700 mV s-1 do AgNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1. ..... 106 Figura 37 – Efeito da raiz quadrada da velocidade de varredura (ν0,5) nas correntes de picos anódicos e catódicos do AgNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1.. ...................................................................................................... 107 Figura 38 – Correlação correspondente do potencial de pico (EA4) em função do logaritmo da velocidade de varredura (Log ν) em solução de NaOH 0,10 mol L-1. ............................................................................................................... 109 Figura 39 – (A) Diagramas de EIS dos GCE sem modificação (a) e AgNPs-RGO/GCE (b) com as linhas solidas azul (a) e preta (b) correspondentes as simulações dos dados experimentais (A). (B) Circuito eletroquímico equivalente utilizado para ajustar os diagramas de IES. ........................................................ 110 Figura 40 – Imagens de SEM do (A) GCE sem modificação, (B) RGO/GCE e (C) AgNPs-RGO/GCE. Histograma da distribuição das AgNPs na superfície do RGO/GCE (D). .............................................................................................. 111 Figura 41 – Espectro de EDX do eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata (AgNPs-RGO/GCE). ........ 112 Figura 42 – Espectro RAMAN do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata (AgNPs-RGO/GCE). .................................... 113 Figura 43 – (A) Espectros exploratório e de alta resolução de XPS das regiões de (B) O 1s, (C) C 1s e (D) Ag 3d com suas deconvoluções para o AgNPs-RGO/GCE. . 114 Figura 44 – Voltamogramas cíclicos de (A) alanina 1,0×10-3 mol L-1, (B) ácido aspártico 1,0×10-3 mol L-1, (C) ácido glutâmico 1,0×10-3 mol L-1, (D) glicina 1,0×10-3 mol L-1 e leucina 1,0×10-3 mol L-1 em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (curvas vermelhas) sobre a superfície do AgNPs-RGO/GCE com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ............................................................................... 116 Figura 45 – Voltamogramas cíclicos do AgNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 na (a) ausência e presença de glicina 5,0×10-4 (b), 7,5×10-4 (c), 1,0× 10-3 (d), 2,5×10-3 (e), 5,0×10-3 (f), (g) 7,5×10-3 (g) e 1,0×10-2 mol L-1(h) com velocidade de varredura de 100 mV s-1. Inserido: Dependência da corrente de pico anódico em função da concentração de glicina. ..................................... 117 Figura 46 – Curva de Tafel do AgNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 na presença de glicina 1,0×10-3 mol L-1 com velocidade de varredura de 10 mV s-1. ................................................................................................................ 118 Figura 47 – Efeito da raiz quadrada da velocidade de varredura (ν0,5) nas correntes de picos anódicos dos aminoácidos 1,0×10-3 em solução de NaOH 0,10 mol . ..... 119 Figura 48 – (A) Amperogramas de duplo salto do AgNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 com diferentes concentrações de leucina: (a) 0,0, (b) 5,0×10-4 (c) 7,5×10-4, (d) 1,0× 10-3 e (e) 2,5×10-3 mol L-1. Os saltos de potencial foram 0,90 V para oxidação e 0,50 V para redução. (B) Inserido: Dependência da Icat/Id em função do Tempo0,5 derivado a partir dos dados da curva b. ........................................................................................................... 121 Figura 49 – Estudo do potencial de oxidação dos aminoácidos glicina (a), alanina (b), ácido aspártico (c), ácido glutâmico (d) e leucina (e) em solução de NaOH 0,10 mol L-1 através da amperometria utilizando o AgNPs-RGO/GCE (n= 3). . 122 Figura 50 – (A) Amperogramas obtidos para adições sucessivas de alanina (a) e glicina (b) em solução de NaOH 0,10 mol L-1 sob agitação utilizando o AgNPs- RGO/GCE com potencial de detecção de 0,90 V. (B) Inserido: Curvas analíticas de alanina (a) e glicina (b) obtidas a partir dos amperogramas (A). .. 123 Figura 51 – (A) Voltamograma cíclico de uma solução de sulfato de níquel 5,0×10-3 mol L-1 em sulfato de sódio 0,10 mol L-1 sobre a superfície do RGO/GCE com velocidade de varredura de 10 mV s-1. (B) Inserido: Ampliação do voltamograma. .................................................................................................... 132 Figura 52 – Otimização da eletrodeposição das NiNPs na superfície do RGO/GCE (n= 3). Curvas do excesso superficial (Γ, -■-) e as respostas eletrocatalíticas (ΔI, -●-) das modificações na presença de glicina 1,0×10-3 mol L-1 em função do (A) potencial de eletrodeposição (E), (B) tempo de eletrodeposição e (C) concentração de sulfato de níquel (CNiSO4). .................... 134 Figura 53 – Voltamogramas cíclicos na (a) ausência e (b) presença de glicina 1,0×10-3 mol L-1 em NaOH 0,10 mol L-1 empregando um NiNPs-RGO/GCE com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ............................................................. 135 Figura 54 – Voltamograma cíclico do NiNPs-RGO/GCE em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 10 mV s-1. ............................................................... 137 Figura 55 – Voltamogramas cíclicos sucessivos da passivação do NiNPs-RGO/GCE em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1: (a) 1º Ciclo; (b) 2º Ciclo; (c) 5º Ciclo; (d) 10º Ciclo; (e) 15º Ciclo; (f) 20º Ciclo; (g) 25º Ciclo; e (h) 30º Ciclo. ......................................................................................... 138 Figura 56 – (A) Diagramas de EIS dos GCE sem modificação (a) e NiNPs-RGO/GCE (b) com as linhas solidas vermelha (a) e preta (b) correspondentes as simulações dos dados experimentais. (B) Circuito eletroquímico equivalente utilizado para ajustar os diagramas de IES. ....................................................................... 140 Figura 57 – Imagens de SEM do (A) GCE sem modificação, (B) RGO/GCE, RGO/GCE modificado com nanopartículas metálicas (NiMNPs) de níquel em (D) baixa e (E) alta resolução, e RGO/GCE modificado com nanopartículas de níquel oxidadas (NiNPs) em (F) baixa e (G) alta resolução. ......................................... 141 Figura 58 – Histogramas apresentando as destruições das (A) NiMNPs e (B) NiNPs sobre a superfície do RGO/GCE. ........................................................................ 142 Figura 59 – Espectros de EDX do eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo (A) NiMNPs e (D) NiNPs. ...................................... 