Determination of Tetradifon in Brazilian Green Bell Pepper by Differential Pulse Voltammetry

Tetradifon, a potentially carcinogenic and mutagenic pesticide, can contribute to environmental and human contamination when applied to green bell pepper crops. In this context, in this work, a reliable and sensitive method for determination of tetradifon in Brazilian green bell pepper samples involving a differential pulse voltammetry (DPV) technique on a glassy carbon electrode is proposed. The electrochemical behavior of tetradifon as followed by cyclic voltammetry (CV) suggests that its reduction occurs via an irreversible five-electron transfer vs. Ag vertical bar AgCl, KCl 3 M reference electrode. Very well-resolved diffusion controlled voltammetric peaks have been obtained in a supporting electrolyte solution composed of a mixture of 40% dimethylformamide (DMF), 30% methanol, and 30% NaOH 0.3 mol L-1 at -1.43, -1.57, -1.73, -1.88, and -2.05 V. The proposed DPV method has a good linear response in the 3.00 - 10.0 mu mol L-1 range, with a limit of detection (L.O.D) of 0.756 mu mol L-1 and 0.831 mu mol L-1 in the absence and in the presence of the matrix, respectively. Moreover, improved L.O.D results (0.607 mu mol L-1) have been achieved in the absence of DMF from the supporting electrolyte solution. Recovery has been evaluated in five commercial green bell pepper samples, and recovery percentages ranging from 91.0 to 109 have been obtained for tetradifon determinations. The proposed voltammetric method has also been tested for reproducibility, repeatability, and potential interferents, and the results obtained for these three analytical parameters are satisfactory for electroanalytical purposes. (C) 2012 The Electrochemical Society. [DOI: 10.1149/2.024207jes] All rights reserved.

Fast Determination of Ciclopirox in Pharmaceutical Products by Amperometry in Flow and Batch Injection Systems

Amperometry coupled to flow injection analysis (FIA) and to batch injection analysis (BIA) was used for the rapid and precise quantification of ciclopirox olamine in pharmaceutical products. The favourable hydrodynamic conditions provided by both techniques allowed a very high throughput (more than 300 injections per hour) with good linear range (2.0200 mu mol L-1) and low limits of detection (below 1.0 mu mol?L-1). The results obtained were compared with titration recommended by the American Pharmacopoeia and also using capillary electrophoresis. Good agreement between all results were achieved, demonstrating the good performance of amperometry combined with FIA and BIA.

Real-time electrochemical determination of phenolic compounds after benzene oxidation

A sensitive electrochemical sensor was successfully developed on multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and cobalt phthalocyanine (CoPc) modified glassy carbon electrode (GC), and used to detect byproducts formed after the electrolysis of benzene. The GC/MWCNT/CoPc electrode was applied in the detection of phenolic compounds using square wave voltammetry (SWV). The proposed sensor exhibited a sequence in the sensitivity of the tested phenols: catechol > hydroquinone > resorcinol > phenol and 1,4-benzoquinone. The detection limits for individual phenols were also calculated: catechol (15.62 mu g L-1), hydroquinone (17.91 mu g L-1), resorcinol (46.12 mu g L-1), phenol (58.83 mu g L-1) and 1,4-benzoquinone (13.75 mu g L-1). The proposed sensor was successfully applied in the determination of the total amount of phenols formed after the benzene oxidation, and the obtained results were in full agreement with those from the HPLC procedure. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of an enzymeless electroanalytical method for the indirect detection of creatinine in urine samples

The aim of this study is to develop a new enzymeless electroanalytical method for the indirect quantification of creatinine from urine sample. This method is based on the electrochemical monitoring of picrate anion reduction at a glassy carbon electrode in an alkaline medium before and after it has reacted with creatinine (Jaffe's reaction). By using the differential pulse voltammetry technique under the optimum experimental conditions (step potential, amplitude potential, reaction time, and temperature), a linear analytical curve was obtained for concentrations of creatinine ranging from 1 to 80 mu mol L-1, with a detection limit of 380 nmol L-1. This proposed method was used to measure creatinine in human urine without the interference of most common organic species normally present in biological fluids (e.g., uric acid, ascorbic acid, glucose, and phosphocreatinine). The results obtained using urine samples were highly similar to the results obtained using the reference spectrophotometric method (at a 95% confidence level). (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Glass/PDMS hybrid microfluidic device integrating vertically aligned SWCNTs to ultrasensitive electrochemical determinations

