{"id":454,"date":"2020-11-11T08:47:12","date_gmt":"2020-11-11T11:47:12","guid":{"rendered":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/?p=454"},"modified":"2020-11-11T09:28:40","modified_gmt":"2020-11-11T12:28:40","slug":"biochar-quimicamente-ativado-um-inusitado-material-para-o-desenvolvimento-de-sensores-eletroquimicos","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/biochar-quimicamente-ativado-um-inusitado-material-para-o-desenvolvimento-de-sensores-eletroquimicos\/","title":{"rendered":"Biochar quimicamente ativado: um inusitado material para o desenvolvimento de sensores eletroqu\u00edmicos"},"content":{"rendered":"

\"\"Em nosso dia a dia nos deparamos frequentemente com informa\u00e7\u00f5es sobre a composi\u00e7\u00e3o de diversas coisas. \u00c9 muito comum recorrer a exames laboratoriais para verificar, por exemplo, os n\u00edveis de glicose, colesterol, ureia e \u00e1cido \u00farico presentes em amostras de sangue ou urina. Essas an\u00e1lises, muitas vezes, levam ao diagn\u00f3stico de alguma condi\u00e7\u00e3o que permite aos profissionais de sa\u00fade a escolha de abordagens de tratamento. Informa\u00e7\u00f5es associadas \u00e0 composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica de amostras s\u00e3o de grande import\u00e2ncia para uma infinidade de decis\u00f5es nas mais distintas \u00e1reas, como de alimentos, no controle de qualidade de produtos comerciais, no meio ambiente, em processos industriais, entre outros (Figura 1<\/strong>).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figura 1.<\/strong> An\u00e1lises Qu\u00edmicas e correla\u00e7\u00f5es com diferentes \u00e1reas<\/p>\n

Muitas dessas amostras s\u00e3o analisadas empregando procedimentos laboratoriais que, frequentemente, demandam estrat\u00e9gias laboriosas e demoradas, al\u00e9m de equipamentos e insumos de elevado custo. Uma alternativa aos procedimentos convencionais para determina\u00e7\u00e3o de diversos compostos qu\u00edmicos \u00e9 o uso de sensores qu\u00edmicos. Quando comparados, sensores qu\u00edmicos s\u00e3o dispositivos mais baratos que fornecem respostas mais r\u00e1pidas, podem ser port\u00e1teis e empregados diretamente nas amostras a serem analisadas. Em linhas gerais, a estrutura b\u00e1sica de um sensor qu\u00edmico \u00e9 esquematizada na Figura 2<\/strong>.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figura 2.<\/strong> Componentes b\u00e1sicos de um sensor qu\u00edmico.<\/p>\n

O dispositivo possui um elemento ou s\u00edtio de reconhecimento \u201cmolecular\u201d que identifica e interage com a esp\u00e9cie de interesse (analito) mesmo na presen\u00e7a de outros compostos qu\u00edmicos presentes (concomitantes). Essa intera\u00e7\u00e3o promove alguma varia\u00e7\u00e3o, como, por exemplo, emiss\u00e3o\/absor\u00e7\u00e3o de luz, varia\u00e7\u00e3o de massa, emiss\u00e3o\/absor\u00e7\u00e3o de calor, transfer\u00eancia de el\u00e9trons, entre outros fen\u00f4menos. A partir da varia\u00e7\u00e3o de alguma dessas propriedades \u00e9 poss\u00edvel adotar uma estrat\u00e9gia para fazer a transdu\u00e7\u00e3o da intera\u00e7\u00e3o entre o analito e o s\u00edtio de reconhecimento em uma forma de sinal mensur\u00e1vel. \u00c9 comum associar a transdu\u00e7\u00e3o da intera\u00e7\u00e3o analito-s\u00edtio de reconhecimento ao termo \u201csensor\u201d. Assim, sensores eletroqu\u00edmicos s\u00e3o dispositivos cuja propriedade medida est\u00e1 associada a alguma grandeza el\u00e9trica (carga, corrente, potencial, entre outras)1,2<\/sup>. O exemplo de sensor eletroqu\u00edmico mais comum no nosso cotidiano \u00e9 o glicos\u00edmetro comercial, vendido em farm\u00e1cias e utilizado para o monitoramento de glicose em pessoas com diabetes. Al\u00e9m da glicose, sensores eletroqu\u00edmicos v\u00eam sendo desenvolvidos para a determina\u00e7\u00e3o de outras esp\u00e9cies de interesse (analitos), como o colesterol e outras biomol\u00e9culas que podem ser relacionadas a dist\u00farbios no organismo ou alguma doen\u00e7a. Para fins ambientais, esses dispositivos podem ser utilizados para a detec\u00e7\u00e3o de contaminantes, como metais t\u00f3xicos, pesticidas e f\u00e1rmacos em rios e mares.<\/p>\n