142 Figura 60 – Espectro RAMAN do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo (A) NiMNPs e (D) NiNPs. .................................................................. 143 Figura 61 – (A) Espectros exploratório e de alta resolução de XPS das regiões de (B) O 1s, (C) C 1s e (D) Ni 2p3 com suas deconvoluções para o NiNPs-RGO/GCE. .. 144 Figura 62 – Imagens de (A) TEM e (B) imagens HRTEM do composto NiNPs/RGO, (C) imagem ampliada da área quadrada e (D) padrão de difração cristalina de uma NiNPs. .................................................................................................... 146 Figura 63 – Voltamogramas cíclicos obtidos dos (a) GCE sem modificação, (b) NiNPs/GCE, (c) RGO/GCE e (d) NiNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s−1. ................................ 147 Figura 64 – Voltamogramas cíclicos na ausência (curvas vermelhas) e na presença de alanina (A), leucina (B), glicina (C), ácido glutâmico (D) e ácido aspártico (E) em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 sobre a superfície do NiNPs-RGO/ GCE com velocidade de varredura de 100 mV s-1 e aminoácidos nas concentrações de 5,0×10-3 mol L-1. ..................................................................... 148 Figura 65 – (A) Voltamogramas cíclicos do estudo da velocidade de varredura do ácido aspártico em NaOH 0,10 mol L-1. Efeito da (B) velocidade de varredura (ν) e (C) raiz quadrada da velocidade de varredura(ν0,5) nas correntes de pico anódico e catódico. ............................................................................................. 150 Figura 66 – Efeito do potencial aplicado (n= 3) na resposta amperométrica dos aminoácidos (a) glicina (b) alanina (c) ácido aspártico (d) ácido glutâmico e (e) leucina em solução de NaOH 0,10 mol L-1. ............................................... 152 Figura 67 – Resposta amperométrica da glicina 1,0×10-3 mol L-1 em NaOH 0,10 mol L-1 por um período de 1000 s com potencial de detecção de 0,55 V e agitação de 1000 rpm. ............................................................................................................ 153 Figura 68 – Sequência de pulso aplicada na detecção amperométrica pulsada de aminoácidos. ....................................................................................................... 154 Figura 69 – Cromatograma de uma mistura de alanina (1), glicina (2) e leucina (3) 5,0×10-4 mol L-1. ................................................................................................. 155 Figura 70 – Cromatograma de uma mistura de ácido glutâmico (1) e ácido aspártico (2) 2,5×10-4 mol L-1. ................................................................................................. 157 Figura 71 – Separação cromatográfica da amostra de vinhaça de cana-de-açúcar diluída 1:100 com água ultrapura. Picos: alanina (1), glicina (2) e leucina (3). ............. 160 Figura 72 – Separação cromatográfica da amostra de vinhaça de cana-de-açúcar diluída 1:10 com água ultrapura. Pico: ácido aspártico (1). .......................................... 161 Figura 73 – Voltamograma cíclico de uma solução de sulfato de cobre 2,0×10-3 mol L-1 em sulfato de sódio 0,10 mol L-1 sobre a superfície do RGO/GCE com velocidade de varredura de 25 mV s-1. ........................................................... 16969 Figura 74 – Otimização da eletrodeposição das CuNPs na superfície do RGO/GCE (n= 3). Curvas do excesso superficial (Γ, -■-) e das respostas eletrocatalíticas (ΔI, -●-) das modificações na presença de glicina 1,0×10-3 mol L-1 em função do (A) potencial de eletrodeposição (E), (B) tempo de eletrodeposição e (C) concentração de sulfato de cobre (CCuSO4). ...................... 171 Figura 75 – Voltamogramas cíclicos na (a) ausência e (b) presença de glicina 1,0×10-3 mol L-1 em NaOH 0,10 mol L-1 empregando o CuNPs-RGO/GCE com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ............................................................. 172 Figura 76 – Voltamograma cíclico do CuNPs-RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 25 mV s-1. ........................................... 174 Figura 77 - Voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das nanopartículas de cobre na superfície do RGO/GCE em solução de NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 50 mV s-1. ............................................................... 175 Figura 78 – (A) Diagramas de EIS dos GCE sem modificação (a) e CuNPs-RGO/GCE (b) com as linhas solidas preta (a) e vermelha (b) correspondentes as simulações dos dados experimentais. (B) Circuito eletroquímico equivalente utilizado para ajustar os diagramas de EIS. ..................................... 176 Figura 79 – Imagens de SEM do (A) GCE sem modificação, (B) RGO/GCE e (C) CuNPs-RGO/GCE. Histograma da distribuição das CuNPs sobre a superfície do RGO/GCE (D). ............................................................................. 177 Figura 80 – Espectros de EDX do eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo CuNPs. .................................................................... 178 Figura 81 – Espectro RAMAN do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo CuNPs. ................................................................................................ 179 Figura 82 – (A) Espectros exploratório e de alta resolução de XPS das regiões de (B) O 1s, (C) C 1s e (D) Cu 2p3 com suas deconvoluções para o CuNPs-RGO/GCE. . 180 Figura 83 – Imagens de (A) TEM e (B) imagens HRTEM do composto CuNPs/RGO, (C) imagem ampliada da área quadrada e (D) padrão de difração cristalina de uma CuNPs. ................................................................................................... 182 Figura 84 – Voltamogramas cíclicos na ausência (curvas vermelhas) e na presença de alanina (A), glicina (B), leucina (C), lisina (D) e serina (E) em soluções de NaOH 0,10 mol L-1 sobre a superfície do CuNPs-RGO/GCE com velocidade de varredura de 100 mV s-1 e aminoácidos nas concentrações de 1,0×10-2 mol L-1.............................................................................................. 184 Figura 85 – (A) Voltamogramas cíclicos do estudo da velocidade de varredura da alanina 5,0×10-3 mol L-1 em NaOH 0,10 mol L-1. Efeito da (B) velocidade de varredura (ν) e (C) raiz quadrada da velocidade de varredura(ν0,5) nas correntes de pico anódico. .................................................................................. 