Un sensore elettrochimico per il rilevamento dell'arsenico mediante nanocomposito

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8816 (2023) Citare questo articolo

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Lo scopo di questa ricerca è quello di sviluppare un sensore elettrochimico basato su un polimero conduttore, la polianilina, e un polimero cationico, il poli(diallildimetilammonio cloruro), rinforzato con nanofogli di ossido di grafene funzionalizzati con acido acrilico. La natura bidimensionale dei nanofogli di ossido di grafene funzionalizzati con acido acrilico e dei cluster costituiti da polimeri conduttivi e di nanofogli di ossido di grafene funzionalizzati con acido acrilico sono stati confermati da test microscopici. Il nanocomposito preparato è stato depositato sull'elettrodo di carbonio vetroso per preparare un sensore elettrochimico per il rilevamento dell'arsenico mediante metodi di voltammetria ciclica e voltammetria a impulsi differenziali. Va menzionato che la presenza di nanofogli di ossido di grafene funzionalizzato con acido acrilico aumenta l'area superficiale a causa dell'effetto nanodimensione e una migliore dispersione di questo nanomateriale, il poli (diallildimetilammonio cloruro), aumenta la capacità di adsorbimento dell'analita a causa dell'interazione elettrostatica tra il analita caricato negativamente e superficie caricata positivamente, e la polianilina aumenta la velocità di trasferimento della carica grazie alla buona conduttività. I risultati mostrano che l'elettrodo preparato ha una sensibilità pari a 1,79 A/M con 0,12 μM come limite di rilevamento. Il sensore proposto potrebbe essere utilizzato per la determinazione dell'arsenico inorganico totale mediante primo pretrattamento ossidativo per la conversione di As(III) in As(V).

Tra le tipologie di metalli pesanti e nocivi per l'uomo e gli animali, l'arsenico è considerato uno dei metalli più pericolosi per l'ambiente, poiché mette a rischio la vita di milioni di persone1. Tra le diverse specie chimiche dell'arsenico (arsenito, arseniato e derivati ​​organici di questo metallo), i suoi stati minerali sono di natura più tossica a causa della maggiore mobilità ionica rispetto alle specie organiche. Secondo le norme dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, è necessario rimuovere l'arsenico dall'acqua naturale e potabile fino al raggiungimento della concentrazione inferiore a 10 ppb (0,14 μM)2.

I metodi analitici noti per la determinazione dell'arsenico nell'acqua sono la spettrometria di massa al plasma accoppiata induttivamente, i metodi di spettroscopia atomica di assorbimento ed emissione, la spettroscopia di fluorescenza atomica, la cromatografia liquida ad alte prestazioni e i metodi cromatografici ultrafunzionali, che richiedono strumenti complessi e costosi, quindi l'uso di questi metodi presenta limitazioni e non può essere adatto per l'analisi sul campo3,4,5,6,7,8.

Negli ultimi anni i metodi analitici elettrochimici hanno dimostrato di rappresentare un approccio promettente e di poter sostituire i metodi classici per la rilevazione quantitativa e qualitativa dell'arsenico. I sistemi diagnostici elettrochimici presentano vantaggi quali semplicità nella strumentazione, elevata sensibilità, selettività e praticità. Inoltre, questi metodi hanno la capacità di essere miniaturizzati, il che ne consente l’utilizzo in tempi e luoghi diversi9. Uno dei parametri che influenzano i processi degli elettrodi sono le caratteristiche della superficie dell'elettrodo, pertanto, modificando la superficie dell'elettrodo fissando un reagente adatto, è possibile aumentare gli obiettivi analitici come la sensibilità e la selettività delle reazioni chimiche. Sono state condotte ricerche considerevoli sullo sviluppo di sensori elettrochimici per rilevare specie minerali di arsenico nell'ambiente. A questo proposito sono stati proposti vari metodi per modificare gli elettrodi e ottenere il miglioramento desiderato dei risultati10,11,12.

La progettazione e la produzione di elettrodi modificati con nanomateriali ha attirato l'attenzione e negli ultimi anni sono stati pubblicati numerosi rapporti scientifici in questo campo13,14,15,16. Le nanoparticelle hanno proprietà fisiche, chimiche, elettroniche e ottiche uniche e la loro introduzione nella struttura dell'elettrodo può indurre queste caratteristiche nei sensori elettrochimici. La modifica degli elettrodi con nanomateriali, per scopi elettrochimici e rilevamento di metalli pesanti, migliora la sensibilità del sensore grazie all'elevato rapporto superficie-volume e ad una migliore conduttività17.