This communication reports a promising platform for rapid, simple, direct, and ultrasensitive determination of serotonin. The method is related to integration of vertically aligned single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in electrochemical microfluidic devices. The required microfabrication protocol is simple and fast. In addition, the nanomaterial influenced remarkably the obtained limit-of-detection (LOD) values. Our system achieved a LOD of 0.2 nmol L-1 for serotonin, to the best of our knowledge one of the lowest values reported in the literature.

Cyclic Voltammetry and Computational Chemistry Studies on the Evaluation of the Redox Behavior of Parabens and other Analogues

Parabens are antimicrobial preservatives widely used in pharmaceutical, cosmetic and food industries. The alkyl chain connected to the ester group defines some important physicochemical characteristics of these compounds, including the partition coefficient and redox properties. The voltammetric and computational analyses were carried out in order to evaluate the redox behavior of these compounds and other phenolic analogues. A strong correlation between chemical substituents inductive effects of parabens with redox potentials was observed. Using cyclic voltammetry and glassy carbon working electrode, only one irreversible anodic peak was observed around 0.8 V for methylparaben (MP), ethylparaben (EP), propylparaben (PP), butylparaben (BP), benzylparaben (BzP) and p-substituted phenolic analogues. The electrodonating inductive effect of alkyl groups was demonstrated by the anodic oxidation potential shift to lower values as the carbon number increases and, therefore the parabens (and other phenolic analogues) oxidation processes to the quinonoidic forms showed great dependence on the substituent pattern.

Cyclic voltammetry and computational chemistry studies on the evaluation of the redox behavior of parabens and other analogues

Parabens are antimicrobial preservatives widely used in pharmaceutical, cosmetic and food industries. The alkyl chain connected to the ester group defines some important physicochemical characteristics of these compounds, including the partition coefficient and redox properties. The voltammetric and computational analyses were carried out in order to evaluate the redox behavior of these compounds and other phenolic analogues. A strong correlation between chemical substituents inductive effects of parabens with redox potentials was observed. Using cyclic voltammetry and glassy carbon working electrode, only one irreversible anodic peak was observed around 0.8 V for methylparaben (MP), ethylparaben (EP), propylparaben (PP), butylparaben (BP), benzylparaben (BzP) and p-substituted phenolic analogues. The electrodonating inductive effect of alkyl groups was demonstrated by the anodic oxidation potential shift to lower values as the carbon number increases and, therefore the parabens (and other phenolic analogues) oxidation processes to the quinonoidic forms showed great dependence on the substituent pattern.

Determinazione di radicali OH: sintesi di materiali per la modifica di elettrodi di platino e carbone vetroso

Questa tesi descrive lo sviluppo di un elettrodo modificato con un polimero isolante per la determinazione indiretta del radicale OH. I polimeri testati sono stati polifenolo, polipirrolo e polipirrolo sovraoossidato ed il primo è risultato quello con le migliori prestazioni. Il film di modificante è stato depositato per elettropolimerizzazione del fenolo in ambiente acido, su un elettrodo di carbone vetroso (GC) ed è risultato isolante e perfettamente adeso al GC, impedendo il trasferimento di carica alle più comuni sonde redox. L’attacco dei radicali OH, generati dalla reazione di Fenton o dalla fotolisi di H2O2, rimuove parzialmente il polimero dal GC, ripristinando parzialmente il comportamento conduttore dell’elettrodo. L’entità della degradazione del film polifenolico è stata valutata sfruttando la corrente relativa alla sonda redox Ru(NH3)63+, che rappresenta il segnale analitico per la determinazione del radicale OH. L’elettrodo è stato impiegato per stimare le prestazioni di foto catalizzatori a base di nanoparticelle di TiO2, ottenendo risultati correlati a quelli ricavati da un metodo HPLC. Inoltre esso è stato usato per sviluppare una nuova procedura per la determinazione della capacità di scavenging verso i radicali OH, che è stata applicata all’analisi di composti puri e campioni reali. I risultati erano confrontabili con quelli determinati con metodiche standardizzate, comunemente impiegate per la determinazione della capacità antiossidante. Inoltre è stato condotto uno studio riguardante la modifica di un elettrodo di platino con un idrossido misto a strati a base di cobalto e alluminio (LDH). In particolare si sono valutati gli effetti di diversi pretrattamenti del Pt sulle caratteristiche e prestazioni elettrocatalitiche del film di LDH nei confronti dell’ossidazione di anilina, fenolo e acido salicilico. Questi composti possono essere impiegati come molecole sonda per la determinazione del radicale OH e rivestono interesse da un punto di vista elettroanalitico perché portano facilmente alla passivazione della superficie di Pt.

