[go: up one dir, main page]

BRPI1002571A2 - electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determination of dissolved oxygen and the process for obtaining it - Google Patents

electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determination of dissolved oxygen and the process for obtaining it Download PDF

Info

Publication number
BRPI1002571A2
BRPI1002571A2 BRPI1002571-5A BRPI1002571A BRPI1002571A2 BR PI1002571 A2 BRPI1002571 A2 BR PI1002571A2 BR PI1002571 A BRPI1002571 A BR PI1002571A BR PI1002571 A2 BRPI1002571 A2 BR PI1002571A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
mixed oxide
sensor
mnpc
electrode
dissolved oxygen
Prior art date
Application number
BRPI1002571-5A
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Yoshitaka Gushikem
Santos Lucas Samuel Soares Dos
Original Assignee
Unicamp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unicamp filed Critical Unicamp
Priority to BRPI1002571-5A priority Critical patent/BRPI1002571A2/en
Priority to PCT/BR2011/000187 priority patent/WO2012009772A1/en
Publication of BRPI1002571A2 publication Critical patent/BRPI1002571A2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/308Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/502Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese for non-aqueous cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/48Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

SENSOR ELETROQUìMICO BASEADO EM MATERIAL CARBONO CERáMICO PARA DETERMINAçãO DE OXIGêNIO DISSOLVIDO E O PROCESSO PARA OBTENçãO DO MESMO. A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água e um objeto adicional da presente invenção é o dito sensor. O sensor é constituído de um material contendo SiO~ 2~/SnO~ 2~, onde a espécie eletroativa é sintetizada in situ no óxido misto. Apresentando um bom desempenho, boa resistência mecânica, reprodutibilidade, seletividade, longo tempo de vida útil e um bom limite de detecção na ordem do ppb (parte por bilhão). O sensor possui aplicações em diversas áreas, no monitoramento ambiental, em centrais de tratamento de efluentes e controle da concentração de O~ 2~ em processos industriais.ELECTROCHEMICAL SENSOR BASED ON CARBON CERAMIC MATERIAL FOR DETERMINING DISSOLVED OXYGEN AND THE PROCESS TO OBTAIN THE SAME. The present invention relates to a process for obtaining an electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determining oxygen dissolved in water and an additional object of the present invention is said sensor. The sensor consists of a material containing SiO ~ 2 ~ / SnO ~ 2 ~, where the electroactive species is synthesized in situ in the mixed oxide. Featuring good performance, good mechanical resistance, reproducibility, selectivity, long service life and a good detection limit in the order of ppb (part per billion). The sensor has applications in several areas, in environmental monitoring, in effluent treatment plants and control of O ~ 2 ~ concentration in industrial processes.

Description

"SENSOR ELETROQUÍMICO BASEADO EM MATERIAL CARBONO CERÂMICO PARA DETERMINAÇÃO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO E O PROCESSO PARA OBTENÇÃO DO MESMO""ELECTROCHEMICAL SENSOR BASED ON CERAMIC CARBON MATERIAL FOR DETERMINATION OF DISSOLVED OXYGEN AND THE PROCESS FOR OBTAINING IT"

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

O invento refere-se a um processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água e um objeto adicional da presente invenção é o dito sensor. O sensor é constituído de um material contendo Si02/Sn02, onde a espécie eletroativa é sintetizada in situ no óxido misto.The invention relates to a method of obtaining a ceramic carbon based electrochemical sensor for determination of dissolved oxygen in water and a further object of the present invention is said sensor. The sensor is made of a material containing Si02 / Sn02, where the electroactive species is synthesized in situ in the mixed oxide.

O sensor possui aplicações em diversas áreas, no monitoramento ambiental, em centrais de tratamento de efluentes e controle da concentração de O2 em processos industriais.The sensor has applications in several areas, in environmental monitoring, in effluent treatment plants and control of O2 concentration in industrial processes.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

A sílica pode ser aplicada na mistura com outros óxidos, formando óxidos mistos. O óxido misto Si02/Sn02 combina as propriedades estruturais da sílica com o caráter semicondutor do SnO2. Esse tipo de material permite a imobilização de espécies eletroativas no interior dos poros (Cardoso et. al., Solid State lonics, 167 (2004) 165), podendo ser aplicado em sensores eletroquímicos. A sílica apresenta o grupo silanol Si-OH e o SnÜ2 grupos SnOH na sua superfície, os quais possiblitam a modificação da superfície do óxido (Canevari et. al., J. Electroanal. Chem., 609 (2007) 61).Silica can be applied in admixture with other oxides to form mixed oxides. Si02 / Sn02 mixed oxide combines the structural properties of silica with the semiconductor character of SnO2. This type of material allows the immobilization of electroactive species inside the pores (Cardoso et. Al., Solid State lonics, 167 (2004) 165) and can be applied to electrochemical sensors. The silica has the silanol group Si-OH and the SnÜ2 SnOH groups on its surface, which enable modification of the oxide surface (Canevari et. Al., J. Electroanal. Chem., 609 (2007) 61).

Os complexos MPc (M representa metal de transição e Pc representa que a molécula é uma ftalocianina) apresentam propriedades bem especiais como alta estabilidade térmica e resistência mecânica (Rajesh et. al., Materials Letters, 51 (2001) 266.). A ftalocianina de manganês(ll) apresenta várias propriedades interessantes (Lin et. al., Journal of Electroanalytical Chemistry, 524-525 (2002) 81), sendo conhecida principalmente pelas propriedades eletrocatalíticas (Kraus et. al., Chemical Physics Letters, 469 (2009) 121), especialmente na redução do oxigênio molecular.MPc complexes (M represents transition metal and Pc represents that the molecule is a phthalocyanine) have very special properties such as high thermal stability and mechanical strength (Rajesh et. Al., Materials Letters, 51 (2001) 266.). Manganese (11) phthalocyanine has several interesting properties (Lin et. Al., Journal of Electroanalytical Chemistry, 524-525 (2002) 81) and is known primarily for electrocatalytic properties (Kraus et. Al., Chemical Physics Letters, 469). (2009) 121), especially in the reduction of molecular oxygen.

A síntese in situ da ftalocianina de manganês (II) sobre o oxido misto Si02/Sn02, onde a ftalocianina de Mn(II) fica confinada nos poros do óxido misto, resulta em um material com propriedade eletrocatalítica frente a redução do O2, com alta resistência mecânica e estabilidade térmica.The in situ synthesis of manganese (II) phthalocyanine on the mixed oxide Si02 / Sn02, where the Mn (II) phthalocyanine is confined in the pores of the mixed oxide, results in a material with high electrocatalytic property against O2 reduction. mechanical strength and thermal stability.

