Desenvolvimento de sensores químicos para aniões

Abstract

O objectivo deste trabalho foi o desenvolvimento de sensores químicos para aniões em solução aquosa. Os sensores basearam-se em cristais piezoelétricos de quartzo revestidos com macrociclos pirrólicos. Sensores com porfirinas, hexafirinas, ftalocianinas e uma rede metalo-orgânica como filmes de reconhecimento foram avaliados no que respeita à reversibilidade, sensibilidade, seletividade e tempo de vida. A sensibilidade aos aniões presentes nas águas minerais destinadas ao consumo humano dos sensores com macrociclos pirrólicos dependia dos grupos substituintes na periferia do macrociclo. A presença de grupos substituintes NH potenciou a sensibilidade, sendo o valor mais elevado obtido com o grupo NH-tosilo. Técnicas espectroscópicas permitiram mostrar que a principal interação entre o anião e o composto se fazia por meio de pontes de hidrogénio entre o anião e o grupo NH. A sensibilidade destes compostos dependia ainda da quantidade do composto depositado sobre o cristal. Nenhum dos sensores era específico, mas apresentavam variações na seletividade com o composto pirrólico sobre o cristal. O sensor com uma membrana polimérica que incorporou uma rede metalo-orgânica construída com moléculas de uma ftalocianina de magnésio com grupos NH-tosilo ligados por iões cobre apresentou coeficientes de seletividade muito diferentes de todos os restantes sensores. Uma língua eletrónica construída com três dos novos sensores foi capaz de determinar simultaneamente as concentrações dos iões HCO3-, Cl- e SO42- em amostras de água mineral engarrafada, não tendo os valores obtidos sido estatisticamente diferentes (α=0,05) daqueles que foram obtidos por cromatografia iónica ou volumetria.

The aim of this work was the development of chemical sensors for anions in aqueous solution. The sensors were based on piezoelectric quartz crystals coated with pyrrolic macrocycles. Sensors with porphyrins, hexaphyrins, phthalocyanines and a metal-organic framework as recognition films were evaluated with regard to reversibility, sensitivity, selectivity and lifetime. Sensitivity to anions present in mineral waters for human consumption of sensors with pyrrolic macrocycles depended on the substituent groups on the periphery of the macrocycle. The presence of substituent groups NH potentiates sensitivity. The highest sensitivity value was obtained with NH-tosyl groups. Spectroscopic data showed that the main interaction between the anion and the pyrrolic compound consisted in hydrogen bonds between the anion and the NH group. The sensitivity of these compounds also depended on the amount of the compound deposited on the crystal. None of the sensors was specific, but did show differences in selectivity according to the pyrrolic compound on the crystal. The sensor with a polymeric membrane which incorporated a metal-organic framework constructed with molecules of a magnesium phthalocyanine with NH-tosyl groups bonded with copper ions showed selectivity coefficients very different from all the other sensors. An electronic tongue constructed with three of the new sensors was able to simultaneously determine the concentrations of HCO3-, Cl- and SO42- ions in bottled mineral waters. Results were not statistically different (α = 0.05) from the ones obtained by ion chromatography or volumetry.