UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS CENTRO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE QUMICA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM QUMICA

DESENVOLVIMENTO E APLICAO DE ELETRODOS COMPSITOS QUIMICAMENTE MODIFICADOS COM HIDRXIDO E FOSFATO DE CTIONS

METLICOS PARA DETERMINAO VOLTAMTRICA DE ANALITOS DE INTERESSE ALIMENTCIO E FARMACUTICO

Kellen Heloizy Garcia Freitas*

Orientador: Prof. Dr. Orlando Fatibello Filho

* Bolsista CAPES

SO CARLOS - SP 2009

Tese apresentada como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de DOUTOR EM CINCIAS, rea de concentrao: QUMICA ANALTICA

Ficha catalogrfica elaborada pelo DePT da Biblioteca Comunitria/UFSCar

F866da

Freitas, Kellen Heloizy Garcia. Desenvolvimento e aplicao de eletrodos compsitos quimicamente modificados com hidrxido e fosfato de ctions metlicos para determinao voltamtrica de analitos de interesse alimentcio e farmacutico / Kellen Heloizy Garcia Freitas. -- So Carlos : UFSCar, 2009. 143 f. Tese (Doutorado) -- Universidade Federal de So Carlos, 2009. 1. Qumica analtica. 2. Eletroanaltica. 3. Antioxidantes. 4. Eletrodos modificados. I. Ttulo. CDD: 543 (20a)

Dedico este trabalho,

A minha famlia e a todas as pessoas que estiveram

junto a mim no decorrer deste trabalho dando-me

fora para continuar e em especial ao meu marido

Marcelo Levy, pelo companheirismo, compreenso e

amor dedicado a mim durante todos estes anos

In memria de Mercedes Rodrigues de Freitas e

Maria do Carmo Ribeiro Fiel, me, av, e amiga.

Embora ningum possa voltar atrs e fazer um novo

comeo, qualquer um pode comear agora e fazer

um novo fim

Chico Xavier

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo a Deus por ter me abenoado nesta jornada com fora, coragem e persistncia para concluir este trabalho

Ao Prof. Dr. Orlando Fatibello Filho, pela orientao, pacincia e incentivo durante todo decorrer do trabalho, contribuindo para o meu aprendizado e crescimento profissional.

Ao Prof. Dr. Ronaldo Censi Faria, pelas duvidas acadmicas respondidas durante o curso

Aos professores membros da banca pela presena e correes sugeridas.

Aos rgos de financiamento: CAPES, CNPq e FAPESP.

Ao meu querido marido Marcelo Levy, pelo amor, compreenso, pacincia e carinho a mim dedicado durante o desenvolvimento deste trabalho.

Ao pessoal do LABBES e LABIE: Bruna, Dbora (Lilo), Elen, rica, Estela, Fernandinha, Marina (Gara), Natlia, Qusia, Viviane, Andr, Bruno, Fernando (Avar), Geiser, Humberto, Luiz Carlos (Cyber), Luiz Humberto (Luizinho), Osmundo, Thiago, Vagner, Willian (Cabelo) e em especial a Roberta pela ajuda no HPLC.

s amigas Carol, Alessandra, Mnica por ter me ajudado nos momentos difceis e Joana pela grata convivncia.

Aos meus pais Jos Norival e Clia Maria, em especial aos meus irmos Alisson e Kelcy por estar comigo em todos os momentos importantes de minha vida e aos amigos que mesmo estando distantes sempre me deram carinho e apoio.

In memria de uma mulher que no me gerou, mas que me acolheu como filha, referncia de afeto para mim. Maria do Carmo, meu mais emocionado obrigada.

LISTA DE ABREVIATURAS

Eletrodo compsito de carbono modificado ECCM Eletrodo compsito de carbono no modificado - ECCNM Eletrodo quimicamente modificado EQM Catequina CAT Quercetina QCT Rutina Rut Voltametria cclica CV Voltametria de onda quadrada SWV Voltametria de varredura linear LV Microscopia eletrnica de varredura MEV Energia dispersiva de raio x EDX ou EDS Cromatografia liquida de alta eficincia CLAE ou HPLC Corrente de pico andico Ipa Corrente de pico catdico Ipc mV milivolts A microAmper Ep potencial de pico Velocidade de varredura - Amplitude de pulso de potencial a Freqncia de pulso de potencial f Incremento de varredura - E SE detector de eltrons secundrios BSE detector de eltrons retroespalhados Eletrodo de calomelano saturado - ECS RSD desvio padro relativo Er% - erro relativo percentual LD limite de deteco L linearidade b coeficiente angular da reta

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SUMRIO

LISTA DE ABREVIATURAS .............................................................................. iv LISTA DE TABELAS........................................................................................... x LISTA DE ESQUEMA E FIGURAS..................................................................... xii RESUMO............................................................................................................ xvi ABSTRACT.......................................................................................................... xviii

1. CAPTULO 1-INTRODUO ......................................................................... 1 1.1. Antioxidantes................................................................................................ 1 1.1.1. Antioxidantes em alimentos ..................................................................... 2 1.1.2. Histrico .................................................................................................... 3 1.2. Antioxidantes naturais.................................................................................. 4 1.2.1. Catequina .................................................................................................. 4 1.2.2. Quercetina ................................................................................................. 5 1.2.3. Rutina......................................................................................................... 6 1.3. Antioxidantes sintticos ................................................................................ 7 1.4. Objetivos........................................................................................................ 10

2. CAPTULO 2- FUNDAMENTOS TERICOS.................................................... 11 2.1. Eletrodos quimicamente modificados............................................................. 11 2.2. Mtodos de modificao da superfcie do eletrodo........................................ 13 2.2.1. Adsoro ..................................................................................................... 13 2.2.2. Ligao covalente........................................................................................ 14 2.2.3. Recobrimento com membrana polimrica................................................... 14 2.2.4. Materiais compsitos................................................................................... 15 2.3. Modificadores................................................................................................ 17 2.3.1. Fosfato de cobre (II) Cu3(PO4)2................................................................ 17 2.3.2. Hidrxido de nquel Ni(OH)2..................................................................... 19 2.3.3. Resina de troca inica................................................................................. 20 2.4. Mtodos eletroqumicos................................................................................. 20 2.4.1. Voltametria.................................................................................................. 21 2.4.1.1. Voltametria cclica ................................................................................... 21 2.4.1.2. Voltametria de onda quadrada ............................................................... 22 2.5. Microscopia eletrnica de varredura e EDX................................................. 25

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3. CAPTULO 3 - PARTE EXPERIMENTAL....................................................... 27 3.1. Instrumentao ............................................................................................ 27 3.1.2. Vidraria...................................................................................................... 27 3.1.3. Medidas voltamtricas ............................................................................. 27 3.1.4. Eletrodo de referncia e eletrodo auxiliar ................................................ 28 3.2. Construo dos ECCMs para determinao de antioxidante em alimentos e em formulaes farmacuticas................................................... 28 3.2.1. Sntese e imobilizao do Cu3(PO4)2......................................................... 28 3.2.2. Sntese e imobilizao do Ni(OH)2............................................................. 29 3.2.3. Imobilizao do Cu2+ na resina de troca catinica.................................... 29

3.3. Construo dos eletrodos de trabalho.......................................................... 30 3. 4. Preparo de amostra e determinao dos analitos...................................... 31 3.4.1. Catequina e Quercetina............................................................................. 31 3.4.2. Rutina ....................................................................................................... 32 3.4.3. BHA e BHT ............................................................................................... 32 3.5. Mtodos voltamtricos ................................................................................. 33 3.5.1. Voltametria cclica e voltametria de onda quadrada................................. 33 3.5.2. Estudo de interferentes em potencial........................................................ 33 3.5.3. Cromatografia lquida de alta eficincia (HPLC)....................................... 34

4. CAPTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSO................................................ 35 4.1. Caracterizaes da superfcie dos eletrodos............................................... 35 4.2. ECCM com Cu3(PO4)2 para determinao de catequina em chs................ 39 4.2.1. Estudo da composio do eletrodo............................................................. 39 4.2.2. Estudo do efeito do eletrlito suporte......................................................... 40 4.2.3. Estudo do efeito do pH ............................................................................... 41 4.2.4. Estudo do efeito da velocidade de varredura............................................. 42 4.2.5. Comportamento eletroqumico de CAT sobre o ECCM -Cu3(PO4)2 .......... 43 4.2.6. Otimizao dos parmetros da voltametria de onda quadrada (SWV)...... 46 4.2.7. Estudo de repetibilidade ............................................................................. 48 4.2.8. Estudo de interferentes em potencial ......................................................... 48 4.2.9. Curva analtica e aplicaes........................................................................ 50 4.3. ECCM com Cu3(PO4)2 para determinao de quercetina em chs.............. 53 4.3.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte.......................................................... 53 4.3.2. Estudo do efeito do pH ............................................................................... 53 4.3.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura ............................................. 53 4.3.4. Comportamento eletroqumico de QCT sobre o ECCM-Cu3(PO4)2............. 54

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4.3.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto................................. 56 4.3.6. Estudo de repetibilidade ............................................................................ 57 4.3.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................... 57 4.3.8. Curva analtica e aplicaes....................................................................... 58 4.4. ECCM com Cu3(PO4)2 para determinao de rutina em formulaes farmacuticas................................................................................... 60 4.4.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte......................................................... 60 4.4.2. Estudo do efeito do pH .............................................................................. 60 4.4.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura............................................. 60 4.4.4. Comportamento eletroqumico de Rut sobre o ECCM-Cu3(PO4)2.............. 61 4.4.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto................................ 62 4.4.6. Estudo da repetibilidade............................................................................. 63 4.4.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................... 63 4.4.8. Curva analtica e aplicaes....................................................................... 64 4.5. ECCM com Cu3(PO4)2 para determinao de BHA em maionese ............... 66 4.5.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte.......................................................... 66 4.5.2. Estudo do efeito do pH .............................................................................. 66 4.5.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura ............................................ 67 4.5.4. Comportamento eletroqumico de BHA sobre o ECCM-Cu3(PO4)2............ 67 4.5.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto................................. 69 4.5.6. Estudo de repetibilidade.............................................................................. 70 4.5.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao.................... 71 4.5.8. Curva analtica e aplicaes........................................................................ 71 4.6. ECCM com Cu3(PO4)2 para determinao de BHT em amostras de maionese e margarina...................................................................................... 73 4.6.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte.......................................................... 73 4.6.2. Estudo do efeito do pH ............................................................................... 73 4.6.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura.............................................. 73 4.6.4. Comportamento eletroqumico de BHT sobre o ECCM-Cu3(PO4)2............. 74 4.6.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto.................................. 75 4.6.6. Estudo de repetibilidade............................................................................. 76 4.6.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao.................... 76 4.6.8. Curva analtica e aplicaes....................................................................... 77 4.7. Determinao simultnea de BHA e BHT..................................................... 78 4.7.1. Estudo da repetibilidade ............................................................................ 81 4.7.2. Estudo de adio e recuperao................................................................ 82 4.8. ECCM com Ni(OH)2 para determinao de catequina em chs.................... 84