Outros trabalhos utilizando ftalocianina de manganês (II) como sensor são conhecidos do estado da técnica, no entanto, a maneira como a ftalocianina é aplicada difere da forma utilizada nesta invenção, além disso, utilizam a ftalocianina de manganês (II) em outros tipos de sensores. Um microssensor foi desenvolvido para avaliar a qualidade de peixes para o consumo (Gupta et. al., T. Sensors and Actuators B, 41 (1997) 199). Santos e colaboradores desenvolveram um sensor de pasta de carbono para a detecção de fenóis (Santos et. al., J. Braz. Chem. Soc., 20, 6 (2009) 1180). Um material polimérico contendo ftalocianina de manganês (II) foi aplicado como um sensor ânion-seletivo -(Arvand--et. al., Anal. Bio Anal. Chem. 387 (2007) 1033). Um sensor para íons tiocianato foi desenvolvido utilizando ftalocianina de manganês (II) suportado em uma membrana de PVC (Amini et. al., Analytical Letters, 32, 14 (1999) 2737). Um sensor óptico para radiação gama (γ) foi desenvolvido utilizando um filme espesso de ftalocianina de manganês (II) sobre uma superfície de prata (Arshak et. al., Sensors, 2 (2002) 174).Other work using manganese (II) phthalocyanine as a sensor is known from the state of the art, however, the manner in which phthalocyanine is applied differs from the manner used in this invention, in addition, they use manganese (II) phthalocyanine in other types of sensors. A microsensor has been developed to assess the quality of fish for consumption (Gupta et. Al., T. Sensors and Actuators B, 41 (1997) 199). Santos and colleagues developed a carbon paste sensor for the detection of phenols (Santos et. Al., J. Braz. Chem. Soc., 20, 6 (2009) 1180). A manganese (II) phthalocyanine-containing polymeric material was applied as an anion-selective sensor - (Arvand - et. Al., Anal. Bio Anal. Chem. 387 (2007) 1033). A sensor for thiocyanate ions was developed using manganese (II) phthalocyanine supported on a PVC membrane (Amini et. Al., Analytical Letters, 32, 14 (1999) 2737). An optical sensor for gamma radiation (γ) was developed using a thick manganese (II) phthalocyanine film on a silver surface (Arshak et. Al., Sensors, 2 (2002) 174).

Poucas invenções se assemelham à invenção proposta, e aquelas que se aproximam do presente invento diferem quanto à aplicação e natureza do material. A patente US2007/0243449 (Sotomura, T.; Hashimoto, M.; Yamada, Y., Electrode for use in oxygen reduction, 18/10/2007) descreve o uso de ftalocianina de colbato suportada em nanotubos de carbono contendo nanopartículas de ouro como sensor para oxigênio dissolvido, diferindo da invenção proposta quanto ao metal utilizado na ftalocianina e na maneira como essa ftalocianina é utilizada. As medidas utilizando esse eletrodo devem ser realizadas em pH = 13, uma faixa de pH muito limitada, enquanto que o eletrodo proposto pode ser utilizado na faixa de pH de 4,5 a 11, sem alterações significativas na resposta do eletrodo.Few inventions resemble the proposed invention, and those approaching the present invention differ in the application and nature of the material. US2007 / 0243449 (Sotomura, T .; Hashimoto, M.; Yamada, Y., Electrode for use in oxygen reduction, 10/18/2007) describes the use of carbon nanotube-supported colbate phthalocyanine containing carbon nanotubes. as a sensor for dissolved oxygen, differing from the proposed invention as to the metal used in phthalocyanine and in the way that phthalocyanine is used. Measurements using this electrode should be performed at pH = 13, a very limited pH range, while the proposed electrode can be used in the pH range from 4.5 to 11, without significant changes in electrode response.

A invenção 5,018,380 (Zupancic, J. J. et al., Dielectric sensors, 28/05/1991) consiste em um polímero de isocianato combinado com um polímero nitrogenado que é aplicado como sensor para oxigênio gasoso, enquanto o sensor proposto é para oxigênio dissolvido em água e a desvantagem é a menor estabilidade quando comparado ao sensor proposto nessa invenção.The invention 5,018,380 (Zupancic, JJ et al., Dielectric sensors, 05/28/1991) consists of an isocyanate polymer combined with a nitrogenous polymer that is applied as a sensor for gaseous oxygen, while the proposed sensor is for dissolved oxygen in water. and the disadvantage is the lower stability compared to the sensor proposed in this invention.

As patentes US2005/0281729 A1 (Suzuki, M. et al., Method for manufacturing oxygen reduction electrode, oxygen reduction electrode and electrochemical element using same, 22/12/2005) e US2005/0153198 A1 (Suzuki, M. et al., Oxygen reduction electrode and electrochemical element using same, 14/07/2005) consistem em materiais baseados em um carvão derivado da carbonização de um polímero a altas temperaturas. O sensor proposto possui como vantagem o processo de obtenção ocorrer em condições brandas de reação, sem grande custo energético.US2005 / 0281729 A1 (Suzuki, M. et al., Method for manufacturing oxygen reduction electrode, oxygen reduction electrode and electrochemical element using same, December 22, 2005) and US2005 / 0153198 A1 (Suzuki, M. et al. , Oxygen reduction electrode and electrochemical element using same, 14/07/2005) consist of materials based on a carbon derived from the carbonization of a polymer at high temperatures. The proposed sensor has the advantage of obtaining the process under mild reaction conditions without great energy cost.

Diante de todo estado da técnica a presente invenção traz vantajosamente uma proposta de um processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água e o dito sensor com bom desempenho, boa resistência mecânica, reprodutibilidade e longo tempo de vida útil. A síntese do óxido misto utilizado requer condições reacionais brandas, a síntese in situ da ftalocianina é realizada de maneira simples e sem a necessidade do uso de solventes. O sensor apresenta a vantagem de ser bastante seletivo para oxigênio. Além disso, reação de redução do oxigênio ocorre por um mecanismo envolvendo 4 elétrons, com a formação de água como produto. O sensor apresentou vida útil longa e um bom limite de detecção, na ordem do ppb (parte por bilhão).In view of the state of the art, the present invention advantageously provides a proposal for a process of obtaining a carbon-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen in water and said sensor with good performance, good mechanical strength, reproducibility and long time. lifespan. The synthesis of the mixed oxide used requires mild reaction conditions, the in situ synthesis of phthalocyanine is carried out simply and without the use of solvents. The sensor has the advantage of being very selective for oxygen. In addition, oxygen reduction reaction occurs by a mechanism involving 4 electrons, with the formation of water as a product. The sensor had a long service life and a good detection limit, in the order of ppb (part per billion).

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

A presente invenção contempla um processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água. É um objeto adicional da presente invenção o sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água.The present invention contemplates a method for obtaining a carbon-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen in water. A further object of the present invention is the ceramic carbon based electrochemical sensor for determination of dissolved oxygen in water.

