O monitoramento dos níveis de nitrito é de fundamental importância e são diversos os métodos geralmente utilizados para quantificá-lo, tais como espectrofotometria, cromatografia, eletroforese capilar e métodos eletroluminescentes. Porém, alguns destes métodos exigem uma extensa instrumentação, o custo de análise é alto, não apresentam grande sensibilidade e muitas vezes apresentam alto limite de detecção (SUMA et al., 2019).
Métodos eletroquímicos são um grande atrativo para este tipo de análise visto que apresentam manuseio simples, baixo custo, rápida resposta analítica, sensibilidade superior e baixo limite de detecção. Além disso, técnicas eletroquímicas são consideradas métodos ecológicos uma vez que não se faz necessário nenhuma adição de reagentes químicos, tratamento de amostra (MADHUVILAKKU et al., 2019). Dentre tais métodos, destacam-se os métodos voltamétricos, os quais oferecem resultados de extrema relevância para diversos fins. Neste trabalho, empregaram-se as técnicas de voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial para avaliar a capacidade de identificação do EQM desenvolvido frente ao nitrito.
3.4.1 Voltametria de Varredura Linear (LSV)
A voltametria de varredura linear (LSV) é o mais simples método voltamétrico, onde o potencial aplicado ao eletrodo varia linearmente com o tempo como observado na figura 7(a) A corrente neste tipo de técnica, é lida de forma direta em função do potencial aplicado (figura 7(b)), assim, a corrente total lida possui contribuições tanto da corrente faradaica quanto da corrente capacitiva, o que limita a aplicação da LSV para análises quantitativas (PACHECO et
Figura 7 - (a) Varredura de potencial linear (variação do potencial com o tempo). (b) Variação da corrente com
o potencial.
Fonte: Adaptado de BARD; FAULKNER, 2001; PACHECO, 2013.
3.4.2 Voltametria cíclica (CV)
A voltametria cíclica (CV) é uma técnica amplamente aplicada na eletroanalítica, principalmente em análises qualitativas. Possui ampla aplicabilidade no estudo da termodinâmica de processos de redução e oxidação de espécies moleculares e destacadamente empregadas também no acompanhamento de reações químicas iniciadas por transferência eletrônica, detecção de espécies intermediárias em reações e na observação de reações que envolvem a formação de produtos no eletrodo (ARAÚJO, 2017; SKOOG et al, 2006).
Como observado na figura 8(a), a função de onda na CV é triangular, de forma que o potencial varia linearmente no intervalo entre o valor máximo (Ef) e o valor mínimo (Ei), esse
processo então repete-se várias vezes enquanto a corrente é registrada em função do potencial (SKOOG et al, 2006) a uma velocidade de varredura constante (v) (FONSECA et al., 2014).
Em uma análise de voltametria cíclica, é possível realizar o varrimento do potencial no sentido de redução e posteriormente no sentido de oxidação das espécies eletroativas, de maneira a fechar o ciclo no qual pode-se visualizar o par de picos redox da espécie. Assim, ao iniciar a análise, variando o potencial para regiões mais positivas observa-se a ocorrência da oxidação do composto em solução, gerando um pico de corrente proporcional à concentração deste composto. Quando for atingido um potencial no qual não ocorre mais nenhuma reação de oxidação, o potencial é varrido no sentido inverso possibilitando a visualização da ocorrência da redução do composto em solução, onde um pico de corrente também proporcional à
concentração deste é gerado até atingir o valor inicial de maneira a fechar o ciclo de varredura onde o perfil típico do voltamograma pode ser observado na figura 8(b).
Esse tipo de perfil voltamétrico descreve o comportamento de uma reação reversível, onde os produtos que foram formados no sentido direto ainda permaneceram próximos à superfície do eletrodo, sofrendo redução, gerando assim um pico simétrico ao pico de oxidação. As características do voltamograma gerado dependem do tipo de mecanismo redox que a espécie eletroativa sofre na superfície do eletrodo, podendo a CV ser empregada como uma técnica de destaque para estudos mecanísticos e de formação de complexos (PACHECO et al., 2013).
Figura 8– (a) Varredura de potencial cíclico (variação do potencial com o tempo). (b) Voltamograma cíclico de
uma reação genérica redox.
Fonte: Adaptado de BARD; FAULKNER, 2001.
Destacam-se assim, parâmetros importantes em um voltamograma cíclico como o potencial de pico anódico (Epa) relacionado ao processo de oxidação, potencial de pico catódico
(Epc) relacionado ao processo de redução e a corrente de pico anódica (ipa) e catódica (ipc),
respectivamente (SKOOG et al, 2006). Em uma reação reversível, os picos de corrente anódico e catódico são aproximadamente iguais em valores, mas com sinais contrários.
As reações que acontecem na superfície do eletrodo são determinadas por dois fenômenos principais, a transferência de massa do analito em solução para a superfície do eletrodo e a transferência de carga entre a espécie eletroativa e o eletrodo (PACHECO et al., 2013). Desta forma, três tipos de processos eletródicos podem ser observados na análise de CV, o processo reversível, irreversível e o processo parcialmente reversível.