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4.8.1. Estudo da composio do eletrodo............................................................. 84 4.8.2. Estudo do efeito do eletrlito suporte......................................................... 85 4.8.3. Estudo do efeito do pH ............................................................................... 86 4.8.4. Estudo do efeito da velocidade de varredura ............................................. 87 4.8.5. Comportamento eletroqumico de CAT sobre o ECCM-Ni(OH)2 .............. 88 4.8.6. Otimizao dos parmetros estudados....................................................... 89 4.8.7. Estudo de Repetibilidade ........................................................................... 90 4.8.8. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................... 91 4.8.9. Curva analtica e aplicaes....................................................................... 91 4.9. ECCM com Ni(OH)2 para determinao de quercetina em chs................... 93 4.9.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte......................................................... 93 4.9.2. Estudo do efeito do pH .............................................................................. 93 4.9.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura ............................................ 93 4.9.4. Comportamento eletroqumico de QCT sobre o ECCM-Ni(OH)2 ............... 94 4.9.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto................................. 96 4.9.6. Estudo da Repetibilidade ........................................................................... 97 4.9.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................... 97 4.9.8. Curva analtica e aplicaes....................................................................... 97 4.10. ECCM com Ni(OH)2 para determinao de rutina em formulaes farmacuticas................................................................................... 99 4.10.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte....................................................... 99 4.10.2. Estudo do efeito do pH ............................................................................ 99 4.10.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura ......................................... 99 4.10.4. Comportamento eletroqumico de Rut sobre o ECCM-Ni(OH)2 ............ 100 4.10.5. Otimizao dos parmetros estudados para o mtodo proposto............ 102 4.10.6. Estudo de Repetibilidade ........................................................................ 102 4.10.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................. 103 4.10.8. Curva analtica e aplicaes..................................................................... 103 4.11. ECCM-Ni(OH)2 para determinao de BHA em maionese........................ 105 4.11.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte........................................................ 105 4.11.2. Estudo do efeito do pH.............................................................................. 105 4.11.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura ........................................... 106 4.11.4. Comportamento eletroqumico de BHA sobre o ECCM-Ni(OH)2 ............. 106 4.11.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto .............................. 108 4.11.6. Estudo da Repetibilidade ......................................................................... 109 4.11.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................. 109 4.11.8. Curva analtica e aplicaes.................................................................... 109

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4.12. ECCM com Ni(OH)2 para determinao de BHT em amostras de maionese e margarina..................................................... 111 4.12.1. Estudo do efeito do eletrlito suporte....................................................... 111 4.12.2. Estudo do efeito do pH ............................................................................ 111 4.12.3. Estudo do efeito da velocidade de varredura .......................................... 111 4.12.4. Comportamento eletroqumico de BHT sobre o ECCM-Ni(OH)2 ............ 112 4.12.5. Otimizao dos parmetros para o mtodo proposto ............................. 113 4.12.6. Estudo da Repetibilidade ........................................................................ 114 4.12.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao................ 114 4.12.8. Curva analtica e aplicaes.................................................................... 115 4.13. ECCM com resina de troca inica para determinao de rutina em formulaes farmacuticas................................................... 119 4.13.1. Estudo da composio do eletrodo.......................................................... 119 4.13.2. Estudo do efeito do eletrlito suporte....................................................... 120 4.13.3. Estudo do efeito do pH ............................................................................ 121 4.13.4. Estudo do efeito da velocidade de varredura........................................... 122 4.13.5. Comportamento eletroqumico de Rut sobre o ECCM-resina-Cu (II) ... 123 4.13.6. Estudo de Repetibilidade ......................................................................... 125 4.13.7. Estudo de interferentes em potencial e teste de recuperao............... 125 4.13.8. Curva analtica e aplicaes..................................................................... 128

CAPTULO 5 - CONCLUSES............................................................................ 130 CAPTULO 6 ATIVIDADES FUTURAS.............................................................. 132 CAPITULO 7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS............................................. 133

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LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1. Composio de cada ECCM construdo.......................................... 30 TABELA 4.1. Estudo de adio e recuperao de catequina em chs verde e preto usando o mtodo proposto............................................... 49 TABELA 4.2. Determinao de catequina em chs por HPLC e pelo mtodo proposto........................................................................ 52 TABELA 4.3. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto......... 57 TABELA 4.4. Determinao de quercetina em chs por HPLC e o mtodo proposto................................................................................... 59 TABELA 4.5. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto........ 63 TABELA 4.6. Determinao de rutina em formulaes farmacuticas por HPLC e pelo mtodo proposto................................................. 65 TABELA 4.7. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto........ 70 TABELA 4.8. Determinao de BHA em maionese por HPLC e pelo mtodo proposto........................................................................ 72 TABELA 4.9. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto........ 76 TABELA 4.10. Determinao de BHT em amostras de maioneses e margarinas por HPLC e pelo mtodo proposto............................... 78 TABELA 4.11. Parmetros estudados para determinao simultnea de BHA e BHT por SWV...................................................................................... 79 TABELA 4.12. Determinao de BHA e BHT em amostras de maioneses e margarinas usando o mtodo proposto e HPLC....................... 83 TABELA 4.13. Comparao entre os resultados obtidos pelo mtodo proposto e alguns autores............................................................... 83 TABELA 4.14. Determinao de catequina em chs por HPLC e pelo mtodo proposto....................................................................... 92 TABELA 4.15. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto..... 96 TABELA 4.16. Determinao de QCT em chs por HPLC e pelo mtodo proposto.............................................................................. 97 TABELA 4.17. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto...... 102 TABELA 4.18. Determinao de rutina em formulaes farmacuticas por HPLC e o mtodo proposto..................................................... 104 TABELA 4.19. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto...... 108 TABELA 4.20. Determinao de BHA em maionese por HPLC e o mtodo proposto.............................................................................................. 110

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TABELA 4.21. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto....... 114 TABELA 4.22. Determinao de BHT em maionese e margarina por HPLC e o mtodo proposto........................................................... 116 TABELA 4.23. Resultados obtidos para a quantificao de CAT, QCT, BHA e BHT utilizando o ECCM-Cu3(PO4)2 e ECCM-Ni(OH)2 ............................. 117 TABELA 4.24. Comparao entre os resultados obtidos pelo mtodo proposto e alguns autores....................................................................... 118 TABELA 4.25. Resumo dos parmetros estudados para o mtodo proposto...... 119 TABELA 4.26. Determinao de rutina em formulaes farmacuticas por HPLC e o mtodo proposto...................................................... 127 TABELA 4.27. Resultados obtidos para a quantificao de Rut utilizando os ECCMs propostos................................................................ 128

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LISTA DE ESQUEMAS E FIGURAS

ESQUEMA 2.1. Linhas gerais do desenvolvimento dos EQMs........................... 12 FIGURA 1.1. Estrutura molecular da Catequina.................................................. 5 FIGURA 1.2. Estrutura molecular da Quercetina................................................ 6 FIGURA 1.3. Estrutura molecular da Rutina........................................................ 7 FIGURA 1.4. Estrutura molecular de BHA e BHT............................................... 8 FIGURA 2.1. Representao do processo de equilbrio da adsoro e dessoro na superfcie do eletrodo.................................................. 13 FIGURA 2.2. Representao da modificao por ligao covalente sobre eletrodos metlico ou de carbono. ............................................ 14 FIGURA 2.3. Classificao dos eletrodos compsitos empregados em eletroanaltica ............................................................................ 16 FIGURA 2.4. Esquema da aplicao do potencial vs. tempo para a CV............. 22 FIGURA 2.5. Forma de aplicao de potencial na SWV...................................... 24 FIGURA 2.6. Voltamogramas de onda quadrada esquemticos para um sistema reversvel (a) e para um sistema totalmente irreversvel (b)............. 24 FIGURA 3.1. Representao esquemtica de uma clula eletroqumica usada nas medidas voltamtricas. ................................................ 28 FIGURA 3.2. Esquema do eletrodo proposto ...................................................... 31 FIGURA 4.1. MEV da superfcie do ECCM-Cu3(PO4)2 (A) e (B) micrografia obtida na ausncia, (C) e (D) na presena de rutina......................... 35 FIGURA 4.2. EDX da superfcie do ECCM-Cu3(PO4)2 (A) micrografia obtida na ausncia e (B) na presena de rutina................................ 36 FIGURA 4.3. MEV da superfcie do ECCM-Ni(OH)2 (A) micrografia obtida na ausncia e (B) na presena de rutina................................ 37 FIGURA 4.4. MEV da superfcie do ECCM-resina-Cu (A) micrografia obtida na ausncia e (B) na presena de rutina................................ 38 FIGURA 4.5. Efeito da percentagem m/m de Cu3(PO4)2-resina polister na composio do ECCM na presena de catequina............................ 39 FIGURA 4.6. Ciclo voltamogramas obtidos com ECCM-Cu3(PO4)2

em diferentes eletrlitos suportes na presena e na ausncia de catequina..... 41 FIGURA 4.7. Efeito do pH na resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 na presena de catequina..................................................................................... 42 FIGURA 4.8. Resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de CAT................... 43