O sensor possui aplicações em diversas áreas, no monitoramento ambiental, em centrais de tratamento de efluentes e controle da concentração de O2 em processos industriais.The sensor has applications in several areas, in environmental monitoring, in effluent treatment plants and control of O2 concentration in industrial processes.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1: Representação da síntese utilizada na preparação do oxido misto Si02/Sn02;Figure 1: Representation of the synthesis used in the preparation of mixed oxide Si02 / Sn02;

Figura 2: Representação da rota de síntese utilizada na preparação do eletrodo Si02/Sn02/MnPc;Figure 2: Representation of the synthesis route used to prepare the Si02 / Sn02 / MnPc electrode;

Figura 3: Representação do sensor de disco rígido. O sensor compreende^um eletrodo em disco rígido contendo Si02/Sn02/C/MnPc (a), grafite em pó (c), um tubo de vidro de 5 mm de diâmetro externo (b), e um fio condutor metálico (d);Figure 3: Representation of the hard disk sensor. The sensor comprises a hard disk electrode containing Si02 / Sn02 / C / MnPc (a), graphite powder (c), a 5 mm outer diameter glass tube (b), and a metallic lead (d) ;

Figura 4: Representação da isoterma de adsorção-dessorção de N2 do óxido misto Si02/Sn02;Figure 4: Representation of the N2 adsorption-desorption isotherm of Si02 / Sn02 mixed oxide;

Figura 5: Representação da distribuição de tamanho de poros do óxido misto Si02/Sn02;Figure 5: Representation of pore size distribution of the mixed oxide Si02 / Sn02;

Figura 6: Representação do espectro de reflectância difusa do eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc e a ftalocianina de manganês pura para demonstrar que a ftalocianina de manganês foi incorporada com sucesso ao óxido misto, já que a ftalocianina de manganês é a espécie química responsável pela propriedade do sensor de medir a concentração de oxigênio dissolvido.Figure 6: Representation of the diffuse reflectance spectrum of the Si02 / Sn02 / C / MnPc electrode and pure manganese phthalocyanine to demonstrate that manganese phthalocyanine has been successfully incorporated into the mixed oxide, as manganese phthalocyanine is the chemical species responsible. by the sensor's property of measuring dissolved oxygen concentration.

Figura 7: Representação do espectro de infravermelho para o eletrodo Si02/Sn02/MnPc, o óxido misto Si02/Sn02 e a ftalocianina de manganês pura para demonstrar a presença da ftalocianina de manganês no óxido mistoFigure 7: Infrared spectrum representation for Si02 / Sn02 / MnPc electrode, Si02 / Sn02 mixed oxide and pure manganese phthalocyanine to demonstrate presence of manganese phthalocyanine in mixed oxide

Figura 8: Demonstração de várias medidas de voltametria de pulso diferencial realizadas em diferentes concentrações de O2 para o eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc com o objetivo de demonstrar a relação entre a corrente de pico e a concentração de oxigênio, evidenciado sua atividade como sensor.Figure 8: Demonstration of various differential pulse voltammetry measurements performed at different O2 concentrations for the Si02 / Sn02 / C / MnPc electrode in order to demonstrate the relationship between peak current and oxygen concentration, evidencing its activity as sensor.

Figura 9: Representação da curva de intensidade de corrente de pico anódico em função da concentração de O2, obtida por voltametria de pulso diferencial para o eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc para demonstrar a relação linear entre a corrente de pico e a concentração de oxigênio dissolvido.Figure 9: Representation of the anode peak current intensity curve as a function of O2 concentration obtained by differential pulse voltammetry for the Si02 / Sn02 / C / MnPc electrode to demonstrate the linear relationship between the peak current and the O2 concentration. Dissolved oxygen.

Figura 10: Representação dos valores de intensidade de corrrente de pico anódico em função do número de ciclos realizados, obtida por voltametria cíclica para o eletrodo Si02/Sn02/C/MnRc para demonstrar que mesmo após várias medidas de oxigênio dissolvido o eletrodo não sofre perda de sinal de resposta.Figure 10: Representation of anode peak current intensity values as a function of the number of cycles performed by cyclic voltammetry for the Si02 / Sn02 / C / MnRc electrode to demonstrate that even after several measurements of dissolved oxygen the electrode does not suffer loss. answer sign.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

O invento refere-se a um processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido era água, É um objeto adicional da presente invenção o sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água.The invention relates to a method of obtaining a ceramic carbon-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen in water. It is a further object of the present invention the ceramic carbon-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen in water.

O dito processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água compreende as seguintes etapas:Said process for obtaining a ceramic carbon-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen in water comprises the following steps:

i) Síntese do oxido misto SiO2ZSnO2;(i) synthesis of the mixed oxide SiO2ZSnO2;

ii) Purificação e secagem do óxido misto Si02/Sn02;(ii) purification and drying of mixed oxide Si02 / Sn02;

iii) Incorporação de manganês (II) no óxido misto Si02/Sn02;iii) Incorporation of manganese (II) into the mixed oxide Si02 / Sn02;

iv) Síntese in-situ da ftalocinanina de manganês (II) no óxido misto Si02/Sn02;iv) In-situ synthesis of manganese (II) phthalokinanin in the mixed oxide Si02 / Sn02;

v) Purificação do material Si02/Sn02/MnPc;v) Purification of Si02 / Sn02 / MnPc material;

vi) Secagem do material Si02/Sn02/MnPc evi) Drying of Si02 / Sn02 / MnPc material and

vii) Preparo do eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc em forma de disco rígido. Mais especificamente o processo de obtenção de sensor eletroquímico baseado em matéria carbono cerâmico para determinação de oxigênio dissolvido em água compreende as seguintes etapas:vii) Preparation of Si02 / Sn02 / C / MnPc electrode in hard disk form. More specifically, the process of obtaining a ceramic carbon-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen in water comprises the following steps:

i) Síntese do oxido misto Si02/Sn02 pelo método sol-gel;(i) synthesis of mixed oxide Si02 / Sn02 by sol-gel method;

ii) Purificação e secagem do oxido misto SiO2ZSnO2:(ii) Purification and drying of mixed oxide SiO2ZSnO2:

a) Lavagem do óxido misto Si02/Sn02 com etanol em sistema soxhlet preferencialmente por 2,5 horas; ea) Washing the mixed oxide Si02 / Sn02 with ethanol in a soxhlet system preferably for 2.5 hours; and

b) Secagem do óxido misto em sistema de vácuo sob aquecimento em banho maria preferencialmente a 100°C.b) Drying of the mixed oxide in a vacuum system under heating in a water bath preferably at 100 ° C.

iii) Incorporação de manganês (II) no óxido misto Si02/Sn02:(iii) Incorporation of manganese (II) into Si02 / Sn02 mixed oxide:

a) Adição de 2 g do óxido misto a 10 mL de uma solução 0,1 mL de acetato de manganês (II); e(a) adding 2 g of the mixed oxide to 10 ml of a 0,1 ml solution of manganese acetate (II); and

b) Aquecimento preferencialmente a 80°C para evaporação do solvente.b) Heating preferably at 80 ° C for solvent evaporation.

iv) Síntese in-situ da ftalocinanina de manganês (II) no óxido misto Si02/Sn02:(iv) In situ synthesis of manganese (II) phthalokinanin in mixed oxide Si02 / Sn02:

a) Mistura de 2 g do sólido a 2 g de ftalonitrila; e(a) mixing 2 g of the solid with 2 g of phthalonitrile; and

b) Agitação mecânica da mistura com aquecimento em banho maria preferencialmente a 200°C por 2 horas.b) Mechanical stirring of the mixture with heating in a water bath preferably at 200 ° C for 2 hours.