\u00c9 importante ressaltar que, para se construir um dispositivo comercial como o glicos\u00edmetro que todos conhecemos hoje, muitas pesquisas foram conduzidas no meio acad\u00eamico. Al\u00e9m disso, mesmo j\u00e1 existindo um dispositivo comercial, diversos aspectos podem ser melhorados possibilitando o desenvolvimento de novos sensores com respostas mais r\u00e1pidas, est\u00e1veis, sens\u00edveis e com um custo agregado muito menor que dos outros j\u00e1 existentes no mercado. Isso demonstra a import\u00e2ncia da pesquisa de novos materiais para a prepara\u00e7\u00e3o de sensores eletroqu\u00edmicos, pois, al\u00e9m do desempenho, o custo final est\u00e1 diretamente relacionado aos tipos de materiais utilizados na sua constru\u00e7\u00e3o. Dentro deste contexto, um grande esfor\u00e7o \u00e9 dedicado \u00e0 busca de novos s\u00edtios de reconhecimento e abordagens que melhorem a transdu\u00e7\u00e3o do sinal visando melhorar a seletividade e sensibilidade na resposta dos sensores, respectivamente. Normalmente, s\u00e3o empregados metais nobres (ex: ouro, platina e prata) e\/ou materiais condutores a base de carbono (ex: grafite e\/ou grafeno). Assim, a busca por materiais alternativos que possam apresentar um bom desempenho e tornar a constru\u00e7\u00e3o de sensores mais simples e barata \u00e9 uma realidade e uma demanda de muitos profissionais.<\/p>\n

O biochar \u00e9 um material carbon\u00e1ceo, sustent\u00e1vel e de baixo custo, que vem se destacando nos \u00faltimos anos, principalmente para fins agr\u00edcolas. O termo biochar<\/strong> \u00e9 a uni\u00e3o das palavras em ingl\u00eas bio<\/em><\/strong>mass<\/em> (biomassa) e char<\/em><\/strong>coal<\/em> (carv\u00e3o), e identifica um biocarv\u00e3o obtido pela pir\u00f3lise (queima) de biomassa de origem animal ou vegetal, em baixas quantidades ou aus\u00eancia de oxig\u00eanio. O processo de obten\u00e7\u00e3o \u00e9 semelhante ao utilizado para a produ\u00e7\u00e3o de carv\u00e3o vegetal. Inicialmente, o biochar foi produzido para aplica\u00e7\u00f5es em remedia\u00e7\u00e3o de solo, fertilizante ou no sequestro de carbono3<\/sup>. Em alguns casos, como ap\u00f3s a adsor\u00e7\u00e3o de contaminantes contendo nitrog\u00eanio e f\u00f3sforo (NP), o biochar pode ser reutilizado como fertilizante, promovendo a melhora do solo e dando continuidade ao seu ciclo de produ\u00e7\u00e3o e aplica\u00e7\u00e3o (Figura 3<\/strong>). A aplica\u00e7\u00e3o de biochar em solos surgiu a partir de estudos realizados em solo amaz\u00f4nico altamente f\u00e9rtil e escuro, conhecido como \u201cTerra Preta de \u00cdndios\u201d. A partir dos anos 2000, pesquisadores come\u00e7aram a investigar a produ\u00e7\u00e3o de um material similar a essas \u201cTerras\u201d, o que deu origem ao biochar4<\/sup>.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