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FIGURA 4.9. Voltamograma cclico para CAT (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Cu3(PO4)2......................................................................................... 44 FIGURA 4.10. Dependncia do potencial de pico com o pH............................... 45 FIGURA 4.11. Mecanismo proposto para o funcionamento do ECCM-Cu3(PO4)2 para a determinao de CAT................................................ 46 FIGURA 4.12. Dependncia da corrente de pico com freqncia de aplicao de pulso para CAT............................................................................... 47 FIGURA 4.13. Dependncia da corrente de pico com a variao da amplitude de onda quadrada para CAT........................................ 47 FIGURA 4.14. Influncia da variao do incremento de varredura sobre as correntes de pico andica para CAT..................................................... 48 FIGURA 4.15. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de catequina, em detalhe a curva analtica obtida...................... 50 FIGURA 4.16. Voltamogramas de SW obtidos com ECCM-Cu3(PO4)2 para a determinao de CAT em ch verde........................................................ 51 FIGURA 4.17. Resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de QCT................. 54 FIGURA 4.18. Voltamogramas cclicos para QCT (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Cu3(PO4)2............................................... 54 FIGURA 4.19. Dependncia do potencial de pico com o logaritmo da freqncia de aplicao dos pulsos de potencial........................... 55 FIGURA 4.20. Voltamogramas de onda SW obtidos em diferentes concentraes de QCT; Em detalhe a curva analtica obtida ............................ 58 FIGURA 4.21. Resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de Rut................... 61 FIGURA 4.22. Voltamograma cclico para Rut (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Cu3(PO4)2.............................................. 61 FIGURA 4.23. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de Rut, em detalhe a curva analtica obtida .............................. 64 FIGURA 4.24. Efeito do pH na resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 na presena de BHA.............................................................. 66 FIGURA 4.25. Resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de BHA.................. 67 FIGURA 4.26. Voltamogramas cclicos para BHA (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Cu3(PO4)2....................................................................................... 68 Figura 4.27. Dependncia do potencial de pico com o logaritmo da freqncia de aplicao dos pulsos de potencial........................... 69

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FIGURA 4.28. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de BHA;Em detalhe a curva analtica obtida............................... 72 FIGURA 4.29. Resposta voltamtrica do ECCM-Cu3(PO4)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de BHT.................. 74 FIGURA 4.30. Voltamograma cclico para BHT (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Cu3(PO4)2....................................................................................... 74 FIGURA 4.31. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de BHT; em detalhe a curva analtica obtida................................ 77 FIGURA 4.32. Voltamogramas de SW obtidos com ECCM-Cu3(PO4)2 em vrias concentraes BHA na presena de BHT........................................... 80

FIGURA 4.33. Voltamogramas de SW obtidos com ECCM-Cu3(PO4)2 em vrias concentraes de BHT na presena de BHA...................................... 80 FIGURA 4.34. (A) Voltamogramas de SW obtidos com ECCM-Cu3(PO4)2 em vrias concentraes de BHA e BHT............................... 81 FIGURA 4.35. Efeito da percentagem m/m de Ni(OH)2-resina polister na composio do ECCM na presena de catequina............................ 84 FIGURA 4.36. Efeito das solues de eletrlito suporte estudadas para a determinao de CAT utilizando ECCM-Ni(OH)2 .................. 86 FIGURA 4.37. Efeito do pH na resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 na presena de CAT................................................................... 87 FIGURA 4.38. Resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de CAT................... 87 FIGURA 4.39. Voltamograma cclico para CAT (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Ni(OH)2 .......................................................................................... 88 FIGURA 4.40. Dependncia da corrente de pico com freqncia de aplicao de pulso para CAT............................................................................... 90 FIGURA 4.41. Dependncia da corrente de pico com a variao da amplitude de onda quadrada para CAT............................................ 90 FIGURA 4.42. Voltamogramas de onda quadrada em diferentes concentraes de catequina; Em detalhe a curva analtica obtida..................... 92 FIGURA 4.43. Resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de QCT................... 94 FIGURA 4.44. Voltamogramas cclicos para QCT (A) ECC no modificado e (B) ECCM- Ni(OH)2 ......................................................................................... 95 FIGURA 4.45. Mecanismo proposto para o funcionamento do ECCM-Ni(OH)2 na presena de QCT.................................................................. 96

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FIGURA 4.46. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de QCT; Em detalhe a curva analtica obtida.............................. 98 FIGURA 4.47. Resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de Rut..................... 100 FIGURA 4.48. Voltamograma cclico para Rut (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Ni(OH)2........................................................................................... 100 FIGURA 4.49. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de Rut; Em detalhe a curva analtica obtida................................ 104 FIGURA 4.50. Efeito do pH na resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 na presena de BHA................................................................... 105 FIGURA 4.51. Resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de BHA.................... 106 FIGURA 4.52. Voltamograma cclico para BHA (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Ni(OH)2............................................................................................ 107 FIGURA 4.53. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de BHA Em detalhe a curva analtica obtida................................ 110 FIGURA 4.54. Resposta voltamtrica do ECCM-Ni(OH)2 em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura na presena de BHT.................... 111 FIGURA 4.55. Voltamograma cclico para BHT (A) ECC no modificado e (B) ECCM-Ni(OH)2 ........................................................................................... 112 FIGURA 4.56. Voltamogramas de SW obtidos em diferentes concentraes de BHT; Em detalhe a curva analtica obtida. ............................. 115 FIGURA 4.57. Efeito da composio do compsito do eletrodo sobre resposta voltamtrica do ECCM-resina-Cu (II) .......................................... 120 FIGURA 4.58. Efeito das solues de eletrlito suporte estudadas para a determinao de rutina utilizando ECCM com Resina-Cu (II)................... 121 FIGURA 4.59. Efeito do pH na resposta voltamtrica do ECCM-resina-Cu (II) na presena de rutina. ........................................................ 122 FIGURA 4.60. Resposta voltamtrica do ECCM-resina-Cu (II) em funo da raiz quadrada da velocidade de varredura.................................... 123 FIGURA 4.61 - Comportamento voltamtrico da rutina (A) ECC no modificado (B) ECCM-resina-Cu (II) na ausncia; (C) na presena de rutina. ...................... 124 FIGURA 4.62. Mecanismo proposto para o funcionamento do ECCM-resina-Cu (II) para a determinao de Rut................................................ 125 FIGURA 4.63. Voltamograma de varredura linear obtido com ECCM-resina-Cu (II); Em detalhe curva analtica obtida....................................... 127

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Resumo

DESENVOLVIMENTO E APLICAO DE ELETRODOS COMPSITOS QUIMICAMENTE MODIFICADOS COM HIDRXIDOS E FOSFATOS DE CTIONS METLICOS PARA DETERMINAO VOLTAMTRICA DE ANALITOS DE INTERESSE ALIMENTCIO E FARMACUTICO. No presente trabalho descreve-se a construo e avaliao de trs eletrodos compsitos de carbono modificados (ECCMs): ECCM-Cu3(PO4)2, ECCM-Ni(OH)2 e ECCM-resina-Cu(II). Esses eletrodos foram aplicados na determinao de antioxidantes em amostras de alimentos como chs, maioneses e margarinas e, em formulaes farmacuticas, utilizando tcnicas de voltametria cclica, de onda quadrada e linear. Para tanto foram estudados alguns parmetros como: o eletrlito suporte a ser utilizado em cada determinao, concentrao do eletrlito suporte, pH, solubilidade das amostras, alm dos parmetros instrumentais para a tcnica de: voltametria cclica usada para obteno de informaes sobre a reversibilidade dos sistemas e transferncia de massa; parmetros de onda quadrada (freqncia de onda quadrada, amplitude de onda quadrada e incremento de varredura), e de voltametria linear (velocidade de varredura) usadas para a quantificao dos analitos estudados. O primeiro eletrodo estudado foi o ECCM com Cu3(PO4)2, onde a composio percentual deste eletrodo foi 40% (m/m) de p de grafite, 40% (m/m) do modificador qumico Cu3(PO4)2 e 20% (m/m) de parafina slida. Este eletrodo foi aplicado na determinao de antioxidantes naturais catequina (CAT), quercetina (QCT) e rutina (Rut) e, as melhores condies de trabalho obtidas foram: eletrlito suporte; tampo fosfato 0,1 mol L-1 (pH condicional 6,8) contendo 5, 20 e 10% de etanol (v/v) para CAT, QCT e Rut, respectivamente. Ademais, este eletrodo tambm foi aplicado na determinao dos antioxidantes artificiais BHA e BHT estudados nas seguintes condies: eletrlito suporte; KNO3 0,1 mol L-1/ 10% etanol (v/v) (pH 6,7) para ambos. Tambm foi possvel determinar simultaneamente BHA e BHT utilizando o ECCM-Cu3(PO4)2 com bom desempenho analtico. As curvas analticas obtidas para todas as determinaes apresentaram uma boa linearidade, em torno de duas dcadas e, limites de deteco da ordem de 10-7 mol L-1 para Rut e 10-8 para os demais analitos. O segundo eletrodo proposto foi o ECCM modificado com

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Ni(OH)2, para a determinao de antioxidantes naturais e artificiais j mencionados. As condies de trabalho para determinao de CAT, QCT e Rut foram: tampo fosfato 0,05 mol L-1 (pH condicional 6,9) contendo 5, 20 e 10% de etanol (v/v) para CAT, QCT e Rut, respectivamente. Para a determinao de BHA e BHT, as condies foram: eletrlito suporte: KNO3 0,1 mol L-1/ 10% etanol (v/v) (pH 6,7) para ambos. As curvas analticas obtidas para todas as determinaes de antioxidantes usando o ECCM-Ni(OH)2 apresentaram uma boa linearidade com intervalo de concentrao em torno de duas dcadas e limite de deteco da ordem de 10-7 mol L-1 para QCT, Rut e BHA e 10-8 mol L-1 para CAT e BHT. Os resultados obtidos empregando-se os mtodos propostos foram comparados com os resultados obtidos por HPLC sendo que todos os erros relativos foram menores que 5% para todas as determinaes usando o ECCM-Cu3(PO4)2 e ECCM-Ni(OH)2. Tambm foi aplicado o teste t pareado para os resultados obtidos para cada analito estudado, sendo que nenhum obteve texperimental maior que o ttabelado, no havendo assim diferena significativa entre os resultados obtidos pelos dois mtodos a um nvel de confiana de 95%. Finalmente, utilizou-se uma resina de troca catinica carregada com ons Cu2+ na modificao de um eletrodo, sendo este aplicado na determinao voltamtrica de rutina. A curva analtica foi linear no intervalo de concentrao de Rut entre 9,90 107 e 8,07 106 mol L1, com limite de deteco de 2,65 107 mol L1. Neste trabalho destaca-se o aumento na seletividade desses eletrodos para determinao de antioxidantes em amostras de alimentos e frmacos, fato este observado pela diminuio dos potenciais de trabalho obtidos com os ECCMs para cada analito estudado em comparao aos potenciais de trabalho obtido para os mesmos analitos usando um ECC no modificado.

