Efeito do tratamento térmico na microestrutura, turbostraticidade e superfície de carbono vítreo reticulado analisado por XPS, espalhamento Raman e voltametria cíclica

The structural and surface properties of reticulated vitreous carbon (RVC) were discussed as a function of its heat treatment temperature (HTT), for samples produced in the range from 700 to 2000 ºC, using the furfuryl precursor resin. The samples were analyzed by x-ray photoelectron spectroscopy, first and second order Raman scattering as well as electrochemical response. Exploring the material turbostraticity concept, the interdependence between the RVC chemical surface variation and its defects were demonstrated. The influence of heteroatom presence was discussed in the material ordering for HTT lower than 1300 ºC while the graphitization process evolution was also pointed out for HTT higher than 1500 ºC.

Aplicação das técnicas eletroanalíticas (voltametria cíclica e de pulso diferencial) usando o eletrodo de diamante dopado com boro para o estudo da isoniazida, etambutol, rifampicina e pirazinamida

In this work a study was done using electrochemical cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry for isoniazida (INH), ethambutol (EMB), rifampicina (RIF) and pyrazinamide (PZA) using the electrode boron-doped diamond (BDD) as working electrode. It also verified the applicability of the technique of differential pulse voltammetry in the quantification of the active compounds used in the treatment of tuberculosis, subsequently applying in samples of pharmaceutical formulation. Among the four active compounds studied, isoniazid showed the best results for the detection and quantification using differential pulse voltammetry. At pH 4 and pH 8, for the calibration curves to INH showed good linearity, with quantification limits of 6.15 mmol L-1 (0,844 ppm) and 4.08 mmol L-1 (0.560 ppm) for the respective pH. The proposed method can be used to determine drug isoniazid, for recovery values were obtained in approximately 100%

A voltametria cíclica e de varrimento linear unidirecional: suas potencialidades na caraterização de processos de corrosão

Artigo licenciado sob uma Licença Creative Commons: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/deed.pt

Desenvolvimento de um sistema de qualificação de TCA em solução aquosa por voltametria

A garantia da qualidade de produtos alimentares constitui um requisito fundamental no setor alimentar pelo que, na última década se tem assistido à intensificação do desenvolvimento e otimização de processos de controlo. O setor vinícola, em particular, tem essa permanente preocupação em relação à presença de contaminantes que possam conferir ao vinho outras características organoléticas consideradas como defeitos, nomeadamente, o 2,4,6-tricloroanisol (TCA). A presença de TCA no vinho, atribuída à migração a partir de rolhas de cortiça contaminadas com TCA, tem sido apontada como responsável pela ocorrência do referido defeito organolético do vinho, conhecido como “cheiro/gosto a mofo” ou “gosto a rolha”, o qual tem levado a perdas económicas bastante elevadas no setor vinícola mundial. O limite humano para a sua deteção sensorial é inferior a 5 ng/L, pelo que uma concentração reduzida de TCA no vinho é facilmente detetada pelo consumidor. Por este motivo, é de grande relevância para a indústria corticeira, nomeadamente para a indústria de produção de rolhas de cortiça para o engarrafamento de vinho, conseguir identificar a presença deste composto na rolha antes da sua utilização ou ainda nas pranchas de cortiça usadas na produção de rolhas, de modo a poderem ser implementadas medidas corretivas que permitam eliminar ou reduzir o teor de TCA nas mesmas, evitando assim a contaminação futura do vinho engarrafado. Diversas técnicas são utilizadas para detetar a presença do TCA no vinho ou em rolhas, sendo de especial relevância as baseadas em cromatografia gasosa com deteção por espectrometria de massa. Contudo, estas técnicas analíticas capazes de detetar e quantificar níveis de TCA da ordem dos ng/L, são em geral dispendiosas, requerendo equipamentos analíticos caros e pessoal técnico altamente qualificado, não sendo portáteis e por isso dificilmente aplicáveis in-situ, necessitando de um pré-tratamento das amostras complexo com a finalidade de extrair o TCA e concentrá-lo para posterior quantificação. Assim, este procedimento de deteção de TCA, tido como método de referência, não é uma solução economicamente viável para grande parte das pequenas e médias empresas corticeiras, sendo apenas aplicável a um reduzido número de amostras, o que limita a real deteção de contaminações de TCA na cortiça e nas rolhas fabricadas. Neste trabalho, utilizou-se a técnica de voltametria cíclica para detetar TCA na água de cozedura de pranchas de cortiça utilizadas para a produção de rolhas para engarrafamento de vinho. As análises foram realizadas à temperatura ambiente, em menos de 15 minutos, com reduzido uso de solventes orgânicos e sem qualquer pré-tratamento da amostra. A técnica proposta apresenta limites de deteção de 0,31 0,01 ng/L e de quantificação de 0,95 0,05 ng/L inferiores ao limiar de deteção humano. Ensaios realizados em soluções não contaminadas com TCA permitiram quantificar uma concentração de TCA da ordem do referido limite de quantificação (1,0 0,2 ng/L), o que confirma o desempenho satisfatório da metodologia proposta. Por outro lado, o método apresentou uma repetibilidade satisfatória (valores inferiores a 3%) quando aplicado a amostras reais de água de cozedura das pranchas de cortiça obtidas no processo industrial de produção de rolhas. Verificou-se ainda que os teores de TCA nas amostras aquosas determinados pela técnica proposta são concordantes com os obtidos por GC-MS (coeficiente de correlação igual a 0,98), o que confirma a precisão satisfatória da metodologia proposta. Assim, uma vez que esta nova abordagem é um método rápido, de baixo custo, portátil e de fácil utilização, pode ser visto como uma ferramenta alternativa e útil para aplicações industriais in-situ, permitindo a deteção de TCA numa fase inicial da produção de rolhas de cortiça. Esta técnica pode contribuir para a implementação mais eficaz de procedimentos de segregação da cortiça contaminada com o intuito de reduzir ou evitar futuras contaminações de vinho engarrafado com TCA.

