Novedosa dispersión de nanotubos de carbono en MCM-41: optimización y electroanálisis de ácido ascórbico en matrices complejas

VASCHETTI VIRGINIA M.; VIADA BENJAMÍN N.; TAMBORELLI ALEJANDRO; EIMER GRISELDA A.; RIVAS GUSTAVO A.; DALMASSO PABLO R.

Corrientes

Congreso; XI Congreso Argentino de Química Analítica; 2021

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura (FaCENA) de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE), Corrientes, Argentina

El ácido ascórbico (AA), también conocido comovitamina C, es reconocido como una de las vitaminas hidrosolubles másimportante requeridas por el cuerpo humano. Dado que no es sintetizada por elhombre y actúa como cofactor en diversas reacciones enzimáticas que tienenlugar en el organismo, es un nutriente esencial para el ser humano. De maneraadicional, y considerando sus excelentes propiedades antioxidantes, estavitamina es usada como suplemento nutricional y conservante en la industriaalimentaria y farmacéutica. Por lo expuesto, la detección y la cuantificaciónde AA es fundamental en sus múltiples campos de aplicación. Las técnicas convencionales de sensado de AAemplean equipamiento costoso y requieren un largo tiempo de análisis. Estaslimitaciones experimentadas han posicionado al desarrollo de sensoreselectroquímicos como una alternativa eficiente, rápida y económica para ladeterminación sensible y selectiva de esta vitamina en matrices complejas. En los últimos años ha cobrado enormeimportancia el uso de materiales nanoestructurados para el desarrollo de dispositivoselectroquímicos. Dentro de los mismos se destacan los nanotubos de carbono (CNTs), los cuales desde su descubrimiento por Ijima en 1992, han cobradoenorme importancia en el campo de la Química Electroanalítica, debido suspropiedades estructurales, electrónicas y mecánicas únicas. Sin embargo, elprincipal problema para su uso en el desarrollo de plataformas electroquímicases la insolubilidad o baja solubilidad de los CNTs en la mayoría de lossolventes habituales. Así, para evitar la tendencia que tienen estasnanoestructuras de carbono a formar aglomerados debido a su estructura p-conjugada, surfactantes, polímeros ybiomoléculas han sido ampliamente evaluados como agentes dispersantes. Noobstante, el empleo de silicatos mesoporosos con propiedades aislantes seposiciona como una novedosa alternativa, vía el fenómeno de percolación,para la dispersión y funcionalización no-covalente de los CNTs. Este trabajo presenta: i) el primer estudiosistemático sobre el uso de MCM-41, un silicato mesoporoso conocido, comoagente dispersante de CNTs de pared múltiple (MWCNTs), ii) la optimización dedispersiones MWCNT?MCM-41 empleando un diseño experimental basado sobre la metodologíade superficie de respuesta (RSM), y iii) el desarrollo de sensoreselectroquímicos para la determinación de AA. Para la selección de aquella condición óptima queproporcione la mejor performance analítica de la dispersión MWCNT?MCM-41,se empleó un diseño central compuesto (CCD) considerando 3 variablesindependientes en 3 niveles diferentes: i) la concentración de MWCNTs, ii) laconcentración de MCM-41 y iii) el tiempo de sonicado, usando la corriente de picode oxidación del AA como la variable dependiente. Las superficies de respuestaobtenidas evidenciaron que el nivel óptimo de las variables para alcanzar elmáximo de corriente de pico es 0,50 mg/mL para MWCNTs,0,25 mg/mL para MCM-41 y 30 min para el tiempo de sonicado. Dichadispersión es estable aún luego de 80 días desde su preparación. Lamodificación de electrodos de carbono vítreo (GCEs) con la dispersiónoptimizada permitió la construcción de plataformas electroanalíticas para lacuantificación ultrasensible y selectiva de AA. La señal analítica se obtuvoamperométricamente a 0,000 V a partir de la oxidación de la vitamina, la cualse logra a un sobrepotencial de 0,260 V menor que sobre el GCE sin modificar.GCE/ MWCNT?MCM-41 se destaca por sus notables figuras de mérito: rango linealde 5,00 x 10-9 M a 4,03 x 10-6 M, sensibilidad de (45,4 ±0,2) x 103 mA/My límite de detección de 1,5 nM. Después de evaluar su performanceanalítica, este sensor fue aplicado exitosamente en la determinación de AA enalimentos líquidos y productos farmacéuticos. Las variables optimizadas empleando CCD/RSM permitieronobtener una dispersión MWCNT?MCM-41 donde la eficiente la interacción SiO2-CNTpromovió el desarme parcial de los aglomerados de CNTs y la formación de unared percolativa a través del material aislante, lo cual se tradujo en una actividadelectrocatalítica mejorada de los CNTs. Así, la novedosa combinación de lacapacidad dispersante del silicato mesoporoso y las propiedades catalíticasmejoradas de los MWCNTs, posibilitó el desarrollo de un sensor electroquímicopara la cuantificación ultrasensible de AA, aún en presencia de interferenteselectroactivos.