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ABSTRACT

DEVELOPMENT AND APPLICATION OF CARBON COMPOSITE ELECTRODE MODIFIED WITH HYDROXIDE AND PHOSPHATE OF METALLIC CATIONS FOR VOLTAMMETRIC DETERMINATION OF ANTIOXIDANTS IN FOOD AND PHARMACEUTICAL FORMULATIONS. The construction and evaluation of three modified carbon composite electrode (MCCE): MCCE-Cu3(PO4)2, MCCE -Ni(OH)2 and MCCE-resin-Cu(II) are described. These electrodes were applied for the determination of antioxidants in some food samples as teas, mayonnaise and margarine and in pharmaceutical formulations using: cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV) and square wave voltammetry (SWV). Several parameters were investigated such as: carbon composite composition, supporting electrolyte used in each determination, concentration of electrolyte, pH, solubility of the samples, besides the instrumental parameters for the technique used: cyclic voltammetry to get information about reversibility of the systems and mass transference (scan rate), parameters of square wave voltammetry (square wave frequency, square wave amplitude and sweep increment), and linear voltammetry (scan rate), both used for quantification of the antioxidants studied. The first electrode developed was MCCE with Cu3(PO4)2 immobilized in a polyester resin. The best voltammetric response was observed in a composite composition of 40% (m/m) of Cu3(PO4)2, 40% (m/m) of graphite powder and 20% (m/m) of paraffin solid; 0.10 mol L-1 phosphate buffer (conditional pH 6.8) as the supporting electrolyte containing 5, 20 and 10% of ethanol (v/v) for determination of natural antioxidants: catechin (CAT), quercetin (QCT) and rutin (Rut) respectively. This electrode was also applied in the determination of artificial antioxidants BHA and BHT in the following conditions: 0.10 mol L-1KNO3 (pH 6.7) containing 10% of ethanol (v/v) as the supporting electrolyte, with good analytical performance. The analytical curves obtained for all the determinations showed a good linear response in the concentration range around two decades and detention limits of magnitude 10-7 mol L-1 for Rut and 10-8 for the other antioxidants. The second electrode proposed was MCCE with Ni(OH)2 immobilized in a polyester resin for determination of natural and artificial antioxidants already mentioned. The best voltammetric response was observed in a composite composition of 20% (m/m) of Ni(OH)2, 60% (m/m) of graphite powder and 20% (m/m) of paraffin solid; 0.05 mol L-1 phosphate buffer (conditional pH 6.9) as the supporting electrolyte containing 5, 20

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and 10% of ethanol (v/v) for determination of CAT, QCT and Rut respectively. For the determination of BHA and BHT, the conditions were: 0.10 mol L-1 KNO3 (pH 6.7) containing 10% of ethanol (v/v) as the supporting electrolyte for both. The analytical curves obtained for all the determination of antioxidants showed a good linear response in the concentration range around two decades and detention limits of magnitude 10-7 mol L-1 for QCT, Rut and BHA and 10-8 for CAT and BHT. The results obtained by proposed methods were compared with the results obtained by HPLC and the relative errors were less than 5% for all the determination using MCCE-Cu3(PO4)2 and MCCE-Ni(OH)2. Students t-test was applied for the results obtained for each antioxidants investigated. The results showed good accuracy of the methods. According to the t-test, the texperiment was less than tlabel, thus there are not significant differences between the results obtained by either procedure at 95% confidence level. Finally, a cationic exchange resin modified with Cu2+ ions was used as modifier material in a CCEM, which was applied in the voltammetric determination of rutin. The analytical curve was linear in the rutin concentration range 9.90 x107 and 8.07 x 106 mol L1, with a detection limit of 2.65 x 10-7 mol L-1. In this work was pointed out the increase in the selectivity of proposed electrodes for antioxidant determination in food samples and pharmaceutical formulations, due to the decrease of work potentials observed to proposed CCEMs for each antioxidant investigated in comparison to the ones obtained for the same antioxidant using a not modified CCE.

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Captulo 1 INTRODUO

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CAPTULO 1 INTRODUO

1. INTRODUO

A oxidao um processo inerente ao organismo animal e extremamente importante no seu metabolismo; contudo, ao mesmo tempo em que o oxignio essencial, sua presena pode ser perigosa devido possibilidade de ocorrncia de reaes de oxidao, um processo de difcil controle, que pode causar a destruio de componentes importantes dos alimentos, como cidos graxos essenciais, vitaminas lipossolveis e pigmentos, alm de danos s estruturas celulares e tecidos1.

Os aditivos alimentares tm sido usados por sculos para melhorar o sabor de alimentos como, por exemplo, sal em carnes, acar em frutas entre outros que geralmente so encontrado no cotidiano. Entretanto, com o advento da vida moderna, mais aditivos tm sido empregados, a cada ano. A existncia de vrios produtos modernos, tais como: os de baixo valor calrico, fast-food, salgadinhos embalados (snaks), no seriam possveis sem os aditivos atuais. Estes so usados para preservar os alimentos, melhorar o seu aspecto visual, seu sabor e odor, e estabilizar sua composio. Alm disso, so empregados para aumentar o valor nutricional e evitar a sua decomposio ou oxidao com o passar do tempo. O nmero de aditivos atualmente empregados cresce a cada dia, mas todos eles sofrem uma regulamentao federal no seu uso, alguns so permitidos somente em certas quantidades, enquanto que outros foram proibidos para consumo humano e de animais.

Com a finalidade de inibir ou retardar a oxidao lipdica de leos, gorduras e alimentos gordurosos, so empregados na indstria de alimentos, compostos qumicos conhecidos como antioxidantes.

1.1. Antioxidantes

De acordo com a Food and Drug Administration (FDA), antioxidantes so substncias que podem retardar ou inibir a oxidao de lipdios e/ou outras molculas, evitando o incio ou propagao das reaes em cadeia de oxidao.2 Pode-se definir antioxidante, de modo mais amplo, como substncias que em

2

pequenas concentraes (0,01% ou menos), na presena de substratos oxidveis, retardam ou previnem significativamente a oxidao dos mesmos3,4. Todavia, do ponto de vista qumico, os antioxidantes so compostos aromticos que contem pelo menos uma hidroxila.

De acordo com seu mecanismo de ao, os antioxidantes podem ser classificados como terminadores de radicais livres (reagem com radicais livres interrompendo a propagao de reaes); como varredores de oxignio (desativam o oxignio singleto que pode iniciar uma nova cadeia de propagao de radicais livres); ou como quelantes de ons metlicos capazes de catalisar a peroxidao lipdica.5

Os antioxidantes tm chamado ateno de pesquisadores na rea nutricional e mdica, devido ao seu potencial efeito na preveno de doenas crnicas e degenerativas.6 Dentre eles, os flavonides constituem uma grande e importante classe de compostos com atividade biolgicas como atividades antioxidante, antimalarial, anticarcinognica, citotxica, mutagnica e antimicrobial, as quais so atribudas a sua capacidade redutora.7

1.1.1 Antioxidantes em alimentos

O emprego de agentes antioxidantes visando o aumento do prazo de validade de produtos alimentcios uma constante na rea da tecnologia de alimentos. A Resoluo n 04 de 24/11/88 relaciona um total de 13 aditivos permitidos classificados como antioxidantes, possveis de serem adicionados em aproximadamente 40 a 50 alimentos.8

A adio de antioxidantes em alimentos um mtodo simples de assegurar a estabilidade oxidativa dos produtos alimentcios,8 como por exemplo inibir ou retardar a oxidao lipdica de leos, gorduras e alimentos gordurosos.9

Os lipdios so constitudos por uma mistura de tri, di e monoacilgliceris, cidos graxos livres, glicolipdios, fosfolipdios, esteris e outras substncias. A maior parte destes constituintes oxidvel em diferentes graus, sendo que os cidos graxos insaturados so as estruturas mais susceptveis ao processo oxidativo. A oxidao lipdica responsvel pelo desenvolvimento de sabores e odores desagradveis tornando os alimentos imprprios para consumo, alm de tambm provocar outras alteraes que iro afetar no s a qualidade nutricional, devido

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degradao de vitaminas lipossolveis e de cidos graxos essenciais, mas tambm a integridade e segurana dos alimentos, atravs da formao de compostos polimricos potencialmente txicos.10-12

1.1.2. Histrico

O uso de antioxidantes na indstria de alimentos e seus mecanismos funcionais tm sido amplamente estudados. O retardamento das reaes oxidativas por certos compostos foi primeiramente registrado por BERTHOLLET, em 1797, e depois esclarecido por DAVY, em 181713.

O curso da rancificao de gorduras permaneceu desconhecido at DUCLAUX demonstrar que o oxignio atmosfrico era o maior agente causador de oxidao do cido graxo livre. Vrios anos mais tarde, TSUJIMOTO descobriu que a oxidao de triglicerdeos altamente insaturados poderia provocar odor de rano em leo de peixe13.

WRIGHT, em 1852, observou que ndios americanos do vale de Ohio preservavam gordura de urso usando casca de omeiro. Esse produto foi patenteado como antioxidante, 30 anos mais tarde13.

O conhecimento atual das propriedades de vrios produtos qumicos para prevenir a oxidao de gorduras e alimentos gordurosos comeou com estudos clssicos de MOUREU e DUFRAISE, durante a I guerra mundial, sendo investigada a atividade antioxidante de mais de 500 compostos. Esta pesquisa bsica, combinada com a vasta importncia da oxidao em praticamente todas as operaes de manufatura, desencadeou uma busca por aditivos qumicos para controlar a oxidao, que ainda hoje est em curso13.