<\/a><\/a>Figura 3.<\/strong> Ciclo de produ\u00e7\u00e3o e aplica\u00e7\u00e3o do biochar.(Fonte: Adaptado de Tan et al.<\/em>5<\/sup>).<\/p>\n

Esse material apresenta um grande apelo ambiental, por ser sustent\u00e1vel e tamb\u00e9m econ\u00f4mico, podendo ser produzido, de forma simples, a partir de res\u00edduos industriais e agr\u00edcolas. Assim, \u00e9 poss\u00edvel a reutiliza\u00e7\u00e3o de res\u00edduos para a produ\u00e7\u00e3o de um novo material, com novas propriedades e aplica\u00e7\u00f5es. Uma mat\u00e9ria-prima promissora para a prepara\u00e7\u00e3o de biocarv\u00e3o \u00e9 o farelo de mamona, que \u00e9 um res\u00edduo industrial proveniente de ind\u00fastrias de fabrica\u00e7\u00e3o de \u00f3leo de mamona e biodiesel. Isso torna o biochar um material interessante para a constru\u00e7\u00e3o de sensores eletroqu\u00edmicos, tanto do ponto de vista ambiental, quanto econ\u00f4mico. O aspecto do material \u00e9 um p\u00f3 escuro e com granulometria fina, que apresenta uma superf\u00edcie com poros e grupos funcionais (grupos de esp\u00e9cies qu\u00edmicas). Essas caracter\u00edsticas permitem que outras esp\u00e9cies de interesse possam ser retidas em sua superf\u00edcie. Conforme pode ser visto na Figura 4<\/strong>, isso pode ocorrer de diferentes maneiras dependendo do tipo de analito como, por exemplo, \u00edons met\u00e1licos (inorg\u00e2nicos) e pesticidas (org\u00e2nicos), pelo preenchimento de poros por adsor\u00e7\u00e3o f\u00edsica ou por rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica com os grupos funcionais do biochar.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figura 4.<\/strong> Mecanismos de intera\u00e7\u00e3o do biochar com compostos inorg\u00e2nicos e org\u00e2nicos.<\/p>\n

Para melhorar as habilidades de intera\u00e7\u00e3o com esp\u00e9cies de interesse, \u00e9 poss\u00edvel aumentar o n\u00famero de poros ou inserir mais grupos funcionais na superf\u00edcie do biochar. Diferentes tipos de tratamentos qu\u00edmicos usando solu\u00e7\u00f5es \u00e1cidas ou b\u00e1sicas podem ser empregados. Recentemente, diversos trabalhos reportados na literatura descrevem resultados promissores no uso de biochar, obtidos de diferentes mat\u00e9rias-primas e preparados em diferentes condi\u00e7\u00f5es, para a constru\u00e7\u00e3o de sensores eletroqu\u00edmicos. As perspectivas que surgem apontam para um material que pode ser obtido de fontes renov\u00e1veis de forma simples e empregado com sucesso na constru\u00e7\u00e3o de sensores eletroqu\u00edmicos. Nos pr\u00f3ximos anos, a busca por novas mat\u00e9rias-primas para obten\u00e7\u00e3o de novos biocarv\u00f5es, estabelecimento de condi\u00e7\u00f5es para sua prepara\u00e7\u00e3o, e combina\u00e7\u00e3o com outros materiais ir\u00e1 impulsionar as pesquisas relacionadas ao uso de biochar e sensores eletroqu\u00edmicos.<\/p>\n

