Voltametria de onda quadrada. Primeira parte: aspectos teóricos

The theoretical aspects of square wave voltammetry were discussed. Reversible, irreversible and quase-reversible electrode reactions were analyzed and the correlations between parameters like frequency, period, square wave potential and amplitude were showed. In this way, diagnostic relationships allow to characterize the electrode process. The analytical applications were discussed in base of the increment in the analytical response (current) due to the characteristics of the developed equations and the unique mode of collecting the electrode response, i.e., the direct and reverse signals. Finally, recent advances in the basic theory, as the applications to the hydrodynamic electrode and the ultramicroelectrode were also analyzed, and the multiple pulses square wave voltammetry was also introduced.

Estudo eletroanalítico do herbicida paraquat em soluções aquosas por voltametria de onda quadrada utilizando ultramicroeletrodos

The electrochemical behavior of paraquat on Pt, Au and carbon fiber ultramicroelectrodes were studied in laboratory samples by square wave voltammetry at high frequencies. The results showed two reversible peaks for paraquat reduction, in agreement to the literature data. The first peak was associated to the reduction of paraquat molecule in solution, with the further adsorption of the intermediate on the electrode surface. This adsorbed species undergoes to electroreduction in a reaction associated to the second voltammetric peak. The variation in pH and square wave parameters showed the best conditions to reduce paraquat as pH 5.0, frequency as high as 1000 s-1, scan increment of 2 mV and square wave amplitude of 50 mV. At such conditions, a variation of paraquat concentrations from 4.3 x 10-6 to 1.66 x 10-4 mol L-1 presented values for the detection limit equal to 3.9, 6.2 and 20.3 ppb on Pt, Au and carbon, respectively, at 1000 s-1. These values are quite below17 the allowed limit of paraquat in drinking water.

Determinação voltamétrica de 4-clorofenol sobre o eletrodo de diamante dopado com boro utilizando a voltametria de onda quadrada

The anodic voltammetric behavior of 4-chlorophenol (4-CF) in aqueous solution has been studied on a Boron-doped diamond electrode using square wave voltammetry (SWV). After optimization of the experimental conditions, 4-CF was analyzed in pure and natural waters using a Britton-Robinson buffer with pH = 6.0 as the supporting electrolyte. Oxidation occurs at 0.80 V vs Ag/AgCl in a two-electron process controlled by adsorption of the species. The detection limits obtained were 6.4 µg L-1 in pure water and 21.5 µg L-1 for polluted water taken from a local creek, respectively. The combination of square wave voltammetry and diamond electrodes is an interesting and desirable alternative for analytical determinations.

Voltametria de onda quadrada. Segunda parte: aplicações

The aim of this work is to discuss some selected applications of square wave voltammetry published in the last five years. The applications focused here cover several electroanalytical fields such as: determination of pesticides; molecules with biological activity; metals and other environmental pollutants. Special attention is given to the work developed in the Grupo de Materiais Eletroquímicos e Métodos Eletroanalíticos - IQSC - USP concerning the utilization of square wave voltammetry, with different kinds of electrodes, for the determination of pesticides in natural waters and active principles in pharmaceutical formulations. The new methodology is simple, fast and sensitive when compared with the traditional ones such as chromatography and spectrophotometry. The satisfactory results obtained provide alternative procedures for the quality control of drugs and the monitoring of pesticides in natural environments.

Quantificação do pesticida diclorvos por voltametria de onda quadrada em águas puras e naturais

This work reports the use of square wave voltammetry (SWV) to analyse the electrochemical reduction of dichlorvos (2, 2-dichlorovinyl-dimethylphosphate) in spiked pure and natural waters. SWV measurements were carried out in 0.5 mol L-1 Na2SO4 aqueous solutions at pH 5, prepared with water originated from three different sources, namely, one sample of purified water and others from two urban creeks in São Carlos County. In all cases, two reduction peaks were observed, at potentials of -0.15 and -1.05 V vs Ag/AgCl, with both current and potential being dependent on pesticide concentration. This allowed the calculation of the following detection limits: 1.0, 2.5 and 3.0x10-8 mol L-1 for purified, Gregorio creek and Monjolinho creek waters, respectively, in a working range between 2.0x10-7 and 1.4x10-6 mol L-1. Recovery measurements found values higher than 80% in all cases, for an added concentration of 4.0 x 10-7 mol L-1 of dichlorvos in each solution. All analytical experiments were performed in triplicate and showed a standard deviation always less than 3%.

