Desenvolvimento de um dispositivo volumétrico microfluidico

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
INSTITUTO DE QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Desenvolvimento de um Sistema Voltamétrico
Microfluídico
Mário Henrique Montazzolli Killner*
Orientador: Prof. Dr. Jarbas José Rodrigues Rohwedder
*Bolsista CAPES
Campinas – SP
Outubro – 2007
ii
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DO INSTITUTO
DE QUÍMICA DA UNICAMP
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
iv
Dedico este trabalho aos meus pais
Kátia Maria G. M. Killner (in memorian)
e Isac Killner.
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
v
Imagine não existir céu
É fácil se você tentar
Nenhum inferno abaixo de nós
E acima apenas o espaço
Imagine todas as pessoas
Vivendo para o hoje
Imagine não existir países
Não é difícil de fazê-lo
Nada para matar ou por morrer
E nenhuma religião
Imagine todas as pessoas
Vivendo em paz
Imagine não existir posses
Surpreenderia-me se você conseguisse
Inexistir necessidades e fome
Uma irmandade humana
Imagine todas as pessoas
Partilhando o mundo
Você pode falar que eu sou um sonhador
Mas não sou o único
Desejo que um dia você se junte a nós
E o mundo, então, será como um só
(Imagine, John Lennon)
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
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AGRADECIMENTOS
A Deus pela vida.
À minha mãe Kátia Maria G. M. Killner e meu pai Isac Killner pela vida,
educação e por me permitirem experimentar a forma mais intensa do amor.
Ao Prof. Dr. Jarbas J. R. Rohwedder pela orientação, dedicação ao
trabalho, paciência e prazerosos momentos de discussão em que me ensinou a
refletir sobre a ciência química.
À minha Tia Sueli e família (Gerson, Sérgio e Júlia) e minha avó Lady pelo
apoio, amor e carinho.
À Betina Minchin pelo amor e por muito me ajudar em meus estudos e vida.
Aos amigos Juracy e Beth Minchin pela amizade e carinho.
Ao governo brasileiro, em especial a Capes, pelo financiamento da bolsa de
mestrado.
Ao Prof. Msc Jéferson Moriconi (Universidade Estadual de Londrina) pela
amizade e por me apresentar a química analítica.
Ao Prof. Msc. Alexandre Fonseca pela amizade e colaboração com o
trabalho.
Ao Prof. Dr. Ivo M. R. Jr., Prof. Dr. Luiz Otávio e Élcio de Souza pela
colaboração com o trabalho.
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
vii
Aos amigos José Paulo Garcia Pedriali e Gustavo Garcia Cid por todo o
apoio.
Aos amigos José Henrique F. Gomes, Bruno Lomba, Diego Soutello, Diogo
Berbel, Lucas Niero, Luigi Picelli, Matheus Niero, Paulo Henrique Março, Pedro
Tozzoni, Rodolfo Carnelocce e Vinicius Kochinski pela amizade e
companheirismo.
Aos amigos do laboratório Rafael, Fabiano, Claudete, Eliane, Thiago,
Ismael, Daniel, Célio, Greice, Lorena, Anderson, Juliano, Aloísio, Marco, Matheus,
Kássio, Emerson, Camila, Sabrina, Odair, Claudia, Nívea, Ney, Juliana, Lucas e
Flávia.
Aos amigos e companheiros de república André, Aroldo, Bruno, Eduardo,
João Marcos, Heronides, Marcelo, Matias, José Paulo, Renato, Rodrigo e Rogério.
Ao amigo Natalício F. Leite (Instituto Tecnológico do Paraná) pela ajuda no
final do mestrado.
A todos os colegas e funcionários do Instituo de Química da Unicamp que,
direta ou indiretamente, contribuíram para a realização do trabalho. Em particular
à Bel (CPG) e aos amigos Marco, Paulo, Anderson, Pimpim, Manoel e Zé Luís.
A todos os cientistas que habitaram e habitam a terra, e com suas
inquietantes dúvidas, curiosidades e filosofias colaboram para a construção de um
mundo melhor.
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
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CURRICULUM VITAE
Mário Henrique Montazzolli Killner
Dados Pessoais
Filiação
Data de nascimento
Nacionalidade
Estado civil
E-mail
Formação Acadêmica
1- Graduação
Curso
Instituição
Período
2- Mestrado
Departamento
Título da dissertação
Instituição
Orientador
Período
Produção científica
1- Iniciação Científica
Local
Título
Orientador
Período
2- Participações em
Eventos
2.1- Título do evento
Local
Título do trabalho
Kátia Maria G. M. Killner e Isac Killner
15 de dezembro de 1982
Brasileira
Solteiro
mariokillner@hotmail.com
Bacharelado em Química
Universidade Estadual de Londrina
Março de 2000 a janeiro de 2004
Química Analítica
Desenvolvimento de um Sistema Voltamétrico
Microfluídico
Universidade estadual de Campinas
Jarbas José Rodrigues Rohwedder
Março de 2004 a outubro de 2007
Centro de Ciências Exatas, departamento de Química –
Universidade Estadual de Londrina
Avaliação da capacidade de pré-concentração de
cádmio pela biomassa fúngica do Pleurotus ostreatos
Prof. Msc Jéferson Moriconi
Junho de 2003 a janeiro de 2004
29ª Reunião da Sociedade Brasileira de Química
Águas de Lindóia, SP
Construção de um Microssistema Voltamétrico para
Análise em fluxo Empregando um Polímero a Base de
Poliuretana
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
ix
2.2- Título do evento
Local
Título do trabalho
2.3- Título do evento
Local
Título do trabalho
Experiência Profissional
Cargo
Função
Empresa
Período
28ª Reunião da Sociedade Brasileira de Química
Poços de Caldas, MG
Construção de um microssistema voltamétrico para
análise em fluxo
Encontro Nacional de Química Analítica
Campinas, SP
Avaliação de progênies, variedades e espécies do
gênero Coffea quanto ao teor de cafeína
Químico
Químico Analítico do laboratório de resíduos de
pesticidas
Instituto Tecnológico do Paraná – TECPAR
Junho de 2006 até data atual
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
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RESUMO
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA VOLTAMÉTRICO MICROFLUÍDICO
Mestrando: Mário Henrique Montazzolli Killner
Orientador: Jarbas José Rodrigues Rohwedder
O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema
voltamétrico microfluídico, de um potenciostato de baixo custo e de um programa
computacional para controle do potenciostato e aquisição de dados. O sistema
voltamétrico microfluídico foi confeccionado empregando dois fotopolímeros,
sendo um sólido e outro líquido. Foi também avaliado o uso de uma resina
acrílica. Técnica de litografia utilizando radiação UVA foi empregada para a
confecção dos protótipos. O fotopolímero líquido, a base de uretano-acrilato,
apresentou as melhores características como flexibilidade, fácil manuseio e boa
selagem dos canais analíticos. Estes canais foram confeccionados com largura de
600 µm e profundidade de 100 µm. O eletrodo de trabalho foi construído
empregando um fio de platina de 75 µm de diâmetro e 1,5 mm de comprimento.
Uma agulha de aço inox de 13 mm de comprimento e 0,45 mm de diâmetro foi
empregada como eletrodo auxiliar e um fio de prata de 600 µm de diâmetro e 2,0
mm de comprimento recoberto com cloreto de prata foi utilizado na construção do
eletrodo de referência. Os resultados de voltametria cíclica para soluções de
diferentes concentrações de FeK4(CN)6 obtidos utilizando o sistema desenvolvido
foram semelhantes àqueles obtidos empregando um potenciostato comercial. A
determinação de Pb(II) em uma amostra certificada (452,2 µg L-1) apresentou um
erro relativo de –3,9% e desvio relativo de 2,0% (n=3) empregando voltametria de
redissolução anódica com varredura de onda quadrada.
Construção de um sistema voltamétrico microfluídico
Dissertação de Mestrado - 2007
xi
ABSTRACT
DEVELOPMENT OF A MICROFLUIDIC VOLTAMMETRIC SYSTEM
Candidate: Mário Henrique Montazzolli Killner
Supervisor: Jarbas José Rodrigues RohwedderThe present work describes the development of a microfluidic
voltammetric system, a low cost potentiostat, and a software used for data
acquisition and control of the potentiostat. The microfluidic voltammetric system
was formed using two photopolymers, one solid and one liquid. In addition, the use
of an acrylic resin was evaluated. The photolitography using UVA radiation was
used for the fabrication of prototypes. The liquid polymer of urethane-acrylate
showed better characteristics such as flexibility, easy manipulation and good
sealing of the analytical channels. The analytical channels were 600 ?m width and
100 ?m depth. The work electrode was made of a platinum wire of 75 ?m of
diameter and 1,5 mm of length. A stainless steel needle 13 mm long and with 0,45
mm of diameter was employed as auxiliary electrode and a silver wire of 600 ?m
of diameter and 2,0 mm long covered with AgCl was employed as reference
electrode. The results obtained using Cyclic Voltammetry for solutions of different
concentrations of FeK4(CN)6 and the developed system were similar to those
obtained using a commercial potentiostat. The determination of Pb(II) in a
certificated sample of water (452,2 ?g L-1) showed a relative error of –3,9% and a
relative standard deviation of 2,0% (n=3) employing anodic stripping voltammetry
and square wave potential scan.