Ethanol electrooxidation on Pt-Sn and Pt-Sn-W bulk alloys

Ethanol oxidation has been studied on Pt-Sn and Pt-Sn-W electrodes prepared in an arc-melting furnace. Different electrochemical techniques like cyclic voltammetry and chronoamperometry were used to evaluate the catalytic activity of these materials. The electro-oxidation process was also investigated by in situ infrared reflectance spectroscopy in order to determine adsorbed intermediates and reaction products. Experimental results indicated that Pt-Sn and Pt-Sn-W alloys are able to oxidize ethanol mainly to acetaldehyde and acetic acid. Adsorbed CO was also detected, demonstrating the viability of splitting the C-C bond in the ethanol molecule during the oxidation process. The adsorbed CO was further oxidized to CO2.This reaction product was clearly detected by SNIFTIRS. Pt-Sn-W catalyst showed a better electrochemical performance than Pt-Sn that, in it turn, is better than Pt-alone.

Screening process for activity determination of conductive oxide electrodes for organic oxidation

A modified method for the calculation of the normalized faradaic charge (q fN) is proposed. The method involves the simulation of an oxidation process, by cyclic voltammetry, by employing potentials in the oxygen evolution reaction region. The method is applicable to organic species whose oxidation is not manifested by a defined oxidation peak at conductive oxide electrodes. The variation of q fN for electrodes of nominal composition Ti/RuX Sn1-X O2 (x = 0.3, 0.2 and 0.1), Ti/Ir0.3Ti0.7O2 and Ti/Ru0.3Ti0.7O2 in the presence of various concentrations of formaldehyde was analyzed. It was observed that electrodes containing SnO2 are the most active for formaldehyde oxidation. Subsequently, in order to test the validity of the proposed model, galvanostatic electrolyses (40 mA cm-2) of two different formaldehyde concentrations (0.10 and 0.01 mol dm-3) were performed. The results are in agreement with the proposed model and indicate that this new method can be used to determine the relative activity of conductive oxide electrodes. In agreement with previous studies, it can be concluded that not only the nature of the electrode material, but also the organic species in solution and its concentration are important factors to be considered in the oxidation of organic compounds.

Development of instrumentation for amperometric and coulometric detection using ultramicroelectrodes

In this work it is presented the development of a simple, portable and inexpensive instrumentation for amperometric and coulometric detection in different analytical instrumentation systems utilizing ultramicroelectrodes. The software, developed in LabVIEW 7.1TM, is capable to carry out three main detection techniques (amperometric, pulsed amperometric and coulometric detection) and a voltammetric technique (cyclic voltammetry). The instrumentation was successfully evaluated using the following systems: cyclic voltammograms of metallic electrodes in alkaline solutions, flow electrochemical detection of glucose and glycine and direct determination of herbicide glyphosate (electrochemical detection coupled to HPLC).

