Detecção eletroquímica de poluentes ambientais usando eletrodo de carbono vítreo

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de métodos eletroanalíticos para a detecção e quantificação de poluentes ambientais utilizando eletrodos de carbono vítreo (GCE) não modificados, abordando a crescente necessidade de monitoramento ambiental devido ao uso intensificado de produtos químicos na agricultura. As principais aplicações incluíram a determinação do herbicida fenilureia fluometuron e a determinação simultânea do herbicida isoproturon e do composto fenólico p-nitrofenol. A investigação da reação de eletrooxidação do fluometuron em GCE, foi realizada por voltametria cíclica, que indicou um comportamento irreversível para esse analito. Estudos de mecânica quântica e espectroscopia Raman evidenciaram a forte interação do fluometuron com defeitos na superfície do GCE, influenciando a eletroanálise. A curva analítica foi estabelecida por voltametria de pulso diferencial, empregando a solução de Britton-Robinson 0,2 mol L-1 como eletrólito suporte, com pH ajustado para 2,2. O método proposto forneceu um limite de detecção de 62,0 µg L-1 para o fluometuron, além de demonstrar boa repetibilidade entre as medidas, com DPR inferior a 6%. Os resultados obtidos pelo método eletroanalítico mostraram adequada exatidão, com taxas de recuperação variando entre 82 e 99%, demonstrando a eficácia do GCE não modificado na determinação de fluometuron em amostras de água de rio e soro simulado, destacando seu potencial para aplicações em monitoramento ambiental. Na sequência da pesquisa, focou-se na determinação simultânea de isoproturon e p-nitrofenol utilizando GCE. Empregando a voltametria de pulso diferencial e otimizando o método eletroanalítico com solução tampão Britton-Robinson 0,1 mol L-1 (pH 3,0), as curvas de calibração foram estabelecidas na faixa de 99,21 a 480,77 µg L-1. Isso permitiu a obtenção de limites de detecção de 20,0 µg L-1 para isoproturon (+0,96 V vs. Ag/AgCl) e 13,0 µg L-1 para p-nitrofenol (+1,15 V vs. Ag/AgCl). Além disso, o GCE não modificado demonstrou excelente repetibilidade e sensibilidade adequada para ser aplicado com sucesso na determinação simultânea de isoproturon e p-nitrofenol em amostra de água de rio. O método eletroquímico apresentou boa exatidão com resultados de recuperação de 87-110%. Enfatiza-se que os métodos analíticos propostos neste estudo são caracterizados pela simplicidade, confiabilidade e adequação tanto para análises laboratoriais rotineiras quanto para aplicações de campo, beneficiando-se da portabilidade dos métodos eletroquímicos.

Abstract: This work describes the development of electroanalytical methods for the detection and quantification of environmental pollutants using unmodified glassy carbon electrodes (GCE), addressing the increasing need for environmental monitoring due to intensified use of chemicals in agriculture. Key applications included the determination of the phenylurea herbicide fluometuron and the simultaneous determination of the herbicide isoproturon and the phenolic compound p-nitrophenol. The investigation of the electrooxidation reaction of fluometuron on GCE was conducted by cyclic voltammetry, which indicated irreversible behavior for this analyte. Quantum mechanics studies and Raman spectroscopy highlighted the strong interaction of fluometuron with defects on the GCE surface, influencing electroanalysis. The analytical curve was established by differential pulse voltammetry, using a 0.2 mol L-1 Britton-Robinson buffer solution as the supporting electrolyte, with a pH adjusted to 2.2. The proposed method provided a detection limit of 62.0 µg L-1 for fluometuron and demonstrated good repeatability between measurements, with an RSD below 6%. The results obtained by the electroanalytical method showed adequate accuracy, with recovery rates ranging from 82 to 99%, demonstrating the effectiveness of the unmodified GCE in determining fluometuron in river water samples and simulated serum, highlighting its potential for applications in environmental monitoring. Following this research, the focus shifted to the simultaneous determination of isoproturon and p-nitrophenol using GCE. Employing differential pulse voltammetry and optimizing the electroanalytical method with a 0.1 mol L-1 Britton-Robinson buffer solution (pH 3.0) established calibration curves in the range of 99.21 to 480.77 µg L-1. This allowed the determination of detection limits of 20.0 µg L-1 for isoproturon (+0.96 V vs. Ag/AgCl) and 13.0 µg L-1 for p-nitrophenol (+1.15 V vs. Ag/AgCl). Additionally, the unmodified GCE demonstrated excellent repeatability and adequate sensitivity to be successfully applied in the simultaneous determination of isoproturon and p-nitrophenol in river water samples. The electrochemical method exhibited good accuracy with recovery results of 87-110%. It is emphasized that the analytical methods proposed in this study are characterized by their simplicity, reliability, and suitability for both routine laboratory analyses and field applications, benefiting from the portability of electrochemical methods.