Desenvolvimento de um sensor eletroquímico para determinação simultânea de cádmio e chumbo utilizando eletrodos de grafite modificados com o ácido p-cumárico

Abstract

Apesar da toxicidade, muitos metais se tornaram essenciais para a manutenção da sociedade moderna, dentre eles o chumbo (Pb) e o cádmio (Cd), que são considerados dois dos metais mais tóxicos. A identificação desses metais pode ser realizada empregando-se técnicas eletroquímicas que apresentam diversas vantagens, tais como: baixo custo da instrumentação, portabilidade, seletividade e alta sensibilidade. A eficiência da técnica eletroquímica é relacionada ao tipo de material empregado na preparação do eletrodo de trabalho. A modificação desse eletrodo é uma forma de controlar as propriedades químicas e físicas da interface eletrodo-solução. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um sensor eletroquímico para a determinação simultânea dos íons chumbo (Pb2+) e cádmio (Cd2+) em soluções aquosas, utilizando eletrodos de grafite (EG) modificados eletroquimicamente com filmes poliméricos. Para isto, foram avaliados os monômeros: ácido p-hidroxibenzóico, ácido p-hidroxifenilácetico e o ácido p-cumárico, em que o ácido p-cumárico apresentou as melhores respostas eletroquímicas para a detecção dos metais. A eletropolimerização foi realizada empregando-se a técnica de voltametria cíclica (VC), em que as condições experimentais e voltamétricas foram otimizadas para a melhor detecção dos íons Pb2+ e Cd2+, as quais envolveram a eletropolimerização do ácido p-cumárico em meio básico (NaOH 0,1 M), contendo 2,5 mM do composto e utilizando 25 ciclos sucessivos de potencial a 50 mV/s, na faixa de varredura de potencial de -0,25 a +0,8 V vs. Ag/AgCl. A detecção eletroquímica foi realizada empregando-se etapa de eletrodeposição dos íons metálicos seguida por redissolução anódica por voltametria de onda quadrada, utilizando-se os seguintes parâmetros otimizados: potencial de deposição (Edep) de -1,6 V durante 125 s, incremento de varredura de potencial de 2 mV, amplitude de pulso de potencial de 80 mV, frequência de aplicação de pulso de potencial de 5 s-1 e varredura de potencial de -0,9 a -0,3 V. O sensor apresentou uma resposta linear para o Pb2+ na faixa de 0,2 a 4,6 μmol/L (42 a 962 μg/L) com um limite de detecção (LOD) de 0,058 μmol/L (12 μg/L) e um limite de quantificação (LOQ) de 0,19 μmol/L (40 μg/L). Para o Cd2+, obteve-se uma resposta linear na faixa de 1,4 a 8,6 μmol/L (156 a 962 μg/L) com LOD de 0,16 μmol/L (18 μg/L) e LOQ de 0,52 μmol/L (59 μg/L). Um desvio padrão relativo (DPR) de 1,92% para o Cd2+ e 1,56% para o Pb2+ foi obtido para os estudos de repetibilidade (n=10). Análises de reprodutibilidade (n = 6) apresentaram um DPR de 7,4% e 5,3% para o Cd2+ e o Pb2+, respectivamente. O sensor manteve 85% de sua atividade quando armazenado por um período de 3 meses a 4 oC. Medidas de adição e recuperação apresentaram valores aproximados de 118% para o chumbo e de 112% para o cádmio. Diante dos resultados, os EG modificados com filmes poliméricos de poli(ácido p-cumárico) mostraram promissores na detecção simultânea de Pb2+ e Cd2+, apresentando limites de quantificação e detecção na ordem de μg/L, o que sugere potencial de aplicação, por exemplo, em amostras de efluentes e cosméticos com margem de segurança, com base nos limites de concentração estabelecidos pela legislação brasileira, que são, para o Pb2+: 97 μmol/L (20 mg/L) em cosméticos e 2,4 μmol/L (500 μg/L) em efluentes; e para o Cd2+: 890 μmol/L (100 mg/L) em cosméticos e 1,8 μmol/L (200 μg/L) em efluentes.