A novel disposable electrochemical microcell: construction and characterization

An alternative technique for the fabrication of disposable electrochemical microcells containing working, reference and auxiliary electrodes on a single device is reported. The procedure is based on thermal-transfer of toner masks onto CD-R (recordable compact discs) gold surfaces to define the layout of the electrodes (contour). In a subsequent step, the layout is manually painted with a permanent marker pen. The unprotected gold surface is conveniently etched (chemical corrosion) and the ink is then easily removed with ethanol, generating gold surfaces without contamination. The final and reproducible area of the electrodes is defined by heat transference of a second toner mask. Silver epoxy is deposited on one of the gold bands which is the satisfactorily used as reference electrode. These microcells were electrochemically characterized by cyclic, linear, and square wave voltammetry, and several electroactive species were used as model systems. The area reproducibility of the electrodes for different microcells was studied and a relative standard deviation better than 1,0% (n = 10) was obtained. Disposable electrochemical microcells were successfully used in analysis of liquid samples with volumes lower than 200 µL and good stability and reproducibility (RSD less than 2.0%) were achieved. These microcells were also evaluated for quantification of paracetamol and dipyrone in pharmaceutical formulations.

Conducting polymer- hydrogel blends for electrochemically controlled drug release devices

Blends formed by electrochemical polymerization of polypyrrole (PPy) into polyacrylamide (PAAm) hydrogels were used as devices for controlled drug release. The influence of several parameters in the synthesis, such as type of hydrogel matrix and polymerization conditions was studied by using a fractional factorial design. The final goal was to obtain an adequate device for use in controlled release tests, based on electrochemical potential control. For controlled release tests, Safranin was used as model drug and release curves (amount of drug vs. time) have shown that these blends are promising materials for this use. The optimized blends obtained were characterized by cyclic voltammetry and Raman spectroscopy.

Estudo da corrosão dos aços AISI 1010 e AISI 316L em soluções com elevado teor de cloreto e em ácido naftênico

A mudança no mercado global do petróleo nos últimos anos, com o declínio das reservas de óleo leve, têm forçado a busca por novos campos petrolíferos em ambientes mais remotos, como nos campos localizados na camada pré-sal, e a exploração de óleos pesados que possuem elevado teor de ácidos naftênicos. Isso acarreta em grandes desafios para a previsão do desempenho de materiais frente às novas condições ambientais em que estão inseridos. No presente trabalho, o comportamento da corrosão do aço carbono AISI 1010 e do aço inoxidável AISI 316L foi estudado em soluções aquosas com elevado teor de cloreto e em solução de ácido naftênico ciclopentanóico a fim de ter melhor entendimento da ação dessas espécies no processo de corrosão e simular a corrosão pela água de produção na indústria petrolífera. Foram aplicadas as técnicas de potencial de circuito aberto, polarização potenciodinâmica, voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica, usadas, em cada caso, de acordo com a conveniência. O aumento da [Cl-] na faixa de 1,2–2,8 mol.L-1 não altera os processos catódicos e anódicos perto do Ecorr para os aços AISI 1010 e AISI 316L. Em condições de sobrepotenciais afastados do Ecorr, o aumento de [Cl-] aumenta os processos oxidativos de corrosão, o que é expresso pelas maiores densidades de corrente e carga anódica e aumento da perda de massa sofrida pelos eletrodos de ambos os aços. Portanto, os danos da corrosão são mais intensos quando se aumenta a [Cl-]. O aço AISI 1010 é ativo nas soluções de NaCl e a corrosão se propaga livremente de forma uniforme. Para o aço AISI 316L, uma ampla faixa de passividade pode ser vista nas soluções de NaCl; no Epit ocorre a ruptura do filme passivo e o crescimento de pites estáveis. Após 24 h de imersão em soluções de sulfato de sódio (branco) e de ácido naftênico ciclopentanóico ocorre crescimento de filme de óxido e as fases α-Fe2O3, Fe3O4 e δ-FeO(OH) foram identificadas nos espécimes de aço AISI 1010 e Fe3O4 foi identificado nos defeitos do filme prévio presente na superfície do aço AISI 316L. Os filmes formados em solução de ácido ciclopentanóico possuem menor resistência à polarização, maior rugosidade e maior taxa de corrosão quando comparado aos filmes crescidos na solução branco, para ambos os aços. A presença do ácido naftênico muda a forma como a reação de corrosão se procede e contribui para o aumento da corrosão. A corrosão naftênica foi mais pronunciada no aço carbono porque a presença dos elementos de liga no aço inox reduzem o número de sítios ativos ricos em Fe e tornam menos oportuna a ligação do Fe com o naftenato.