185 Figura 86 – Sequência de pulso aplicada na detecção amperométrica pulsada dos aminoácidos. ....................................................................................................... 187 Figura 87 – Efeito do potencial aplicado (n= 3) na resposta amperométrica dos aminoácidos (a) lisina, (b) alanina, (c) glicina, (d) leucina e (e) serina em solução alcalina. .................................................................................................. 188 Figura 88 – Efeito da velocidade da fase móvel sobre os tempos de retenções dos aminoácidos. ....................................................................................................... 190 Figura 89 – Cromatograma de uma mistura 5,0×10-6 mol L-1 de lisina (1), alanina (2), glicina (3), leucina (4) e serina (5). ..................................................................... 190 Figura 90 – Curvas analíticas para detecção dos aminoácidos lisina (A), alanina (B), glicina (C), leucina (D) e serina (E) utilizando o CuNPS-RGO/GCE. ............... 192 Figura 91 – Separação cromatográfica da amostra de vinhaça de cana-de-açúcar diluída 1:100 com água ultrapura (a) e padrões de aminoácidos 1,0×10-6 mol L-1 (b). Picos: lisina (1), alanina (2), glicina (3), leucina (4) e serina (5). ............... 194 Figura 92 – Separação cromatográfica da amostra de vinhaça de cana-de-açúcar diluída 1:1000 com água ultrapura (a) e padrão de alanina 5,0×10-6 mol L-1 (b). Pico: alanina (1). ................................................................................................. 195 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Parâmetros da resposta eletroquímica dos aminoácidos em meio alcalino obtidos com o eletrodo modificado com o método 1 (Figura 5). ........................... 61 Tabela 2 – Parâmetros da resposta eletroquímica dos aminoácidos em meio alcalino obtidos com os eletrodos modificados com o método 2 (Figuras 8 e 9). ............... 63 Tabela 3 – Parâmetros da resposta eletroquímica dos aminoácidos em meio alcalino obtidos com o eletrodo modificado com o método 3 com NiNPs eletrodepositadas nos tempos de 30, 50 e 100 s (Figuras 12 a 14). ........................ 68 Tabela 4 – Parâmetros da resposta eletroquímica dos aminoácidos em meio alcalino obtidos com o eletrodo modificado com o método 4 em Na2SO4 0,10 mol L-1. .... 77 Tabela 5 – Parâmetros da resposta eletroquímica da glicina em meio alcalino obtidos com o eletrodo modificado com o método 5. ......................................................... 79 Tabela 6 – Correntes e potenciais de picos anódico e catódico para o par redox [Fe(CN)6]4-/3- (n= 3) obtidos sobre as superfícies dos eletrodos modificado com RGO e não modificado. .................................................................................. 84 Tabela 7 – Valores dos elementos do circuito equivalente da Figura 26 (B) pela simulação dos espectros de IES da Figura 26 (A). ................................................. 87 Tabela 8 – Potenciais e correntes de picos anódicos (PA) e catódicos (PC) do AgNPs- RGO/GCE na ausência e presença de glicina 1,0×10-3 mol L-1 em solução de NaOH 0,10 mol L-1 (Figura 33). ........................................................................... 102 Tabela 9 – Parâmetros obtidos a partir das correlações lineares obtidas na Figura 37. ......... 107 Tabela 10 – Valores do coeficiente de transferência eletrônica (α), constante de velocidade eletrocatalítica (kcat) e coeficiente de difusão (D) para os aminoácidos estudados com o AgNPs-RGO/GCE............................................. 118 Tabela 11 – Parâmetros obtidos a partir da relação linear entre a corrente de pico anódica e a raiz quadrada da velocidade de varredura. ...................................... 120 Tabela 12 – Parâmetros analíticos obtidos para a oxidação eletrocatalítica dos aminoácidos em uma solução de NaOH 0,10 mol L-1 sob agitação a partir da técnica de amperometria utilizando o AgNPs-RGO/GCE com potencial de detecção de 0,90 V. .................................................................................... 124 Tabela 13 – Parâmetros eletroquímicos dos voltamogramas cíclicos sucessivos da oxidação das NiNPs-RGO/GCE em NaOH 0,10 mol L-1 com velocidade de varredura de 100 mV s-1. ............................................................................... 139 Tabela 14 – Parâmetros obtidos a partir da relação linear entre as correntes de pico anódico (Ipa) e catódico (Ipc) com a velocidade de varredura (ν). ...................... 151 Tabela 15 – Parâmetros obtidos a partir da relação linear entre as correntes de pico anódico (Ipa) e catódico (Ipc) com a raiz quadrada da velocidade de varredura (ν0,5). ................................................................................................... 151 Tabela 16 – Efeito do hidróxido e acetato de sódio no tempo de retenção (tr) e fator de retenção (k) dos ácidos aspártico e glutâmico. ............................................. 156 Tabela 17 – Parâmetros cromatográficos para a separação de aminoácidos. ......................... 158 Tabela 18 – Desempenho analítico do NiNPs-RGO/GCE utilizado como detector amperométrico na detecção dos aminoácidos (n= 3). ........................................ 159 Tabela 19 – Teores de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar. ..................................... 162 Tabela 20 – Parâmetros obtidos a partir da relação linear entre as correntes de pico anódico (Ipa) e catódico (Ipc) com a raiz quadrada da velocidade de varredura (ν0,5). ................................................................................................... 186 Tabela 21 – Efeito do hidróxido no tempo de retenção (tr) e fator de retenção (k) dos aminoácidos. ....................................................................................................... 189 Tabela 22 – Parâmetros cromatográficos para a separação de aminoácidos. ......................... 191 Tabela 23 – Desempenho analítico do CuNPs-RGO/GCE empregado como detector amperométrico na detecção dos aminoácidos (n= 3). ........................................ 193 Tabela 24 – Teores de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar. ..................................... 194 LISTA DE ESQUEMAS Esquema 1 – Forma predominante dos aminoácidos em diferentes meios. ............................. 55 Esquema 2 – Estrutura molecular dos aminoácidos. ................................................................ 56 Esquema 3 – Célula eletroquímica Wall-Jet utilizada nas medidas cromatográficas. ........... 