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ÍNDICE
xii
ÍNDICE
Índice de Figuras............................................................................................xv
Índice de Tabelas............................................................................................xx
Lista de Abreviaturas.....................................................................................xxi
I. INTRODUÇÃO..................................................................................................1
I.1 Microssistemas de Análise Total (µ-TAS)....................................................2
I.2 Materiais e Técnicas Utilizados na Construção dos µ-TAS.........................4
I.2.1 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em
Silício, Vidro ou Quartzo........................................................................5
I.2.1.1 Fotolitografia com Corrosão por via Úmida...................................5
I.2.1.2 Fotolitografia com Corrosão por via Seca.....................................7
I.2.2 Substratos a base de polímeros utilizados no desenvolvimento
dos µ-TAS..............................................................................................8
I.2.3 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em
Polímeros...............................................................................................9
I.2.3.1 Moldagem por Pressão a Quente................................................10
I.2.3.2 Moldagem por Injeção..................................................................11
I.2.3.3 Ablação a Laser...........................................................................11
I.3 Técnicas Eletroquímicas............................................................................13
I.3.1 Técnicas Voltamétricas........................................................................13
I.3.2 Técnicas de Pulso................................................................................14
I.3.3 Voltametria de Onda Quadrada (SWV)...............................................15
I.3.4 Técnicas de Redissolução Anôdica.....................................................16
I.3.5 Eletrodos..............................................................................................18
I.3.5.1 Eletrodos de Filme de Mercúrio (MFE)...................................................18
I.4 Microssistemas Eletroquímicos....................................................................19
II. OBJETIVOS..................................................................................................22
III. PARTE EXPERIMENTAL............................................................................23
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ÍNDICE
xiii
III.1 Reagentes e Soluções.............................................................................23
III.2 Instrumentação e Eletrodos.....................................................................24
III.2.1 Potenciostato.....................................................................................24
III.2.2 Eletrodos............................................................................................24
III.2.3 Avaliação do Potenciostato e do Ultramicroeletrodo de Platina.........25
III.2.3.1 Voltametria Cíclica.....................................................................25
III.2.3.2 Voltametria de Onda Quadrada.................................................26
III.3 Construção do Sistema Voltamétrico Microfluídico..................................27
III.3.1 Sistema Voltamétrico Microfluídico com Fotopolímero Líquido..........31
III.3.2 Avaliação dos sistemas voltamétricos microfluídicos.........................32
III.3.2.1 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído
com o Fotopolímero sólido........................................................32
III.3.2.2 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído
com o Fotopolímero líquido.......................................................32
III.4 Determinação de Pb em Águas Residuais empregando o
microssitema Voltamétrica desenvolvido................................................34
IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................35
IV.1 Instrumentação Eletroquímica Desenvolvida...........................................35
IV.1.1 Potenciostato.....................................................................................35
IV.1.2 Programa Computacional..................................................................38
IV.1.3 Avaliação da Instrumentação Desenvolvida......................................44
IV.1.3.1 Voltametria Cíclica.....................................................................44
IV.1.3.2 Voltametria de Redissolução Anódica com Varredura
de Onda Quadrada....................................................................48
IV.2 Construção dos Sistemas Voltamétricos Microfluídicos..........................50
IV.2.1 Construção do Sistema Voltamétricos Microfluídicos
Empregando Fotopolímero Sólido.....................................................51
IV.2.2 Resina Acrílica...................................................................................58
IV.2.3 Fotopolímero Líquido.........................................................................59
IV.3 Microscopia Eletrônica de Varredura dos Sistemas Confeccionados
com os Fotopolímeros Sólido e Líquido.................................................67
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ÍNDICE
xiv
IV.4 Determinação de Pb em Águas Residuais empregando o
Sistema Voltamétrico Microfluídico Desenvolvido..................................69
V. CONCLUSÕES.............................................................................................74
VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................76
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ÍNDICE DE FIGURAS
xv
ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura 1 – Elementos Básicos de um Microssistema de Análise Total.
Figura 2 – Fluxograma para a fotolitografia com corrosão por via úmida.
Detalhes no texto.
Figura 3 – Representação de canais formados através de processos: (a)
Anisotrópicos e (b) Isotrópicos .
Figura 4 - Técnica de prototipagem por pressão à quente: (a) Empregando fiometálico e (b) Empregando molde em silício.
Figura 5 - Processo de fabricação por ablação à laser.
Figura 6 – Formas dos sinais de onda mais comumente usados em
voltametria.
Figura 7 – (a) Forma de aplicação do potencial na Voltametria de Onda
Quadrada. (b) Sinais de corrente obtidos a partir da Voltametria Onda
Quadrada.
Figura 8 – Programa de Potencial para a Voltametria de Redissolução
Anódica para uma espécie eletroativa M+.
Figura 9 – Esquema da instrumentação utilizada na primeira etapa do
trabalho; A- Microcomputador, B- Interface ADC 8111, C- Potenciostato
construído e D- Célula eletroquímica contendo os eletrodos de trabalho
(WE), de referência (RE) e auxiliar (AE).
Figura 10 – Processo fotolitográfico utilizado na fabricação dos microcanais,
empregando os fotopolímeros .
Figura 11 – Vista superior da expositora UVA, com A- Sistema elétrico para
acionamento e alimentação das lâmpadas, B- Suporte em madeira para
delimitar a área de exposição do fotopolímero, C- Lâmpadas UVA e D- Mini
Exaustor.
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ÍNDICE DE FIGURAS
xvi
Figura 12 – Processo utilizado na fabricação dos microcanais com resina
acrílica.
Figura 13 – (A) Imagem do sistema voltamétrico confeccionado com o
fotopolímero Dupont®, onde: 1-Entrada para o canal analítico; 2- Saída para o
descarte; 3- entrada de eletrólito para o eletrodo de referência. PS-Junção
líquida do eletrodo referência. (B) Esquema mostrando a disposição dos
eletrodos no microssistema voltamétrico.
Figura 14 – Processo de confecção do sistema voltamétrico microfluídico
confeccionado e selado com fotopolímero líquido.
Figura 15 - Potenciostato desenvolvido, A a D- Amplificadores Operacionais
LF 356; CE- Célula Eletroquímica, onde, AE- eletrodo auxiliar, RE- eletrodo
de referência e WE- eletrodo de trabalho; CH- Chave analógica ADG 201ACJ.
Figura 16 – Esquema eletrônico utilizado para acionamento das válvulas
solenóides, RL1- Válvula solenóide e D1- Diodo de proteção (1N1117).
Figura 17 – Janela de controle para a técnica de Voltametria Cíclica.
Figura 18 – Janela de controle para a técnica de Voltametria de Redissolução
com Varredura de Onda Quadrada. A-) Corrente direta e reversa ; B-)
Corrente resultante.
Figura 19 – (A) Aplicação dos pulsos direto e reverso ao eletrodo de trabalho
durante uma Varredura de Onda Quadrada, onde: T = Período de aplicação
dos pulsos de potencial, h = amplitude dos pulsos e P = Amplitude da
escada de Potencial utilizada. (B) Leitura da corrente gerada na célula
eletroquímica durante a aplicação de dois pulsos consecutivos de potencial,
onde: ir = Corrente reversa e id = Corrente direta. A área sombreada mostra o
instante onde a razão iF/ic é máxima.
Figura 20 – Janela responsável pela Voltametria de Onda Quadrada, com a
sub-rotina utilizada para a análise da corrente gerada na célula eletroquímica
destacada em rosa.
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ÍNDICE DE FIGURAS
xvii
Figura 21 – Voltamograma de Onda Quadrada para 1,0 mg L-1 de Pb(II) e em
destaque, todos os valores de corrente amostrados no intervalo de -0,6 a -0,2
V.
Figura 22 – Visualização ampliada da região selecionada na Figura 21 para a
aplicação de 3 pulsos de potencial próximos ao pico de oxidação do Pb.
Figura 23 – Voltamogramas para a solução de FeK4(CN)6 em NaNO3 1,0 mol L-
1
. Potencial inicial e final 0,0 V potencial de inversão 0,8 V e velocidade de
varredura 25 mV s-1. A-) Sistema desenvolvido e B-) Sistema Comercial.
Figura 24 – Voltamogramas obtidos com o sistema desenvolvido após pré-
tratamento empregando o método de Alisamento com Média Móvel (n = 5).
Figura 25 – Curvas de resposta para os sistemas avaliados empregando a
mesma célula eletroquímica. Em (A) para o sistema comercial e em (B) para
o sistema proposto.
Figura 26 - Correntes de pico para a oxidação de Hg (0,5 V) depositado em
um ultramicroeletrodo de Pt com comprimento igual a 2,0 cm Vs tempo de
deposição.
Figura 27 - Voltametria de Redissolução Anôdica com Varredura de Onda
Quadrada para Cd(II), Pb(II) e Cu(II), obtidas para diferentes tempos de
deposição dos metais. A-) Com pré-deposição de filme de Hg em 0,1 V por
10 s e posterior redução dos metais em -0,8 V. B-) deposição simultânea dos
metais e filme de Hg em –0,8 V. Soluções dos metais 12 mg L-1. Solução de
Hg(II) 1,0.10-3 mol L-1.
Figura 28 – Primeiro projeto proposto para a microcélula voltamétrica, onde:
� largura do canal analítico 600 µµµµm e � largura do canal do eletrodo de
referência ( ponte salina) 150 µµµµm.
Figura 29 – A- Esquema da primeira microcélula voltamétrica fotogerada.
Onde : 1,2-) Agulhas de aço-inox para entrada das soluções no canal
analítico e descarte, respectivamente; 3-) Agulha de aço-inox responsável
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ÍNDICE DE FIGURAS
xviii
pela entrada de solução de KCl no compartimento do RE; PS-) Ponte salina;
WE-) Eletrodo de trabalho; AE-) Eletrodo auxiliar. B-Esquema mostrando a
introdução dos eletrodos na microcélula voltamétrica preparada em
Fotopolímero sólido.
