Electroanalysis of urinary L-dopa using tyrosinase immobilized on gold nanoelectrode ensembles

The performance of an amperometric biosensor constructed by associating tyrosinase (Tyr) enzyme with the advantages of a 3D gold nanoelectrode ensemble (GNEE) is evaluated in a flow-injection analysis (FIA) system for the analysis of l-dopa. GNEEs were fabricated by electroless deposition of the metal within the pores of polycarbonate track-etched membranes. A simple solvent etching procedure based on the solubility of polycarbonate membranes is adopted for the fabrication of the 3D GNEE. Afterward, enzyme was immobilized onto preformed self-assembled monolayers of cysteamine on the 3D GNEEs (GNEE-Tyr) via cross-linking with glutaraldehyde. The experimental conditions of the FIA system, such as the detection potential (−0.200 V vs. Ag/AgCl) and flow rates (1.0 mL min−1) were optimized. Analytical responses for l-dopa were obtained in a wide concentration range between 1 × 10−8 mol L−1 and 1 × 10−2 mol L−1. The limit of quantification was found to be 1 × 10−8 mol L−1 with a resultant % RSD of 7.23% (n = 5). The limit of detection was found to be 1 × 10−9 mol L−1 (S/N = 3). The common interfering compounds, namely glucose (10 mmol L−1), ascorbic acid (10 mmol L−1), and urea (10 mmol L−1), were studied. The recovery of l-dopa (1 × 10−7 mol L−1) from spiked urine samples was found to be 96%. Therefore, the developed method is adequate to be applied in the clinical analysis.

Mixed extractant systems for metal recovery

Hoje em dia, a prevenção dos resíduos de metais é uma questão muito importante para um grande número de empresas, pois necessitam optimizar o seu sistema de tratamento de águas residuais a fim de alcançarem os limites legais dos teores em iões metálicos e poderem efectuar a descarga das águas residuais no domínio hídrico público. Devido a esta problemática foram efectuados estudos inovadores relacionados com a remoção de iões metálicos de águas residuais, verificando-se que as tecnologias de membrana oferecem uma série de vantagens para o efeito. Uma dessas tecnologias, referida como Membrana Líquida de Suporte (SLM), é baseada num mecanismo de extracção. A membrana hidrofóbica, impregnada com uma solução extractora, funciona como barreira entre a água residual e uma solução, geralmente ácida. A diferença de pH entre a água residual e a solução actua como força motriz para o transporte de iões metálicos da água residual para a referida solução. Poderá ocorrer um problema de falta de estabilidade, resultante da possível fuga da solução extractora para fora dos poros das membranas. Estudos anteriores mostraram que os ácidos alquilfosfóricos ou ácidos fosfónicos, como os reagentes D2EHPA e CYANEX e hidroxioximas como o LIX 860-I podem ser muito úteis para a extração de iões metálicos como ferro, cobre, níquel, zinco e outros. A clássica extracção líquido-líquido também tem mostrado que a mistura de diferentes extractores pode ter um efeito sinergético. No entanto, não é claro que haja um efeito óptimo da razão de extractor ou que tipo de complexo é formado durante o processo de extracção. O objectivo deste projecto é investigar este comportamento sinergético e as complexas formações por meio de um método espectrofotométrico, o “Job’s method” e “Mole-ratio method”. Estes métodos são utilizados para estimar a estequiometria dos vários complexos entre dois solutos, a partir da variação de absorvância dos complexos quando comparado com a absorvância do soluto. Com este projecto, o Job’s method e mole-ratio method serão aplicados a um sistema de três componentes, para conseguir mais informações sobre a complexação de níquel (II) e a fim de determinar a razão extractor: metal dos complexos formados durante a aplicação de mistura de extractores D2EHPA e LIX 860-I. Segundo Job’s method a elavada absorvância situa-se na região de 0,015-0,040 M de LIX 860-I e uma baixa concentração de D2EHPA. Quando as diferentes experiências são encontradas num conjunto experimental foram avaliadas de acordo com o método de trabalho, o valor máximo do gráfico foi encontrado para uma baixa fração molar do ião metálico e uma maior concentração de D2EHPA. Esta mudança foi encontrado de 0,50 até 0,30, que poderia apontar para a direção da formação de diferentes complexos. Para o Mole-Ratio method, a estequiometria dos complexos metal pode ser determinada a partir do ponto de intersecção das linhas tangente do gráfico da absorbância versus a concentração do ligante. Em todos os casos, o máximo foi obtido em torno de uma concentração total de 0,010 M. Quando D2EHPA foi aplicado sozinho, absorvâncias muito baixos foram obtidas.