130 Esquema 4 – Estrutura molecular dos aminoácidos estudados utilizando o CuNPs-RGO/GCE. ........................................................................................... 183 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS Ae Área superficial efetiva Ag/AgCl Eletrodo de prata/cloreto de prata AgNPs-RGO/GCE Eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de óxido de prata AuNPs Nanopartículas de ouro BDD Eletrodo de diamante dopado com boro (do inglês boron-doped diamond electrode) C Concentração CILE Eletrodo de carbono contendo líquido iônico (do inglês Carbon Ionic Liquid Electrode) CMEs Eletrodos quimicamente modificados (do inglês Chemically modified electrodes) CNT Nanotubos de carbono (do inglês Carbon Nanotubes) CoNPs Nanopartículas de cobalto CPE Elemento de fase constante CuNPs Nanopartículas de óxido de cobre CuNPs-RGO/GCE Eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de óxido de cobre CV Voltametria cíclica (do inglês Cyclic voltammetry) Cv Coeficiente de variação D Coeficiente de difusão DPV Voltametria de pulso diferencial (do inglês Differential Pulse Voltammetry) E Potencial EC' Reação eletroquímica seguida de uma reação química ECD Detecção eletroquímica (do inglês Electrochemical Detection) EDX Espectroscopia de energia dispersiva de raio X (do inglês Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) EIS Espectroscopia de impedância eletroquímica (do inglês Electrochemical Impedance Spectroscopy) Epa Potencial de pico anódico Epc Potencial de pico catódico FeNPs Nanopartículas de ferro FIA Análise por injeção em fluxo (do inglês Flow Injection Analysis) GCE Eletrodo de carbono vítreo (do inglês Glassy Carbon Electrode) GO Óxido de grafeno (do inglês Graphene Oxide) GO/GCE Eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno GR Grafeno HPAEC Cromatografia de troca aniônica de alta eficiência (do inglês High Performance Anion-Exchange Chromatography) HPLC Cromatografia líquida de alta eficiência (do inglês High Performance Liquid Chromatography) HRTEM Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (do inglês High-Resolution Transmission Electron Microscopy) ID/IG Razão entre as intensidades dos picos D e G Ip Corrente de pico Ipa Corrente de pico anódico Ipa/Ipc Razão entre as correntes de pico anódico (Ipa) e catódico (Ipa) Ipc Corrente de pico catódico k Fator de retenção kapp Constante de velocidade de transferência eletrônica heterogênea aparente kcat Constante de velocidade eletrocatalítica ks Velocidade de transferência de carga aparente LOD Limite de detecção (do inglês Limit of Detection) Log j Logaritmo da densidade de corrente LOQ Limite de quantificação (do inglês Limit of Quantitation) MWCNT Nanotubos de carbono de paredes múltiplas (do inglês Multiwall Carbon Nanotubes) n Número de elétrons transferidos N Número de pratos teóricos NBu4BF4 Tetrafluoroborato de tetrametilamônio NiMNPs Nanopartículas metálicas de níquel NiNPs Nanopartículas de óxido de níquel NiNPs-RGO/GCE Eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de óxido de níquel NPs Nanopartículas PA Pico anódico PAD Detecção amperométrica pulsada PC Pico catódico Q Carga R Constante física dos gases Rct Resistência de transferência de elétrons RGO Óxido de grafeno reduzido (do inglês Reduced Graphene Oxide) RGO/GCE Eletrodo de carbono vítreo modificado com óxido de grafeno reduzido Rs Resistência da solução Rs Resolução RSD Desvio padrão relativo S/N Razão sinal/ruído SD Desvio padrão SEM Microscopia eletrônica de varredura (do inglês Scanning Electron Microscopy) SWV Voltametria de onda quadrada (do inglês Square Wave Voltammetry) T Temperatura TEM Microscopia eletrônica de transmissão (do inglês Transmission Electron Microscopy) TiO2 Óxido de titânio tm Tempo morto tr Tempo de retenção tr’ Tempo de retenção ajustado UV-VIS Ultravioleta-visível W Resistência de Warburg X 2 Qui-quadrado XPS Espectroscopia de fotoemissão de raios X (do inglês X-Ray Photoelectron Spectroscopy) α Coeficiente de transferência de elétrons α Fator de separação αs Coeficiente de transferência eletrônica Γ Excesso superficial ΔEp Potencial de separação entre os picos anódico e catódico ΔI Diferença da corrente de pico anódico dos aminoácidos - corrente de pico anódico do branco ν Velocidade de varredura ν0,5 Raiz quadrada da velocidade de varredura SUMÁRIO CAPÍTULO I INTRODUÇÃO .............................................................................................. 37 1.1 VINHAÇA DE CANA-DE-AÇÚCAR ............................................................................. 37 1.2 CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA ......................................... 38 1.2.1 Determinação cromatográfica de aminoácidos com detecção eletroquímica .......... 39 1.3 ANÁLISE POR INJEÇÃO EM FLUXO COM DETECÇÃO ELETROQUÍMICA DE AMINOÁCIDOS .................................................................. 40 1.4 COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO E DETERMINAÇÃO DE AMINOÁCIDOS ............................................................................................................. 41 1.4.1 Eletrodos não modificados .............................................................................................. 41 1.4.2 Eletrodos quimicamente modificados ............................................................................. 43 1.4.2.1 Eletrodos quimicamente modificados com grafeno...................................................... 44 1.4.2.2 Eletrodos quimicamente modificados com nanopartículas metálicas ......................... 44 CAPÍTULO II OBJETIVOS ................................................................................................ 47 2.1 OBJETIVOS GERAIS ..................................................................................................... 47 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................... 47 CAPÍTULO III MODIFICAÇÃO DO ELETRODO DE CARBONO VÍTREO COM ÓXIDO DE GRAFENO REDUZIDO ........................................... 48 3.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 48 3.2 PARTE EXPERIMENTAL ............................................................................................. 51 3.2.1 Reagentes e soluções ...................................................................................................... 51 3.2.2 Instrumentação .............................................................................................................. 51 3.2.3 Limpeza do eletrodo de carbono vítreo ....................................................................... 