Figura 30 – Segundo projeto para a microcélula voltamétrica com redução
das dimensões do reservatório do RE. As demais dimensões são as mesmas
discutidas na Figura 29.
Figura 31 – Terceiro projeto para a microcélula voltamétrica. Neste caso o
reservatório do ER e o canal da ponte salina foram dispostos em uma
inclinação de 45°. As demais dimensões são as mesmas discutidas na
Figura 29.
Figura 32 – Voltamogramas de Redissolução Anódica com SWV para Pb(II).
Corrente de pico de oxidação Vs Tempo de deposição.
Figura 33 – Esquema do projeto empregado para a confecção do sistema
voltamétrico microfluídico empregando o fotopolímero líquido 1- Agulha de
aço-inox para introdução de solução de eletrólito suporte ou de tampão. 2 e
3- Agulhas de aço-inox para introdução de amostra ou soluções padrão 4-
Agulha de aço-inox utilizada para introdução de KCl no reservatório do
eletrodo de referência. 5-Fio de Nylon, 6-Fio de platina (WE), 7- Fio de prata
recoberto com AgCl. 8- agulha de aço-inox empregada como eletrodo
auxiliar para o descarte das soluções. 9- Canal empregado como ponte
salina (PS). 10- Abertura laterais para a introdução dos eletrodos. C-
comprimento do eletrodo de trabalho.
Figura 34 – Sistema voltamétrico microfluídico confeccionada com o
fotopolímero M50-LBS. Onde: WE- Eletrodo de trabalho; RE- Eletrodo de
referência; 1- Entrada do canal analítico; 2- Canal da amostra; 3- Entrada da
solução de KCl para o ER; 4- AE e descarte; 5- Fio de nylon para fechar
canais laterais onde foi inserido o WE.
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ÍNDICE DE FIGURAS
xix
Figura 35 – Voltamogramas cíclicos para a solução FeK4(CN)6 concentração
entre 0,5 a 2,0 mmol L-1 contendo NaNO3 1 mol L-1 empregando o sistema
voltamétrico microfluídico confeccionado com o fotopolímero líquido.
Figura 36 – Voltamogramas Cíclicos para o sistema confeccionado e selada
com o fotopolímero M50-LBS, onde a concentração de FeK4(CN)6 variou de
0,5 a 2,0 mmol L-1, após processamento matemático “smoothing” no
programa computacional OriginLab 6.0.
Figura 37 – Curva analítica construída com os voltamogramas da Figura 36.
Figura 38 – Curva da corrente de pico para a oxidação do filme de Hg
utilizando Voltametria de Redissolução Anôdica com Varredura de Onda
Quadrada, para o sistema desenvolvido com o fotopolímero M50-LBS.
Figura 39 - Voltamogramas de Redissolução Anôdica com Varredura de
Onda Quadrada a- Pb(II) e b- Cd(II). Potencial de depósito -0,8 V. Tempo de
depósito 480 seg.
Figura 40 – MEV para os sistemas confeccionados, (a) Microcanais formados
no fotopolímero sólido e (b) Microcanais formados no fotopolímerolíquido.
Figura 41 – MEV para o sistema confeccionado e selado empregando o
fotopolímero líquido A e B- Imagem da placa da região próxima a ponte
salina ante da selagem do sistema. C- Imagem mostrando um corte
transversal do canal analítico após a selagem.
Figura 42 – Esquema de fluxo utilizado para a determinação de Pb(II)
empregando o sistema voltamétrico microfluídico BP- Bomba Peristáltica.
CI- solução tampão acetato. CII- amostra com tampão acetato e Hg(II) CIII-
solução de KCl. BS I, BS II e BS III- Válvulas solenóides.
Figura 43 – Voltamogramas de SWASV obtidos para análise de Pb(II) para
amostra certificada pelo método de adição de padrão.
Figura 44 – Curva de adição padrão para a determinação de Pb(II) em
amostra certificada empregando o sistema voltamétrico microfluídico.
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ÍNDICE DE TABELAS
xx
ÍNDICE DE TABELAS.
Tabela 1 - Equações das curvas de calibração dos voltamogramas
apresentados na Figura 27. i(A) corrente de pico em ampéres. Tdes(s) tempo
de depósito em Segundos.
Tabela 2 – Equações e parâmetros analíticos que descrevem a curva
analítica estudada para os dois metais, extraídas da Figura39.
Tabela 3 – Resultado para a determinação de Pb(II) na amostra certificada
G1A003-04 do programa de ensaios proficiência do Senai. Valor certificado
452,2 �g L-1.
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LISTA DE ABREVIATURAS
xxi
LISTA DE ABREVIATURAS
- A/D: Conversor analógico/digital.
- a: Altura da escada de potencial.
- AA: Absorção Atômica.
- AE: Eletrodo auxiliar.
- ASV: Voltametria de redissolução anódica.
- cc: Corrente contínua.
- CV: Voltametria cíclica.
- D/A: Conversor digital/analógico.
- DME: Eletrodo gotejante de mercúrio.
- Eapl: Potencial aplicado.
- GFAAS: Espectrometria de absorção atômica com forno de grafite.
- HDME: Eletrodo de gota pendente de mercúrio.
- ICP OES: Espectrometria de emissão óptica em plasma indutivamente
acoplado.
- LD: Limite de detecção.
- LIGA: Litografia, galvanoplastia e moldagem.
- MEV: Microscopia eletrônica de varredura.
- MFE: Eletrodo de filme de mercúrio.
- PMMA: Polimetil metacrilato.
- RE: Eletrodo de referência.
- SWASV: Voltametria de redissolução anódica com varredura de onda
quadrada.
- SWV: Voltametria de onda quadrada.
- t: Período.
- TAS: Sistemas de análise total.
- tdep: Tempo de depósito.
- TNT: Trinitrotolueno.
- TTL: Lógica transistor-transistor.
- UME: Ultramicroeletrodo.
- UV: Radiação Ultravioleta.
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LISTA DE ABREVIATURAS
xxii
- UVA: Radiação ultravioleta compreendida entre 320-400 nm.
- WE: Eletrodo de trabalho.
- ∆∆∆∆Es: Incremento de potencial.
- µµµµTAS: Microssistemas de análise total.
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______INTRODUÇÃO
1
I. INTRODUÇÃO
O grande desenvolvimento tecnológico ocorrido nas últimas décadas trouxe
a necessidade de um controle cada vez mais rigoroso dos recursos naturais, tais
como solos, rios, lagos, entre outros, devido ao grande aumento de resíduos
industriais descartados no meio ambiente.
Dentre os efluentes industriais de maior toxicidade os íons metálicos tóxicos
merecem especial atenção, devido à sua ampla utilização e por apresentarem
características tais como:
- Grande potencial tóxico até mesmo em baixas concentrações, como por
exemplo, Cd, Pb e Hg.
- São biologicamente não degradáveis.
- Podem acumular-se em solos, sedimentos e plantas, além de outros
organismos vivos, sendo transportados por águas naturais (rios, lagos,
lençóis freáticos e águas marinhas) e até mesmo na atmosfera, através
de material particulado [1].
- Podem danificar toda e qualquer atividade biológica. Por exemplo, todos
os sistemas enzimáticos são potencialmente susceptíveis aos íons
metálicos tóxicos [2].
Tais características mostram a necessidade do desenvolvimento de
técnicas e instrumentos analíticos simples, rápidos, de baixo custo e capazes de
monitorarem in situ a disposição dos íons metálicos na natureza, bem como o
descarte de resíduos industriais, visto que a análise destes metais em águas
naturais são normalmente realizadas com técnicas espectroscópicas tais como
absorção atômica (AA), ICP OES e fluorimetria, que apresentam alto custo de
instrumentação e requerem um maior tempo de análise por necessitarem dos
procedimentos de coleta e envio da amostra ao laboratório para as análises, além
da necessidade de mão de obra especializada [1,3,4].
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______INTRODUÇÃO
2
I.1 Microssistemas de Análise Total (µµµµ-TAS)
O interesse pelo monitoramento contínuo de um parâmetro químico,
usualmente a concentração de uma espécie química cresce continuamente.
No entanto a espécie química de interesse é geralmente acompanhada de
espécies interferentes que dificultam o seu estudo direto, devido à inexistência de
um sensor químico específico ideal, insensível à presença de interferentes. Com o
intuito de sanar este problema analítico foi introduzido o conceito de Sistema de
Análise Total (TAS, sigla do inglês “Total Analysis System”), que é um sistema
capaz de periodicamente transformar uma informação química em informação
eletrônica, além de executar etapas de amostragem, transporte da amostra,
qualquer reação química necessária à análise ou mesmo separações
cromatográficas a fim de minimizar os efeitos causados por espécies interferentes
na análise [5].
Com tudo, o desenvolvimento da microeletrônica moderna possibilitou o
aparecimento de uma nova classe de sistemas de análise em uma escala
micrométrica, os chamados Microssistemas de Análise Total (µ-TAS). Estes
sistemas microfluídicos incorporam os componentes fundamentais e as
funcionalidades de um instrumento típico de laboratório em um pequeno chip,
similar a um circuito integrado, funcionando como um sistema de análise e sendo
ainda capaz de executar procedimentos prévios com a amostra próximo ao local
da medida [5-7].
A miniaturização de Sistemas de Análise Total para o desenvolvimento dos
chamados Microssistemas de Análise Total têm crescido continuamente [10],
desde o aparecimento dos primeiros sistemas microfluídicos como o analisador
por cromatografia gasosa confeccionado em silicone na Universidade de Stanford
em 1979 e a impressora ink-jet fabricada pela IBM também em 1979 [8,9,11].