Determination of chlorfenvinphos in soils by microwave-assisted extraction and stripping voltammetry with an ultramicroelectrode

A methodology for the determination of the pesticide chlorfenvinphos by microwave-assisted solvent extraction and square-wave cathodic stripping voltammetry at a mercury film ultramicroelectrode in soil samples is proposed. Optimization of microwave solvent extraction performed with two soils, selected for having significantly different properties, indicated that the optimum solvent for extracting chlorfenvinphos is hexane-acetone (1:1, v/v). The voltammetric procedure is based on controlled adsorptive accumulation of the insecticide at the potential of -0.60 V (vs. Ag/AgCl) in the presence of Britton-Robinson buffer (pH 6.2). The detection limit obtained for a 10 s collection time was 3.0 x 10-8 mol l-1. The validity of the developed methodology was assessed by recovery experiments at the 0.100 µg g-1 level. The average recoveries and standard deviations for the global procedure reached byMASE-square-wave voltammetry were 90.2±2.8% and 92.1±3.4% for type I (soil rich in organic matter) and type II (sandy soil) samples, respectively. These results are in accordance to the expected values which show that the method has a good accuracy.

Adsorptive stripping voltammetric determination of venlafaxine in urine with a mercury film microelectrode

An adsorptive stripping voltammetric procedure for the determination of the antidepressant venlafaxine in urine using a mercury film microelectrode wasdeveloped. The method is based on controlled adsorptive accumulation of the drug at the potential of 1.00V (vs. Ag/AgCl) in the presence of 1.25 x10 -2 molL- 1 borate buffer (pH 8.7). Urine samples were analyzed directly after performing a ten-fold dilution with the supporting electrolyte but without other pretreatment. The limit of detection obtained for a 30 s collection time was 0.693x 10- 6 mol L -1. Recovery experimentsgave good results at the 10 -6 mol L- 1 level (bias less 5% were obtained).

Anodic adsorptive stripping voltammetric determination of atrazine in spiked soil samples with a gold microelectrode

Microwave-assisted solvent extraction was combined with anodic adsorptive stripping voltammetry at a gold microelectrode to extract and quantify the herbicide atrazine in spiked soil samples. A systematic study of the experimental parameters affecting the stripping response was carried out by square-wave voltammetry. The voltammetric procedure is based on controlled adsorptive accumulation of atrazine at the potential of 0.35V (versus Ag/AgCl) in the presence of Britton–Robinson buffer pH (2.0). The limit of detection obtained for a 30 sec collection time was 4.3x10-7 mol L-1. Recovery experiments, at the 1µgg-1 level of spiking, gave good results for the global procedure, and the values found were comparable to those obtained by HPLC.

Voltammetric determination of dialifos in soils with a mercury film ultramicroelectrode

An extraction-adsorptive stripping voltammetric procedure for the determination of the pesticide dialifos in soil samples using microwave-assisted solvent extraction and a mercury film ultramicroelectrode was developed. The method is based on the use of hexane-acetone solvent (1:1, v/v) and on controlled adsorptive accumulation of the insecticide at the potential of -0.10V (versus Ag/AgCl) in the presence of Britton-Robinson buffer (pH 2.0). Soil sample extracts were analyzed directly after drying and redissolution with the supporting electrolyte, but without other pretreatment. The limit of detection obtained for a 10sec collection time was 2.0x10-8 mol L-1. Recovery experiments for the global procedure, at the 0.100µgg-1 level, gave satisfactory average and standard deviation results for the two different soils tested.

