DESENVOLVIMENTO DE SENSOR ELETROQUÍMICO DE GRAFITE MODIFICADO COM AZUL DE METILENO PARA DETECÇÃO DE FOSFATO EM SOLUÇÕES AQUOSAS

Abstract

This sensor can then use phosphate concentration indicators to identify potential actions to reduce the impact on eutrophication of rivers and lakes, as well as the incidence of diseases caused by the mosquito-borne dengue, Zika, and yellow fever. Methylene blue was chosen due to its electroactive properties, ability to form stable polymer films through electropolymerization, and chemical affinity for the phosphate anion. The electrode surface modification was performed by cyclic voltammetry in a 0.1 mM MB solution in a phosphate-buffered solution (pH 7.0). The formation of the polymer film was confirmed by FTIR spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), which revealed characteristic vibrational bands and a porous morphology favorable for ion diffusion. Electrochemical techniques such as cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA), and differential pulse voltammetry (DPV) were used to evaluate the sensor’s performance. The results demonstrated a linear response between current and phosphate concentration.The linear response obtained by cyclic voltammetry in the range of 0 to 2500 µmol/L, with R2 = 0.9661 and R2 = 0.989 for the ranges of 0 to 25 µmol/L. The DPV technique showed high sensitivity, with a linear range between 56 and 2200 µmol/L and a correlation coefficient of R2 = 0.9971. Chronoamperometry demonstrated good current stability and reproducibility under successive phosphate additions, and CV tests confirmed the increase in redox activity after modification with MB. The chronoamperometry curves showed good linearity (correlation coefficient R2 = 0.99), with concentration ranges detected between 199 and 2198 µmol/L. The sensor was also applied to analyze real water samples collected in three locations in the Rio de Janeiro Metropolitan Region: Nova Iguaçu, Duque de Caxias, and Maracanã. The responses demonstrated the sensor’s ability to detect phosphate in complex, untreated environments, with acceptable error rates compatible with field use. The conclusion is that the methylene blue-modified graphite electrode represents a viable, low-cost, and highly sensitive alternative for monitoring phosphate ions, with promising applications in environmental analysis and water quality control.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a caracterização de um sensor eletroquímico baseado em eletrodo de grafite modificado com azul de metileno (MB) para detecção de íons fosfato em meio aquoso a fim de que atráves dos indicadores de concentração do fosfato ações possam ser adotadas, diminuindo o impacto na eutrofização de rios e lagos, assim como indices de doenças causadas pelo mosquito da Dengue, Zika ou Febre amarela. O azul de metileno foi escolhido devido às suas propriedades eletroativas, capacidade de formar filmes poliméricos estáveis por eletropolimerização e afinidade química com o ânion fosfato. A modificação da superfície do eletrodo foi realizada por voltametria cíclica em solução de MB 0,1 mM em solução tamponada de fosfato (pH 7,0). A formação do filme polimérico foi confirmada por espectroscopia FTIR e microscopia eletrônica de varredura (MEV), que evidenciaram bandas vibracionais características e uma morfologia porosa favorável à difusão de íons. Técnicas eletroquímicas como voltametria cíclica (CV), cronoamperometria (CA) e voltametria por pulso diferencial (DPV) foram empregadas para avaliar o desempenho do sensor. Os resultados demonstraram resposta linear entre corrente e concentração de fosfato. A resposta linear obtida por voltametria cíclica na faixa de 0 à 2500 µmol/L, com R2 = 0,9661 e R2 = 0,989 para faixas de 0 à 25 µmol/L. A técnica de DPV apresentou alta sensibilidade, com faixa linear entre 56 e 2200 µmol/L e coeficiente de correlação R2 = 0,9971. A cronoamperometria demonstrou boa estabilidade e reprodutibilidade da corrente sob adições sucessivas de fosfato, e os testes por CV confirmaram o aumento da atividade redox após a modificação com MB apresentou boa linearidade das curvas de cronoamperometria (coeficiente de correlação R2 = 0,99), com faixas de concentração detectadas entre 199 e 2198 µmol/L;. O sensor também foi aplicado na análise de amostras reais de água coletadas em três localidades da Região Metropolitana do Rio de Janeiro: Nova Iguaçu, Duque de Caxias e Maracanã. As respostas obtidas evidenciaram a capacidade do sensor em detectar fosfato em ambientes complexos e não tratados, com taxas de erro aceitáveis e compatíveis com o uso em campo. Conclui-se que o eletrodo de grafite modificado com azul de metileno representa uma alternativa viável, de baixo custo e boa sensibilidade para o monitoramento de íons fosfato, com aplicações promissoras em análises ambientais e controle da qualidade da água.