Determinação de manganês em material particulado atmosférico de ambientes de trabalho utilizando eletrodo de diamante dopado com boro e voltametria de onda quadrada com redissolução catódica

A boron-doped diamond electrode is used for determination of Mn(II) in atmospheric particulate matter by square wave cathodic stripping voltammetry. The analytical curve was linear for Mn(II) concentrations between 5.0 and 37.5 µg L-1, with quantification limit of 3.6 µg L-1. The precision was evaluated by the relative standard deviation, with values between 5.1% and 9.3%. The electrode is free of adsorption, minimizing memory effects. Samples collected in the workplace atmosphere of a foundry had Mn(II) concentrations between 0.4 and 4 µg m-3. No significant differences were observed between the proposed method and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy.

Eletroanálise de derivados acetaldeído com hidrazina e determinação em amostras de álcool combustível por voltametria de onda quadrada

A square wave voltammetric method is described for the determination of acetaldehyde using the derivatization reaction with hydrazine sulphate, based on the reduction of hydrazone generated as a product that exhibits a single well-defined peak at -1.19V in acetate buffer at pH 5. Calibration graphs were obtained from 1.0 x 10-6 mol L-1 to 10 x 10-6 mol L-1 of acetaldehyde, using a reaction time of 8 min and a hidrazine concentration of 0.02 mol L-1. The detection limit was 2.38 x 10-7 mol L-1. The method was applied satisfactorily to the determination of total aldehyde in fuel ethanol samples without any pre-treatment.

Uso de frascos de polipropileno descartáveis no pré-tratamento de amostras de água para determinação de chumbo, cobre e mercúrio por voltametria de onda quadrada

In this work a simple and versatile procedure is described for treating water samples using small polypropylene (PP) vials (4 mL) for determining heavy metals by square wave voltammetry (SWV). This procedure involves treatment with nitric acid (0.2 mol L-1) and boiling in a water-bath (~ 100 ºC). This process is completed after one hour and allows the pretreatment of several samples simultaneously. The accuracy was estimated using addition/recovery studies and certified water sample analysis, yielding an agreement near to 100%.

Utilização da múltipla voltametria de onda quadrada na determinação eletroanalítica de compostos orgânicos e inorgânicos

This paper reports the development of multiple square wave voltammetry and the possibilities of its use for electroanalytical determinations of organic and inorganic compounds with the improvement of the signal-to-noise ratios and detection limits 2-3 orders of magnitude lower than those obtained with conventional square wave voltammetry. The theoretical aspects and analytical applications were demonstrated as an increased analytical response (current) and application of different pulse modes for different redox processes. Preliminary results obtained for several redox systems using different electrode surfaces are shown, demonstrating also that MSWV represents an excellent alternative for the determination of ultra-traces of organic and inorganic compounds.

Metodologias eletroanalíticas para a determinação de herbicidas triazínicos por voltametria de onda quadrada e técnicas de deconvolução

This work describes the development of electroanalytical methodologies for the determination of atrazine, ametrine and simazine by square wave voltammetry on a mercury electrode. For pure atrazine and pure ametrine, the detection limits (DL) were 3.7 and 4.3 µg L-1, respectively, while they increased to 4.8 and 6.5 µg L-1 in the presence of 3.0 x 10-6 mol L-1 of the other component (a mathematical deconvolution program was used in the mixture cases). The voltammetric response for simazine could not be separated from that of atrazine and measurements were carried out only in pure simazine solutions (DL: 7.5 µg L-1).

Estudo do comportamento eletroquímico do herbicida ametrina utilizando a técnica de voltametria de onda quadrada

Foi realizado um estudo do comportamento eletroquímico do herbicida ametrina em meio ácido utilizando a técnica de voltametria de onda quadrada (SWV) combinada com eletrodo de gota suspensa de mercúrio (HMDE). O processo de redução da ametrina envolve a protonação prévia da molécula, seguido da transferência irreversível de dois elétrons com controle de velocidade dado pelo transporte de massa. A corrente de pico apresentou dependência linear com a concentração da espécie, o que permitiu se calcular um limite de detecção de 0,1 mg L-1 (0,1 ppb) em amostras preparadas com água pura de laboratório, valor este que possibilita a aplicação desta metodologia eletroanalítica na análise de traços do herbicida em amostras ambientais.

Determinação simultânea de NADH e ácido ascórbico usando voltametria de onda quadrada com eletrodo de carbono vítreo e calibração multivariada

O método dos mínimos quadrados parciais (PLS) foi aplicado aos dados obtidos por voltametria de onda quadrada para a determinação simultânea de ácido ascórbico (AA) e do co-fator b-nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) em misturas sintéticas. As curvas voltamétricas foram obtidas em tampão fosfato 0,2 mol L-1 (pH 8,0). Foi possível verificar que o método PLS permite a determinação destes compostos simultaneamente nas condições escolhidas. Os resultados mostraram um erro relativo máximo de 1,7% para o NADH e 2,1 % para o AA. A metodologia proposta é simples e desenvolvimentos posteriores podem torná-la útil para análises in vivo.