No entanto, somente no início da década de 90 foi introduzido no meio
acadêmico o conceito de microssistema de análise total pela publicação do
trabalho de Manz et al na Revista Sensors and Actuators [5,8,12].
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______INTRODUÇÃO
3
A idéia da criação dos µ-TAS foi possível não somente pelos avanços na
fabricação dos microcanais (microfluídica), mas também pelos avanços da
microeletrônica e pelo desenvolvimento das microbombas piezoelétricas e
microválvulas. Estes avanços possibilitam a integração destes dispositivos com os
sensores químicos formando um completo microssistema para análises químicas,
podendo ser dividido em quatro subsistemas interligados, a unidade de
amostragem, a unidade microfluídica, o sistema de detecção e o sistema
eletrônico de controle (Figura 1) [13].
Figura 1 – Elementos Básicos de um Microssistema de Análise Total.
O uso dos µ-TAS oferece diversas vantagens, tais como a diminuição de
custos de instrumentação, possibilidade do desenvolvimento de instrumentos
portáteis para uso em campo, baixo consumo de reagentes e amostra com
conseqüente diminuição de resíduos, além do aumento da velocidade analítica
[14]. Tais características possibilitam suas aplicações em diversas áreas doconhecimento, incluindo diagnósticos clínicos, monitoramento ambiental ou
mesmo investigações forenses [15,16].
Pré-
tratamento
da
amostra
Micro-
Fluídica
Detectores
Controle Eletrônico / processamento do Sinal
Entrada da
Amostra
Saída do
Sinal
Micro Sistema de Análise Total (µ-TAS)
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______INTRODUÇÃO
4
No desenvolvimento dos µ-TAS, o primeiro desafio encontrado refere-se ao
material que irá constituir o sistema, já que para tal, o material deve ser inerte às
condições de análise além de apresentar propriedades adequadas à técnica de
aplicação, tais como: adsorção molecular (para técnicas de pré-concentração),
mobilidade do fluxo eletroosmótico e carga superficial (para técnicas de
eletroforese capilar), propriedades óticas (para espectroscopia), além de muitas
outras, referentes à sua aplicação [1].
I.2 Materiais e Técnicas Utilizados na Construção dos µµµµ-TAS
Desde o início da década de 90, uma série de materiais e técnicas de
fabricação vem sendo estudados para o desenvolvimento dos µ-TAS. A confecção
dos primeiros protótipos foi realizada em chapas de silício, utilizando técnicas de
fabricação empregadas na microeletrônica (técnicas comumente chamadas de
“micromachining”) [6], baseadas na fotolitografia padrão e corrosão via úmida ou
via seca para a produção de microcanais em um substrato plano.
No entanto, pelo fato do silício apresentar uma baixa condutividade,
necessária para o provimento do fluxo eletroosmótico em eletroforese capilar
(primeira grande técnica de interesse na história dos µ-TAS), iniciou-se a busca de
novos substratos para o desenvolvimento destes sistemas tais como vidros ou
quartzo. No início a principal vantagem destes materiais foi a possibilidade de
manter o uso das mesmas técnicas, já bem estabelecidas, de corrosão via úmida
[12]. Por outro lado, estes materiais não se mostram apropriados para as
necessidades da química analítica moderna, já que dependem de técnicas de
fabricação relativamente complexas, de alto custo e dominados pelos países com
industria microeletrônica avançada. Assim, iniciou-se um processo pela busca de
novos materiais e de novas técnicas para a fabricação de µ-TAS. Neste sentido
substratos à base de polímeros mostram-se uma alternativa promissora, uma vez
que tais materiais cumprem muitas das exigências necessárias para a fabricação
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______INTRODUÇÃO
5
de microssistemas, além possuírem baixo custo e possuírem técnicas de
fabricação relativamente simples [17,18].
I.2.1 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em Silício,
Vidro ou Quartzo
As técnicas de microfabricação para sistemas confeccionados em silício,
vidro ou quartzo são basicamente as mesmas daquelas aplicadas na construção
de circuitos integrados denominadas de micromachining, ou seja, emprega a
fotolitografia com corrosão por via úmida ou fotolitografia com corrosão por via
seca, sendo que a primeira é a mais utilizada.
I.2.1.1 Fotolitografia com Corrosão por via Úmida
A fotolitografia com corrosão por via úmida (Figura 2) é composta
basicamente por duas etapas, a etapa fotolitográfica, onde é feita a delimitação de
áreas no material a fim de orientar a corrosão, e a etapa de corrosão propriamente
dita, responsável pela formação dos canais.
Primeiramente é feito um tratamento (polimento) na superfície do substrato
(silício, vidro ou quartzo, representado na Figura 2(a)) para posterior deposição de
uma camada metálica extremamente fina, com poucas centenas de angstrons
(Figura 2(b)), normalmente realizada por oxidação térmica, deposição de vapor
químico ou mesmo sputtering. Em seguida um fotoresiste (polímero fotossensível)
é espalhado sobre a camada metálica por spin coating (Figura 2(c)).
Então o conjunto substrato/suporte metálico/fotoresiste (Figura 2(d)) é
exposto à radiação para a fotopolimerização do fotoresiste. A área que será
fotopolimerizada é definida por uma máscara colocada entre a fonte de radiação e
o fotoresiste, a qual é opaca à radiação em áreas pré-determinadas por algum tipo
de impressão. Com isso, áreas do fotoresiste onde não houve exposição à
radiação não são fotopolimerizadas e removidas com auxílio de um solvente
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______INTRODUÇÃO
6
adequado (Figura 2(e)). Este procedimento expõe o filme metálico deixando-o
susceptível a ataque ácido, cuja geometria é idêntica à máscara utilizada.
Assim, após a remoção do filme metálico por ataque ácido, o substrato
(silício, vidro ou quartzo) é exposto (Figura 2(f)). Então, o fotoresiste polimerizado
é retirado com o uso de um novo solvente adequado (Figura 2(g)) e agora o
conjunto é imerso em ácido fluorídrico causando a formação de canais fiéis à
geometria da máscara (Figura 2(h)). Com a retirada do suporte metálico
remanescente, resta somente o substrato com os canais gravados em sua
superfície (Figura 2(i)).
Figura 2 – Fluxograma para a fotolitografia com corrosão por via úmida. Detalhes no
texto.
Os canais gravados no substrato, através da corrosão por via úmida ou
mesmo por via seca, podem possuir duas geometrias distintas, dependentes
intimamente do modo que se dá a corrosão no material. Se a corrosão processa-
se de forma uniforme, com uma velocidade de corrosão uniforme em todas as
direções do material temos um processo isotrópico, que desenvolve canais com
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______INTRODUÇÃO
7
perfis mais arredondados no material. Do contrário, quando a corrosão através do
material não apresenta uma cinética semelhante em todas as direções temos um
processo anisotrópico que é caracterizado por produzir no material perfis mais
agudos e variados, dependentes agora principalmente da cristalografia do material
e da composição da solução corrosiva. Na Figura 3 são apresentados dois canais,
o primeiro formado através de processos anisotrópicos (Figura 3(a)) e o segundo
por processos isotrópicos (Figura 3(b)) [19].
Figura 3 – Representação de canais formados através de processos:
(a)Anisotrópicos e (b) Isotrópicos.
I.2.1.2 Fotolitografia com Corrosão por via Seca
A fotolitografia com corrosão por via seca, diferencia-se da fotolitografia
com corrosão por via úmida apenas na etapa de formação dos canais no
substrato. Neste caso, o ataque por ácido fluorídrico é substituído por um plasma
ou pelo bombardeamento de íons nas regiões do substrato previamente definidas
pela máscara após a remoção do fotoresiste e do filme metálico.
Máscara
Ataque lento ao
Plano cristalino
(a) Processo Anisotrópico (b) Processo Isotrópico
Máscara
Ataque lento ao
Plano cristalino
(a) Processo Anisotrópico (b) Processo Isotrópico
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______INTRODUÇÃO
8
Neste caso, o ataque da superfície do substrato pode ocorrer por processo
físico ou químico, através do bombardeamento de íons ou de reações químicas
com espécies reativas presentes no plasma, respectivamente, ou por uma
combinação dos dois processos dependendo das condições de operação [19].
De uma maneira geral, estas técnicas permitem obter canais com melhores
aspectos do que aqueles obtidos por corrosão por via úmida. Entretanto, tais
técnicas são inúmeras vezes mais complexas, além de utilizar equipamentos
sofisticados e de alto custo e inviável para muitos laboratórios, principalmente
aqueles que desejam fabricar dispositivos descartáveis em pequena escala.
Por ser de menor custo e exigir condições mais simples de trabalho, a
técnica de corrosão via úmida é preferível em relação a de corrosão via seca
quando não são necessários canais comdimensões sub-micrométricas.
I.2.2 Substratos a base de polímeros utilizados no desenvolvimento dos
µµµµ-TAS
Os substratos poliméricos vêm, a cada ano, ganhando espaço antes
destinado apenas ao silício, vidro e quartzo para a confecção dos µ-TAS,
principalmente por apresentarem característica como:
- Os substratos poliméricos usados na confecção de microcanais possuem
custos menores que quartzo e silício.
- Os processos de fabricação de microcanais em substratos como silício,
vidro e quartzo requerem etapas adicionais e mais complexas que aquelas
necessárias para substratos poliméricos, o que dificultam sua industrialização.