Polimeri metacrilici contenenti ferrocene: sintesi mediante ATRP e proprietà

An investigation on the synthesis and properties of ferrocene-containing methacrylate monomer and polymer was carried out. Block copolymers of Ferrocenylmethyl Methacrylate with methyl, butil and esil methacrylate, were also prepared. The side-chain ferrocene-containing polymers and copolymers were prepared via atom transfer radical polymerization (ATRP). The glass transition temperature (Tg) values of the polymers and copolymers were measured by differential scan calorimetry (DSC).The thermal degradation behavior of copolymers was also studied and compared with the respective homopolymers. Cyclic voltammetry was employed to study the electrochemical properties. Preliminar electrochemical studies with a glassy carbon and Indium Tin Oxide electrodes modified with ferrocene-polymer conducted in aqueous and organic media are reported.

Metallo-esacianometallati per la produzione elettrochimica di idrogeno

In questo lavoro di tesi è stata investigata la possibilità di utilizzare particolari composti inorganici chiamati metallo-esacianometallati per la produzione elettrochimica di idrogeno. In particolare, elettrodi di glassy carbon (GC) sono stati modificati con TiO2-esacianometallati, come il cobalto-esacianoferrato (CoHCF), indio-esacianoferrato (InHCF) e nichel-cobalto esacianoferrato (NiCoHCF) e le loro performance per la produzione elettrocatalitica di idrogeno sono state esaminate con e senza esposizione alla luce UV. La spettroscopia IR e diffrazione dei raggi X di polveri (XRD) sono stati utilizzate per studiare la morfologia e la struttura dei campioni di TiO2 modificata con metallo-esacianoferrati. La caratterizzazione elettrochimica è stata eseguita attraverso voltammetria ciclica (CV) e cronopotenziometria. Per ottimizzare le condizioni, l'influenza di alcuni parametri tra cui la quantità di catalizzatori nella composizione dell’elettrodo ed il pH dell'elettrolita di supporto sono stati esaminati nel processo di produzione di idrogeno. Gli studi effettuati utilizzando gli elettrodi modificati, evidenziano la migliore performance quando l’elettrodo è modificato con TiO2-InHCF ed è esposto a luce UV. L'elettrodo proposto mostra diversi vantaggi tra cui un lungo ciclo di vita, basso costo, ottima performance e facilità di preparazione su larga scala, potrebbe quindi essere considerato un candidato ideale per la produzione elettrocatalitica di idrogeno.

Deposizione elettrochimica di esacianoferrato di rame tramite un metodo "a due step"; caratterizzazione e valutazione delle prestazioni

In this thesis we have identified two electrochemical procedures for preparing two compounds of copper hexacyanoferrate (CuHCF) films with different compositions and structures. The deposition were carried out using a “two steps” method consisting in electrochemical oxidation of previously deposited metallic copper on carbon substrates (glassy carbon and graphite foil electrodes) in K3[Fe(CN)6] solution. Both films, CuHCF-methodA and CuHCF-methodB, were characterized by cyclic voltammetry (GC) and their study using XANES spectroscopy revealed evidence of different structures. Additionally, insertion and extraction of different cations (Na+, K+, Mg2+, Al3+ and Cs+) were performed and the results indicate that CuHCF-methodA has slightly better performances and operational stability than CuHCF-methodB. Data from galvanostatic charge-discharge tests confirme the latter observation. An application for amperometric detection of H2O2 and SEM micrographs are also reported for both films (method A and B). Comparing these results with a previous work of our research group, seems that the deposition of two different compounds using methodA and methodB is due to the different stoichiometry of ions Cu2+ e [Fe(CN)6]3– created near electrode surface during the dissolution step.