Texto elaborado por M\u00e1rcio F. Bergamini e Cristiane Kalinke.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Cristiane Kalinke.<\/p>\n

Links Curr\u00edculo Lattes: http:\/\/lattes.cnpq.br\/9238023806889482<\/a> (Cristiane Kalinke) e http:\/\/lattes.cnpq.br\/6463780458075153<\/a> (M\u00e1rcio F. Bergamini).<\/p>\n

 <\/p>\n

Link da mat\u00e9ria publicada no site da UFPR: https:\/\/www.ufpr.br\/portalufpr\/noticias\/tese-da-ufpr-premiada-pela-capes-utiliza-biochar-para-desenvolver-sensores-eletroquimicos-sustentaveis-e-baratos\/<\/a><\/p>\n

Material Suplementar<\/strong><\/p>\n

Esse texto foi escrito a convite do blog em raz\u00e3o do reconhecimento da tese desenvolvida no Programa de P\u00f3s-Gradua\u00e7\u00e3o em Qu\u00edmica da UFPR intitulada \u201cBiochar quimicamente ativado: obten\u00e7\u00e3o, caracteriza\u00e7\u00e3o e aplica\u00e7\u00e3o no desenvolvimento de sensores eletroqu\u00edmicos\u201d no Pr\u00eamio Capes de Teses 2020. O Pr\u00eamio Capes reconhece as melhores teses de cada uma das 49 \u00e1reas do conhecimento, e a tese mencionada foi premiada na \u00e1rea de Qu\u00edmica. Nesse trabalho, foi utilizado biochar obtido a partir de farelo de mamona e tratado com \u00e1cido n\u00edtrico para o desenvolvimento de diversos sensores eletroqu\u00edmicos. A constru\u00e7\u00e3o dos dispositivos foi realizada de maneira bastante simples e de baixo custo, utilizando uma pasta de carbono preparada com \u00f3leo mineral, grafite e biochar. A fun\u00e7\u00e3o do \u00f3leo mineral foi de aglutinar e juntar todos os componentes formando uma pasta; o grafite foi utilizado por ser um material condutor de baixo custo; e o biochar foi usado para promover a captura de esp\u00e9cies em solu\u00e7\u00e3o, como j\u00e1 mencionado. As medidas envolvendo esses sensores consistem, basicamente, em duas etapas: 1. \u201cCaptura\u201d da esp\u00e9cie de interesse na superf\u00edcie do sensor e 2. Detec\u00e7\u00e3o da quantidade (concentra\u00e7\u00e3o) de esp\u00e9cie, a partir do monitoramento das rea\u00e7\u00f5es de oxida\u00e7\u00e3o e redu\u00e7\u00e3o destas esp\u00e9cies. Seguindo esta metodologia, o sensor foi aplicado na resolu\u00e7\u00e3o de cinco problemas diferentes, conforme exemplificado na Figura 5<\/strong> e descritos a seguir:<\/p>\n

    \n
  1. Determina\u00e7\u00e3o de n\u00edquel em amostras de bioetanol e \u00e1gua residu\u00e1ria6<\/sup>;<\/li>\n
  2. Determina\u00e7\u00e3o de \u00e1cido cafeico em diferentes tipos de vinho7<\/sup>;<\/li>\n
  3. Determina\u00e7\u00e3o n\u00e3o-enzim\u00e1tica de glicose utilizando um sistema microflu\u00eddico a base de fios de algod\u00e3o8<\/sup>;<\/li>\n
  4. Determina\u00e7\u00e3o enzim\u00e1tica de glicose em amostras de soro sangu\u00edneo, utilizando azul da Pr\u00fassia como mediador redox;<\/li>\n
  5. Distin\u00e7\u00e3o e detec\u00e7\u00e3o de tr\u00eas compostos fen\u00f3licos, utilizando uma l\u00edngua eletr\u00f4nica voltam\u00e9trica9<\/sup>.<\/li>\n<\/ol>\n