- Sistemas confeccionados em vidro e quartzo possuem limitações
geométricas devido a isotropicidade dos processos de corrosão, permitindo
apenas a confecção de microcanais rasos e semicirculares (na realidade pode-se
obter canais diferentes em silício, através de processos de corrosão via seca, no
entanto haveria um aumento significativo no custo).
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______INTRODUÇÃO
9
- A química superficial do silício não é favorável a sua implementação em
sistemas que irão trabalhar com biomoléculas devido ao aparecimento de ligações
envolvendo o silício e grupos funcionais destas moléculas.
Tais fatores reforçam a idéia de implementação de substratos poliméricos
para a confecção dos µ-TAS, já que além de possuírem um custo menor e
processos de fabricação mais simples, atualmente existem inúmeras classes de
polímeros que se diferenciam em suas propriedades mecânicas, características
óticas, estabilidade térmica, resistência química, biodegradabilidade entre outras.
Isto pode levar a escolha de um polímero que seja ideal para uma determinada
aplicação, favorecendo a produção de µ-TAS e sua comercialização [12,20].
A escolha de um polímero adequado para a construção de um microssistema
deve focar-se principalmente na aplicação a que se destina o sistema e não nas
técnicas de fabricação que estão atualmente disponíveis.
I.2.3 Técnicas Empregadas na Fabricação de Microssistemas em Polímeros
As técnicas de fabricação de microcanais em polímeros podem ser
divididas basicamente em dois grupos, os métodos de replicação para fabricação
em larga escala e as técnicas de fabricação série/individual para a confecção de
protótipos.
A fabricação de microcanais por técnicas de replicação consistem
basicamente na introdução de um substrato polimérico em um molde metálico pré-
confeccionado por alguma técnica fotolitografica, onde se obtêm após algum
determinado processo físico a quente, a formação de estruturas no substrato fiéis
ao molde. Tais técnicas de fabricação são possibilitadas devido à baixa
temperatura de transição vítrea desses materiais que está geralmente na faixa de
120 a 180°C [18].
As duas técnicas de replicação mais usadas para a confecção de
microssistemas poliméricos são Moldagem por Pressão a Quente e a Moldagem
por Injeção, além disso é também utilizada a técnica de Ablação a Laser.
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______INTRODUÇÃO
10
I.2.3.1 Moldagem por Pressão a Quente
A Moldagem por Pressão a Quente (Figura 4) consiste basicamente na
elevação da temperatura (temperatura próxima a temperatura de transição vítrea
do polímero em questão) juntamente com aplicação de pressão ao conjunto
formado pelo substrato polimérico e um layout que contem o molde dos canais em
alto relevo, previamente confeccionado na forma de um sanduíche sustentado por
duas placas, até a formação de estruturas no substrato polimérico fiéis ao molde.
O layout normalmente utilizado nesta técnica pode ser tanto um fio metálico
de pequeno diâmetro (Figura 4(a)), possuindo a geometria desejada para os
futuros microcanais poliméricos, como um molde construído em silício ou quartzo
(Figura 4(b)) [21,22], através de uma das técnicas de fotolitografia descritas
anteriormente. Os microcanais obtidos por uma das duas técnicas reproduzem
muito bem as estruturas utilizadas como moldes e apresentam baixa rugosidade
nas paredes. Entretanto, esta técnica só pode ser aplicada à polímeros rígidos
como PMMA (polimetil metacrilato), o que inviabiliza a construção de dispositivos
em elastômeros.
Figura 4 - Técnica de prototipagem por pressão a quente:
(a) Empregando fio metálico e (b) Empregando molde em silício.
PRESSÃO PRESSÃO
Fio Metálico
Placas de Suporte
Substrato Polimérico
Fio Metálico
Molde em Si ou Quartzo
Microcanais Foramados
(a) (b)
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______INTRODUÇÃO
11
I.2.3.2 Moldagem por Injeção
A técnica de fabricação de microcanais em substratos poliméricos através
da Moldagem por Injeção pode ser vista de maneira semelhante à de Moldagem
por Pressão a Quente. As duas técnicas diferenciam-se apenas pelo fato de que
na técnica de Moldagem por Injeção, o substrato é aquecido até apresentar-se em
uma forma líquida, menos viscosa para que possa então ser injetado em uma
câmara que contém o molde.
Após a etapa de polimerização, a câmara é resfriada e o molde é separado
do polímero obtendo-se, desta forma, os canais gravados sobre o polímero sólido.
Novamente, podem-se utilizar moldes de silício para a confecção de
microssistemas por esta técnica. Entretanto, se estruturas com melhor razão de
aspecto são desejadas, deve-se utilizar um molde metálico, usualmente de níquel
eletrodepositado sobre silício, construído a partir do chamado processo LIGA
(Litografie, Galvanoformung, and Abformung, do alemão, Litografia,
Galvanoplastia, e Moldagem) [23].
A técnica de moldagem por injeção permite obter sistemas em materiais
poliméricos rígidos ou mesmo em elastômeros desde que uma resina líquida
destes materiais esteja disponível e seja relativamente fácil de polimerizar. No
entanto, como qualquer processo de replicação por moldes, a razão de aspecto e
a rugosidade das paredes dos canais estão intimamente relacionadas com a
qualidade do molde construído e, como visto, um molde de ótima qualidade é
muitas vezes obtido por um processo complexo, com um custo significativo e
indisponível para a maioria dos centros de pesquisa.
I.2.3.3 Ablação a Laser
No processo de confecção de microcanais poliméricos por ablação à laser
[20] a luz pulsada de um laser operando na região do UV é absorvida por um curto
espaço de tempo pelo substrato polimérico, com concomitantes transições
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______INTRODUÇÃO
12
eletrônicas do estado singlete simples para o primeiro estado singlete excitado,
causando a quebra da ligação de longas cadeias de moléculas do polímero e
ondas de choque que ejetam fragmentos decompostos do polímero, deixando
assim, cavidades fotogeradas no mesmo.
Assim, com a utilização de uma máscara usualmente construída em quartzo
recoberto com cromo, para delimitar as regiões onde o material será retirado
(Figura 5), obtêm-se microcanais no substrato polimérico com uma boa razão de
aspecto, produzindo estruturas com profundidade de até 37 µm.
Figura 5 - Processo de fabricação por ablação à laser.
No entanto, a técnica não é muito simples e nem mesmo de baixo custo, o
que pode dificultar a sua aplicação em pequena escala. Além disso, os canais
apresentam, usualmente, rugosidade maior do que aqueles confeccionados por
técnicas de moldagem. Porem, a técnica possui uma gama maior de aplicação,
para diversos polímeros como: poliestireno, nitrocelulose, poli metil-metacrilato
(PMMA), poli(etileno tereftalato) e poli(tetrafluoroetileno).
Ablação
Material
Máscara
Fótons de Laser
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______INTRODUÇÃO
13
I.3 Técnicas Eletroquímicas
Outroimportante fator a ser considerado durante o projeto de
desenvolvimento dos µ-TAS é a técnica analítica de detecção que será utilizada.
Neste contexto, os métodos eletroquímicos mostram-se promissores para
miniaturização, uma vez que em muitos casos já possuem uma microtecnologia de
fabricação bem estabelecida e de baixo custo [24].
As técnicas eletroquímicas possibilitam o estabelecimento de relações
diretas entre a concentração do analito e alguma propriedade elétrica, como
corrente, potencial ou resistência, os quais são de fácil acessibilidade
experimental facilitando também a miniaturização dos circuitos eletrônicos e a sua
adaptabilidade ao sistema de análise.
Outras importantes vantagens inerentes às técnicas eletroanalíticas são a
simplicidade e baixo custo de instrumentação, alta seletividade e velocidade
analítica, possibilidade de dispensar em alguns casos o pré-tratamento da amostra
[25,26,27], além de possuírem uma instrumentação portátil já desenvolvida com
baixo consumo de energia. Tais vantagens tornam a eletroquímica uma
ferramenta poderosa para o desenvolvimento de µ-TAS [24,28].
I.3.1 Técnicas Voltamétricas
A voltametria desenvolveu-se a partir da polarografia, tipo particular de
voltametria onde se utilizam gotas de mercúrio metálico como eletrodo de
trabalho, a qual foi descoberta no início de 1920 [28].
As técnicas voltamétricas baseiam-se na medida de corrente em função do
potencial aplicado em uma célula eletroquímica.
Uma célula eletroquímica voltamétrica usual é composta por três eletrodos
imersos em uma solução contendo o analito e um excesso de eletrólito não
redutível ou oxidável na faixa de potencial empregada na medida. Os três
eletrodos dividem-se em:
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______INTRODUÇÃO
14
- Eletrodo de Trabalho: possui dimensões pequenas no intuito de
aumentar suas tendências a tornar-se polarizado e cujo potencial varia de
forma controlada, a fim de que nele desenvolvam-se as reações
eletroquímicas desejadas.
- Eletrodo de Referência: deve manter um potencial fixo durante o
experimento, geralmente preparado utilizando compostos como Ag/AgCl ou
calomelano (Hg2Cl2).
- Eletrodo Auxiliar: responsável pela condução de corrente entre a
fonte geradora de sinal e o eletrodo de trabalho.
As técnicas voltamétricas diferenciam-se pelo tipo de sinal de excitação
(forma de aplicação da diferença de potencial na célula eletroquímica), os quais
geram uma resposta de corrente característica à técnica utilizada. Dentre os sinais
de excitação mais comumente utilizados em voltametria destacam-se a Varredura
Linear, Varredura de Pulso Diferencial, Varredura de Onda Quadrada e Varredura
de Onda Triangular, que têm suas formas de excitação mostradas na Figura 6
[28].
