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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5600-3858
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Impressão 3D aplicada à eletroanálise: manufatura de célula eletroquímica, filamento condutor e aplicação no meio ambiente.
Alternate title (s): 3D printing applied to electroanalysis: Manufacturing of electrochemical cell, conductive filament and application in the environment.
Author: Ramos, David Luiz Oliveira
First Advisor: Richter, Eduardo Mathias
First coorientator: Munoz, Rodrigo Alejandro Abarza
First member of the Committee: Nossol, Edson
Second member of the Committee: Silva, Rodrigo Amorim Bezerra da
Third member of the Committee: Silva, Iranaldo Santos da
Fourth member of the Committee: Dornellas, Rafael Machado
Summary: 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.
Keywords: Portabilidade
Portability
Manufatura aditiva
Additive manufacturing
Impressão 3D
3D printing
Rletrodo impresso
Printed electrode
Eletroanálise
Electroanalysis
Amostra ambiental
Environmental sample
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
Subject: Análise eletroquímica - impressão 3d
Química
Célula eletroquímicas
Eletrodo
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: 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
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.605
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47378
Date of defense: 26-Sep-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Química

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