52 3.2.4 Modificação do eletrodo de carbono vítreo com óxido de grafeno reduzido eletroquimicamente ....................................................................................................... 52 3.2.4.1 Método 1 ....................................................................................................................... 52 3.2.4.2 Método 2 ....................................................................................................................... 53 3.2.4.3 Método 3 ....................................................................................................................... 53 3.2.4.4 Método 4 ....................................................................................................................... 53 3.2.4.5 Método 5 ....................................................................................................................... 54 3.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 55 3.3.1 Comportamento eletroquímico dos aminoácidos em eletrodo de carbono vítreo ... 55 3.3.2 Comportamento eletroquímico do óxido de grafeno .................................................. 57 3.3.3 Modificação do eletrodo de carbono vítreo com óxido de grafeno reduzido eletroquimicamente ....................................................................................................... 58 3.3.3.1 Método 1 ....................................................................................................................... 59 3.3.3.2 Método 2 ....................................................................................................................... 61 3.3.3.3 Método 3 ....................................................................................................................... 66 3.3.3.4 Método 4 ....................................................................................................................... 72 3.3.3.5 Método 5 ....................................................................................................................... 77 3.3.4 Modificação eletroquímica da superfície do eletrodo de carbono vítreo com óxido de grafeno reduzido ............................................................................................ 79 3.3.5 Caracterização eletroquímica do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido .......................................................................................................................... 83 3.3.6 Caracterização da superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido .......................................................................................................................... 88 3.4 CONCLUSÕES PARCIAIS ............................................................................................ 94 CAPÍTULO IV OXIDAÇÃO ELETROCATALÍTICA DE AMINOÁCIDOS EM ELETRODO MODIFICADO COM ÓXIDO DE GRAFENO REDUZIDO CONTENDO NANOPARTÍCULAS DE PRATA ............ 95 4.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 95 4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................... 97 4.2.1 Soluções e reagentes....................................................................................................... 97 4.2.2 Instrumentação .............................................................................................................. 97 4.2.3 Modificação do eletrodo com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de óxido de prata................................................................................. 97 4.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................................... 99 4.3.1 Comportamento eletroquímico da prata sobre a superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido ................................................................ 99 4.3.2 Otimização da eletrodeposição das nanopartículas de prata sobre a superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido .......................................... 100 4.3.3 Comportamento eletroquímico da superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata ................................ 104 4.3.4 Caracterização eletroquímica do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata ............................................................. 109 4.3.5 Caracterização da superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata ............................................................. 111 4.3.6 Oxidação eletrocatalítica dos aminoácidos na superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata ... 115 4.3.7 Respostas amperométrica dos aminoácidos sobre a superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de prata ... 121 4.4 CONCLUSÕES PARCIAIS ......................................................................................... 125 CAPÍTULO V DETERMINAÇÃO DE AMINOÁCIDOS EM VINHAÇA DE CANA-DE-AÇÚCAR POR CROMATOGRAFIA DE TROCA IÔNICA UTILIZANDO ELETRODO MODIFICADO COM ÓXIDO DE GRAFENO REDUZIDO CONTENDO NANOPARTÍCULAS DE NÍQUEL ......................................................... 126 5.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 126 5.2 PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................................... 129 5.2.1 Reagentes e soluções .................................................................................................... 129 5.2.2 Instrumentação ............................................................................................................ 129 5.2.3 Limpeza do eletrodo de carbono vítreo ..................................................................... 130 5.2.4 Modificação eletroquímica do eletrodo de carbono vítreo contendo óxido de grafeno com nanopartículas de níquel ...................................................................... 130 5.2.5 Condições cromatográficas ......................................................................................... 131 5.2.6 Preparação da amostra ............................................................................................... 131 5.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 132 5.3.1 Comportamento eletroquímico do níquel sobre a superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido .............................................................. 132 5.3.2 Otimização da eletrodeposição de níquel .................................................................. 133 5.3.3 Caracterização eletroquímica do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de níquel ............................................................ 