Electrodes for Long-Term Esophageal Electrocardiography

The emerging application of long-term and high-quality ECG recording requires alternative electrodes to improve the signal quality and recording capability of surface skin electrodes. The esophageal ECG has the potential to overcome these limitations but necessitates novel recorder and lead designs. The electrode material is of particular interest, since the material has to ensure conflicting requirements like excellent biopotential recording properties and inertness. To this end, novel electrode materials like PEDOT and silver-PDMS as well as established electrode materials such as stainless steel, platinum, gold, iridium oxide, titanium nitride, and glassy carbon were investigated by long-term electrochemical impedance spectroscopy and model-based signal analysis using the derived in vitro interfacial properties in conjunction with a dedicated ECG amplifier. The results of this novel approach show that titanium nitride and iridium oxide featuring microstructured surfaces did not degrade when exposed to artificial acidic saliva. These materials provide low electrode potential drifts and insignificant signal distortion superior to surface skin electrodes making them compatible with accepted standards for ambulatory ECG. They are superior to the noble and polarizable metals such as platinum, silver, and gold that induced more signal distortions and are superior to esophageal stainless steel electrodes that corrode in artificial saliva. The study provides rigorous criteria for the selection of electrode materials for prolonged ECG recording by combining long-term in vitro electrode material properties with ECG signal quality assessment.

Calix[6]arene Derivatives as Pivotal Components of Working Devices and Molecular Machine Prototypes

This Ph.D. thesis describes the synthesis, characterization and study of calix[6]arene derivatives as pivotal components for the construction of molecular machine prototypes. Initially, the ability of a calix[6]arene wheel to supramolecularly assist and increase the rate of a nucleophilic substitution reaction was exploited for the synthesis of two constitutionally isomeric oriented rotaxanes. Then, the synthesis and characterization of several hetero-functionalised calix[6]arene derivatives and the possibility to obtain molecular muscle prototypes was reported. The ability of calix[6]arenes to form oriented pseudorotaxane towards dialkyl viologen axles was then exploited for the synthesis of two calixarene-based [2]catenanes. As last part of this thesis, studies on the electrochemical response of the threading-dethreading process of calix[6]arene-based pseudorotaxanes and rotaxanes supported on glassy carbon electrodes are reported.

Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos

O aumento no consumo energético e a crescente preocupação ambiental frente à emissão de gases poluentes criam um apelo mundial favorável para pesquisas de novas tecnologias não poluentes de fontes de energia. Baterias recarregáveis de lítio-ar em solventes não aquosos possuem uma alta densidade de energia teórica (5200 Wh kg-1), o que as tornam promissoras para aplicação em dispositivos estacionários e em veículos elétricos. Entretanto, muitos problemas relacionados ao cátodo necessitam ser contornados para permitir a aplicação desta tecnologia, por exemplo, a baixa reversibilidade das reações, baixa potência e instabilidades dos materiais empregados nos eletrodos e dos solventes eletrolíticos. Assim, neste trabalho um modelo cinético foi empregado para os dados experimentais de espectroscopia de impedância eletroquímica, para a obtenção das constantes cinéticas das etapas elementares do mecanismo da reação de redução de oxigênio (RRO), o que permitiu investigar a influência de parâmetros como o tipo e tamanho de partícula do eletrocatalisador, o papel do solvente utilizado na RRO e compreender melhor as reações ocorridas no cátodo dessa bateria. A investigação inicial se deu com a utilização de sistemas menos complexos como uma folha de platina ou eletrodo de carbono vítreo como eletrodos de trabalho em 1,2-dimetoxietano (DME)/perclorato de lítio (LiClO4). A seguir, sistemas complexos com a presença de nanopartículas de carbono favoreceu o processo de adsorção das moléculas de oxigênio e aumentou ligeiramente (uma ordem de magnitude) a etapa de formação de superóxido de lítio (etapa determinante de reação) quando comparada com os eletrodos de platina e carbono vítreo, atribuída à presença dos grupos laterais mediando à transferência eletrônica para as moléculas de oxigênio. No entanto, foi observada uma rápida passivação da superfície eletrocatalítica através da formação de filmes finos de Li2O2 e Li2CO3 aumentando o sobrepotencial da bateria durante a carga (diferença de potencial entre a carga e descarga > 1 V). Adicionalmente, a incorporação das nanopartículas de platina (Ptnp), ao invés da folha de platina, resultou no aumento da constante cinética da etapa determinante da reação em duas ordens de magnitude, o qual pode ser atribuído a uma mudança das propriedades eletrônicas na banda d metálica em função do tamanho nanométrico das partículas, e estas modificações contribuíram para uma melhor eficiência energética quando comparado ao sistema sem a presença de eletrocatalisador. Entretanto, as Ptnp se mostraram não específicas para a RRO, catalisando as reações de degradação do solvente eletrolítico e diminuindo rapidamente a eficiência energética do dispositivo prático, devido ao acúmulo de material no eletrodo. O emprego de líquido iônico como solvente eletrolítico, ao invés de DME, promoveu uma maior estabilização do intermediário superóxido formado na primeira etapa de transferência eletrônica, devido à interação com os cátions do líquido iônico em solução, o qual resultou em um valor de constante cinética da formação do superóxido de três ordens de magnitude maior que o obtido com o mesmo eletrodo de carbono vítreo em DME, além de diminuir as reações de degradação do solvente. Estes fatores podem contribuir para uma maior potência e ciclabilidade da bateria de lítio-ar operando com líquidos iônicos.