Das centenas de compostos que tm sido propostos para inibir a deteriorao oxidativa das substncias oxidveis, somente alguns podem ser usados em produtos para consumo humano9.

Na seleo de antioxidantes, so desejveis as seguintes propriedades: eficcia em baixas concentraes (0,001 a 0,01%); ausncia de efeitos indesejveis na cor, odor, sabor e em outras caractersticas do alimento; compatibilidade com o alimento e fcil aplicao; estabilidade nas condies de processo e armazenamento do alimento e este antioxidante adicionado e seus produtos de oxidao no podem ser txicos, mesmo em doses muitos maiores das que

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normalmente seriam ingeridas no alimento. Alm disso, na escolha de um antioxidante devem-se considerar tambm outros fatores, incluindo legislao, custo e preferncia do consumidor por antioxidantes naturais.9

Atualmente a utilizao de antioxidantes estende-se aos mais diferentes produtos como alimentos, cosmticos e frmacos.

Em geral, existem duas categorias bsicas de antioxidantes: os naturais e os sintticos.14-19

1.2. Antioxidantes naturais

Os flavonides so considerados agentes antioxidantes amplamente distribudos em alimentos. A dieta mdia de flavonides para humanos estimada em 16 a 1000 mg/dia.20 Sob o ponto de vista nutricional, os flavonides so reconhecidamente agentes antioxidantes capazes de inibir a oxidao de lipoprotenas de baixa densidade LDL, alm disso, reduzirem significativamente a tendncia a doenas trombticas.21

1.2.1. Catequina

A catequina (CAT) pertence a classe dos antioxidantes naturais e est presente em uma variedade de alimentos como frutas, cereais, hortalias, chocolate e bebidas como vinho tinto e chs,19, 22 sendo mais comum em ch verde e ch preto.23

Freqentemente, a catequina (FIGURA 1.1) utilizada na preveno da oxidao lipdica de leos e gorduras em alimentos,24 como suplemento para alimentao animal e como agente antimicrobiano em alimentos funcionais.25

Vrias epidemiologias e estudos in vitro sugerem que a catequina possui efeitos benficos sade humana agindo na preveno de cncer,23 diminuio da fragilidade capilar,20 falncia renal aguda, reduo da incidncia de isquemia miocardial e casos de mortalidade por isquemia.23 Entretanto, a predominncia desses compostos em um dado alimento no necessariamente impe um forte efeito antioxidante, podendo ocorrer alguns fenmenos como sinergismo, antagonismo etc.26

5

Diversos procedimentos so relatados na literatura para a determinao de catequina por mtodos cromatogrficos como HPLC com deteco na regio do UV visvel,27-29 espectrometria de massa,30 fluorescncia31 e deteco eletroqumica22, 30-34

JANEIRO & BRETT34 investigaram a oxidao eletroqumica da (+)-catequina utilizando as tcnicas de voltametria cclica (CV), voltametria de pulso diferencial (DPV) e voltametria de onda quadrada (SWV), onde o mecanismo de oxidao relatado para os grupos catecol e resorcinol dependente do pH.

OOH

OHOH

OHOH

A C

B

FIGURA 1.1. Estrutura molecular da catequina

1.2.2. Quercetina

A quercetina, 3, 3', 4', 5, 7-pentaidroxilflavona (QCT) um flavonide de comum ocorrncia em varias plantas26 e tambm pertence a classe dos antioxidantes naturais. o flavonide mais abundante na dieta humana,35 estando presente em chs, como o matte e camomila,23 em alimentos slidos (frutas, cereais, gros, condimentos e nozes) e lquidos (suco de uva, cerveja e vinho tinto).36 Devido sua propriedade benfica sade, as atividades qumicas e biolgicas desse flavonide so amplamente estudadas.37 Assim como outros flavonides, a quercetina impede a oxidao do colesterol ruim LDL. A ao antiinflamatria da quercetina causada pela inibio de enzimas, tais como o lipoxigenase, e pela inibio de mediadores inflamatrios. Inibe tambm a liberao de histamina.

Alguns estudos mostram que QCT (FIGURA 1.2) reduz o risco do cncer de prstata, ovrio, mama e estomago. A quercetina parece tambm reduzir a produo do cido rico, melhorando os sintomas de gota, possui efeitos antiinflamatrio e antialrgico. Todas estas atividades so causadas por sua ao antioxidante.35

6

de grande importncia o estudo do potencial txico da quercetina porque em algumas condies ela possui atividade genotxica.20

Na literatura encontram-se alguns artigos sobre a determinao de quercetina por mtodos eletroqumicos,38-44 porm o mtodo mais usado para a determinao de quercetina so os mtodos cromatogrficos principalmente HPLC com deteco UV-Vis.27, 45-50 Contudo, BRETT e colaboradores41, 43 investigaram o comportamento eletroqumico da interao da quercetina com o DNA. NEMATOLLAHI et al. 49 descreveram a eletrooxidao da quercetina na ausncia e presena de cido benzosulfinico e cido 4-toluenosulfinico como nuclefilos.

OH

OHO

OHOH

OH

O

FIGURA 1.2. Estrutura molecular da quercetina

1.2.3. Rutina

A rutina (Rut), assim como a catequina e quercetina pertence classe dos antioxidantes naturais e tambm abundante na dieta humana.51 Rut um tipo de flavonide glicosdico, denominada como vitamina P52 (FIGURA 1.3) e, amplamente encontrada em plantas, principalmente em Flos Sophorae e as folhas de outras espcies de plantas.53, 54

A rutina tem sido usada clinicamente na medicina teraputica,52, 55 sendo que h mais de 130 preparaes registradas contendo este antioxidante a nvel mundial.56 Alguns estudos mostram que a rutina tem uma ampla gama de atividades fisiolgicas, a saber: antiinflamatrios,57 antitumorais e antibacteriana.58

Nos ltimos anos, BRETT e colaboradores estudaram a eletrooxidao da rutina59, quercetina42 e catequina34 utilizando vrias tcnicas voltamtricas, sendo observado que os grupos hidroxilas destes compostos podem ser oxidados em diferentes potencias dependentes do pH. Os mecanismos de oxidao so muito complicados devido formao de mltiplos produtos.51, 55

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VOLIKAKIS e EFSTATHIOU60 examinaram a possibilidade de determinar doze flavonides utilizando voltametria de redissoluo adsortiva em um sistema de injeo em fluxo (FIA). Neste estudo foi utilizado eletrodos de pasta de carbono base de grafite-Nujol e grafite-difenilter.

O

OHOH

OCH3

OH

OH OH

O

OH

O

OOH

OH

OH

OH

FIGURA 1.3. Estrutura molecular da rutina

1.3. Antioxidantes sintticos

BHA e BHT so os antioxidantes sintticos mais utilizados na indstria de alimentos. A estrutura fenlica destes compostos (FIGURA 1.4) permite a doao de um prton a um radical livre, regenerando, assim, a molcula do acilglicerol e interrompendo o mecanismo de oxidao por radicais livres. Dessa maneira, os derivados fenlicos transformam-se em radicais livres. Entretanto, estes radicais podem se estabilizar sem promover ou propagar reaes de oxidao.

BHT possui propriedades similares ao BHA, porm, enquanto o BHA um sinergista para propilgalatos, o BHT no o . BHA e BHT podem conferir odor em alimentos quando aplicados em altas temperaturas em condio de fritura, por longo perodo13.

O BHA e o BHT so sinergistas entre si. O BHA age como sequestrante de radicais perxidos, enquanto o BHT age como sinergista,61 e apresenta resultados efetivos em baixas concentraes, como em dosagens de 0,03% a 0,1% em leos e gorduras e de 0,01% a 0,02% em leos essenciais ou regenerador de radicais BHA9.

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Sob o aspecto farmacolgico uma das grandes vantagens associadas ao uso de BHA que, alm de evitar a oxidao dos medicamentos, esse aditivo tambm auxilia na estabilizao da vitamina E e, aumenta a estabilidade da vitamina A e de seus derivados, trazendo benefcios para a sade humana.

OH

O CH3

C(CH3)3 C(CH3)3

CH3

OH

(CH3)3C

BHA BHT

FIGURA 1.4. Estruturas moleculares de BHA e BHT

Estudos toxicolgicos tm demonstrado a possibilidade destes antioxidantes apresentarem efeito carcinognico em experimentos com animais.62 Em outros estudos, o BHA mostrou induzir a hiperplasia gastrintestinal em roedores por um mecanismo desconhecido; em humanos, a relevncia dessa observao no est clara. 63

No Brasil, o uso destes antioxidantes controlado pelo Ministrio da Sade que limita em 200 mg/kg para BHA e em 100 mg/kg para BHT como concentraes mximas permitidas.8 Tendo em vista os indcios de problemas que podem ser provocados pelo consumo de antioxidantes sintticos, a partir do incio da dcada de 80, o interesse em encontrar antioxidantes naturais para o emprego em produtos alimentcios ou para uso farmacutico, tem aumentado consideravelmente, com o intuito de substituir os antioxidantes sintticos, os quais tem sido restringidos devido ao seu potencial carcinognico, bem como pela comprovao de diversos outros males como: aumento do peso do fgado e significativa proliferao do retculo endoplasmtico.4, 9, 18, 19, 25

H diversos artigos sobre mtodos de determinao de BHA e BHT em vrias amostras de alimento, principalmente em leos e gorduras, a saber: mtodos cromatogrficos como: HPLC com deteco no UV visvel,64-67 cromatografia gasosa,68 HPLC-espectrometria de massas,69 HPLC com deteco amperomtrica,70

9

anlise por injeo em fluxo com deteco amperomtrica71-74 e mtodos voltamtricos75-77 usando microeletrodos.78, 79

JAYASRI & NARAYANAN76 determinaram BHA em batatas industrializadas usando um eletrodo compsito de grafite-parafina quimicamente modificados com hexacianoferrato de prata. Neste estudo foi usado tcnicas de voltametria cclica e amperometria acoplada a um sistema em fluxo, em soluo de nitrato de potssio 0,1 mol L-1, onde o limite de deteco foi de 3,7 x 10-6 mol L-1. O mecanismo proposto ocorre em duas etapas de oxidao. Primeiramente uma etapa eletroqumica referente eletrooxidao do hexacianoferrato(II) a hexacianoferrato(III) e a segunda referente oxidao qumica BHA TBQ.