Determinação voltamétrica do nedocromil de sódio utilizando eletrodo de carbono vítreo

Estudos eletroanalíticos foram realizados com o Nedocromil de Sódio empregando as técnicas voltamétricas de varredura linear, pulso diferencial e onda quadrada, em tampão Britton-Robinson (pH 4,0). No estudo voltamétrico empregando a modalidade de varredura linear observou-se dois picos catódicos, irreversíveis, nos valores de potencial de -0,86 V e -1,10 V (vs ECS). As correntes de pico catódicas apresentaram um controle difusional segundo a relação Ipc versus v½. A dependência de Ipc com a concentração apresentou linearidade entre 5,0x10-4 mol L-1 e 5,0x10-3 mol L-1, limite de detecção de 8,2x10-5 mol L-1 e sensibilidade de 6,3x10³ mA/ mol L-1. Na voltametria de pulso diferencial o Nedocromil de Sódio apresentou dois picos catódicos, irreversíveis, nos valores de potencial de -0,67 V e -0,75 V (vs ECS). Curvas analíticas foram obtidas no intervalo de 3,0x10-6 mol L-1 a 1,0x10-5 mol L-1, limite de detecção de 4,9x10-7 mol L-1 e sensibilidade de 8,7x10(4) mA/ mol L-1. Na voltametria de onda quadrada observou-se dois picos catódicos nos valores de potencial de -0,80 V e -0,91 V (vs ECS), linearidade de 5,0x10-7 mol L-1 a 1,0x10-5 mol L-1, com limite de detecção e uma sensibilidade de 2,7x10-6 mol L-1 e 1,1x10(6) mA/ mol L-1, respectivamente.

Desenvolvimento de metodologia analítica baseada em eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de bismuto: aplicação em águas de chuva de regiões de Santa Catarina

Neste estudo foi desenvolvida uma metodologia analítica para determinação de 2,4-dinitrofenol (2,4-DNP) em amostras de águas de chuva de regiões de Santa Catarina utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) e de forma ex situ. O estudo envolveu a aplicabilidade de utilizar o eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de bismuto. A formação do filme de bismuto foi otimizada por voltametria cíclica e em seguida, estudos de pH e eletrólito de suporte foram investigados para a redução do 2,4-DNP. Os parâmetros analíticos que afetam a sensibilidade da VOQ foram otimizados. Na sequência, as figuras analíticas de mérito foram obtidas: faixa linear de trabalho de 3,2 x 10-7 - 4,6 x 10-6 mol L-1, coeficiente de correlação de 0,996, RSD% = 17,5 (1,3 x 10-6 mol L-1, n = 6), 11,7 (2,5 x 10-6 mol L-1, n = 6) e 6,4 ( 4,5 x 10-6 mol L-1, n = 6), limite de detecção de 1,2 x 10-7 mol L-1. E, finalmente estudos de recuperação foram realizados para avaliar a exatidão da metodologia. Valores obtidos ficaram entre 84-112% (2,5 x 10-6 mol L-1) e 89 - 113% (4,5 x 10-6 mol L-1).

Equações para a previsão da potência aeróbia (VO2) de jovens adultos brasileiros

FUNDAMENTO: O VO2 pode ser previsto, com base em parâmetros antropométricos e fisiológicos, para determinadas populações. OBJETIVO: Propor modelos preditivos do VO2 submáximo e máximo para jovens adultos brasileiros. MÉTODOS: Os 137 voluntários (92 homens) foram submetidos ao teste progressivo de esforço máximo (GXT) no ciclo ergômetro (Monark®, Br). Medidas de trocas gasosas e ventilatórias foram realizadas em circuito aberto (Aerosport® TEEM 100, EUA). Em outro grupo, 13 voluntários foram submetidos ao GXT e a um teste de onda quadrada (SWT), para avaliar a validade externa das fórmulas do ACSM, de Neder et al e do nomograma de Åstrand-Ryhming. Adotou-se o delineamento experimental de validação cruzada e o nível de significância de p < 0,05. RESULTADOS: Para homens durante esforços submáximos deduziu-se um modelo matemático, com base na carga de trabalho, massa corporal e idade, que explicou 89% da variação do VO2 com o EPE (erro padrão da estimativa) = 0,33 l.min-1. Para a carga máxima do grupo masculino outro modelo, com as mesmas variáveis, explicou 71% da variação VO2 com EPE = 0,40 l.min-1. Para as mulheres foi possível explicar 93% da variação VO2 com EPE = 0,17 l.min-1, no esforço submáximo e máximo, com apenas uma equação que empregava as mesmas variáveis independentes. CONCLUSÃO: Os modelos derivados no presente estudo demonstraram ser acurados para a previsão do VO2 submáximo e máximo em jovens adultos brasileiros.