Determination of ametryn in soils via microwave-assisted solvent extraction coupled to anodic stripping voltammetry with a gold ultramicroelectrode

An extraction-anodic adsorptive stripping voltammetric procedure using microwave-assisted solvent extraction and a gold ultramicroelectrode was developed for determining the pesticide ametryn in soil samples. The method is based on the use of acetonitrile as extraction solvent and on controlled adsorptive accumulation of the herbicide at the potential of 0.50 V (vs. Ag/AgCl) in the presence of Britton-Robinson buffer (pH 3.3). Soil sample extracts were analysed directly after drying and redissolution with the supporting electrolyte but without other pre-treatment. The limit of detection obtained for a 10 s collection time was 0.021 µg g-1. Recovery experiments for the global procedure, at the 0.500 µg g-1 level, gave satisfactory mean and standard deviation results which were comparable to those obtained by HPLC with UV detection.

Electroanalytical study of the pesticide ethiofencarb

A detailed study of voltammetric behavior of ethiofencarb (ETF) is reported using glassy carbon electrode (GCE) and hanging mercury drop electrode (HMDE). With GCE, it is possible to verify that the oxidative mechanism is irreversible, independent of pH, and the maximum intensity current was observed at +1.20 V vs. AgCl/Ag at pH 1.9. A linear calibration line was obtained from 1.0x10-4 to 8.0x10-4 mol L-1 with SWV method. To complete the electrochemical knowledge of ETF pesticide, the reduction was also explored with HMDE. A well-defined peak was observed at –1.00V vs. AgCl/Ag in a large range of pH with higher signal at pH 7.0. Linearity was obtained in 4.2x10-6 and 9.4x10-6 mol L-1 ETF concentration range. An immediate alkaline hydrolysis of ETF was executed, producing a phenolic compound (2-ethylthiomethylphenol) (EMP), and the electrochemical activity of the product was examined. It was deduced that it is oxidized on GCE at +0.75V vs. AgCl/Ag with a maximum peak intensity current at pH 3.2, but the compound had no reduction activity on HMDE. Using the decrease of potential peak, a flow injection analysis (FIA) system was developed connected to an amperometric detector, enabling the determination of EMP over concentration range of 1.0x10-7 and 1.0x10-5 mol L-1 at a sampling rate of 60 h-1. The results provided by FIA methodology were performed by comparison with results from high-performance liquid chromatography (HPLC) technique and demonstrated good agreement with relative deviations lower than 4%. Recovery trials were performed and the obtained values were between 98 and 104%.

Recovery of acid and base from brackish water by bipolar membrane electrodialysis