Para uma reação reversível, o processo de transferência eletrônica é suficientemente alta de modo a estabelecer um equilíbrio dinâmico na interface eletrodo-solução, neste processo, a difusão (etapa de transferência de massa) é a etapa determinante da cinética do processo global (PACHECO et al., 2013). Para este tipo de processo a corrente do pico (em ampéres é determinada pela equação VI de Randles-Sevcik (SKOOG et al, 2006).
ip = 2,686 · 105n3/2 AcD1/2v1/2 (Equação 6)
Em que, ip é a corrente de pico, A refere-se à área do eletrodo em cm2, D corresponde ao
coeficiente de difusão em cm2 s-1, n é o número de elétrons transferidos, c equivale à concentração em mol cm-3 (a 25 °C) e v corresponde à velocidade de varredura em V s-1. Se forem conhecidas a concentração, a área do eletrodo e a velocidade de varredura podem ser determinados os coeficientes de difusão (PACHECO et al., 2013).
Quando a velocidade de transferência de carga é lenta comparada com a velocidade de varredura (velocidade de transferência de carga menor que 10-5 cm s-1), a velocidade de
transferência eletrônica não é suficiente para manter o equilíbrio das espécies eletroativas na superfície do eletrodo, deste modo, o voltamograma gerado não apresenta um pico de varredura reversa de potencial caracterizando assim um sistema irreversível (ARAÚJO, 2017; PACHECO
et al., 2013). Já para uma reação eletródica quase reversível, a velocidade de transferência de
carga é menor que 10-5 cm s-1 e maior que 10-1 cm s-1, em que a corrente é controlada tanto pela etapa de transferência de carga, quanto pela etapa de transferência de massa (PACHECO et al., 2013).
3.4.3 Voltametria de pulso diferencial (DPV)
A voltametria de pulso diferencial (DPV) é uma técnica quantitativa de pulso onde pulsos de amplitude fixos e sobrepostos a uma rampa de potencial crescente são aplicados ao eletrodo de trabalho, de maneira que duas medidas de corrente são efetuadas alternadamente, uma logo antes da aplicação do pulso (S1) e outra imediatamente após o final do pulso (S2)
como visualizado na representação da figura 9(a) (SKOOG et al, 2006). Assim, a diferença de corrente por pulso Δi é registrada em função da voltagem, a primeira corrente é a contribuição
da corrente capacitiva e a segunda é contribuição da corrente faradaica, desta forma, quando ocorre a subtração das correntes, é diminuída a contribuição da corrente capacitiva minimizando a presença de corrente de fundo consequentemente melhorando a sensibilidade da técnica (PACHECO et al., 2013).
Como resultado, na análise com uma espécie eletroativa, obtêm-se uma curva diferencial de corrente (Δi) versus potencial com um pico como observado na figura 9(b), em que a altura do pico é diretamente proporcional à concentração da espécie eletroativa.
Figura 9–(a) Representação esquemática da aplicação de potencial em função do tempo. (b) Perfil do
voltamograma corrente versus potencial obtido em uma análise de DPV.
Fonte: Adaptado de SKOOG et al, 2006.
3.4.4 Voltametria de onda quadrada (SWV)
A voltametria de onda quadrada (SWV), é uma técnica de pulso que oferece a vantagem de efetuação da análise em grande velocidade e alta sensibilidade, enquanto que na DPV a velocidade varia de 1 a 10 mV s-1, na SWV a velocidade varia de 100 a 1000 mV s-1 diminuindo o tempo de análise de minutos para segundos sem ocasionar em perda de resolução dos picos (PACHECO et al., 2013). Na SWV o sinal de excitação é obtido através da superposição da sequência de pulsos de potenciais na forma de uma onda quadrada simétrica sobre uma rampa de potencial na forma de escada de forma que a largura de cada degrau e o período dos pulsos (τ) são iguais (figura 10(a)) (SKOOG et al, 2006; PACHECO et al., 2013).
Para uma reação de redução, reversível, o tamanho de um pulso é elevado de tal forma que a oxidação do produto formado no pulso direto ocorra durante o pulso inverso, logo, o pulso no sentido direto produz uma corrente catódica i1, enquanto que o pulso no sentido inverso
produz uma corrente anódica i2, desta forma, esta dupla medição da corrente garante uma
minimização da contribuição da corrente capacitiva sobre a corrente total medida (ARAÚJO, 2017; SKOOG et al, 2006).
As medidas das correntes são efetuadas ao final dos pulsos diretos e inversos, e geralmente a diferença dessas correntes Δi é adicionada a um gráfico versus a rampa de
potencial aplicado originando o voltamograma observado na figura 10(b), observa-se ainda que essa diferença é diretamente proporcional à concentração (SKOOG et al, 2006).
Figura 10 - Representação esquemática da SWV. (a) Forma de aplicação do potencial, onde a resposta de
corrente Δi é igual a subtração da corrente no potencial 1 e a corrente no potencial 2. (b) Resposta típica de corrente versus potencial para uma reação reversível, onde a corrente resultante é igual a corrente do sentido
direto menos a corrente do sentido inverso.
Fonte: Adaptado de MIRČESKI; GULABOSKI, 2014; PACHECO et al., 2013.