Outro estudo interessante sobre a determinao de BHA e BHT presente na literatura foi desenvolvido por RAYMUNDO e colaboradores.75 Neste trabalho so utilizados mtodos voltamtricos de onda quadrada (SWV), pulso diferencial (DPV) e voltametria cclica (CV) para a determinao simultnea de trs antioxidante BHA, BHT e TBHQ, utilizando dois eletrodos de trabalho, um eletrodo de carbono vtreo e um eletrodo de platina. Os resultados obtidos usando os dois eletrodos e tcnicas voltamtricas diferentes foram comparados considerando-se a sensibilidade e o limite de deteco obtidos com cada eletrodo e tcnicas diferentes.

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1.4. Objetivos

Este trabalho teve como objetivo a construo e avaliao de trs eletrodos sendo estes: eletrodo compsito de carbono quimicamente modificado (ECCM) com fosfato de cobre; ECCM- hidrxido de nquel e ECCM-resina de troca inica modificada com ons Cu2+ e posterior aplicao desses eletrodos na determinao e quantificao de antioxidantes em amostras de alimentos e formulaes farmacuticas empregando tcnicas de voltametria cclica, linear e de onda quadrada.

Captulo 2 FUNDAMENTOS TERICOS

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CAPTULO 2 FUNDAMENTOS TERICOS

2.1. Eletrodos quimicamente modificados

A denominao eletrodos quimicamente modificados (EQMs) surgiu na dcada de 70,80 para definir eletrodos com espcies quimicamente ativas devidamente imobilizadas na superfcie desses dispositivos. A imobilizao destes modificadores na superfcie do eletrodo permite controlar as propriedades fsico-qumicas da interface eletrodo-soluo para promover caractersticas desejveis ao eletrodo, como por exemplo, melhorar a transferncia eletrnica entre o eletrodo e o analito em soluo,81 aumentar a seletividade das determinaes pela diminuio do potencial de trabalho ou atuando como uma barreira entre a superfcie do eletrodo e certas espcies qumicas concomitantes. Ademais, a maioria destes eletrodos modificados apresentam um aumento da sensibilidade das determinaes (aumento do coeficiente angular da curva analtica).

O primeiro exemplo de uma modificao da superfcie de um eletrodo foi o trabalho de LANE E HUBBARD.82 Estes pesquisadores adsorveram na superfcie de eletrodos de platina vrias olefinas funcionalizadas, explorando a propenso de grupos alceno quimisorverem-se sobre este metal. Um tpico deste artigo foi a verificao da capacidade do cido 3-alil-saliclico coordenar ferro seletivamente, em funo do potencial aplicado. Estes estudos mostraram a grande utilidade analtica dos EQMs, pois demonstraram a capacidade de um grupo imobilizado complexar um on metlico, e tambm a possibilidade de se direcionar a coordenao atravs da escolha do potencial aplicado.

Em 197583 foi publicado um trabalho descrevendo a construo de um eletrodo quiral para eletrossntese de lcoois a partir da reduo de cetonas. Tambm em 197580 foi publicado o clssico artigo de MURRAY e colaboradores descrevendo a modificao qumica da superfcie de eletrodos de SnO2 via organosilanos.

A partir desses trabalhos pioneiros, a preparao e utilizao de EQMs tm se expandindo de forma bastante acentuada, como pode ser ratificado pelo expressivo nmero de artigos publicados sobre este tema nos ltimos anos. Alm da eletroanlise, que se destaca como uma das reas mais ativas nesse campo, os EQMs tm sido utilizados em outras reas como: qumica ambiental, controle de qualidade, anlise clnica, indstria de alimentos, etc.

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PEREIRA et al.84 estudaram a evoluo dos eletrodos modificados e sintetizaram um quadro esquemtico considerando a construo do eletrodo e os melhoramentos alcanados com o passar do tempo (esquema 2.1).

Dois pontos importantes devem ser lembrados, o porqu de modificar eletrodos, ou seja, a busca da melhoria na cintica de transferncia eletrnica, sensibilidade, seletividade entre outras, e como realizar a modificao do eletrodo.

Esquema 2.1- Linhas gerais do desenvolvimento dos EQMs84

Metas

Imobilizao de grupos funcionais, Cheek e Nelson, 1964

Incorporao de catalisadores inorgnicos Jasinski, 1965

Incorporao de catalisadores biolgicos Updike e Hicks, 1967

Utilizao de filmes polimricos (polipirrol) Diaz, 1970

Eletrodos quimicamente modificados (EQMs) Murray e colaboradores, 1975

Microeletrodos modificados Fleischmann, anos 80

Matrizes inorgnicas (eletrodos de slica modificada) Miller anos 80

Uso de membranas biolgicas Miller e Milazzo, 1981

Incorporao de aditivos (PEI e BSA)

Melhora da seletividade e sensibilidade

Maior sensibilidade

Melhora da seletividade

Melhora da estabilidade e seletividade

Definio da terminologia

Aplicao in vivo

Maior estabilidade

Ao

Melhora da estabilidade e tempo de vida

Maior sensibilidade e seletividade

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2.2. Mtodos de modificao da superfcie do eletrodo

Uma rea de pesquisa ativa na eletroqumica o desenvolvimento de eletrodos que so produzidos por meio de modificao qumica de vrios substratos condutores. As modificaes incluem a presena de substratos adsorvidos irreversivelmente com funcionalidades desejadas.85

A escolha do material para o eletrodo base, cuja superfcie sofrer modificao, um aspecto muito importante da preparao de um EQM. Esse substrato deve apresentar caractersticas eletroqumicas apropriadas e tambm ser adequado para o mtodo de imobilizao selecionado. Entre os materiais convencionais podem ser citados o ouro, platina, carbono vtreo, mercrio, na forma de filme, fibras de carbono e pasta de carbono.84

2.2.1. Adsoro

A adsoro, ou mais apropriadamente quimisoro foi o processo pioneiro de modificao de eletrodos e a mais simples maneira de fixar um modificador ao substrato. Este consiste na dissoluo do agente modificador em um solvente apropriado e na exposio, em geral por imerso, do eletrodo a esta soluo com posterior evaporao do solvente. Os substratos mais utilizados so o carbono vtreo, carbono piroltico, pasta de carbono, compsitos, grafite, mas diversos outros materiais eletrdicos podem ser empregados nesse procedimento, como ouro, prata, platina, entre outros. Embora simples, a adsoro apresenta a desvantagem de produzir apenas uma monocamada do modificador imobilizado, o que limita a faixa de resposta linear. Outra desvantagem o processo de equilbrio da adsoro com a dessoro (FIGURA 2.1) do modificador o que resulta na perda de reprodutibilidade e reduo da vida til do EQM.84, 86

FIGURA 2.1. Representao do processo de equilbrio da adsoro e dessoro na superfcie do eletrodo

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2.2.2. Ligao covalente

Esse tipo de modificao realizado com base na reatividade da superfcie do eletrodo, sendo empregada para a incorporao de um grande nmero de substncias.87-89 formada por uma ligao covalente entre o substrato e o modificador. Para exemplificar; um eletrodo metlico ou de carbono pode ser oxidado para promover a formao de grupos hidroxilas na superfcie e depois ser submetido a reaes de silanizao envolvendo organossilanos para posteriormente reagir com outras molculas do modificador, levando a incorporao do grupo funcional que se queira imobilizar.90 A FIGURA 2.2 representa a modificao da superfcie do eletrodo por ligao covalente.

OH

OH

OH

C ouMetal

(EtO)3Si(CH2)3NH2O Si NH2

O

OHOC

O

R O Si NO

O

CR

OHOH

OH

OH

C ouMetal

(EtO)3Si(CH2)3NH2O Si NH2

O

OHOC

O

R O Si NO

O

CR

OH

FIGURA 2.2. Representao da modificao por ligao covalente sobre eletrodos metlico ou de carbono.

O silano atua como um tipo de ponte para fixar o grupo funcional especfico da superfcie do eletrodo.86 Este mtodo bastante estvel, mas requer maior tempo para sua execuo; geralmente empregado na imobilizao de enzimas,88-91 mas tambm pode ser aplicado para outras substncias.92

Da mesma forma que a modificao por adsoro, este mtodo tambm gera a formao de no mximo uma monocamada imobilizada o que limita a faixa de resposta linear.86

2.2.3. Recobrimento com membrana polimrica

Esta tcnica consiste no recobrimento da superfcie do eletrodo com filmes polimricos condutores ou permeveis ao eletrlito suporte e a espcie de interesse. Ao contrrio dos mtodos de adsoro e ligao covalente, a modificao com membranas polimricas permite a imobilizao de muitas monocamadas da espcie

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ativa na superfcie modificada, o que resulta na ampliao da resposta eletroqumica.84, 86

Em geral, os filmes polimricos so classificados em quatro classes: condutores, no condutores, de troca inica e de membranas compostas.84 Dependendo da aplicao pode ser escolhido um polmero eletroativo (se o objetivo a eletrocatlise), quimicamente ativo (propriedade ligante ou de troca inica para pr concentrao), ou inerte (apenas excluso de interferentes ou imobilizao de um modificador).86

Desta forma, filmes polimricos tm sido empregados em EQMs e usados no desenvolvimento de sensores para proteger a superfcie dos eletrodos de impurezas, bloquear interferentes, imobilizar biocomponentes ou outro material ativo, incorporar mediadores de eltrons e fornecer biocompatibilidade.84

2.2.4 Materiais compsitos

Os materiais compsitos como o prprio nome indica so formados pela combinao de duas ou mais fases de diferente natureza. Cada fase mantm suas caractersticas individuais, mas a mistura pode apresentar novas caractersticas fsicas, qumicas, mecnicas ou biolgicas diferentes daquelas apresentadas pelo material original.93 Compsitos com caractersticas condutoras so utilizados no desenvolvimento de sensores eletroqumicos com excelentes resultados. Como exemplos tem-se o emprego de compsitos de grafite-epxi na determinao amperomtrica de pesticidas94 e, o emprego de compsito grafite-borracha de silicone na determinao voltamtrica de rutina em frmacos.95

As propriedades eltricas dos compsitos dependem da natureza de cada componente, sua quantidade relativa e distribuio. A resistividade eltrica determinada pela conectividade das partculas condutoras dentro da matriz polimrica. Isto significa que a quantidade relativa de cada componente do compsito deve ser estudada para se determinar as condies timas.93

Os compsitos so formados, de pelo menos uma fase condutora (geralmente base de carbono) e uma fase aglutinante (material polimrico ou um lquido orgnico). Os eletrodos construdos empregando-se o uso de materiais polimricos, como agente aglutinante, geralmente fornecem um aspecto rgido para o eletrodo, como o caso da resina epxi,96, 97 silicone,95, 98 resina polister,99

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poliuretana,100, 101 enquanto o uso de um solvente orgnico ou leo mineral fornece um material eletrdico com uma consistncia pastosa, destacando-se o eletrodo de pasta de carbono.

