Publicação: Impressão 3D aplicada à eletroanálise: manufatura de célula eletroquímica, filamento condutor e aplicação no meio ambiente.
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
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Coorientador
Munoz, Rodrigo Alejandro Abarza
Resumo
Neste trabalho, primeiramente é apresentada uma nova célula
eletroquímica descartável que permite análise de pequenos volumes (50 a 2000
µL) e consiste em apenas duas partes totalmente impressas que permitem fácil
acoplamento de diferentes materiais como eletrodo de trabalho, referência e
auxiliar. Como prova de conceito, paracetamol, cocaína e ácido úrico foram
usados como analitos modelo usando diferentes materiais como eletrodo de
trabalho. Curvas de calibração lineares (r > 0,99) com inclinações semelhantes
(0,29 ± 0,01 μA μmol L-1; DPR = 3,4%) foram obtidas por voltametria de onda
quadrada para análise de diferentes volumes de soluções padrão de
paracetamol (50, 100 e 200 μL). Para o ácido úrico, uma faixa linear de 10–125
μmol L-1 (r > 0,99), foi obtida usando voltametria de pulso diferencial como
técnica eletroquímica e uma base de grafeno induzida por laser como eletrodo
de trabalho. Com o acoplamento de eletrodo de trabalho de diamante dopado
com boro (BDD), testes de triagem foram realizados com sucesso em amostras
de cocaína com detecção seletiva de cocaína na presença de seus adulterantes
mais comuns, com uma recuperação de 103 ± 4%. Na segunda parte foi
proposto o desenvolvimento de um filamento com uma grande carga condutora,
que ao mesmo tempo mantivesse boa capacidade de impressão. A composição
estudada consistiu em carbon black como material condutor e polipropileno
como material termoplástico. Foi obtido um filamento com a composição de 40%
de carbon black e 60% de polipropileno e a partir da técnica de voltametria de
onda quadrada, utilizando eletrodos impressos a partir deste filamento como
eletrodo de trabalho, foi realizada a determinação de colchicina em amostras de
água de torneira, garrafa e rio. O método analítico apresentou uma faixa linear
de resposta entre 2 e 50 µmol L-1, um LD igual a 10 nmol L-1 e recuperações
acima de 90%, enquanto o método de pré-concentração apresentou um fator de
130.
Abstract
In this work, we first present a novel disposable electrochemical cell
designed for the analysis of small volumes (50 to 2000 µL). The cell consists of
only two fully 3D-printed components, allowing for easy integration of various
materials as the working, reference, and auxiliary electrodes. As a proof of
concept, paracetamol, cocaine, and uric acid were used as model analytes, with
different materials employed as the working electrode. Linear calibration curves
(R2 > 0.99) with similar slopes (0.29 ± 0.01 μA μmol L⁻¹; RSD = 3.4%) were
obtained using square wave voltammetry for different volumes of paracetamol
standard solutions (50, 100, and 200 μL). For uric acid, a linear range of 10–125
μmol L⁻¹ (R2 > 0.99) was achieved using differential pulse voltammetry and a
laser-induced graphene-based electrode as the working electrode. When a
boron-doped diamond working electrode was used, successful screening tests
were conducted on cocaine samples, enabling selective detection of cocaine in
the presence of common adulterants, with a recovery rate of 103 ± 4%. In the
second part of the study, we proposed the development of a filament with a high
conductive load while maintaining good printability. The composition studied
consisted of carbon black as the conductive material and polypropylene as the
thermoplastic. A filament with a composition of 40% carbon black and 60%
polypropylene was obtained. Using square-wave voltammetry, using electrodes
printed from this filament as the working electrode, colchicine was determined in
tap, bottle, and river water samples. The analytical method showed a linear
response range between 2 and 50 µmol L-1, an LD of 10 nmol L-1, and recoveries
above 90%, while the preconcentration method showed a factor of 130.
Palavras-chave
Portabilidade, Portability, Manufatura aditiva, Additive manufacturing, Impressão 3D, 3D printing, Rletrodo impresso, Printed electrode, Eletroanálise, Electroanalysis, Amostra ambiental, Environmental sample
Citação
RAMOS, David Luiz Oliveira. Impressão 3D aplicada à eletroanálise: manufatura de célula eletroquímica, filamento condutor e aplicação no meio ambiente. 2025. 116 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.605
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