    A aplica\u00e7\u00e3o de biochar tratado como modificador de eletrodos foi eficaz no monitoramento das esp\u00e9cies citadas anteriormente, apresentando baixo custo e simplicidade, al\u00e9m de ser um dispositivo ambientalmente amig\u00e1vel, uma vez que se utilizam res\u00edduos industriais na s\u00edntese do material. Os sensores desenvolvidos apresentaram excelentes resultados para a determina\u00e7\u00e3o de diferentes esp\u00e9cies em diversos tipos de amostras, demonstrando a enorme versatilidade do material avaliado e criando novas oportunidades na busca pelo desenvolvimento de materiais e dispositivos mais sustent\u00e1veis.<\/p>\n

    \"\"<\/p>\n

    Figura 5.<\/strong> Etapas de obten\u00e7\u00e3o, caracteriza\u00e7\u00e3o e aplica\u00e7\u00e3o de biochar no desenvolvimento de sensores eletroqu\u00edmicos para a detec\u00e7\u00e3o de diferentes esp\u00e9cies.<\/p>\n

    Refer\u00eancias:<\/strong><\/p>\n

      \n
    1. J. Janata. Principles of Chemical Sensors<\/em>, Second Edition. Springer, New York, 2009.<\/li>\n
    2. A. Hulanicki, et al<\/em>. Chemical Sensors Definitions and Classification. Pure & Applied Chem.<\/em>, 63(9) (1991) 1247-1250.<\/li>\n
    3. J. Lehmann, et al<\/em>. Biochar effects on soil biota\u2013a review, Soil Biology and Biochemistry<\/em>, 43(9) (2011) 1812-1836.<\/li>\n
    4. A.S. Mangrich, et al<\/em>. Biocarv\u00e3o: as terras pretas de \u00edndios e o sequestro de carbono, Revista Ci\u00eancia Hoje<\/em>, 47 (2011) 47-52.<\/li>\n
    5. X. Tan, et al<\/em>. Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions, Chemosphere<\/em>, 125 (2015) 70-85.<\/li>\n
    6. C. Kalinke, et al<\/em>. Activated biochar: Preparation, characterization and electroanalytical application in an alternative strategy of nickel determination, Analytica Chimica Acta<\/em>, 983 (2017) 103-111.<\/li>\n
    7. C. Kalinke, et al<\/em>. Simple and low-cost sensor based on activated biochar for the voltammetric stripping detection of caffeic acid, Microchemical Journal<\/em>, 31(5) (2020) 941-952.<\/li>\n
    8. C. Kalinke, et al<\/em>. Green method for glucose determination using microfluidic device with a non-enzymatic sensor based on nickel oxyhydroxide supported at activated biochar, Talanta<\/em>, 200 (2019) 518-525.<\/li>\n
    9. C. Kalinke, et al<\/em>. Voltammetric electronic tongue based on carbon paste electrodes modified with biochar for phenolic compounds stripping detection, Electroanalysis<\/em>, 31 (2019) 2238-2245.<\/li>\n<\/ol>\n

       <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      Em nosso dia a dia nos deparamos frequentemente com informa\u00e7\u00f5es sobre a composi\u00e7\u00e3o de diversas coisas. \u00c9 muito comum recorrer a exames laboratoriais para verificar, por exemplo, os n\u00edveis de glicose, colesterol, ureia e \u00e1cido \u00farico presentes em amostras de sangue ou urina. Essas an\u00e1lises, muitas vezes, levam ao diagn\u00f3stico de alguma condi\u00e7\u00e3o que permite […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[75,77,76,62],"class_list":["post-454","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-quimica-analitica","tag-biochar","tag-eletroquimica","tag-novos-sensores","tag-poluicao"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/454","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=454"}],"version-history":[{"count":7,"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/454\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":469,"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/454\/revisions\/469"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=454"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=454"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.quimica.ufpr.br\/paginas\/lpq\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=454"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}