I.3.2 Técnicas de Pulso
As técnicas de pulso são baseadas na cronoamperometria, ou seja, a
medida da corrente em função do tempo de aplicação de um pulso de potencial.
As características da corrente medida estão relacionadas com as variáveis
experimentais que regem o processo, como a largura e amplitude dos pulsos de
potencial aplicados, bem como a seqüência em que os mesmos são executados.
O aprimoramento e uso em rotina das técnicas de pulso só foram possíveis
pelo desenvolvimento da eletrônica baseada em circuitos integrados e da indústria
da informática, que propiciou o interfaceamento dos sistemas eletroquímicos a
microcomputadores. Este fato permitiu o controle digital da aplicação do potencial
imposto aos eletrodos e a programação de uma seqüência de aplicação de pulsos
de potencial sincronizados à amostragem de corrente, garantindo o
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______INTRODUÇÃO
15
desenvolvimento de novas técnicas de pulso, como a Voltametria de Pulso
Diferencial e a Voltametria de Onda Quadrada [29].
Figura 6 – Formas dos sinais de onda mais comumente usados
em voltametria.
I.3.3 Voltametria de Onda Quadrada (SWV)
A aplicação de técnicas de pulso contribui para o decréscimo do valor da
corrente capacitiva, em especial a Voltametria de Onda Quadrada (Square Wave
Voltammetry, SWV), que vem a oferecer vantagens adicionais à técnica, como
aumento da velocidade de varredura de potencial, sensibilidade analítica e uma
menor dependência à corrente de fundo, como por exemplo, proveniente da
presença de oxigênio dissolvido [30].
Forma de OndaNome Tipo de Voltametria
Varredura
Linear
Pulso
Diferencial
Onda
Quadrada
Triangular
(a)
(d)
(c)
(b)
Voltametria de
Onda Quadrada
Voltametria de
Varredura Linear
Voltametria de
Pulso Diferencial
Voltametria
Cíclica
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______INTRODUÇÃO
16
A forma do sinal analítico (corrente) obtido na SWV é consequência da
sobreposição de pulsos de potencial diretos e reversos (Figura 7(a)) de altura a,
sobre uma escada de potencial com largura ∆∆∆∆Es (incremento de potencial) e
duração 2t (período). As medidas de corrente são feitas no final dos pulsos diretos
e reversos e o sinal analítico resultante, diferença entre as duas correntes
medidas, é proporcional a concentração do analito. O pico voltamétrico resultante
apresenta posição, largura e altura características do tipo de sistema redox
avaliado. A curva da corrente obtida é o resultado da diferença entre os valores de
corrente obtidos no pulso direto e reverso, como mostra a Figura 7(b) [25,26].
Figura 7 – (I) Forma de aplicação do potencial na Voltametria de Onda
Quadrada. (II) Sinaisl de corrente obtidos a partir da Voltametria Onda
Quadrada.
I.3.4 Técnicas de Redissolução Anôdica
Os métodos de redissolução compreendem uma variedade de
procedimentos eletroquímicos que têm em comum a etapa inicial de pré-
deposição da espécie eletroativa de interesse [28].
2 t
∆E
s
a
E
Tempo Potencial
Co
rr
en
te
I II
Resultante
direta
reversa
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______INTRODUÇÃO
17
Nas técnicas de redissolução, o analito presente na solução é depositado
no eletrodo de trabalho (WE) por um determinado tempo, conhecido como tempo
de depósito (tdep), medido com precisão em um determinado potencial (Eapl), com o
objetivo de pré-concentrar a espécie de interesse. Depois desse período, o valor
de corrente é medido durante a etapa de redissolução do analito através de uma
varredura de potencial.
Devido a esta etapa de pré-concentração, os métodos de redissolução
possuem limites de detecção menores que os procedimentos voltamétricos
clássicos [28,31].
Nos métodos de Voltametria com Redissolução Anódica (ASV), o WE
comporta-se como o cátodo durante a etapa de deposição do analito e como
ânodo durante a etapa de redissolução do analito, quando o analito é então
oxidado à sua forma original.
A Figura 8 ilustra a forma de aplicação de potencial na superfície de um
WE durante a técnica de redissolução anódica para uma espécie eletroativa
representada por M+.
Figura 8 – Programa de Potencial para a Voltametria de Redissolução
Anódica para uma espécie eletroativa M+.
tdepEapl
Tempo
( - )
( + )
Deposição
M+ + e- M
Redissolução
M M+ + e-
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______INTRODUÇÃO
18
A Voltametria de Redissolução Anódica tem se mostrado uma técnica
efetiva para a determinação de metais em baixa concentração, possibilitando,
quando combinada com a técnica de SWV, outras vantagens como: ganho de
sensibilidade, menores tempos de pré-deposição, maior discriminação da corrente
de fundo, além de limites de detecção na ordem de sub µg L-1 [28,31,32,33].
I.3.5 Eletrodos
Desde a descoberta da voltametria até décadas seguintes, o mercúriofoi
utilizado como principal material para a construção dos eletrodos de trabalho,
primeiramente na forma de eletrodo gotejante de mercúrio (DME) e posteriormente
na forma de eletrodo de gota pendente de mercúrio (HDME). O seu largo uso deu-
se principalmente devido às vantagens alcançadas pela utilização do mesmo, tais
como, sua ampla faixa de trabalho para potenciais negativos em conseqüência do
alto valor de sobrevoltagem ao hidrogênio, a reversibilidade para a deposição de
vários metais em sua superfície e a regeneração de sua superfície [28,34].
No entanto, devido a sua toxidade, o uso do mercúrio metálico em
procedimentos voltamétricos vem sendo diminuído, sendo substituído por novos
materiais como o carbono vítreo, grafite pirolítico e metais inertes como platina e
ouro. Estes materiais podem apresentar características semelhantes as do
mercúrio metálico quando revestidos por um filme fino de mercúrio
eletrodepositado, formando os chamados Eletrodos de Filme de Mercúrio (MFE).
I.3.5.1 Eletrodos de Filme de Mercúrio (MFE)
Os eletrodos de filme de mercúrio podem ser preparados facilmente pelo
depósito de um filme fino de mercúrio metálico sobre um substrato inerte. Os MFE
apresentam algumas característica vantajosas em relação aos eletrodos clássicos
de mercúrio metálico, tais como: podem ser confeccionados em um tamanho
razoavelmente pequeno (dimensões de UME), apresentam uma maior razão
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______INTRODUÇÃO
19
superfície/volume, são mecanicamente mais estáveis, apresentam uma grande
versatilidade para novas geometrias de confecção de células eletroquímicas e
para a modificação química de sua superfície, além de requererem um mínimo
dispêndio de tempo para sua preparação e uma quantia mínima de mercúrio
metálico [34].
O substrato mais comumente utilizado para a confecção dos MFE é o
carbono (em suas várias formas), devido principalmente à sua larga janela de
potencial, ser quimicamente inerte, apresentar baixa corrente residual, baixo
custo, larga disponibilidade e fácil polimento.
Metais nobres como prata, ouro e platina também podem ser usados como
substratos para a confecção de MFE, no entanto, a deposição de mercúrio nestes
substratos não resulta em um verdadeiro Eletrodo de Filme de Mercúrio (MFE)
[34], pelo fato destes metais dissolverem-se através do mercúrio formando
amálgama metal-mercúrio, o que acarreta no aparecimento de algumas
desvantagens como a formação de um filme de mercúrio não uniforme e a
possível interação do analito com o metal do substrato. No entanto, fios finos
destes metais podem ser usados para a produção dos chamados UME (eletrodos
com dimensões na ordem de algumas dezenas de µm) que apesar das
desvantagens descritas acima oferecem algumas propriedades analíticas
desejáveis responsáveis pela intensificação de seus usos, como o aumento de
transferência de massa, diminuição de correntes capacitivas e uma mínima queda
ôhmica, que possibilitam seu uso em meio pouco condutor [35].
I.4 Microssistemas Eletroquímicos
Como discutido anteriormente, há atualmente uma grande necessidade do
monitoramento in-situ de metais traço no meio ambiente [38], tanto para controle
como para o entendimento do ecossistema aquático, afetado pelo
desenvolvimento industrial.
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______INTRODUÇÃO
20
Dessa forma, sensores eletroquímicos acoplados a métodos voltamétricos
de redissolução mostram-se uma valiosa ferramenta para o desenvolvimento de
microssistemas, possuindo várias vantagens tais como:
- Baixo custo de montagem.
- Baixos limites de detecção.
- Alto potencial de miniaturização.
- Baixo consumo de energia.
- Grande capacidade de automação.
Devido às vantajosas características, vem crescendo cada vez mais nas
últimas décadas o interesse pelo desenvolvimento e miniaturização de sensores
eletroquímicos [8,14,16,37-40]. No entanto, uma busca na literatura científica atual
evidencia a escassez de trabalhos que descrevam a miniaturização de células
voltamétricas que trabalhem com voltametria de redissolução para a determinação
de íons metálicos tóxicos. Possivelmente pela dificuldade apresentada na
miniaturização do conjunto de eletrodos que compõem uma célula voltamétrica de
três eletrodos, sobretudo para o eletrodo de referência [41].
Segundo Wang et al [14], apesar de todas as vantagens apresentadas
pelas técnicas voltamétricas com varredura de potencial para operar em sistema
de dimensões reduzidas, poucos trabalhos utilizavam estas técnicas em sistemas
microfluídicos até o final do século XX.