139 5.3.4 Caracterização superficial do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de níquel ............................................................ 140 5.3.5 Estudo do comportamento dos aminoácidos em solução alcalina ........................... 146 5.3.6 Efeito do potencial aplicado e estabilidade do eletrodo ........................................... 152 5.3.7 Otimização da separação cromatográfica ................................................................. 153 5.3.8 Determinação de aminoácidos em amostra de vinhaça de cana-de-açúcar ........... 160 5.4 CONCLUSÕES PARCIAIS .......................................................................................... 163 CAPÍTULO VI DETECÇÃO AMPEROMÉTRICA DE AMINOÁCIDOS EM VINHAÇA DE CANA-DE-AÇÚCAR POR CROMATOGRAFIA DE TROCA IÔNICA UTILIZANDO ELETRODO MODIFICADO COM ÓXIDO DE GRAFENO REDUZIDO CONTENDO NANOPARTÍCULAS DE COBRE ................................ 164 6.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 164 6.2 PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................................... 166 6.2.1 Reagentes e soluções .................................................................................................... 166 6.2.2 Instrumentação ............................................................................................................ 166 6.2.3 Limpeza do eletrodo de carbono vítreo ..................................................................... 166 6.2.4 Modificação eletroquímica do eletrodo de carbono vítreo contendo óxido de grafeno com nanopartículas de cobre ....................................................................... 167 6.2.5 Condições cromatográficas ......................................................................................... 167 6.2.6 Preparação da amostra ............................................................................................... 167 6.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 169 6.3.1 Comportamento eletroquímico do cobre sobre a superfície do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido .............................................................. 169 6.3.2 Otimização da eletrodeposição de cobre ................................................................... 170 6.3.3 Caracterização eletroquímica do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de cobre ............................................................. 175 6.3.4 Caracterização superficial do eletrodo modificado com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas de cobre ............................................................. 177 6.3.5 Estudo do comportamento dos aminoácidos em solução alcalina ........................... 182 6.3.6 Otimização da separação cromatográfica ................................................................. 186 6.3.7 Determinação de aminoácidos em amostra de vinhaça de cana-de-açúcar ........... 193 6.4 CONCLUSÕES PARCIAIS .......................................................................................... 196 CAPÍTULO VII CONCLUSÕES ....................................................................................... 197 REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 198 37 CAPÍTULO I. INTRODUÇÃO 1.1 VINHAÇA DE CANA-DE-AÇÚCAR O Sistema Agroindustrial da Cana-de-açúcar é um dos mais antigos e está ligado aos principais eventos históricos. Tem grande importância para o Brasil, este que é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e o segundo produtor mundial de etanol, sendo responsável por 20% da produção e 20% das exportações mundiais, além de ser o maior produtor e exportador mundial de açúcar (1-3). Estima-se que a produção brasileira de cana-de-açúcar na safra 2016/2017 seja aproximadamente 657,2 milhões de toneladas, redução de 1,3% em relação à safra anterior. A produção de açúcar deverá crescer 15,5% devido aos preços mais rentáveis (2). Ainda, calcula-se que o Brasil produzirá 27,8 bilhões de litros de etanol, redução de 8,7% referente à safra anterior devido à preferência pela produção de açúcar. Essa produção deverá continuar concentrada na Região Centro-Sul, representando 94,2% do total produzido no país, estando concentrada principalmente no estado de São Paulo (49,3%) (2). Nos últimos anos, tem-se observado um grande aumento na produção mundial de etanol para combustível (etanol hidratado e anidro) e para usos farmacêutico, industrial e bebidas. Entretanto, cerca de 9 a 14 litros de vinhaça, coproduto gerado na produção de etanol, é produzido para cada litro de etanol obtido, o qual corresponde à produção entre 700 e 900 litros de vinhaça a cada tonelada de cana-de-açúcar processada (4,5). A vinhaça, coproduto final da fabricação do álcool etílico por via fermentativa, é também conhecida por vinhoto, restilo, caldo ou garapão, dependendo da região. No entanto, o grande problema associado a este efluente é sua força poluente, cerca de cem vezes a do esgoto doméstico (1). A vinhaça apresenta pH entre 3,5 e 5,0, cor castanho-escuro e elevada demanda química de oxigênio (DQO) que varia entre 50 e 150 g L-1 (4). A composição da vinhaça varia de acordo com a constituição da matéria-prima, preparo do mosto, fermentação adotada, condução da fermentação alcoólica, tipo de levedura utilizada, método de destilação e tipo de flegma separado (6). A vinhaça apresenta em sua composição uma mistura de compostos orgânicos e inorgânicos (7). Dentre os seus principais componentes, pode-se destacar: nitrogênio, fósforo, potássio, ácido acético, ácido lático, glicerol, açúcares e sais minerais. Assim, devido ao alto valor fertilizante, geralmente é convertida em adubo. Entretanto, quando descartada no meio 38 ambiente, pode causar graves problemas ambientais devido à alta concentração de matéria orgânica (8). O nitrogênio presente na vinhaça de cana-de-açúcar é proveniente dos diversos compostos nitrogenados existentes neste efluente, tais como os aminoácidos aspártico, glutâmico, alanina, leucina, glicina, valina, fenilalanina, prolina e triptofano (9). A caracterização da composição química dos compostos nitrogenados presentes na vinhaça é geralmente expressa em termos de nitrogênio orgânico (10), nitrogênio amoniacal (10,11), nitrogênio inorgânico (10-12), nitrogênio total de Kjeldahl (5,13) e nitrogênio total (10,11,14), os quais não descriminam os compostos nitrogenados. A presença de aminoácidos foi detectada em vinhaça utilizando um analisador de aminoácidos após separação cromatográfica líquida (9). Os aminoácidos alanina e γ-aminobutírico foram detectados em vinhaça por cromatografia gasosa com detectores de ionização de chama e espectrométrico de massas, respectivamente (15). Portanto, o desenvolvimento de métodos para determinação da composição química da vinhaça é de extrema importância para agregar maior valorização a esse coproduto industrial, no intuito de avaliar novos processos de aplicação, produção ou extração de compostos nitrogenados a partir do vinhoto. Assim, é de fundamental importância a caracterização exata da composição química desse resíduo. 