v) Purificação do material Si02/Sn02/MnPc utilizando etanol em sistema soxhlet preferencialmente por 2,5 horas;v) Purification of Si02 / Sn02 / MnPc material using soxhlet ethanol preferably for 2.5 hours;

vi) Secagem do material Si02/Sn02/MnPc em sistema de vácuo sob aquecimento em banho maria preferencialmente a 100°C;vi) Drying Si02 / Sn02 / MnPc material in a vacuum system under heating in a water bath preferably at 100 ° C;

vii) Preparo do eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc em forma de disco rígido:vii) Preparation of Si02 / Sn02 / C / MnPc hard disk electrode:

a) Mistura mecânica de 15 mg do material Si02/Sn02/MnPc com 15 mg de grafite em pó preferencialmente com grau de pureza de 99,99%; b) Prensagem da mistura em um pastilhador de aço de 5 mm de diâmetro interno sob uma pressão preferencialmente de 3 ton;(a) Mechanical mixture of 15 mg Si02 / Sn02 / MnPc material with 15 mg graphite powder preferably 99.99% pure; (b) pressing the mixture into a 5 mm inner diameter steel pad under a pressure of preferably 3 tons;

c) Imersão do disco em um banho de parafina de vela, que foi previamente aquecida até a sua fusão, em um sistema de vácuo na ordem de 10"2 Pa, preferencialmente por 1 hora;c) Immersion of the disc in a candle paraffin bath, which was previously heated to melt, in a vacuum system of the order of 10-2 Pa, preferably for 1 hour;

d) Remoção da parafina da superfície do disco utilizando preferencialmente uma lixa d'água 1200;d) Paraffin removal from the disc surface using preferably a sandpaper 1200;

e) Fixação do disco na extremidade do tubo de vidro utilizando preferencialmente resina epoxídica; ee) Attaching the disc to the end of the glass tube preferably using epoxy resin; and

f) Adição de grafite em pó e do fio condutor no interior do tubo de vidro.f) Addition of graphite powder and lead wire inside the glass tube.

É um objeto adicional da presente invenção um sensor eletroquímico para determinação de oxigênio dissolvido em água compreende um eletrodo 15 Si02/Sn02/C/MnPc era forma de disco rígido, um tubo de vidro e um fio condutor metálico. O dito sensor é preparado a partir do processo descrito anteriormente para ser aplicado na detecção de oxigênio dissolvido.It is a further object of the present invention that an electrochemical sensor for determination of dissolved oxygen in water comprises a hard disk shaped electrode 15 Si02 / Sn02 / C / MnPc, a glass tube and a metallic conductive wire. Said sensor is prepared from the process described above to be applied in the detection of dissolved oxygen.

Mais especificamente o sensor eletroquímico para determinação de oxigênio dissolvido em água compreende:More specifically the electrochemical sensor for determination of dissolved oxygen in water comprises:

a) Um eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc em forma de disco rígido espessura.a) A Si02 / Sn02 / C / MnPc hard disk shaped electrode thickness.

Síntese do óxido misto SiOzZSnO?Synthesis of mixed oxide SiOzZSnO?

A síntese do óxido misto Si02/Sn02 foi preparado pelo método sol-gel, conhecido do estado da técnica, (Canevari, T.; Arguello, J.; Francisco, M.S.P.; Gushikem, Y., J. Electroanal. Chem., 609 (2007) 61) de acordo como o seguinte contendo 15 mg do material Si02/Sn02/MnPc e 15 mg de grafite em pó com 99,9% de pureza;Synthesis of the mixed oxide Si02 / Sn02 was prepared by the sol-gel method, known in the art, (Canevari, T.; Arguello, J .; Francisco, MSP; Gushikem, Y., J. Electroanal. Chem., 609 (2007) 61) as follows containing 15 mg Si02 / Sn02 / MnPc material and 15 mg 99.9% pure graphite powder;

b) Um tubo de vidro de 5 mm de diâmetro externo e 15 cm de comprimento, contendo grafite em pó em seu interior; e(b) a glass tube 5 mm in diameter and 15 cm in length, containing graphite powder inside; and

c) Um fio condutor metálico com multifilamentos de 2 mm de procedimento: 12 mL de tetraetilortosilicato (TEOS), 12 mL de etanol, 2,0 mL de água deionizada e 0,2 mL de ácido clorídrico concentrado foram misturados, essa solução foi mantida em agitação a 353 K por 3 h. Após a etapa de pré-hidrólise do TEOS, a solução foi resfriada à temperatura ambiente e então adicionou-se 0,8 mL de solução de dibutil-diacetato de estanho e agitou-se a mistura por 1h.c) A 2 mm multifilament metallic conductor wire of procedure: 12 mL tetraethylorthosilicate (TEOS), 12 mL ethanol, 2.0 mL deionized water and 0.2 mL concentrated hydrochloric acid were mixed, this solution was maintained. stirring at 353 K for 3 h. After the TEOS prehydrolysis step, the solution was cooled to room temperature and then 0.8 mL of tin dibutyl diacetate solution was added and the mixture was stirred for 1h.

Adicionou-se então 3,0 mL de água deionizada, 0,3 mL de HCl concentrado deixando em agitação por mais uma hora. A solução resultante foi aquecida a 333 K até o início da gelatinização, aumentando a temperatura para 353 K até a completa evaporação do solvente. O oxido misto SiO2/SnO2 obtido foi lavado com etanol e seco em linha de vácuo. O fluxograma dessa síntese pode ser visto na figura 1.Deionized water (3.0 mL), concentrated HCl (0.3 mL) were then added and allowed to stir for an additional hour. The resulting solution was heated to 333 K until gelatinization began, increasing the temperature to 353 K until complete evaporation of the solvent. The obtained mixed SiO2 / SnO2 oxide was washed with ethanol and dried in a vacuum line. The flowchart of this synthesis can be seen in figure 1.

Síntese irt situ da ftalocianina de manganês (II) no óxido misto SiO2/SnO2In situ synthesis of manganese (II) phthalocyanine in SiO2 / SnO2 mixed oxide

