Dissertação/Tese Determinação de fenitrotion utilizando biossensores amperometricos preparados com filmes poliméricos derivados da 2-hidroxibenzamida - PPGQ

Foi investigada a síntese, caracterização eletroquímica e morfológica de filmes poliméricos derivados da 2-hidroxibenzamida, poli(2-HBZ), sob eletrodos de grafite (EG), para fins de fabricação de plataformas eletroquímicas funcionalizadas, visando a imobilização da enzima tirosinase, para aplicação no desenvolvimento de biossensores enzimáticos a serem utilizados na determinação e quantificação do inseticida organofosforado fenitrotion. Para eletrogeração dos filmes poliméricos, os EG foram colocados em célula eletroquímica de um compartimento, contendo solução 2,50 mM do monômero 2-HBZ, preparado em solução aquosa 0,05 M de ácido perclórico contendo 5% em etanol. Posteriormente, 100 ciclos consecutivos de potencial, na faixa de + 0,20 a + 1,20 V, em velocidade de varredura de 50 mV/s, foram utilizados para obtenção do material. Foi observada a oxidação do monômero em +1,07 V, bem como formação e adsorção de material eletroativo, que apresentou três picos redox, nas regiões de +0,75/+0,85, +0,50/+0,57 e +0,33/+0,38 V, respectivamente. O comportamento do filme polimérico frente a sonda redox ferro/ferricianeto de potássio, apresentou menores valores de Ipa e Ipc, quando comparado aos EG não modificados, além de deslocamento no potencial de oxidação para potenciais mais positivos. Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram o recobrimento da superfície do EG pelo filme polimérico adsorvido. Em seguida, foi imobilizada sobre a superfície dos EG contendo o poli(2-HBZ) – EG/poli(2-HBZ) – a enzima tirosinase. Foi monitorada a redução eletroquímica da o-quinona, formada pela reação enzimática, produzida na superfície do biossensor, quando catecol foi adicionado. Parâmetros como quantidade de enzima imobilizada, pH e vazão do fluído transportador, volume de amostra injetado, concentração do substrato, potencial aplicado no monitoramento da resposta e tempo de inibição do biossensor pelo inseticida fenitrotion, foram otimizados para se obter maior sensibilidade para o biossensor enzimático, empregando a técnica de análise por injeção em fluxo (FIA). Os resultados mostraram que as melhores respostas foram encontradas em concentração de catecol de 1,0 mM, tampão fostato 0,05 M em pH 6,50, taxa de vazão de 5,00 mL/min, 150 µL de volume de amostra injetado e 6 min para tempo máximo de inibição do biossensor pelo inseticida. Para fins de determinação e quantificação do inseticida fenitrotion, estudos referentes a taxa de inibição foram utilizados pela diminuição da corrente de redução do catecol em função da concentração de fenitrotion. O biossensor apresentou resposta linear para detecção do inseticida na faixa de 5,0 a 1000 ppb, com limite de detecção de 1,3 ppb. Além disto, amostras de águas fortificadas com o inseticida, na ordem de 50 ppb, apresentaram recuperação média de 97,63% com desvio padrão de 1,53. Diante dos resultados obtidos e baseados na legislação vigente, o método desenvolvido pode ser considerado satisfatório, uma vez que apresentou bons resultados nos estudos de adição e recuperação do analito. Desta forma, o trabalho pode contribuir para o desenvolvimento e investigação da utilização de plataformas eletroquímicas funcionalizadas com filmes poliméricos aplicadas em biossensores.

It was investigated the synthesis, electrochemical and morphological characterization of polymeric films derivative from 2-hydroxybenzamide, poly(2-HBZ) on graphite electrodes (GE), for fabrication of the functionalized electrochemical platforms seeking the immobilization of enzyme tyrosinase, for application in the development of enzymatic biosensors to be used in the determination and quantification of organophosphate insecticide fenitrothion. For electrogeneration of polymeric films, GE were placed in one compartment electrochemical cell, containing the 2.50 mM monomer 2-HBZ solution prepared in 0.05 M aqueous solution of perchloric acid in 5% of ethanol. Subsequently, 100 consecutive cycles potential in the range of + 0.20 to + 1.20 V at 50 mV/s scan rate, were used to obtain the material. The oxidation of the monomer was observed in +1.07 V, as well as formation and adsorption of electroactive material, which presented three redox peaks in the regions of +0.75/+0.85, +0.50/+0.57 and +0.33/+0.38 V, respectively. The polymeric film behavior in ferrocyanide/ferricyanide potassium redox probe has shown lower Ip,a and Ip,c values when compared to unmodified GE, and shift the oxidation potential for more positive potentials. Scanning electron microscopy (SEM) images have shown the covering of the EG surface by the adsorbed polymeric film. Then, the enzyme tyrosinase was immobilized onto the surface of GE containing the poly(2-HBZ). It has was monitored the electrochemical reduction of the o-quinone formed by the enzymatic reaction produced on the surface of the biosensor when catechol was added. Parameters such as amount of immobilized enzyme, pH and flow of the carrier fluid, sample volume injected, substrate concentration, applied potential in monitoring response and inhibition time of the biosensor by fenitrothion insecticide, have been optimized for greater sensitivity for the enzymatic biosensor employing flow injection analysis technique (FIA). The results have shown that the best responses were in catechol concentration of 1.0 mM, phosphate buffer 0.05 M at pH 6.50, flow rate 5.00 mL/min, 150 uL of injected sample volume, and 6 min for a maximum inhibition time of the biosensor insecticide. For purposes of determining and quantifying the insecticide fenitrothion studies on inhibition rate were used for the decrease of catechol reduction current as a function of the fenitrothion concentration. The biosensor has shown a linear response to detection of pesticide in 5.0 to 1000 ppb, and 1.3 ppb as detection limit. In addition, water samples fortified with the insecticide in the order of 50 ppb, have shown an average recovery of 97.63% with a standard deviation of 1.53. Based on these results and based on current legislation, the developed method can be considered satisfactory since it has presented good results in addition and recovery studies of the analyte. Thus, the work can contribute to the development and investigation of the use of electrochemical platforms functionalized with polymeric films applied in biosensors.