Nesta dissertação pretendeu-se estudar a viabilidade do uso de eletrodiálise com membranas bipolares (BM) na recuperação de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio a partir de um efluente industrial que contém 1.4 mol/L de cloreto de sódio. Estas membranas mostraram ser uma ferramenta eficiente para a produção de ácidos e bases a partir do respetivo sal. Foi feita uma seleção de diferentes membranas bipolares (Neosepta, Fumatech e PCA) e aniónicas (PC-SA e PC-ACID 60) na tentativa de encontrar a combinação mais adequada para o tratamento do efluente. Dependendo do critério, o melhor arranjo de membranas é o uso de PC-ACID 60 (membrana aniónica), PC-SK (membrana catiónica) e membranas bipolares do tipo Neosepta para maior pureza dos produtos; membranas bipolares Fumatech para maior eficiência de dessalinização e membranas bipolares PCA para um maior grau de dessalinização. Tecnologicamente foi possível obter uma dessalinização de 99.8% em quatro horas de funcionamento em modo batch com recirculação de todas as correntes. Independentemente da combinação usada é recomendável que o processo seja parado quando a densidade de corrente deixa de ser máxima, 781 A/m2. Assim é possível evitar o aumento de impurezas nos produtos, contra difusão, descida instantânea do pH e uma dessalinização pouco eficiente. A nível piloto o principal fornecedor de membranas e unidade de tratamento “stack” é a marca alemã PCA. Sendo assim realizaram-se ensaios de repetibilidade, contra difusão, avaliação económica e upscaling utilizando as membranas bipolares PCA. A nível económico estudou-se o uso de dois tipos de unidades de tratamento; EDQ 380 e EDQ 1600, para diferentes níveis de dessalinização (50, 75 e 80%). Tendo em conta a otimização económica, é recomendável uma dessalinização máxima de 80%, uma vez que a eficiência de processo a este ponto é de 40%. A aplicação do método com a unidade EDQ 1600 para uma dessalinização de 50% é a mais vantajosa economicamente, com custos de 16 €/m3 de efluente tratado ou 0,78 €/kg Cl- removido. O número de unidades necessárias é 4 posicionados em série.

Desenvolvimento de um método potenciométrico para deteção de salmonella typhimurium

A Salmonella é um microrganismo responsável por grande parte das doenças alimentares, podendo por em causa a saúde pública da área contaminada. Uma deteção rápida, eficiente e altamente sensível e extremamente importante, sendo um campo em franco desenvolvimento e alvo de variados e múltiplos estudos na comunidade cientifica atual. Foi desenvolvido um método potenciométrico para a deteção de Salmonellas, com elétrodos seletivos de iões, construídos em laboratório com pontas de micropipetas, fios de prata e sensores com composição otimizada. O elétrodo indicador escolhido foi um ESI seletivo a cadmio, para redução da probabilidade de interferências no método, devido a pouca abundancia do cadmio em amostras alimentares. Elétrodos seletivos a sódio, elétrodos de Ag/AgCl de simples e de dupla juncão foram também construídos e caracterizados para serem aplicados como elétrodos de referência. Adicionalmente otimizaram-se as condições operacionais para a analise potenciométrica, nomeadamente o elétrodo de referencia utilizado, condicionamento dos elétrodos, efeito do pH e volume da solução amostra. A capacidade de realizar leituras em volumes muito pequenos com limites de deteção na ordem dos micromolares por parte dos ESI de membrana polimérica, foi integrada num ensaio com um formato nao competitivo ELISA tipo sanduiche, utilizando um anticorpo primário ligado a nanopartículas de Fe@Au, permitindo a separação dos complexos anticorpo-antigénio formados dos restantes componentes em cada etapa do ensaio, pela simples aplicação de um campo magnético. O anticorpo secundário foi marcado com nanocristais de CdS, que são bastante estáveis e é fácil a transformação em Cd2+ livre, permitindo a leitura potenciométrica. Foram testadas várias concentrações de peroxido de hidrogénio e o efeito da luz para otimizar a dissolução de CdS. O método desenvolvido permitiu traçar curvas de calibração com soluções de Salmonellas incubadas em PBS (pH 4,4) em que o limite de deteção foi de 1100 CFU/mL e de 20 CFU/mL, utilizando volumes de amostra de 10 ƒÊL e 100 ƒÊL, respetivamente para o intervalo de linearidade de 10 a 108 CFU/mL. O método foi aplicado a uma amostra de leite bovino. A taxa de recuperação media obtida foi de 93,7% } 2,8 (media } desvio padrão), tendo em conta dois ensaios de recuperação efetuados (com duas replicas cada), utilizando um volume de amostra de 100 ƒÊL e concentrações de 100 e 1000 CFU/mL de Salmonella incubada.