Polímeros conjugados baseados em calix[4]arenos: síntese e aplicações em electrónica molecular

Neste trabalho são descritas as sínteses de novos copolímeros do tipo p-fenileno-etinileno (PPE’s) contendo unidades de calix[4]areno com potencial aplicação em electrónica molecular. A preparação destes copolímeros envolveu a síntese e caracterização de duas unidades monoméricas distintas. O 1,4-bis-25-(oximetil) - 26,26,28-tripropoxi-2,5-di-iodo-benzeno-p-terc-butilcalix[4]areno e diferentes 1,4-di-etinil-2,5-bis(alcoxi)benzenos. Os materiais sintesidados foram analisados e caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear de protão e de carbono (1H e 13C RMN), análise elementar (AE) e cromatografia de permeação em gel (GPC). Com o objectivo de estudar as suas propriedades espectroscópicas recorreu-se a técnicas de absorção de estado fundamental e luminescência de estado estacionário. O estudo das propriedades quirópticas do CALIX-p-PPE-C5q demonstrou que a homoquiralidade presente nas cadeias laterais de um dos componentes do copolímero é transferida para a cadeia principal do polímero conjugado, originando um polímero quiral. A realização de estudos electroquímicos por voltametria cíclica permitiu identificar nos diferentes polímeros processos oxidativos a potenciais semelhantes; o processo redutivo apenas foi observado no CALIX-p-PPE-C6. Os polímeros sintetizados foram posteriormente testados em duas aplicações de electrónica molecular. Num dos casos, a sua capacidade de funcionar com sensores químicos na detecção de explosivos nitroaromáticos foi avaliada usando técnicas de fotoluminescência enquanto a sua utilização como filmes emissivos em diodos emissores de luz foi avaliada por estudos de electroluminescência.

Síntese de complexos de ferro (II) e Ruténio (II) com potenciais aplicações como condutores moleculares

De sua definição, um condutor molecular é “ uma molécula dimensional” que permite a troca de um electrão entre as extremidades através de uma ponte, sendo elas mesmas capazes de trocar electrões com o exterior. Os condutores moleculares envolvendo centros metálicos podem ser constituídos por um sistema orgânico deslocalizado que estabelece a ponte entre os centros metálicos terminais, sendo ambas as partes responsáveis pelo desempenho final do condutor molecular. Os espaçadores orgânicos são responsáveis pelas propriedades electrónicas e pelo comprimento do condutor, enquanto que os centros metálicos, ao introduzirem electrões no sistema, aumentam a condutividade. No capítulo 1 faz-se uma breve introdução aos condutores moleculares, como podem ser avaliados segundo a sua estrutura. Outro assunto abordado é a influência de compostos, mostrando deste modo a interferência do tipo de espaçadores utilizados. Faz-se ainda uma breve apresentação sobre os compostos homo e heterobimetálicos. Finalmente, apresenta-se uma pequena revisão sobre os compostos organometálicos σ-metálicos. No capítulo 2 apresenta-se a síntese e caracterização dos compostos orgânicos, nomeadamente ρ-NΞCC6H4CCSiMe3, ρ-NΞCC6H4CCH e ρ-HCΞCC6H4CCH. No capítulo 3 descreve-se a síntese de diversos complexos monometálicos de Ferro (II) e ruténio (II) com os ligandos acima referidos e diferentes fragmentos metálicos [FeCp(CO)2]+, [FeCp(dppe)]+, [RuCp(dppe)]+ e [RuCp(PPh3)2]+. Os complexos obtidos foram caracterizados utilizando as técnicas espectroscópicas usuais: RMN, IV, UV-vis. A eficiência da interacção electrónica entre os centros, ao longo do sistema тт, foi avaliada por estudos electroquímicos (voltametria cíclica). No capítulo 4 encontram-se descritas as diversas tentativas de síntese dos compostos homo e heterobimetálicos. Os ligandos e fragmentos utilizados foram os mesmos que no capítulo anterior. O capítulo 5 descreve os pormenores experimentais da síntese e a caracterização espectroscópica dos compostos apresentados nos capítulos anteriores, bem como as condições gerais em que foram obtidos.

Síntese e caracterização de complexos de rénio com ligandos piridínicos e O,N,O'doadores