A síntese in situ do óxido misto Si02/Sn02/MnRc foi realizada através da. incorporação da ftalocianina de manganês Il (MnPc), utilizando ftalonitrila, nos poros do óxido misto Si02/Sn02-(Ganevari, T.; Arguello, J.; Francisco, M.S.P.; Gushikem, Y., J. Electroanal. Chem., 609 (2007) 61). Preparou-se em um béquer 10 mL de solução de acetato de Mn(II) 0,1 mol.L"1, e a essa solução adicionou-se 2 g do óxido misto SiO2ZSnO2. O sistema foi agitado em um agitador magnético, por 30 minutos, e aquecido em uma placa de aquecimento a 80 0C por cerca de 2 horas, até a completa evaporação do solvente. O sólido obtido foi então misturado com a ftalonitrila em proporção 1:1 em massa, em uma ampola de vidro e colocado em um sistema de agitação mecânica sob agitação por 2 h, com aquecimento a 200 0C em banho-maria. O material obtido foi então lavado com etanol em um sistema Soxhlet durante 2,5 h para a remoção da ftalocianina não confinada e ftalonitrila não consumida na reação. O fluxograma dessa síntese pode ser visto na figura 2.The in situ synthesis of the mixed oxide Si02 / Sn02 / MnRc was performed by. incorporation of manganese II phthalocyanine (MnPc) using phthalonitrile into the pores of the mixed oxide Si02 / Sn02- (Ganevari, T.; Arguello, J .; Francisco, MSP; Gushikem, Y., J. Electroanal. Chem., 609 (2007) 61). 10 ml of 0.1 mol.L-1 Mn (II) acetate solution was prepared in a beaker, and 2 g of the mixed oxide SiO2ZSnO2 was added to this solution. The system was stirred on a magnetic stirrer by 30 minutes, and heated on a hotplate at 80 ° C for about 2 hours, until complete evaporation of the solvent.The solid obtained was then mixed with the phthalonitrile 1: 1 by weight in a glass ampoule and placed. in a mechanical stirring system under stirring for 2 h, with heating at 200 ° C in a water bath The material obtained was then washed with ethanol in a Soxhlet system for 2.5 h to remove unconfined phthalocyanine and unconsumed phthalonitrile The reaction flowchart of this synthesis can be seen in Figure 2.

Construção do eletrodo SiO2/SnO2/C/MnPcSiO2 / SnO2 / C / MnPc Electrode Construction

O presente exemplo de concretização contempla o processo de obtenção de um sensor eletroquímico para detecção de oxigênio dissolvido, sem, no entanto, restringir o escopo de proteção e o aumento de escala da invenção. O eletrodo é utilizado na forma de disco prensado, a fim de obter um eletrodo com alta estabilidade química, térmica e mecânica. O eletrodo em disco prensado foi preparado realizando uma mistura mecânica de 15 mg do material Si02/SnC>2/MnPc com 15 mg de grafite em pó de alta pureza (99,99%), em um almofariz de ágata. Essa mistura foi macerada manualmente em almofariz por cerca de 20 minutos para homogeneizar o sólido. Colocou-se a mistura em um pastilhador de aço de 5 mm de diâmetro interno, aplicando sobre esse pastilhador uma pressão de 3 toneladas, com o auxílio de uma prensa hidráulica. O disco formado foi então imerso em um banho de parafina de vela, que foi previamente aquecida até a sua fusão em um sistema de vácuo de pressão na ordem de 10'2 Pa, para remoção do gás presente nos interstícios do disco. O disco resultante será doravante designado como SiCVSnCVC/MnPc. O disco é então lixado utilizando uma lixa d'água 1200 para a remoção da parafina da superfície e fixado a um tubo de vidro. No interior desse tubo, coloca-se grafite em pó (99,99%) e um fio de cobre para o contato elétrico (Figura 3). O eletrodo foi capaz de detectar oxigênio dissolvido em uma concentração de até 0,003 mg L"1.The present example embodiment contemplates the process of obtaining an electrochemical sensor for detection of dissolved oxygen, without, however, restricting the scope of protection and scaling of the invention. The electrode is used as a pressed disc in order to obtain an electrode with high chemical, thermal and mechanical stability. The pressed disc electrode was prepared by mechanically mixing 15 mg Si02 / SnC> 2 / MnPc material with 15 mg high purity graphite powder (99.99%) in an agate mortar. This mixture was manually macerated in mortar for about 20 minutes to homogenize the solid. The mixture was placed in a 5 mm inner diameter steel pad, applying a pressure of 3 tons, using a hydraulic press. The disk formed was then immersed in a candle paraffin bath, which was preheated to its fusion in a pressure vacuum system of the order of 10'2 Pa, to remove the gas present in the disk interstices. The resulting disk will hereinafter be referred to as SiCVSnCVC / MnPc. The disc is then sanded using 1200 sandpaper to remove the paraffin from the surface and fixed to a glass tube. Inside this tube is placed graphite powder (99.99%) and a copper wire for electrical contact (Figure 3). The electrode was able to detect dissolved oxygen at a concentration of up to 0.003 mg L "1.

Fluorescência de raios-xX-ray fluorescence

A quantidade de SnO2 da matriz pôde ser determinada pelo método de fluorescência de raios-x, onde foi feita uma curva de calibração utilizando misturas mecânicas do SnO2 e da sílica gel em diversas proporções. O equipamento utilizado foi um espectrômetro EDXRF spectrace modelo 5100. A quantidade de SnO2 encontrado no óxido misto Si02/Sn02 foi de 15%. Um valor que confere uma boa condutividade ao óxido misto, já que o SnO2 é um semicondutor, mantendo o caráter poroso do óxido misto, o que permite a incorporação da ftalocianina de manganês (II).The amount of SnO2 from the matrix could be determined by the x-ray fluorescence method, where a calibration curve was made using mechanical mixtures of SnO2 and silica gel in various proportions. The equipment used was an EDXRF spectrace model 5100 spectrometer. The amount of SnO2 found in the mixed oxide Si02 / Sn02 was 15%. A value that gives a good conductivity to mixed oxide, since SnO2 is a semiconductor, maintaining the porous character of mixed oxide, which allows the incorporation of manganese (II) phthalocyanine.

Área superficial e volume de poroSurface area and pore volume

Os sólidos porosos são classificados de acordo com o tamanho de poro como: microporos (< 2 nm), mesoporo (2-50 nm) ou macroporo (> 50 nm) (Sing et. al. Purê and Appl. Chem., 57, 4 (1985) 603). A porosidade do material deve ser especialmente considerada quando o objetivo é imobilizar substâncias dentro dos poros (Rouquerol et. al., Purê and Appl. Chem., 66, 8 (1994) 1739). Outra característica importante é a área superficial, esta é definida como a área acessível do sólido por unidade de massa do material (Lowell et. al., Characterization of porous solids and powders; Surface área, pore size and / density. Dordrecht: KIuwerAcademic Publishers, 2004).Porous solids are classified according to pore size as: micropores (<2 nm), mesopore (2-50 nm) or macropore (> 50 nm) (Sing et al. Puré and Appl. Chem., 57, 4 (1985) 603). The porosity of the material should be especially considered when the goal is to immobilize substances within the pores (Rouquerol et. Al., Puree and Appl. Chem., 66, 8 (1994) 1739). Another important feature is surface area, which is defined as the accessible area of the solid per unit mass of material (Lowell et al., Characterization of porous solids and powders; Surface area, pore size and / density.) Dordrecht: KIuwerAcademic Publishers , 2004).

As medidas de área superficial específica foram realizadas por meio de isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, obtidas em um equipamento Autsorb 1 - Quantachrome Instruments, através do método BET multipontos.Specific surface area measurements were performed by means of nitrogen adsorption and desorption isotherms, obtained on an Autsorb 1 - Quantachrome Instruments equipment, using the multipoint BET method.