Por outro lado micro-células amperométricas acopladas ou não a
eletroforese capilar como técnica de detecção vêm sendo desenvolvidas antes
mesmo da década de 90. Como é o caso dos analisadores portáteis de glicose em
sangue para diabéticos, sendo o primeiro (no formato de uma caneta) lançado em
1987 pela Medi-Sense [24], utilizando a cronoamperometria para detecção de
glicose através de um mediador baseado em ferroceno.
A partir da primeira metade da década de 90, nota-se um grande aumento
no número de trabalhos que descrevem a confecção de microssistemas
eletroquímicos, o que pode ser evidenciado pelo grande número de trabalhos
publicados que utilizam agora a amperometria em conjunto com eletroforese
capilar como sistema de detecção. Como exemplo, pode ser citado o trabalho de
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______INTRODUÇÃO
21
Slater e Watt [42], publicado em novembro de 1994, o qual utiliza amperometria
em conjunto com eletroforese capilar, para a determinação de catecolaminas.
Contudo, trabalhos que abordam a construção de sistemas eletroquímicos
microfluídicos que utilizam métodos de varredura de potencial como sistema de
detecção foram descritos somente a partir do ano 2000, quando os primeiros
sistemas desenvolvidos utilizavam a litografia ou métodos “screen-printed” para a
confecção das microcélulas voltamétricas. Este procedimento foi empregado no
trabalho pioneiro de Wang at al. [14], que descreveu a construção de uma célula
eletroquímica microfluídica em vidro através de técnicas de fabricação como a
fotolitografia e corrosão por via úmida, e que utiliza a voltametria de onda
quadrada e voltametria de redissolução anódica seguida da varredura de onda
quadrada para a determinação de traços de TNT (trinitrotolueno).
Após o ano de 2000 outros importantes trabalhos para o desenvolvimento
de microssistemas eletroquímicos que utilizam métodos voltamétricos de
varredura de potencial foram desenvolvidos [15,44 - 46].
No entanto, estes sistemas, utilizavam superfícies recobertas com filmes
metálicos, onde eram desenvolvidos os microcanais e os microeletrodos [43], ou a
confecção de microcanais era preparada posteriormente sobre o material onde já
havia sido preparado os microeletrodos [36] possibilitando também em alguns
casos a construção do eletrodo de referência.
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OBJETIVOS
22
II OBJETIVOS
O presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento e avaliação de um
sistema voltamétrico microfluídico, utilizando em sua construção fotopolímeros e
eletrodo de trabalho de dimensões reduzidas (ultramicroeletrodo). Além disso, foi
também objetivo deste trabalho o desenvolvimento de um potenciostato de baixo
custo e de um programa computacional para o seu controle e aquisição de dados.
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PARTE EXPERIMENTAL
23
III. PARTE EXPERIMENTAL
III.1 Reagentes e Soluções
Todas as soluções foram preparadas com água deionizada, obtida a partir
do processo Milli-Q (resistividade maior ou igual a 18,2 M� cm-1).
As soluçõesde Cd(II), Pb(II) e Cu(II) foram preparadas a partir de diluições
sucessivas de soluções padrão comerciais J.T. Baker 1000 µg mL-1 dos íons
metálicos. As soluções de Hg(II) utilizadas foram preparadas a partir de uma
solução estoque 0,1 mol L-1, preparada pela oxidação do metal (Sigma Aldrich,
com pureza igual a 99,999%) com uma solução de HNO3 (Synth, com pureza de
66%) 1:1 (V/V).
Como eletrólitos suporte, foram utilizadas soluções de NaNO3 (Synth, com
pureza de 99,0%) 1,0 mol L-1 ou tampão acetato 0,5 e 1,0 mol L-1, pH = 4,74,
preparado com acetato de sódio (Synth, com pureza de 99,0%) e ácido acético
(marca Synth, com pureza de 99,0%).
A solução de preenchimento dos eletrodos de referência foi composta por
uma solução de KCl (Synth, com pureza de 99,0%) 3,0 mol L-1 saturado com AgCl,
pela adição de AgNO3 (Carlo Erba, com pureza de 99,7%).
Soluções de FeK4(CN)6 com concentrações variando entre 0,5 a 2,0 mmol
L-1 foram preparadas a partir de uma solução estoque de 0,1 mol L-1, a qual foi
preparada a partir da diluição do sal (Carlo Erba, com pureza de 99,5%).
A solução utilizada para limpeza de todos os protótipos poliméricos
confeccionados foi composta por detergente neutro comercial (Ipê) e água
destilada na proporção de 1:10 (v/v).
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PARTE EXPERIMENTAL
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III.2 Instrumentação e Eletrodos
III.2.1 Potenciostato
Foi construído no próprio laboratório um potenciostato de baixo custo
responsável pela aplicação da diferença de potencial na célula eletroquímica e
leitura da corrente elétrica gerada através das reações de oxi-redução na
superfície dos eletrodos. O instrumento foi controlado por um microcomputador
Pentium® II com velocidade de processamento de 266 MHz, através de um
programa computacional escrito em VisualBasic 5.0® e uma Interface paralela
Adlink®, modelo ADC 8111.
III.2.2 Eletrodos
Como eletrodo de trabalho (WE), foi utilizado um fio de platina (Aldrich® ,
com 99,9% de pureza) de 76 µm de diâmetro e 1,5 cm de comprimento.
Para a construção do eletrodo, o fio de platina foi inicialmente conectado a
um cabo metálico empregando solda ponto e, posteriormente, inserido em uma
ponteira de pipeta automática de 1000 µL, juntamente com resina epóxi (Araldite®)
para fixação e vedação do fio de Pt.
Na primeira etapa do trabalho (de desenvolvimento e avaliação da
instrumentação construída) foi utilizado como eletrodo auxiliar (AE), um eletrodo
de platina na forma de disco de 20 mm2, construído no próprio laboratório e um
eletrodo de referência (RE) de prata/cloreto de prata de dupla junção da Orion®,
modelo 900200.
A Figura 9 mostra o esquema da instrumentação utilizada na primeira
etapa do trabalho.
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PARTE EXPERIMENTAL
25
Figura 9 – Esquema da instrumentação utilizada na primeira etapa do trabalho; A-
Microcomputador, B- Interface ADC 8111, C- Potenciostato construído e D- Célula
eletroquímica contendo os eletrodos de trabalho (WE), de referência(RE) e auxiliar (AE).
Para as medidas envolvendo Voltametria de Redissolução foi empregado
um agitador magnético (Fisatom, modelo 706), controlado pelo microcomputador
através de um relê de estado sólido (RS, controle TTL 3-32 V, 240 V, 10 A).
III.2.3 Avaliação do Potenciostato e do Ultramicroeletrodo de Platina
III.2.3.1 Voltametria Cíclica
Medidas de Voltametria cíclica empregando o Ultramicroeletrodo de platina
construído foram realizadas com o par Fe(III)/Fe(II), a partir do sal FeK4(CN)6 com
concentração variando entre 0,5 mmol L-1 a 2,0 mmol L-1 em NaNO3 1,0 mol L-1.
As medidas foram realizadas empregando o potenciostato e o programa
A
B
C D
EA
ET
ER
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PARTE EXPERIMENTAL
26
computacional desenvolvidos no laboratório. Foi também empregado um
potenciostato comercial PGSTAT12, controlado pelo programa computacional
GPES, ambos da Autolab.
III.2.3.2 Voltametria de Onda Quadrada
Foi inicialmente avaliada a reprodutibilidade da deposição do filme de Hg
sobre o microeletrodo de Pt (???1,5 cm), empregando Voltametria de Redissolução
Anódica seguida de Varredura de Onda Quadrada , através da construção de uma
curva de corrente de pico para a oxidação do Hg depositado em 0,35 V (Vs.
Ag/AgCl). O tempo de deposição do Hg(II) variou de 10 a 240 segundos, para uma
solução contendo HgNO3 1,0×10-3 mol L-1 e tampão acetato 0,5 mol L-1 como
eletrólito suporte. A deposição foi realizada sob agitação contínua, interrompida
somente 10 segundos antes do processo de leitura de corrente. O estudo foi
realizado em triplicata com espera de 15 segundos a um potencial de 0,4 V entre
cada ciclo, para a limpeza do eletrodo de Pt.
Para o experimento realizado utilizando SWV, foi utilizada uma escada de
potencial de 10 mV e um pulso de potencial igual a 50 mV, com uma velocidade
de varredura de 282 mV s-1. Entre duas leituras consecutivas, o eletrodo de
trabalho foi limpo através da aplicação de um potencial de 0,4 V sob agitação por
um período de quinze segundos.
Dois procedimentos para realizar a determinação de Cu(II), Pb(II), Cd(II)
por Voltametria de Redissolução Anôdica foram realizados.
No primeiro caso, o filme de Hg foi pré-depositado no microeletrodo de Pt
em 0,1 V (antecedendo a deposição dos metais) por dez segundos sob agitação,
com posterior depósito dos metais sob o filme de Hg, também sob agitação
contínua em um potencial de –0,8 V, durante um intervalo de tempo entre 20 e 60
segundos. A agitação foi interrompida dez segundos antes do início da varredura
de potencial por VOQ (-0,8 V a 0,3 V), com aquisição simultânea da corrente de
oxidação. No segundo caso, os metais foram depositados simultaneamente
durante a formação do filme de Hg. Neste caso, o potencial de depósito
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PARTE EXPERIMENTAL
27
empregado foi de –0,8 V por um período de tempo que também variou entre 20 e
60 segundos.
Para os dois diferentes experimentos realizados utilizando SWV, foram
utilizados os mesmos parâmetros de SWV descritos no experimento anterior,
inclusive a etapa de limpeza do WE através da aplicação de um potencial de 0,4
V, sob agitação por um período de quinze segundos entre duas leituras
consecutivas.