Nesta dissertação descreve-se a síntese e caracterização de complexos de rénio contendo ligandos azotados derivados da piridina e ligandos O, N, O’ - doadores. No capítulo 1 indicam-se algumas propriedades dos ligandos piridínicos e O, N, O’ - doadores bem como um estudo de revisão bibliográfica sobre a química dos complexos de rénio utilizados como compostos de partida. No capítulo 2 descreve-se a síntese e caracterização dos complexos de rénio [ReOCl2(4,4’-bipy)2(PPh3)][BPh4] 1, [ReCl2{η2-N,O-N2C(O)Ph}(4,4’-bipy)(PPh3)] 2, [ReOCl3(Ph-terpy)] 3, [ReCl2{N2C(O)Ph}(Ph-terpy)][BPh4]2 4, [ReO3(Ph-terpy)][ReO4] 5 [ReOCl{C6H5N(OC2H4)2}(PPh3)] 6 e [ReCl2{N2C(O)Ph}{OCH2CH2)N(CH2CH2OH)(CH2COO)}] 7 obtidos por reacção dos complexos [ReCl2{ŋ2 -N, O-N2C(O)Ph}(PPh3)2, [ReOCl3(PPh3] e [Re2O7] com 4,4’-bipridina (1,2), fenil-ter-piridina (3-5), N-fenildietanolamina (6) e N,N-bis(2-hidroxietil-glicina) (7). A caracterização destes complexos foi efectuada através das técnicas usuais de análise elementar, e de espectroscopia de I.V. e R.M.N. (1H, 31P-{1H}, 13C-{1H} e 13C). Foi realizado um estudo preliminar sobre o comportamento electroquímico de alguns complexos sintetizados por voltametria cíclica e electrólise a potencial controlado permitindo avaliar o carácter permitindo doador/aceitador dos diferentes ligandos. No capítulo 3 indicam-se os detalhes experimentais referentes à síntese e caracterização dos complexos (1-7), bem como outras tentativas de síntese.

Complexos de rénio com ligandos solúveis em água: aplicação em catálise

O objectivo deste trabalho consistiu na síntese de novos complexos de rénio com ligandos solúveis em água. Para tal, utilizaram-se os materiais de partida [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PPh3)2] e Re2O7 e os compostos solúveis em água ( e relacionáveis) 1, 3, 5-triazo-fosfaadamantano (PTA), iodeto de 1-metil-1, 3, 5 -triazo-7-fosfaadamantano ([Me-PTA]I), hexametilenotetraamina (HMT), hidrotris(1-pirazolil)metano (Tpm), hidrotris(3, 5-dimetil-1-pirazolil)metano (TpmMe) e tris(1-pirazolil)metanossulfonato de lítio (LiTpms). Como resulrado, conseguiu-se sintetizar o complexo de rénio [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PTA)3] contendo moléculas de PTA coordenadas de modos diferentes, ou seja, coordenam-se duas moléculas pelo átomo de azoto e uma pelo átomo de fósforo. Este aparente ser o primeiro complexo de rénio a apresentar este tipo de coordenação. Para além deste complexo, conseguiram-se sintetizar também vários complexos derivados de Re2O7, incorporando os ligandos acima mencionados, em diferentes combinações. Todos os complexos foram caracterizados por Espectroscopias de Radiação Infravermelha e de Ressonância Magnética Nuclear, por Análise Elementar, Voltametria Cíclica e Electrólise a Potencial Controlado. Estudou-se a actividade catalítica de todos os complexos sintetizados na oxidação peroxidativa do ciclo-hexano a ciclo-hexanol e ciclo-hexanona, em condições suaves. Os resultados obtidos são promissores, na medida em que os complexos aparentam ser bastante selectivos relativamente à obtenção de ciclo-hexanona.

Desenvolvimento de um nanosensor para monitorizar a ciprofloxacina em águas superficiais

No presente trabalho pretendeu-se estudar o comportamento da ciprofloxacina por técnicas voltamétricas e desenvolver novos sensores para monitorizar a ciprofloxacina em águas residuais. A investigação realizada contemplou essencialmente, os seguintes aspectos: estudo da influência do pH no comportamento voltamétrico da ciprofloxacina e comparação entre o eléctrodo de carbono vítreo e alguns eléctrodos modificados. O estudo foi efectuado em voltametria cíclica a diferentes velocidades de varrimento e também em voltametria de impulso diferencial. O estudo mostrou que o eléctrodo modificado com nanotubos de carbono permitiu a quantificação de níveis mais baixos de ciprofloxacina. O novo sensor desenvolvido foi utilizado em águas do rio Douro e rio Leça com o objectivo de monitorizar a concentração de ciprofloxacina. Traçaram-se curvas de calibração directa e por adição padrão de quantidades crescentes de ciprofloxacina. Os estudos efectuados com as águas do rio Douro e rio Leça foram recolhidos próximos da foz do rio estas amostras deveriam ser recolhidas em vários pontos do rio para se poder fazer uma comparação de resultados. Os estudos de recuperação permitiram verificar que a percentagem de recuperação para o rio Douro se situava nos 90% e as do rio Leça nos 75%, pelo método da calibração directa. Usando o método da adição padrão a recuperações foram de 99% para o rio Douro e 90% para o rio Leça. Os estudos em curso permitem concluir que este sensor poderá ser aplicado na monitorização da ciprofloxacina em amostras ambientais.