A isoterma de sorção de N2 do material Si02/Sn02/MnPc (Figura 4) apresentou um perfil do tipo I e histerese do tipo H4, característico de materiais microporosos. O valor de área superficial obtido foi de As(BET)= 299 m2 g_i e a distribuição de tamanho de poro, obtida pelo método BJH, apresentou um perfil de material predominantemente microporoso (Figura 5).The N 2 sorption isotherm of Si02 / Sn02 / MnPc material (Figure 4) presented a type I profile and type H4 hysteresis, characteristic of microporous materials. The surface area value obtained was As (BET) = 299 m2 g_i and the pore size distribution obtained by the BJH method showed a predominantly microporous material profile (Figure 5).

A presença de poros na estrutura do oxido misto mostra que é possível realizar a síntese de moléculas no interior desses poros, no caso dessa invenção, a síntese da ftalocianina de manganês (II).The presence of pores in the mixed oxide structure shows that it is possible to perform the synthesis of molecules within these pores, in the case of this invention the synthesis of manganese (II) phthalocyanine.

Espectroscopia eletrônica na região do UV-VisElectronic spectroscopy in the UV-Vis region

As ftalocianinas em geral são moléculas altamente conjugadas, característica essa que explica a resposta dessas moléculas a radiações na região do UV-Vis. As medidas de UV-Vis foram realizadas em um espectrofotômetro Shimadzu Multispect 1501 com sistema de reflectância difusa.Phthalocyanines in general are highly conjugated molecules, which explains the response of these molecules to radiation in the UV-Vis region. UV-Vis measurements were performed on a Shimadzu Multispect 1501 spectrophotometer with diffuse reflectance system.

O espectro de reflectância difusa do material (Figura 6) apresentou bandas semelhantes às bandas da ftalocianina pura. A banda apresentada em 710 nm, referente a banda Q consiste na transição eletrônica Homo com simetria a1u para o orbital Lumo com simetria eg. A banda Q é representada pela transferência de elétrons do esqueleto pirrol para outros átomos da molécula. A banda que aparece em forma de ombro em 360 nm, banda B representa a transferência de elétrons das pontes de nitrogênio para os átomos de carbono do esqueleto pirrol, e consiste na transição do orbital Homo com simetria a2 u para o orbital Lumo eg. Outra banda observada é a que aparece em 530 nm, essa banda é observada em ftalocianinas contendo um metal central, referente à transferência de carga do metal para o Iigante ou do Iigante para o metal (Sehlotho, N.; Nyokong1 T., Journal of Electroanalytical Chemistry, 595 (2006) 161).The diffuse reflectance spectrum of the material (Figure 6) showed bands similar to pure phthalocyanine bands. The band presented at 710 nm, referring to the Q band, consists of the electronic transition Homo with symmetry a1u to orbital Lumo with symmetry eg. The Q band is represented by the transfer of electrons from the pyrrol skeleton to other atoms of the molecule. The shoulder-shaped band at 360 nm, band B, represents the electron transfer from the nitrogen bridges to the pyrrol backbone carbon atoms, and consists of the transition from the Homo orbital with symmetry a2 u to the Lumo eg orbital. Another band observed is that appearing at 530 nm, this band is observed in phthalocyanines containing a central metal, referring to charge transfer from metal to ligand or from ligand to metal (Sehlotho, N .; Nyokong1 T., Journal of Electroanalytical Chemistry, 595 (2006) 161).

A técnica mostra que a ftalocianina de manganês foi incorporada com sucesso no óxido misto, já que a ftalocianina de manganês é a espécie química responsável pela propriedade do sensor de medir a concentração de oxigênio dissolvido.The technique shows that manganese phthalocyanine has been successfully incorporated into the mixed oxide, since manganese phthalocyanine is the chemical species responsible for the sensor property of measuring dissolved oxygen concentration.

Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (IV)Infrared (IR) vibrational spectroscopy

A técnica de espectroscopia no infravermelho nos permite observar a formação do material SiCVSnO2ZMnPc e do óxido misto Si02/SnC>2. Foram realizadas medidas do material, do óxido misto e da ftalocianina de manganês pura, para fins de comparação. As medidas comparativas entre o material, o óxido misto e a ftalocianina de manganês pura, foram obtidas no intervalo de 4000 a 400 cm'1, em um espectrofotômetro Bomen série MB com transformada de Fourier (FT-IR), com 2 cm"1 de resolução e 64 varreduras acumulativas. As amostras foram dissolvidas em fluorolube e colocadas em janelas de KBr.The infrared spectroscopy technique allows us to observe the formation of SiCVSnO2ZMnPc material and Si02 / SnC> 2 mixed oxide. Measurements of pure manganese material, mixed oxide and phthalocyanine were performed for comparison purposes. Comparative measurements between the material, mixed oxide and pure manganese phthalocyanine were obtained from 4000 to 400 cm'1 on a Bomen MB series Fourier transform (FT-IR) spectrophotometer with 2 cm "1 resolution and 64 cumulative scans The samples were dissolved in fluorolube and placed in KBr windows.

Os espectros de IV do óxido misto Si02/Sn02, do material SiO2ZSnO2ZMnPc e da ftalocianina de manganês (II) pura (MnPc) foram comparados (Figura 7). A banda em 1627 cm"1 corresponde aos grupos silanóis (Si-OH) da superfície do óxido misto e à água adsorvida no material. O material Si02/Sn02/MnPc não apresentou banda correspondente aos grupos silanol. Como os espectros foram obtidos em uma suspensão de fluorolube, foram observadas somente bandas acima de 1380 cm"1 para caracterizar a ftalocianina no óxido misto, são elas: 1504 cm"1 (u C=C do anel iso-indol), 1651 cm"1 (u C=C das ligações conjugadas do anel benzênico). As demais bandas observadas entre 1600 e 1380 cm"1 ocorrem devido as vibrações de deformação axial do anel aromático (Silverstein, R. M., Identificação espectrométrica dos compostos orgânicos. 6 ed., Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2000). Assim como a espectroscopia na região do UV-Vis1 essa técnica mostra a presença da ftalocianina de manganês no oxido misto, já que a ftalocianina de manganês é a espécie química responsável pela propriedade do sensor de medir a concentração de oxigênio dissolvido.The IR spectra of Si02 / Sn02 mixed oxide, SiO2ZSnO2ZMnPc material and pure manganese (II) phthalocyanine (MnPc) were compared (Figure 7). The band at 1627 cm-1 corresponds to the silanol groups (Si-OH) of the mixed oxide surface and to the water adsorbed on the material. The Si02 / Sn02 / MnPc material did not have a band corresponding to the silanol groups. fluorolube suspension, only bands above 1380 cm-1 were observed to characterize phthalocyanine in the mixed oxide, namely: 1504 cm-1 (u C = C of the isoindole ring), 1651 cm-1 (u C = C of the benzene ring conjugate bonds). The other bands observed between 1600 and 1380 cm "1 occur due to the axial deformation vibrations of the aromatic ring (Silverstein, RM, Spectrometric identification of organic compounds. 6 ed., Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2000). As well as spectroscopy In the UV-Vis1 region this technique shows the presence of manganese phthalocyanine in the mixed oxide, since manganese phthalocyanine is the chemical species responsible for the sensor property of measuring dissolved oxygen concentration.