Os polmeros envolvidos nestes materiais fornecem certa estabilidade, da mesma forma que os compsitos gerados passam a adquirir caractersticas eletroqumicas particulares. Materiais base de carbono so fases condutoras ideais na elaborao de materiais compsitos.84, 86 Estes materiais so bastante inertes quimicamente, apresentam grande intervalo de potencial de trabalho; baixa resistncia e baixa corrente residual.102

TALLMAN E PETERSEN103 classificaram os eletrodos compsitos de acordo com a distribuio do condutor e isolante no material eletrdico, como apresentado na FIGURA 2.3.

FIGURA 2.3. Classificao dos eletrodos compsitos empregados em eletroanaltica.103

De acordo com essa classificao, o arranjo do condutor e isolante no material eletrdico ordenado ou aleatrio. Segundo esses autores, se ordenado, o condutor est confinado superfcie de um isolante (ou o contrrio), ou o condutor ordenado atravessa o interior do material, que mais raro. Os materiais compsitos classificados como aleatrio, so os mais numerosos, pois so de fcil preparao. Esses compsitos podem ser classificados de acordo com o arranjo da fase condutora na matriz polimrica, tais como compsitos de disperso (quando o

Eletrodos Compsitos

Ordenado

Corpo Dispersos

Pasta

Consolidados

Aleatrio

Superfcie

Impregnados

Segregados

Condutor Isolante Mistura c/ monmero

Mistura c/ polmero

Slido

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material condutor esta aleatoriamente distribudo e suas partculas ocupam espaos iguais na matriz) e compsitos de consolidao (quando o condutor dominante em reas claramente definidas e o isolante est em maior teor).93

A facilidade de preparao desses materiais eletrdicos permite construir sensores de tamanhos e formas diferentes, e a incorporao de uma variedade de modificadores, os quais podem aumentar a seletividade e sensibilidade do eletrodo.

Durante a ltima dcada, o desenvolvimento de eletrodos compsitos utilizando polmeros como aglutinantes mostrou um crescente interesse em eletroanaltica. O nmero de artigos publicados sobre eletrodos compsitos grande, podendo-se ser citados os eletrodos de grafite-epxi,96, 97, 104, 105 grafite-polister,99, 106-108

grafite-PVC,109 grafite-polipirol,110 grafite-polietileno,111 grafite- parafina76, 112-115 entre outros, os quais tem sido propostos para determinao voltamtrica e amperomtrica de vrios analitos de interesse.

2.3. Modificadores

A facilidade de modificao uma vantagem adicional dos compsitos sobre os condutores metlicos tradicionais. A modificao de superfcie de sensores eletroqumicos base de condutores puros geralmente difcil e cara. Os eletrodos base de compsitos so de fcil modificao da superfcie; devido sua natureza plstica. Essa modificao pode ser feita durante a preparao da matriz do compsito. O modo de ao pode ser direcionado de acordo com o objetivo, por exemplo, agir no analito, pr-concentrando-o na superfcie do eletrodo; ou agir como catalisadores ou imobilizadores de algumas molculas envolvidas nas reaes eletroqumicas ou ainda alterar as propriedades fsicas da superfcie do eletrodo.

O principal objetivo dos modificadores (catalisadores, mediadores redox, materiais inertes etc.) diminuir o potencial de trabalho do sensor voltamtrico de modo a aumentar a seletividade analtica e, tambm, aumentar o sinal analtico.

2.3.1. Fosfato de cobre (II) Cu3(PO4)2

Uma das mais importantes tcnicas de modificao de um eletrodo envolve a formao de um sistema eletrocataltico em que uma espcie redox incorporada

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na superfcie do eletrodo. Estes eletrodos reduzem o potencial de oxidao ou de reduo dos compostos analisados.

A qumica da superfcie do cobre metlico muito complexa e existem alguns estudos de voltametria em diferentes intervalos de pH das solues.116-118 Alguns compostos como xidos119-121, complexos, ou ligas de cobre122, 123 possuem propriedades eletrocatalticas. A ao cataltica do cobre tem sido relatada na literatura como sendo o resultado do par redox Cu (II)/Cu (I) ou em potencial positivo mais elevado relatado o sistema redox do Cu (III) /Cu (II).124

A literatura traz alguns trabalhos, principalmente na determinao de aminocidos125, 126 e carboidratos127-130, onde eletrodo de cobre usado em meios tamponantes como fosfato e carbonato, possibilita a anlise de substncias orgnicas. Atualmente, o eletrodo de cobre muito utilizado, tanto na forma de ligas metlicas (que aumentam o seu poder cataltico)131 como substratos para depsitos de filmes132 quanto na forma de eletrodos modificados com xidos124 e fosfato de cobre.133

O comportamento eletroqumico de um eletrodo de pasta de carbono modificado com xido de cobre (I) (Cu2O) foi investigado por DURSUN e NISLI124 em diferentes solues tampo na presena do cido ascrbico e de cistena. Os resultados voltamtricos revelaram que a cistena formou um complexo pouco estvel com Cu (I) em 0,65V vs eletrodo de calomelano saturado (ECS) em tampo borato (pH 9.2) e o cido ascrbico formou um complexo com Cu (II) na superfcie do eltrodo em -0,07 V vs ECS em tampo fosfato (pH 6.9).

Encontra-se tambm na literatura a utilizao do fosfato de cobre na construo de reatores de fase slida utilizados em sistemas de injeo em fluxo com deteco espectrofotomtrica para a determinao de cido ascrbico em formulaes farmacuticas51 e aspartame em adoantes.134 Nestes trabalhos, o fosfato de cobre imobilizado em resina de polister e depois so utilizados na construo dos reatores em fase slida.

Alm de todas estas aplicaes de compostos de cobre tambm est em processo de patente um eletrodo de cobre/fosfato de cobre para ser utilizado como eletrodo de referncia. Cujo ttulo e texto do processo de patente so respectivamente: Processo de preparao de um eletrodo de cobre/fosfato de cobre e sua aplicao como eletrodo de referncia (n patente:PI0402392-7); A presente inveno tem por objetivo a preparao de um eletrodo de referncia de cobre/fosfato

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de cobre dopado com on cloreto, para obter um eletrodo que apresente grande estabilidade nas medies ao longo do tempo e capaz de atuar com potencial estvel em qualquer tipo de ambiente, inclusive naqueles contendo ons cloreto .135

2.3.2. Hidrxido de nquel Ni(OH)2

O nquel um metal bastante utilizado em diversas aplicaes tecnolgicas, devido sua resistncia a meios fortemente alcalinos e suas caractersticas catalticas. O nquel largamente empregado tanto como eletrodo quanto em baterias alcalinas e clulas combustveis.136

Eletrodos modificados com nquel e/ou seus compostos tais como: hexacianoferratos de nquel, hidrxidos e complexos de nquel tm sido usados na oxidao e determinao de compostos orgnicos.137-139 Estudos eletroqumicos usando eletrodos a base de nquel mostraram que vrias espcie eletroativas podem ser determinadas em um processo heterogneo de transferncia de eltron, com boa sensibilidade e reprodutibilidade. Nestes estudos, ocorre a presena de vrias espcies na superfcie do eletrodo, tais como: NiO, e o Ni(OH)2.137, 139

MANI E NEUFVILLE140 estudaram o hidrxido de nquel quimicamente e eletroquimicamente impregnado nos poros de placas de nquel sintetizado, empregando anlise termogravimtrica (TGA) e anlise termogravimtrica diferencial (DTG) em amostras de ar, nitrognio e vcuo. Concluram que com o aumento da temperatura ocorrem dois tipos de reaes qumicas em ambos os tipos de eletrodos (quimicamente e eletroquimicamente impregnados). Uma reao devida a desidratao de Ni(OH)2 e a outra devida a decomposio de Ni(OH)2 oxido.

O hidrxido de nquel um importante material eletroativo para muitas aplicaes de interesse. 137,141-144 Um esquema que representa as reaes eletroqumicas do hidrxido de nquel e a presena de diferentes formas cristalizadas foi proposto por BODE et al.145 Alm disso, outros eletrodos como eletrodo de carbono vtreo modificados com hidrxido de nquel, eletrodos de carbono modificados com complexos de nquel, ou ligas de nquel tem sido estudados e aplicados em determinaes amperomtricas de carboidratos, aminas e aminoacidos;131, 146, 147 oxidao eletrocataltica do lcool148, 149 e perxido de hidrognio,150 sendo tambm so relatados para o desenvolvimento de tecnologia para clula combustvel.151

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2.3.3. Resina de troca inica

O uso de resina de troca inica tem se tornado uma das tcnicas mais amplamente empregada no tratamento de efluentes industriais. Existem muitas razes para o uso desta tcnica como, por exemplo; a possibilidade de regenerao da resina e fcil processo de operao. O maior problema do trocador inico convencional a dificuldade de alterao da razo da adsoro qumica. Um possvel caminho para superar este problema, incorporar um trocador inico em um eletrodo, o que resulta em um eletrodo quimicamente modificado.