1.2 CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA A análise de aminoácidos é de interesse contínuo devido ao importante papel que desempenham em diversos processos biológicos, tais como a síntese de proteínas e vias metabólicas. Até agora, uma grande variedade de métodos para separar e detectar os aminoácidos específicos em amostras de interesse tem sido desenvolvida. No entanto, uma vez que a maioria dos aminoácidos não possui grandes cadeias laterais hidrofóbicas e cromóforos naturais, fluoróforos ou grupos eletroativos para a detecção fotométrica, fluorométrica ou amperométrica, respectivamente, a maioria dos métodos desenvolvidos até o presente utiliza algum tipo de processo de derivatização pré- ou pós-coluna, a fim de melhorar a detecção ou a separação cromatográfica (16). Entre as técnicas cromatográficas, a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC, do inglês High Performance Liquid Chromatography) configura-se como um método capaz de efetuar a separação, identificação e quantificação de componentes de uma mistura, em 39 escala de tempo de poucos minutos com alta resolução, eficiência e sensibilidade, sendo largamente utilizada como técnica analítica qualitativa e quantitativa (17,18). A cromatografia é um método físico-químico de separação. Este método está fundamentado na migração diferencial dos componentes de uma mistura que ocorre devido a diferentes interações entre duas fases imiscíveis, a fase móvel e a fase estacionária. A grande variedade de combinações entre as fases móvel e estacionária torna a cromatografia uma técnica extremamente versátil e de grande aplicação (19,20). Avanços recentes nas técnicas de detecção eletroquímica (ECD, do inglês Electrochemical Detection) acopladas com a HPLC oferecem uma das mais promissoras soluções para o problema de desenvolvimento de um detector cromatográfico. Isso se deve ao fato de as detecções eletroquímicas proporcionarem boa sensibilidade, seletividade e amplo intervalo linear de resposta. É importante destacar que, neste tipo de detecção, a amostra tem que ser constituída de íons ou compostos eletroativos que sofram oxidação ou redução. A classificação dos detectores eletroquímicos engloba todos os sistemas de detecção que utilizam a medição de uma propriedade elétrica para monitorar um analito eluído da coluna cromatográfica. Essas propriedades têm sido usadas para formar a base de uma variedade de técnicas de ECD, destacando-se os métodos que utilizam o monitoramento da corrente (detector amperométrico) (21). O detector amperométrico é um dos detectores mais importantes entre os ECDs. Nele, um determinado potencial é aplicado entre um eletrodo de trabalho e o eletrodo auxiliar; e se um analito for eletroquimicamente ativo, cujo potencial seja alcançado com o potencial aplicado, irá ocorrer a redução ou oxidação (22). As aplicações mais importantes estão nas áreas farmacêutica, alimentar, bebidas, neurociência, análises clinicas, bioenergia e meio ambiente. Portanto, a ECD é uma técnica analítica versátil para determinação de analitos eletroativos e iônicos, além de oferecer vantagens superiores em relação a outros detectores comumente utilizados na HPLC. 1.2.1 Determinação cromatográfica de aminoácidos com detecção eletroquímica A detecção direta de aminoácidos sem realizar derivatização é preferida, quando possível, não apenas por conveniência, flexibilidade, simplicidade e precisão, mas também para evitar os problemas apresentados por meio de processos de derivatização, tais como a repetibilidade, instabilidade da derivatização, reações secundárias e as interferências dos reagentes (16). Logo, há necessidade e demanda por novos detectores eletroquímicos capazes 40 de promoverem a detecção direta dos aminoácidos com alta sensibilidade e seletividade. A detecção eletroquímica oferece vantagens de instrumentação simples, sensibilidade inerente e extrema seletividade para uso em HPLC. No entanto, o número de aminoácidos que pode ser detectado por amperometria a potencial constante com eletrodos à base de carbono convencionais é limitada (16). A detecção amperométrica de aminoácidos em amostras de urina humana foi realizada empregando um eletrodo de cobre após separação cromatográfica de fase reversa utilizando solução tampão neutra ou alcalina-terrosa de fosfato ou carbonato como fase móvel. O método desenvolvido apresentou limite de detecção (LOD, do inglês Limit of Detection) entre 0,8×10-6 e 3,6×10-6 mol L-1 para os aminoácidos estudados (23). Foi desenvolvido um método empregando uma programação com diversos potenciais para detecção dos aminoácidos por cromatografia iônica. Tal método apresentou intervalo linear de três ordens de grandeza para a maioria dos aminoácidos com LOD de aproximadamente 4,0×10-8 a 1,0×10-5 mol L-1 (24). Aminoácidos não derivatizados foram detectados e determinados através de um detector de ouro modificado com filme de níquel e cromatografia iônica. A separação cromatográfica empregou eluição isocrática com hidróxido de sódio como fase móvel. O método apresentou faixa linear entre 0,2×10-6 a 8,0×10-4 mol L-1, LOD de 8,0×10-8 a 6,0×10-7 mol L-1 e sensibilidade entre 0,2 e 9,6 µA mmol-1 L para os analitos estudados (25). A detecção e determinação de aminoácido sem derivação foi realizada através da utilização de um detector de carbono vítreo modificado com filme de oxihidróxido de cobre após separação cromatográfica iônica isocrática empregando hidróxido de sódio como fase móvel. Os analitos responderam linearmente no intervalo de concentração de 1,0×10-5 a 1,5×10-3 mol L-1 com LOD encontrados de 1,0×10-7 a 4,8×10-7 mol L-1 (26). Aminoácidos e peptídeos foram determinados diretamente através da oxidação dos analitos por amperometria empregando elétrodos de cobre utilizando cromatografia iônica. A separação cromatográfica empregou eluição isocrática com hidróxido de sódio como fase móvel. Os LOD obtidos ficaram na faixa de 4,0×10-8 a 2,5×10-6 mol L-1 (27). 