No campo da eletroanalítica existe uma intensa atividade de pesquisa sobre eletrodos de pasta de carbono. As principais vantagens da pasta de carbono são a rapidez e a simplicidade do processo de preparação, e a possibilidade de renovação da superfície do eletrodo a cada nova medida. Isso é possível devido à modificação interna do material eletródico, em que o modificador escolhido está diretamente relacionado com o analito de interesse a ser determinado. Os biossensores de pasta de carbono são muito utilizados na determinação de pesticidas da classe dos organofosforados e carbamatos pelo processo de inibição enzimática. Um dos principais problemas na determinação de substâncias utilizando eletrodos de pasta de carbono e biossensores de pasta de carbono é o seu alto limite de detecção, que dificulta a análises traços de substâncias. Uma opção que há décadas vem sendo adotada é a utilização dos eletrodos de nanotubos de carbono, funcionalizados ou não, na elaboração da pasta. Estes sensores, juntamente com os biossensores de pasta de nanotubos de carbono, possuem propriedades catalíticas e estruturais que fornecem um menor limite de detecção e quantificação na determinação de várias substâncias associadas. Estas características são singulares e inerentes à conformação dos nanotubos de carbono, sendo a elevada área ativa e poder eletrocatalítico umas das propriedades destes nanomateriais mais relatadas na literatura. Diante da falta de trabalhos que descrevam, paralelamente, o desempenho destes biossensores na determinação de carbamatos, neste trabalho objetivou-se explorar comparativamente o comportamento eletroquímico de biossensores de pasta de carbono e de pasta de nanotubos de carbono modificados com a enzima acetilcolinesterase para a determinação dos pesticidas carbaril e metomil. Estes nanotubos foram purificados em meio ácido e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura e por voltametria cíclica. Parâmetros cinéticos da enzima acetilcolinesterase como a constante de Michaelis-Menten e velocidade máxima de hidrólise do substrato acetiltiocolina foram obtidos e analisados pelo método espectrofométrico. Os biossensores confeccionados tiveram seus parâmetros eletródicos de operação otimizados e foram utilizados na determinação do pesticida carbaril em amostra fluvial. Os biossensores de pasta de carbono e de pasta de nanotubos de carbono modificados com a enzima acetilcolinesterase apresentaram uma repetibilidade com desvio padrão relativo de 2,44% e 1,77%, respectivamente. A reprodutibilidade dos biossensores elaborados apresentou um desvio padrão relativo de 6,60% e 4,13%, respectivamente. Na determinação do pesticida carbaril, os biossensores de pasta de carbono e de pasta de nanotubos de carbono modificados com a enzima acetilcolinesterase apresentaram um limite de detecção de 0,0389 e 0,0163 µmol L-1, respectivamente. Na determinação do pesticida metomil, os biossensores de pasta de carbono e de pasta de nanotubos de carbono modificados com a enzima acetilcolinesterase apresentaram um limite de detecção de 0,0398 e 0,0083 µmol L-1, respectivamente. Em ambas as determinações, o biossensor elaborado com os nanotubos funcionalizados apresentou maior sensibilidade. Quando comparado com o biossensor de pasta de carbono frente à determinação do carbaril, o biossensor de pasta de nanotubos apresentou um limite de detecção aproximadamente 2,4 vezes menor e, quando comparado com o biossensor de pasta de carbono na determinação do pesticida metomil, o biossensor de pasta de nanotubos apresentou um limite de detecção aproximadamente 5 vezes menor. Os limites de quantificação dos biossensores de pasta de carbono e de pasta de nanotubos de carbono modificados com a enzima acetilcolinesterase, para os pesticidas carbaril e o metomil, foram de 0,1297 e 0,0542 µmol L-1 e de 0,1323 e 0,0277 µmol L-1, respectivamente. O biossensor de pasta de nanotubos de carbono modificado com a enzima acetilcolinesterase foi aplicado na determinação de carbaril em amostra de água de rio e ácido húmico, fornecendo um LD de 0,0722 e 0,0704 µmol L-1, respectivamente. Comparado com a curva original realizada em tampão fosfato, este biossensor apresentou um limite de detecção e quantificação de aproximadamente 4,32 e 4,43 vezes maior no procedimento utilizando ácido húmico e água fluvial, respectivamente. / There in the field of electroanalytical