Caracterização eletroquímica do eletrodoElectrochemical characterization of the electrode

A caracterização eletroquímica foi realizada em um Potenciostato Autolab Eco Chemie modelo PGSTAT30. Utilizou-se uma cela de 20 mL utilizando um sistema contendo três eletrodos: O eletrodo em disco prensado contendo o material SiCVSnCVMnPc, um eletrodo de platina (contra-eletrodo) e um eletrodo de calomelano saturado (ECS) como eletrodo de referência.Electrochemical characterization was performed on an Autolab Eco Chemie Potentiostat model PGSTAT30. A 20 mL cell was used using a system containing three electrodes: The pressed disk electrode containing SiCVSnCVMnPc material, a platinum electrode (counter electrode) and a saturated calomel electrode (ECS) as the reference electrode.

Foram realizadas medidas de voltametria de pulso diferencial em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido. Nesse tipo de medida foi possível observar a redução do oxigênio no potencial de -0,31 V (Figura 8). Para que um material seja aplicado como sensor é importante que exista uma relação entre a resposta física observada na análise e a quantidade de oxigênio. Pôde-se observar que o aumento na concentração do analito provocou um aumento linear no valor de corrente (Figura 9), o que possibilita a aplicação desse material como sensor. Através de um cálculo de regressão linear, foi possível obter uma curva com o coeficiente de correlação 1^=0,994. A equação de regressão linear obtida foi a seguinte: i (mA) = 8,0427 χ 10"7 (±4,05565 χ 10-7) - 4,59229 χ 10"8 (±1,13475 χ 10"9) χ [O2] (mg L"1)Differential pulse voltammetry measurements were performed at different dissolved oxygen concentrations. In this type of measurement it was possible to observe the oxygen reduction in the potential of -0.31 V (Figure 8). For a material to be applied as a sensor it is important that there is a relationship between the physical response observed in the analysis and the amount of oxygen. It was observed that the increase in analyte concentration caused a linear increase in the current value (Figure 9), which enables the application of this material as a sensor. Through a linear regression calculation, it was possible to obtain a curve with the correlation coefficient 1 ^ = 0.994. The linear regression equation obtained was as follows: i (mA) = 8.0427 χ 10 "7 (± 4.05565 χ 10-7) - 4.59229 χ 10" 8 (± 1.13475 χ 10 "9) χ [O2] (mg L "1)

O limite de detecção é a menor concentração que pode ser distinguida com certo nível de confiança. Calculou-se o limite de detecção desse sensor, obtendo-se o valor de LD=3,3 ppb. Valores estes que se apresentam na mesma ordem de grandeza dos valores encontrados para sensores comerciais InPro® 6800 e InPro® 6900 da marca Mettler Toledo, que apresentam limite de detecção de 6 e 1 ppb, respectivamente.The limit of detection is the smallest concentration that can be distinguished with a certain level of confidence. The detection limit of this sensor was calculated, obtaining the value of LD = 3.3 ppb. These values are in the same order of magnitude as those found for Mettler Toledo InPro® 6800 and InPro® 6900 commercial sensors, which have a detection limit of 6 and 1 ppb, respectively.

Foram realizadas medidas de voltametria cíclica variando o pH de 4,5 a 11, com uma concentração de oxigênio constante ([02]=8,8 mg L"1). Foi possível observar que não ocorre uma alteração significativa no valor da corrente de pico anódico, mostrando que o sensor pode ser utilizado no intervalo de pH (4,56 a 10,99).Cyclic voltammetry measurements were performed ranging from 4.5 to 11 pH with a constant oxygen concentration ([02] = 8.8 mg L "1). It was observed that there was no significant change in the current value. anodic peak, showing that the sensor can be used in the pH range (4.56 to 10.99).

Para avaliar a estabilidade do material, foram realizados vários ciclos voltamétricos na presença de O2. As medidas mostraram que mesmo após 100 ciclos, o material não apresentou redução significativa do sinal de corrente (Figura 10).To evaluate the material stability, several voltammetric cycles were performed in the presence of O2. The measurements showed that even after 100 cycles, the material showed no significant reduction of the current signal (Figure 10).

A reação de redução do O2 pode ocorrer por dois mecanismos: um mecanismo envolvendo dois elétrons, resultando da formação de H2O2, e um mecanismo envolvendo quatro elétrons, resultando na formação de água. Para avaliar a cinética da reação de redução do oxigênio foram feitas medidas utilizando um eletrodo de disco rotatório, em diferentes velocidades de rotação. A partir destas medidas, observou-se que o mecanismo envolvendo quatro elétrons é predominante neste tipo de eletrodo. O mecanismo envolvendo quatro elétrons é preferível, já que a produção de água não provoca alteração da solução.The O2 reduction reaction can occur by two mechanisms: a mechanism involving two electrons resulting from the formation of H2O2, and a mechanism involving four electrons resulting in water formation. To evaluate the oxygen reduction reaction kinetics, measurements were made using a rotating disc electrode at different rotation speeds. From these measurements, it was observed that the mechanism involving four electrons is predominant in this type of electrode. The mechanism involving four electrons is preferable since water production does not cause alteration of the solution.

Claims (12)

