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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autora: Carvalho, Rosangela Margarete de
Título: Utilização de Fibras de Carbono como Material Eletródico na Construção de Sensores e Biossensores
Ano: 2001
Orientador: Prof. Dr. Lauro Tatsuo Kubota
Coorientador: Prof. Dr. Jarbas José Rodrigues Rohwedder
Departamento: Química Analítica
Palavras-chave: Fibras de carbono, Biossensores, Sensores
Resumo: Esta tese descreve o uso de fibras de carbono como material eletródico para construção de sensores e biossensores. Com intuito de melhorar a performance na reposta eletroquímica das fibras de carbono, propôs-se aqui um método simples e rápido para sua ativação, enxertando o óxido de titânio (IV) sobre a superfície das fibras de carbono, reagindo se o tetracloreto de titânio com os grupos superficiais destas fibras. A camada de óxido de titânio dispersa sobre a superfície das fibras de carbono foi estável e proporcionou uma grande melhora na resposta eletroquímica. A resposta eletroquímica para o hexacianoferrato foi similar à observada para sistemas reversíveis. Essas fibras tratadas foram usadas na determinação simultânea de isômeros fenólicos, utilizando calibração multivariada para modelar os picos altamente superpostos obtidos por voltametria de pulso diferencial. A melhor condição para resposta eletroquímica foi obtida com 0,05 mol L de solução tampão TRIS, pH 6,0. Inicialmente os voltamogramas foram processados usando um filtro de transformada de Fourier e PCA para redução do ruído e compressão dos dados, respectivamente. Os resultados obtidos por rede neural foram melhores em relação à hidroquinona quando comparado para PLS1 e PLS2. Entretanto, erros similares foram obtidos para catecol quando os modelos de PLS ou rede neural foram empregados. Usando rede neural, com apodização, foi possível determinar catecol e hidroquinona em uma faixa de concentração de 1,0 10 a 6,0 10 mol L com erros padrões de previsão (%RMSEP) de 7,42 e 8,02, respectivamente. Biossensores para salicilato também foram construídos por imobilização de salicilato hidroxilase (SH) em diferentes tipos de fibras. As características do microbiossensor preparado com diferentes fibras de carbono foram investigadas. Da fibra de carbono, a Toray-T800, resultou o melhor biossensor amperométrico para detecção de salicilato com um limite de resposta linear entre 0,10-1,93 mmol L, e 1,96 -12,0 mmol L, com um limite de detecção de 5, 57 10 mol L e um tempo de resposta de 3,5 segundos. A alta sensibilidade foi atribuída ao processo de amplificação química na superfície do eletrodo. A determinação de salicilato pode ser feita aplicando um potencial maior que 150 mV vs SCE, com boa precisão. O tempo de vida do biossensor teve ao mínimo de 100 determinações contínuas sem mudança significativa na reposta do biossensor. Foram analisadas amostras clínicas e de fármacos; os resultados obtidos foram estatisticamente iguais ao nível de confiança de 95%, quando comparados com o método de Trinder.
Abstract: This thesis describes the use of carbon fibres as electrodic material for the construction of sensors and biosensors. Although carbon fibres have several advantages as electrodic material, their pre-treatment is necessary in order to enhance reproducibility and electrochemical activity. A simple and fast method for its activation is proposed to improve the electrochemical activity of the carbon fibre electrodes. The carbon fibre surface was coated with a layer of titanium (IV) oxide. The fibre was treated for 1h at room temperature with TiCI4, followed by hydrolyzation of the remaining chloride and, finally dried. The titanium oxide layer dispersed onto the carbon fibre surface was very stable and a sharp improvement in the electrochemical response was observed. The electrochemical response for hexacyanoferrate was similar to that observed for reversible systems. The treated fibres were used to construct sensors for simultaneous determination of phenol isomers, using multivariate calibration to model the overlapped peaks obtained by differential pulse voltammetry .The best condition for electrochemical response was obtained with 0.05 mol LTris- HCL buffer, at pH 6.0. Initially the voltammograms were processed using a Fourier transform filter and PCA for noise reduction and data compression, respectively. For hydroquinone, the result obtained with neural network was slightly better than with the PLS1 and PLS2. However, similar errors were obtained for catechol when using either PLS or the neural network models. Using the neural network with pruning, it was possible to determine catechol and hydroquinone in the concentration range of 1.0 10 to 6.0 10 mol L, with standard errors of predictions (%PMSEP) of 7.42 and 8.02, for catechol and hydroquinone, respectively. Biosensors for salicylate were constructed by salicylate hydroxilase (SH) immobilisation on different carbon fibres. The characteristics of the microbiosensors prepared with different carbon fibres were investigated. The carbon fibre (Toray- T800) resulted in the best amperometric biosensor for salicylate detection. It showed linear response range between 0.10-1.93 mmol L and 1.96 -12.0 mmol L, a detection limit of 5.57 10 mol L and a response time of 3.5 s. The high sensitivity was attributed to the chemical amplification process on the electrode surface. The determination of salicylate can be carried out applying potentials higher than 150 mV, with good precision. The useful lifetime of the biosensor was at least 100 continuous determinations without significant change. The results with clinical and pharmacological samples were statistically equal in 95% of confidence level, when compared with Trinder method.
Arquivo (Texto Completo): vtls000227341.pdf ( tamanho: 3,94MB )

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