Novedosa dispersión de nanotubo 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 Capital

Congreso; XI Congreso Argentino de Química Analítica (virtual); 2021

El ácido ascórbico (AA), también conocido como vitamina C, es reconocido como una de las vitaminas hidrosolubles más importante requeridas por el cuerpo humano. Dado que no es sintetizada por el hombre y actúa como cofactor en diversas reacciones enzimáticas que tienen lugar en el organismo, es un nutriente esencial para el ser humano. De manera adicional, y considerando sus excelentes propiedades antioxidantes, esta vitamina es usada como suplemento nutricional y conservante en la industria alimentaria y farmacéutica. Por lo expuesto, la detección y la cuantificación de AA es fundamental en sus múltiples campos de aplicación. Las técnicas convencionales de sensado de AA emplean equipamiento costoso y requieren un largo tiempo de análisis. Estas limitaciones experimentadas han posicionado al desarrollo de sensores electroquímicos como una alternativa eficiente, rápida y económica para la determinación sensible y selectiva de esta vitamina en matrices complejas.En los últimos años ha cobrado enorme importancia el uso de materiales nanoestructurados para el desarrollo de dispositivos electroquímicos. Dentro de los mismos se destacan los nanotubos de carbono (CNTs), los cuales desde su descubrimiento por Ijima en 1992, han cobrado enorme importancia en el campo de la Química Electroanalítica, debido sus propiedades estructurales, electrónicas y mecánicas únicas. Sin embargo, el principal problema para su uso en el desarrollo de plataformas electroquímicas es la insolubilidad o baja solubilidad de los CNTs en la mayoría de los solventes habituales. Así, para evitar la tendencia que tienen estas nanoestructuras de carbono a formar aglomerados debido a su estructura -conjugada, surfactantes, polímeros y biomoléculas han sido ampliamente evaluados como agentes dispersantes. No obstante, el empleo de silicatos mesoporosos con propiedades aislantes se posiciona 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 estudio sistemático sobre el uso de MCM-41, un silicato mesoporoso conocido, como agente dispersante de CNTs de pared múltiple (MWCNTs), ii) la optimización de dispersiones MWCNT?MCM-41 empleando un diseño experimental basado sobre la metodología de superficie de respuesta (RSM), y iii) el desarrollo de sensores electroquímicos para la determinación de AA.Para la selección de aquella condición óptima que proporcione la mejor performance analítica de la dispersión MWCNT?MCM-41, se empleó un diseño central compuesto (CCD) considerando 3 variables independientes en 3 niveles diferentes: i) la concentración de MWCNTs, ii) la concentración de MCM-41 y iii) el tiempo de sonicado, usando la corriente de pico de oxidación del AA como la variable dependiente. Las superficies de respuesta obtenidas evidenciaron que el nivel óptimo de las variables para alcanzar el máximo 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. Dicha dispersión es estable aún luego de 80 días desde su preparación. La modificación de electrodos de carbono vítreo (GCEs) con la dispersión optimizada permitió la construcción de plataformas electroanalíticas para la cuantificación ultrasensible y selectiva de AA. La señal analítica se obtuvo amperométricamente a 0,000 V a partir de la oxidación de la vitamina, la cual se 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 lineal de 5,00 x 10-9 M a 4,03 x 10-6 M, sensibilidad de (45,4 ± 0,2) x 103 uA/M y límite de detección de 1,5 nM. Después de evaluar su performance analítica, este sensor fue aplicado exitosamente en la determinación de AA en alimentos líquidos y productos farmacéuticos.Las variables optimizadas empleando CCD/RSM permitieron obtener una dispersión MWCNT?MCM-41 donde la eficiente la interacción SiO2-CNT promovió el desarme parcial de los aglomerados de CNTs y la formación de una red percolativa a través del material aislante, lo cual se tradujo en una actividad electrocatalítica mejorada de los CNTs. Así, la novedosa combinación de la capacidad dispersante del silicato mesoporoso y las propiedades catalíticas mejoradas de los MWCNTs, posibilitó el desarrollo de un sensor electroquímico para la cuantificación ultrasensible de AA, aún en presencia de interferentes electroactivos.