Caracterização e aplicação analítica de eletrodos modificados com sistemas porfirínicos supramoleculares

Estudos com eletrodos modificados foram conduzidos utilizando dois sistemas porfirínicos supramoleculares diferentes. O primeiro foi baseado na modificação de eletrodo de carbono vítreo com uma porfirina de níquel tetrarrutenada, [NiIITPyP{RuII(bipy)2Cl}4]4+. A modificação do eletrodo foi realizada por meio de sucessivos ciclos voltamétricos em meio alcalino (pH 13), gerando um eletrodo com característica similar a eletrodos modificados com α-Ni(OH)2. A caracterização química do filme formado foi realizada através das técnicas de voltametria cíclica, ressonância paramagnética eletrônica, espectroscopia eletrônica por reflectância e espectroscopia Raman com ensaio espectro-eletroquímico. Os resultados sugerem a formação de um polímero de coordenação, [µ-O2-NiIITPyP{RuII(bipy)2Cl}4]n, composto por subunidades porfirínicas ligadas entre si por pontes µ-peroxo axialmente coordenadas aos átomos de níquel (Ni-O-O-Ni). O crescimento do filme apresentou dependência da alcalinidade do meio pela formação do precursor octaédrico [Ni(OH)2TRPyP]2+ em solução, pela coordenação de OH- nas posições axiais do átomo de níquel. O processo de eletropolimerização indicou a participação de radical hidroxil, gerado por oxidação eletrocatalítica da água nos sítios periféricos da porfirina contendo o complexo de rutênio. O mesmo eletrodo foi aplicado como sensor eletroquímico para análise amperométrica de ácido fólico em comprimidos farmacêuticos. O sensor foi associado a um sistema de Batch Injection Analysis (BIA) alcançando considerável rapidez e baixo limite de detecção. Para as análises das amostras também foi proposto um método para a remoção da lactose, que agia como interferente. O segundo estudo envolveu a modificação de eletrodos de carbono vítreo com diferentes hemoglobinas, naturais (HbA0, HbA2 e HbS) e sintéticas (Hb-PEG5K2, αα-Hb-PEG5K2 e BT-PEG5K4), para a avaliação da eficiência na redução eletrocatalítica de nitrito mediada por FeI-heme. Os filmes foram produzidos pela mistura de soluções das hemoglobinas com brometo de didodecildimetiltrimetilamônio (DDAB), aplicados nas superfícies com consecutiva evaporação, formando filmes estáveis. Os valores de potencial redox para os processos do grupo heme e a sua associação com a disponibilidade do grupo na proteína foram avaliados por voltametria cíclica. Os valores das constantes de velocidade, k, para redução de nitrito foram obtidos por cronoamperometria em -1,1 V (vs Ag/AgCl(KCl 3M)) que foram utilizados para estudo comparativo entre as espécies sintéticas para eventual aplicação clínica.