an intense research activity on carbon pastes electrodes. The main advantages of carbon paste are the speed and simplicity of the preparation process, and the possibility of renewing the electrode surface with each new measure. This is possible due to the internal modification of the electrode material, in which the modifier selected is directly related to the analytes to be determined. The carbon paste biosensors are widely used in determining the class of pesticides organophosfates and carbamates by enzyme inhibition process. A major obstacle to the determination of substances with a carbon paste electrode and carbon nanotubes paste biosensors is its high detection limit, which complicates the analysis of trace substances. One option that has for decades been adopted is the use of electrodes of carbon nanotubes, functionalized or otherwise, in elaboration of the paste. These sensors, together with the carbon paste nanotubes biosensors, have structural and catalytic properties that provide a lower limit of detection and quantitation in the determination of several related substances. These characteristics are natural and inherent in the arrangement of carbon nanotubes, the high electrocatalytic active area and catalytic power properties of these nanomaterials are most often reported in the literature. Given the lack of studies that describe, in parallel, the performance of these biosensors in the determination of carbamates, this study aimed, comparatively, to explore the electrochemical behavior of carbon paste and carbon nanotubes paste biosensors modified with enzyme acetylcholinesterase to determine pesticide carbaryl and methomyl in distillated and river water. These nanotubes were purified in acidic medium and characterized by scanning electron microscopy and cyclic voltammetry. The kinetic parameters of acetylcholinesterase as the Michaelis-Menten constant and Maximum Velocity of hydrolysis of acetylthiocholine were obtained and analyzed by spectrophotometric method. Biosensors fabricated electrodes had their parameters optimized operation and were used in the determination of carbaryl pesticide in a sample fluvial. Carbon paste and carbon nanotubes paste biosensors modified with enzyme acetylcholinesterase showed a repeatability wih relative standard deviation of 2.44% and 1.77%, respectively. The reproducibility of the biosensor developed showed a relative standard deviation of 6.60% and 4.13%, respectively. In determining the pesticide carbaryl, the carbon paste and carbon nanotubes paste biosensors modified with enzyme acetylcholinesterase showed a detection limit of 0.0389 and 0.0163 µmol L-1, respectively. In determining the pesticide methomyl, the carbon paste and carbon nanotubes paste biosensors modified with enzyme acetylcholinesterase showed a detection limit of 0.0398 and 0.0083 µmol L-1, respectively. In both determinations, the biosensor prepared with functionalized nanotubes showed higher sensitivity. Compared with the carbon paste biosensor in the determination of carbaryl, the nanotubes paste biosensor showed a detection limit of approximately 2.4 times lower and, when compared with the carbon paste biosensor in the determination of the pesticide methomyl, the biosensor elaborated with nanotubes showed a detection limit of approximately five times lower. The limits of quantification of carbon paste and carbon nanotubes paste biosensors modified with enzyme acetylcholinesterase, in the determination of carbaryl and methomyl pesticides, were 0.1297 and 0.0542 µmol L-1, and 0.1323 and 0.0277 µmol L-1, respectively. The carbon nanotubes biosensor modified with the enzyme acetylcholinesterase was applied to the determination of carbaryl in the sample of river water and humic acid, giving a detection limit of 0.0722 and 0.0704 mol L-1, respectively. Compared with the original curve performed in phosphate buffer, the biosensor showed a detection an quantification limit of approximately 4.32 and 4.43 times higher in the procedure using humic acid and fluvial water, respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-06072011-083015 |
| Date | 12 May 2011 |
| Creators | Murilo Teodoro Martinez |
| Contributors | Sergio Antonio Spinola Machado, Hideko Yamanaka |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Química Analítica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0026 seconds