O desenvolvimento de eletrodos modificados com trocadores inicos varia de acordo com a aplicao. Geralmente, trs mtodos so utilizados para incorporar trocadores inicos na superfcie do eletrodo: a) adio de resinas de troca inica a uma mistura de grafite e aglutinante; b) adsoro de filmes trocadores inicos na superfcie do eletrodo e c) gerao eletroqumica de polmeros com propriedades de troca inica na superfcie do eletrodo.

Muitos artigos so descritos na literatura utilizando eletrodos modificados com resina de troca inica,115, 152-159 com objetivo de acumular e pr-concentrar diferentes ctions metlicos na superfcie do eletrodo.

LUPETTI et al.152 desenvolveram um eletrodo de pasta de carbono modificado (EPCM) com ons triiodeto imobilizado em resina aninica (Lewatit M500) que foi utilizada para a determinao de adrenalina em formulaes farmacuticas utilizando a tcnica de voltametria de pulso diferencial (DPV). Este procedimento foi satisfatrio para determinao de adrenalina em formulaes farmacuticas com limite de deteco de 4 x 10-6 molL-1.

Mais recentemente, FREITAS et al115 desenvolveram um eletrodo compsito de carbono modificado com resina de troca catinica carregada com ons Cu(II) (Amberlite IRA 120) para determinar rutina em formulaes farmacuticas utilizando tcnicas de voltametria linear e cclica.

2.4. Mtodos Eletroqumicos

Uma grande variedade de tcnicas eletroqumicas tem sido utilizada na eletroanlise. Esses mtodos podem ser divididos em duas classes: mtodos eletrolticos e mtodos no eletrolticos. Os mtodos eletrolticos so baseados em

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fenmenos fsico-qumicos que ocorrem na interface entre a superfcie do eletrodo e a soluo da amostra. J os mtodos no eletrolticos so baseados nos fenmenos que ocorrem no seio da soluo. As tcnicas voltamtricas so exemplos de mtodos eletrolticos.160

2.4.1. Voltametria

A voltametria uma tcnica eletroqumica onde as informaes qualitativas e quantitativas de uma espcie qumica so obtidas a partir do registro de curvas corrente-potencial, feitas durante a eletrlise de uma espcie em uma cela eletroqumica constituda de pelo menos dois eletrodos.161 Baseia-se na medida da corrente sob condies de completa polarizao de concentrao, na qual a velocidade de oxidao ou reduo do analito limitada pela velocidade de transferncia de massa do analito para a superfcie do eletrodo. 161

A voltametria apresenta algumas vantagens, principalmente com relao possibilidade de realizar determinaes analticas em matrizes com alta concentrao salina (como guas marinhas e solues salinas para hemodilise) e baixos limites de deteco alcanados. Alm disso, os mtodos voltamtricos so vantajosos com relao ao custo da anlise, principalmente no que se refere aquisio e manuteno do equipamento, alm do tempo necessrio para a anlise ser significativamente menor em relao outros mtodos.162, 163

2.4.1.1. Voltametria cclica

Embora no seja utilizada com frequncia em anlise quantitativa, a voltametria cclica (VC) amplamente aplicada para obter informaes qualitativas sobre reaes eletroqumicas, devido a sua habilidade de obter rapidamente informaes termodinmicas considerveis do processo redox, da cintica de reaes de transferncia de eltrons, da deteco de intermedirios de reao e de reaes qumicas acopladas ou processo adsortivos, como tambm determinar o processo pelo qual as espcies chegam a superfcie do eletrodo (adsoro ou difuso).85, 162-164

Na voltametria cclica, o potencial aplicado ao eletrodo de trabalho varia continuamente com o tempo na forma de onda triangular (FIGURA 2.4), partindo de um valor inicial Ei, at um valor limite pr-determinado, E1. Ao alcanar E1, a direo

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da varredura invertida e um caminho inverso percorrido at chegar a E2, que pode ser o valor do potencial inicial Ei, ou outro valor de potencial pr-estabelecido. O sinal de corrente registrado d origem ao voltamograma que se trata de uma curva de potencial vs corrente. Um estudo do voltamograma pode fornecer informaes do comportamento eletroqumico da espcie em estudo. 160

Para sistemas reversveis e controlados por difuso, os voltamogramas devem conter ondas distintas de picos andico e catdico para espcies eletrizadas desde que nenhuma transferncia convectiva de massa seja empregada. A corrente de pico proporcional concentrao da espcie oxidada ou reduzida e tambm proporcional a raiz quadrada da velocidade de varredura (1/2); a razo entre as correntes de pico andica e catdica igual a unidade e o potencial de pico independe da velocidade de varredura. Para sistemas irreversveis, os voltamogramas no apresentam pico inverso, o potencial de pico dependente da velocidade de varredura e desloca-se para potenciais mais positivos.165-168

Uma das aplicaes mais importantes da voltametria cclica para anlise qualitativa de reaes qumicas que precedem ou sucedem o processo redox. Tais mecanismos de reao geralmente so classificados usando a nomenclatura E e C, do ingls electrochemistry and chemistry, para etapas eletroqumicas e qumicas, respectivamente.160, 164

FIGURA 2.4. Esquema da aplicao do potencial vs. tempo para a CV

2.4.1.2. Voltametria de onda quadrada

A voltametria de onda quadrada, do ingls square wave voltammetry (SWV) foi primeiramente relatada por BARKER em 1957, sendo pouco utilizada at que RAMALEY e KRAUSE desenvolveram a teoria para essa tcnica e apresentaram

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algumas aplicaes usando eltrodo gotejante de mercrio.169, 170 As discusses de RAMALEY e KRAUSE 171,172 foram limitadas a pequenas amplitudes e, consequentemente, para pequenas velocidades de varredura.

Estes mesmos autores substituram o eletrodo gotejante de mercrio por eletrodos estacionrios eliminando os rudos provenientes do capilar de mercrio, e tambm substituram a rampa linear de potencial por uma rampa de potencial na forma de escada.

Em 1977, CHRISTIE, TURNER e OSTERYOUNG,169, 173, 174 desenvolveram um estudo onde a medida de corrente era realizada ao final do pulso de potencial, o que possibilitou que as varreduras de corrente em funo dos pulsos de potenciais aplicados fossem feitas em velocidades superiores a 100 mV s-1, este o modelo mais atual de SWV.

A SWV uma tcnica voltamtrica de pulso onde a forma do pico de corrente resultante proveniente da sobreposio de pulsos de potencial de altura a (amplitude de pulsos), a uma escada de potenciais de largura Es (incremento de varredura de potenciais) e durao 2 t (perodo). A FIGURA 2.5 apresenta a forma de aplicao do potencial da SWV.175

As medidas de corrente so feitas no final dos pulsos diretos (no sentido da varredura) e reversos (no sentido oposta da varredura) e o sinal obtido, aps derivao, dado como uma intensidade da corrente resultante, apresentando excelente sensibilidade e alta rejeio a correntes capacitivas.176

Na FIGURA 2.6 esto representados os voltamogramas tericos que podem ser obtidos em um sistema reversvel (A) e um sistema totalmente irreversvel (B). O pico voltamtrico resultante apresenta posio, largura e altura caractersticas do tipo de sistema redox.

Atualmente, a SWV uma das tcnicas de pulso mais rpidas e sensveis entre todas as outras. Os limites de deteco obtidos com a sua utilizao podem ser comparados queles das tcnicas cromatogrficas e espectroscpicas.

A voltametria de onda quadrada apresenta algumas vantagens com relao a outras tcnicas voltamtricas. Uma dessas vantagens a diminuio da interferncia proveniente da corrente capacitiva, uma vez que, na SWV, assim como em outras tcnicas de pulso, como a corrente capacitiva proporcional a et/RC, onde t o tempo, R a resistncia da soluo e C a capacitncia da dupla camada, e a corrente faradaica aproximadamente proporcional a t1/2, a variao de corrente

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diminui mais rapidamente que a corrente faradaica. Assim, as medidas de corrente so realizadas aps a corrente capacitiva ter se tornado negligencivel, melhorando a resoluo dos dados experimentais.176

FIGURA 2.5 - Forma de aplicao de potencial na voltametria de onda quadrada.

FIGURA 2.6 - Voltamogramas de onda quadrada esquemticos para um sistema reversvel (A) e para um sistema totalmente irreversvel (B).

Outra vantagem importante est relacionada com a velocidade de varredura (produto da freqncia de aplicao dos pulsos de potencias (f) pelo incremento de varredura de potencial (Es)). Como possvel trabalhar at uma velocidade de 1 V s-1, e como a corrente de pico funo da velocidade de varredura, a sensibilidade desta tcnica pode aumentar significativamente, alcanando limites de deteco de 10-12 mol L-1.160

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Os critrios de diagnstico para processos redox foram de desenvolvidos por JANET OSTERYOUNG em New York, e pelo grupo de MILIVOJ LOVRIC na Iugoslvia sendo:177, 178

1) Se no ocorrer adsoro da espcie eletroativa na superfcie do eletrodo e se o coeficiente de transferncia de carga () for considerado igual a 0,5, a intensidade de corrente de pico para sistemas reversveis cerca de trs vezes maior que para sistemas irreversveis. Isso ocorre porque a corrente resultante a diferena entre as correntes diretas e inversas, e quanto maior a reversibilidade da reao maior a contribuio da corrente inversa, aumentando significativamente a corrente resultante.

2) A dependncia dos potenciais de pico com o logaritmo da freqncia de aplicao dos pulsos de potenciais para reaes irreversveis linear, com uma inclinao de:

Ep/log f = - 2,3RT/nF (ou Ep/ log f = -59/n mV) (2.1)

Para sistemas reversveis, a relao tambm linear, mas com uma inclinao de.

Ep/log f = - 2,3RT/2nF (ou Ep/ log f = -29/n mV) (2.2)

3) A amplitude dos pulsos de potencial, tambm influncia nos valores de corrente de pico. Para reaes redox totalmente irreversveis, a sensibilidade analtica aumenta com o aumento da amplitude, e para reaes reversveis com adsoro de reagentes e/ou produto, a corrente de pico aumenta proporcionalmente somente pa