1.3 ANÁLISE POR INJEÇÃO EM FLUXO COM DETECÇÃO ELETROQUÍMICA DE AMINOÁCIDOS A análise por injeção em fluxo (FIA, do inglês Flow Injection Analysis) com detecção eletroquímica também é empregada para detecção e quantificação de aminoácidos. O 41 princípio da FIA é muito simples e baseia-se na inserção de uma alíquota da solução da amostra, a qual sofre dispersão ao ser conduzida através do percurso analítico por uma solução transportadora, que pode ser o próprio reagente, até o detector (28). Entre os detectores acoplados a FIA, os mais populares são os espectrofotométricos ultravioleta-visível (UV-VIS), fluorescência e eletroquímico. A detecção eletroquímica oferece vantagens sobre a detecção espectrofotométrica quando as espécies de interesse (analitos) não possuem um grupo cromóforo que absorve na região UV-VIS, ou quando as espécies apresentam baixo coeficiente de absorbância molar. Apresenta também vantagens sobre a detecção fluorimétrica de analitos eletroativos que não têm propriedades fluorescentes, porque não necessita da derivatização. Entre as técnicas eletroquímicas empregadas na detecção em fluxo, as mais exploradas são a coulometria e a amperometria devido a vantagens, tais como baixo limite de detecção, seletividade e uso de instrumentação de baixo custo comparado aos empregados na detecção UV e fluorescência. Os detectores amperométricos têm vantagens sobre os coulométricos, a saber: relação sinal/ruído mais satisfatória e configuração mais simples, sendo, por essa razão, mais utilizados (29). Um eletrodo de carbono impresso foi modificado com nanopartículas de cobre para análise de aminoácidos não derivatizados por FIA. O método desenvolvido em tampão fosfato (pH 8) apresentou linearidade entre 5,0×10-6 a 5,0×10-4 mol L-1 µM e LOD entre 2,4×10-8 a 2,7×10-6 mol L-1 (30). Aminoácidos foram detectados através de eletrodos de carbono vítreos (GCE, do inglês Glassy Carbono Electrode) modificados com nanotubos de carbono (CNT, do inglês Carbon Nanotubes) e níquel-CNT (GCE/Ni-CNT) empregando FIA com detecção amperométrica e hidróxido de sódio (NaOH) como eluente. Os aminoácidos obtiveram uma sensibilidade e LOD aproximados de 0,043 µA mmol-1 L e 2,8×10-6 mol L-1 no GCE/Ni, e 0,150 µA µmol-1 L e 7,4 ×10-7 mol L-1 no GCE/Ni-CNT, respectivamente (31). 1.4 COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO E DETERMINAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 1.4.1 Eletrodos não modificados A oxidação de α-aminoácidos (alanina, 2-aminobutírico, norvalina, valina, norleucina, leucina, isoleucina e fenilglicina) foi investigada em eletrodos de prata em solução de NaOH 42 ~0,13 mol L-1 aplicando potencial constante de +0,75 V. Os resultados indicaram que o mecanismo de oxidação dos α-aminoácidos leva à formação de nitrila e aldeído (32). Um eletrodo de cobre foi utilizado no estudo da oxidação de vários compostos orgânicos. Os resultados mostraram que o grupo amino dos α-aminoácidos é oxidado no potencial de 0,75 V. Adicionalmente, foi observado que α-alanina tem potencial de oxidação em 0,70 V em solução alcalina (33). Posteriormente, a oxidação de α-aminoácidos em eletrodos de cobre foi estudada em meio alcalino. Foi observado que os aminoácidos eram adsorvidos em -0,90 V durante a oxidação (34). β-Alanina apresenta um pico de oxidação irreversível em +1,2 V na superfície do GCE em solução de acetonitrila contendo tetrafluoroborato de tetrametilamônio (NBu4BF4) 0,10 mol L-1 utilizando voltametria cíclica (CV, do inglês Cyclic Voltammetry) (35). Utilizando as mesmas condições, α-alanina apresenta um pico de oxidação irreversível em 1,23 V; não foram observados picos catódicos (36). O ácido aspártico apresenta um pico anódico irreversível em +1,3 V na superfície do GCE em solução de acetonitrila contendo NBu4BF4 0,10 mol L-1 utilizando CV (37). Em um estudo posterior, foi observado um pico de oxidação em 1,0 V na varredura anódica e um pico de redução em -0,54 V na varredura reversa utilizando em meio de tampão fosfato 0,010 mol L-1 (pH 6,8) (38). O ácido aspártico se comporta eletroquimicamente como uma amina primaria (39). Em outro estudo, foi relatado que o ácido aspártico apresenta um pico catódico no potencial - 0,50 V e dois picos anódicos nos potenciais +1,5 e +1,9 V em meio ácido (tampão fosfato 0,10 mol L-1, pH 5,0) empregando CV. Além disso, as reações redox deste ácido são irreversíveis em GCE (40). O ácido glutâmico apresenta um pico anódico irreversível em +1,4 V referente à oxidação do grupo amino na superfície do GCE em solução de acetonitrila contendo NBu4BF4 0,10 mol L-1 utilizando CV (41). Em meio tampão fosfato (pH 7,0), o ácido glutâmico apresenta um pico de oxidação em +1,50 V com velocidade de varredura em 100 mV s-1 (42). A eletro-oxidação dos aminoácidos alanina e cisteína foi investigada com um eletrodo de diamante dopado com boro (BDD, do inglês Boron-Doped Diamond Electrode) e GCE utilizando CV (43). A alanina apresentou um ombro nas varreduras direta e inversa em +0,95 V e corrente limite 0,3 A no eletrodo de BDD, o mesmo comportamento foi obtido no GCE. A cisteína apresentou um pico de oxidação em +0,65 V para ambos os eletrodos, sendo que o pico foi mais definido no BDD. 43 A glicina foi estudada em eletrodos de platina (Pt100) utilizando CV (44). Um pico anódico irreversível em meio ácido foi identificado no potencial de +0,39 V. Posteriormente, a superfície do GCE foi modificada através da eletropolimerização da glicina por CV, sendo observada a formação de dois picos, um anódico em +1,6 V e outro catódico em -0,60 V, referentes a oxidação e redução da glicina em tampão fosfato (pH 7,0) (45). 1.4.2 Eletrodos quimicamente modificados Os eletrodos quimicamente modificados (CMEs, do inglês Chemically Modified Electrodes) são formados pela modificação da superfície de um eletrodo com um material condutor ou semicondutor alterando as propriedades eletroquímicas, óticas, elétricas, transporte e outras propriedades desejáveis da superfície do substrato (46–48). Os CMEs possuem algumas vantagens sobre eletrodos não modificados, contribuindo no desenvolvimento de inúmeras aplicações eletroanalíticas, dentre as quais se incluem eletrocatálise e sensores eletroquímicos. As propriedades dos eletrodos modificados dependem da formação e das características do filme formado na superfície do eletrodo. Uma das principais vantagens dos CMEs é a sua capacidade de catalisar a oxidação de algumas espécies que exibem elevado potencial em eletrodos não modificados, aument