Estudo da utilização de filmes automontados de polianilina e nanotubos de carbono em sensores para detecção de fenóis

Abstract

O presente trabalho visa propor o uso de filmes nanoestruturados de PAni/MWCNT-COOH em sensores eletroquímicos aplicados à detecção de compostos fenólicos. A sinergia das propriedades condutoras dos nanotubos de carbono, CNT, com as propriedades mecânicas, como a moldabilidade, e comportamento eletroquímico bem conhecido do polímero condutor polianilina, PAni, foram os fatores determinantes para a proposta. Os filmes nanoestruturados foram construídos através da técnica Layer by Layer (LbL) variando-se o número de bicamadas do filme (1, 3, 5, 7 e 10 bicamadas) para avaliar a influência de sua arquitetura no funcionamento do sensor. Para avaliar as propriedades do compósito foram utilizados dois filmes, PAni/PVS (polivinilsulfato de sódio) e PEI/MWCNT-COOH (polietilenoimina / nanotubos de parede múltipla funcionalizados), com ambos os materiais isolados para comparação dos resultados obtidos. A análise por Voltametria Anódica de Redissolução por Onda Quadrada (SWASV) demonstrou que os filmes de PAni/MWCNT-COOH com 1, 3 e 5 bicamadas, assim como o filme de PAni/PVS não detectaram o analito 2-clorofenol. Por outro lado, o filme de PAni/MWCNT-COOH com 7 e 10 bicamadas e o filme de PEI/MWCNT-COOH detectaram a presença do analito, porém o limite de quantificação inferior do filme de 7 bicamadas foi superior a 1 ppm (7,78 μmol L-1) sendo ineficaz para aplicação ambiental. O filme que apresentou os melhores resultados para detecção dos analitos foi o filme PAni/MWCNT-COOH com 10 bicamadas. Os valores obtidos para o analito 2-clorofenol foram limites de quantificação de 4,7 – 15,9 μmol L-1, limite de detecção de 1,35 μmol L-1 e sensibilidade de 3,35 x 10-7 A . mol cm-² L-1. Para o analito 3-clorofenol foram obtidos limites de quantificação de 2,8 – 9,3 μmol L-1, limite de detecção de 1,1 μmol L-1 e sensibilidade de 2,3 x 10-7 A. mol cm-² L-1. Para o fenol, os seguintes valores foram obtidos: limites de quantificação de 3,7 – 11,2 μmol L-1, limite de detecção de 2,3 μmol L-1 e sensibilidade de 1,4 x 10-7 A. mol cm-² L-1.

This work proposes the use of PAni/MWCNT-COOH nanostructured films as electrochemical sensors applied to the detection of phenolic compounds. The synergy of carbon nanotubes, CNT, conductive properties with the mechanical properties, such as moldability, and well known electrochemical behavior of conducting polymer polyaniline, Pani, were the determining factors for this proposal. The nanostructured films were built using layer by layer (LbL) technique, changing the number of film bilayers (1, 3, 5, 7 and 10 bilayers) to evaluate the architectures influence on sensor performance. To compare the properties of the composite, two films were used, PAni/PVS (sodium poly(vinyl) sulfate) and PEI/MWCNT-COOH (polyethyleneimine / multi wall carbon nanotubes functionalized), with each isolated material for comparing the obtained results. Square-wave anodic stripping voltammetry (SWASV) analysis showed that the PAni/MWCNT-COOH films with 1, 3 and 5 bilayers, as well as the PAni/PVS film, did not detect the analyte 2-chlorophenol. On the other hand, the PAni/MWCNT-COOH film with 7 and 10 bilayers, and the PEI / MWCNT-COOH film detected the analyte, but the 7 bilayer film quantification limit was higher than 1 ppm (7.78 μmol L-1) being ineffective for environmental applications. The best results for analyte detection were presented by the PAni/MWCNT-COOH film. The values obtained for the 2-chlorophenol analyte were in the range from 4.7 to 15.9 μmol L-1, the detection limit was 1.35 μmol L-1 and the sensibility was 3.35 x 10-7 A . mol cm-² L-1. For the 3-chlorophenol analyte the range was 2.8 to 9.3 μmol L-1, the detection limit was 1.1 μmol L-1 and the sensibility was 2.3 x 10-7 A . mol cm-² L-1. For phenol, the following values were obtained: range of 3.7 – 11.2 μmol L-1, detection limit of 2.3 μmol L-1 and sensibility of 1.4 x 10-7 A mol cm-² L-1.