III.3 Construção do Sistema Voltamétrico Microfluídico
Foram avaliados três diferentes materiais para a construção do sistema
voltamétrico microfluídico, dois fotopolímeros (fotossensíveis) e uma resina acrílica
(com cura por adição de catalisador), sendo eles:
- Fotopolímero Sólido (Dupont).
- Fotopolímero Líquido, elastômero a base de uretano-acrilato (M-50 LBS,
Medeiros Indústria e Comércio de Carimbos).
- Resina Acrílica (Resina Cristal 440-C, Glasspercil Resinas).
Para a fabricação dos microcanais nos dois fotopolímeros empregou-se a
técnica de fotolitografia com luz UVA, esquematizada na Figura 10.
Figura 10 – Processo fotolitográfico utilizado na fabricação
dos microcanais, empregando os fotopolímeros.
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PARTE EXPERIMENTAL
28
O fotopolímero sólido produzido pela Dupont é comercializado em chapas
de diferentes espessuras (1 a 2,5 mm) e dimensões, sendo que a maior possui de
90 a 120 cm. Este material é empregado na indústria de fototipografia para
impressões de alta tiragem. Basicamente, este material é constituído por uma
base de poliéster a qual suporta o fotopolímero sólido protegido por uma película
também de poliéster, a qual é removida antes do processo de fotogravação
(exposição do polímero a radiação UVA). O processo fotolitográfico para a
gravação dos canais para este polímero foi realizado na Faculdadede Tecnologia
Gráfica da Escola SENAI “Theobaldo de Nigris” (São Paulo – SP).
No caso do fotopolímero líquido a construção dos canais foi realizada no
próprio laboratório. Neste caso, os microcanais foram formados pela exposição do
polímero juntamente com uma máscara impressa em um filme de poliéster
(transparência para impressora laser) à radiação UVA por um período de 2,5
minutos (sob atmosfera de N2) seguida da imersão do mesmo em um banho ultra-
sônico (Branson, modelo 2210) contendo uma solução água/detergente comercial
1:10 (v/v), durante cinco minutos, para remoção do fotopolímero não polimerizado.
Uma expositora UVA com duas lâmpadas Blacklight F15W/BL350
(Sylvania), com pico de emissão em 352 nm foi também construída no laboratório.
A imagem da expositora é mostrada na Figura 11.
Figura 11 – Vista superior da expositora UVA, com A- Sistema elétrico para acionamento
e alimentação das lâmpadas, B- Suporte em madeira para delimitar a área de exposição
do fotopolímero, C- Lâmpadas UVA e D- Mini Exaustor.
A
B C
D
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PARTE EXPERIMENTAL
29
A fabricação dos microcanais feitos em resina acrílica, também realizada no
próprio laboratório (mostrada na Figura 12), foi composta por duas etapas. Na
primeira etapa foi construído um molde positivo em fotopolímero líquido utilizando
a técnica fotolitográfica no qual são confeccionados os canais em alto relevo. Na
segunda etapa foi feita adição da resina acrílica ainda líquida sobre o molde
positivo e espera de um período de 24 horas para a polimerização da resina.
Figura 12 – Processo utilizado na fabricação dos microcanais com resina acrílica.
Após a confecção dos microcanais, todos os sistemas construídos foram
limpos em banho ultra-sônico, durante cinco minutos, conforme descrito, e em
seguida, lavados com água deionizada.
Em seguida, foi realizada manualmente a inserção dos eletrodos no sistema
voltamétrico microfluídico, sendo que tanto o WE como o AE eram compostos por
fio de Pt de 76 µm de diâmetro e 1,5 cm de comprimento.
O RE foi composto por um fio de Prata, recoberto com AgCl (depositado
pela oxidação do metal em HCl), com 1,5 cm de comprimento. Agulhas de aço-
inoxidável de 13 mm de comprimento e 0,45 mm de diâmetro foram empregadas
como meio de ligação entre os microcanais e o sistema de propulsão do fluído,
para introdução e descarte das soluções.
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PARTE EXPERIMENTAL
30
Após o processo de montagem dos sistemas voltamétricos estes foram
selados com adesivo plástico de PVC, papel contact, a temperatura ambiente e
também a 60 ºC sendo que neste último caso um aquecedor elétrico da Varitemp
modelo VT-750 foi utilizado.
Tanto para o fotopolímero sólido quanto para o líquido, os microcanais
foram fotogerados com dimensões nominais (dimensões dos canais na máscara)
de 600 µm para o canal analítico e de 150 µm para a ponte salina do eletrodo de
referência, com comprimentos variando para cada caso.
Os três eletrodos foram conectados ao potenciostato através de um
conector DB. Na Figura 13 encontra-se a imagem de um dos sistemas
voltamétricos confeccionados com o fotopolímero sólido e abaixo (Figura 13(b)) o
esquema da disposição dos eletrodos no microssistema.
Figura 13 – (A) Imagem do sistema voltamétrico confeccionado com o fotopolímero
Dupont®, onde: 1-Entrada para o canal analítico; 2- Saída para o descarte; 3-
entrada de eletrólito para o eletrodo de referência. PS-Junção líquida do eletrodo
referência. (B) Esquema mostrando a disposição dos eletrodos no microssistema
voltamétrico.
(A)
(B)
(A)
(B)
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PARTE EXPERIMENTAL
31
III.3.1 Sistema Voltamétrico Microfluídico com Fotopolímero Líquido
Para o fotopolímero líquido, uma nova etapa de selagem foi avaliada na
qual o adesivo de PVC foi substituído por uma placa polimérica, confeccionada
com próprio o fotopolímero líquido. Além disso, foi confeccionado um novo modelo
do microssistema com geometria diferente daquela mostrada anteriormente e
empregando a agulha de saída de descarte da solução como eletrodo auxiliar.
O novo procedimento de selagem foi obtido colocando sobre a placa
polimérica contendo os microcanais outra placa de igual dimensão do mesmo
polímero a qual foi exposta a radiação UVA por metade do período de tempo
necessário para a sua total polimerização. Desta forma, a placa podia ser
manipulada sem, no entanto, estar totalmente polimerizada. Em seguida, o
conjunto formado pelas duas placas foi novamente levados a exposição da
radiação UVA, por mais um período de 15 minutos sob atmosfera de N2,
completando, desta forma, a polimerização da primeira placa e a selagem do
microssistema (Figura 14).
Figura 14 – Processo de confecção do sistema voltamétrico microfluídico
confeccionado e selado com fotopolímero líquido.
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PARTE EXPERIMENTAL
32
III.3.2 Avaliação dos sistemas voltamétricos microfluídicos
O primeiro passo foi avaliar a capacidade de selagem dos microssistemas
construídos. Para isso, foram bombeadas, com auxilio de uma bomba de seringa
(Cole Palmer, modelo EW-74900-20), soluções de NaNO3 1,0 mol L-1 a uma vazão
de 10,0 �L/min e KCl 3,0 mol L-1 a uma vazão de 1,0 �L/min no canal analítico e
no compartimento do eletrodo de referência, respectivamente, até que fosse
observado o descolamento do adesivo de PVC (Papel Contact®).
III.3.2.1 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído com o
Fotopolímero sólido 
Para estudos preliminares e caracterização do funcionamento do sistema
voltamétrico construído a partir do fotopolímero sólido, foi avaliada a variação da
corrente de oxidação do Pb em função do tempo de deposição (0 a 60 s) de Pb(II)
sobre o eletrodo de filme de mercúrio. Neste caso, utilizou-se a bomba de seringa
para impulsionar a solução contendo 12 mg L-1 Pb(II), 1,0 mol L-1 NaNO3 e 1×10-3
mol L-1 Hg(NO3)2, diretamente no canal analítico a uma vazão de 5 �L/min. As
condições experimentais da SWASV foram as mesmas utilizadas no estudo
envolvendo a célula clássica, com depósito simultâneo de Pb(II) e formação do
filme de Hg.
III.3.2.2 Avaliação do Sistema Voltamétrico Microfluídico Construído com o
Fotopolímero líquido.
Um experimento com voltametria cíclica, similar ao realizado na célula
eletroquímica convencional, foi utilizado para comparar o comportamento de
resposta do sistema voltamétrico microfluídico com o da célula eletroquímica
convencional, para isso foi empregado uma solução de Fe(III)/Fe(II) contendo
NaNO3 1,0 mol l-1. Assim, foi construída uma curva analítica para as diferentes
concentrações de FeK4(CN)6 variando entre 0,5 mmol l-1 a 2,0 mmol l-1.
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PARTE EXPERIMENTAL
33
Para impulsionar as soluções para o interior do canal analítico do sistema
microfluídico foi utilizada uma bomba peristáltica (Ismatec, modelo IPC de oito
canais) a uma vazão de 250 µL min-1. Para impulsionar a solução de KCl 3,0 mol
L-1 a uma vazão de 5µL min-1 para o interior do eletrodo de referência utilizou-se a
bomba de seringa.
Para a voltametria cíclica, foram utilizados os mesmos procedimentos e
variáveis experimentais usados para a célula convencional.
Foi avaliada também a reprodutibilidade da deposição do filme de Hg, nas
mesmas condições utilizadas no estudo envolvendo a célula clássica, usando uma
solução 1,0 mol L-1 de tampão acetato, como eletrólito suporte, contendo Hg(II) 1,0
10-3 mol L-1. Essa mistura foi impulsionada continuamente no canal analítico a uma
vazão de 10,0 µL min-1. Durante todo o estudo uma solução 3,0