1. Processo de obtenção de sensor eletroquímico caracterizado por compreender as seguintes etapas: i) Síntese do óxido misto SiCVSnO2 pelo método sol-gel; ii) Purificação e secagem do óxido misto Si02/Sn02; iii) Incorporação de manganês (II) no óxido misto SiCVSnO2; iv) Síntese in situ da ftalocinanina de manganês (II) no óxido misto Si02/Sn02; v) Purificação do material Si02/Sn02/MnPc; vi) Secagem do material Si02/Sn02/MnPc; e vii) Preparo do eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc em forma de disco rígido.1. Process for obtaining an electrochemical sensor comprising the following steps: (i) synthesis of SiCVSnO2 mixed oxide by the sol-gel method; (ii) purification and drying of mixed oxide Si02 / Sn02; (iii) incorporation of manganese (II) into SiCVSnO2 mixed oxide; iv) In situ synthesis of manganese (II) phthalokinanine in mixed oxide Si02 / Sn02; v) Purification of Si02 / Sn02 / MnPc material; vi) Drying of Si02 / Sn02 / MnPc material; and vii) Preparation of the Si02 / Sn02 / C / MnPc hard disk electrode. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (ii) compreender as seguintes sub-etapas: a) Lavagem do óxido misto Si02/Sn02 com etanol em sistema soxhlet preferencialmente por 2,5 horas; e b) Secagem do óxido misto em sistema de vácuo sob aquecimento em banho maria preferencialmente a 100°C.Process according to Claim 1, characterized in that step (ii) comprises the following sub-steps: a) Washing the mixed oxide Si02 / Sn02 with ethanol in a soxhlet system preferably for 2.5 hours; and (b) drying the mixed oxide in a vacuum system under heating in a water bath preferably at 100 ° C. 3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (iii) compreender as seguintes sub-etapas: a) Adição de 2 g do óxido misto a 10 mL de uma solução 0,1 mL de acetato de manganês (II); e b) Aquecimento preferencialmente a 80°C para evaporação do solvente.Process according to Claim 1, characterized in that step (iii) comprises the following sub-steps: (a) adding 2 g of the mixed oxide to 10 ml of a 0,1 ml solution of manganese acetate ( II); and b) Heating preferably to 80 ° C for solvent evaporation. 4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (iv) compreender as seguintes sub-etapas: a) Mistura de 2 g do sólido a 2 g de ftalonitrila; e b) Agitação mecânica da mistura com aquecimento em banho maria preferencialmente a 200°C por 2 horas.Process according to Claim 1, characterized in that step (iv) comprises the following sub-steps: (a) mixing 2 g of the solid with 2 g of phthalonitrile; and b) Mechanical stirring of the mixture with heating in a water bath preferably at 200 ° C for 2 hours. 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (vii) compreender as seguintes sub-etapas: a) Mistura mecânica de 15 mg do material SiCVSnCVMnPc com 15 mg de grafite em pó preferencialmente com grau de pureza de 99,99%; b) Prensagem da mistura em um pastilhador de aço de 5 mm de diâmetro interno sob uma pressão preferencialmente de 3 ton; c) Imersão do disco em um banho de parafina de vela, que foi previamente aquecida até a sua fusão, em um sistema de vácuo na ordem de -10-2 Pa preferencialmente por 1 hora; d) Remoção da parafina da superfície do disco utilizando preferencialmente uma lixa d'água 1200; e) Fixação do disco na extremidade do tubo de vidro utilizando preferencialmente resina epoxídica; e f) Adição de grafite em pó e do fio condutor no interior do tubo de vidro.Process according to Claim 1, characterized in that step (vii) comprises the following sub-steps: a) Mechanical mixture of 15 mg SiCVSnCVMnPc material with 15 mg of preferably 99% pure graphite powder 99%; (b) pressing the mixture into a 5 mm inner diameter steel pad under a pressure of preferably 3 tons; c) Immersion of the disc in a candle paraffin bath, which was previously heated to melt, in a vacuum system of the order of -10-2 Pa preferably for 1 hour; d) Paraffin removal from the disc surface using preferably a sandpaper 1200; e) Attaching the disc to the end of the glass tube preferably using epoxy resin; and (f) adding graphite powder and the lead wire inside the glass tube. 6. Sensor eletroquímico caracterizado por compreender um eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc em forma de disco rígido, um tubo de vidro e um fio condutor metálico para aplicação como detector de oxigênio dissolvido.6. Electrochemical sensor comprising a hard disk-shaped Si02 / Sn02 / C / MnPc electrode, a glass tube and a metallic conductive wire for application as a dissolved oxygen detector. 7. Sensor, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por compreender um eletrodo Si02/Sn02/C/MnPc em forma de disco rígido preferencialmente contendo 15 mg do material Si02/Sn02/MnPc e 15 mg de grafite em pó com 99,9% de pureza.Sensor according to claim 6, characterized in that it comprises a hard disk-shaped Si02 / Sn02 / C / MnPc electrode preferably containing 15 mg Si02 / Sn02 / MnPc material and 15 mg of 99.9% graphite powder. of purity. 8. Sensor, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por compreender um tubo de vidro de 5 mm de diâmetro externo, 15 cm de comprimento e grafite em pó em seu interior.Sensor according to claim 6, characterized in that it comprises a glass tube of 5 mm outside diameter, 15 cm long and graphite powder inside. 9. Sensor, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por compreender um fio condutor metálico com multifilamentos de 2 mm de espessura.Sensor according to Claim 6, characterized in that it comprises a 2 mm thick multifilament metallic conductor wire. 10. Sensor, caracterizado pelo fato de ser preparado a partir do processo conforme definido em uma das reivindicações de 1 a 5.Sensor, characterized in that it is prepared from the process as defined in one of claims 1 to 5. 11. Sensor, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ser para a detecção de oxigênio dissolvido.Sensor according to Claim 10, characterized in that it is for the detection of dissolved oxygen. 12. Sensor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ser funcional entre o pH 4,56 e 10,99.Sensor according to claim 11, characterized in that it is functional between pH 4.56 and 10.99.
BRPI1002571-5A 2010-07-22 2010-07-22 electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determination of dissolved oxygen and the process for obtaining it BRPI1002571A2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRPI1002571-5A BRPI1002571A2 (en) 2010-07-22 2010-07-22 electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determination of dissolved oxygen and the process for obtaining it
PCT/BR2011/000187 WO2012009772A1 (en) 2010-07-22 2011-06-17 A process for producing a carbon-ceramic-material-based electrochemical sensor for the determination of dissolved oxygen and an electrochemical sensor produced by same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRPI1002571-5A BRPI1002571A2 (en) 2010-07-22 2010-07-22 electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determination of dissolved oxygen and the process for obtaining it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BRPI1002571A2 true BRPI1002571A2 (en) 2012-03-27

Family

ID=45496388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BRPI1002571-5A BRPI1002571A2 (en) 2010-07-22 2010-07-22 electrochemical sensor based on ceramic carbon material for determination of dissolved oxygen and the process for obtaining it

Country Status (2)

Country Link
BR (1) BRPI1002571A2 (en)
WO (1) WO2012009772A1 (en)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI314211B (en) * 2006-04-14 2009-09-01 Univ Tamkang Method and electrochemical sensing strip with screen-printed three electrodes for determining concentration of dissolved oxygen in a solution

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012009772A1 (en) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qu et al. Sensitive amperometric biosensor for phenolic compounds based on graphene–silk peptide/tyrosinase composite nanointerface
Wang et al. Non-covalent iron (III)-porphyrin functionalized multi-walled carbon nanotubes for the simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine, uric acid and nitrite
Li et al. Electrochemical determination of morphine at ordered mesoporous carbon modified glassy carbon electrode
Yi et al. Highly sensitive and simultaneous electrochemical determination of 2-aminophenol and 4-aminophenol based on poly (l-arginine)-β-cyclodextrin/carbon nanotubes@ graphene nanoribbons modified electrode
Saha et al. Interference‐free electrochemical detection of nanomolar dopamine using doped polypyrrole and silver nanoparticles
Ai et al. Facile synthesis of nitrogen-doped graphene aerogels for electrochemical detection of dopamine
Huang et al. A high efficiency N, P doped porous carbon nanoparticles derived from lotus leaves for simultaneous electrochemical determination of ascorbic acid, dopamine, and uric acid
Duan et al. Simultaneous determination of aminophenol isomers based on functionalized SBA-15 mesoporous silica modified carbon paste electrode
CN104437279A (en) Carbon doped nano tube aerogel and preparation method and application thereof
Katowah et al. Rapid and sensitive electrochemical sensor of cross-linked polyaniline/oxidized carbon nanomaterials core-shell nanocomposites for determination of 2, 4-dichlorophenol
CN107064277B (en) A kind of preparation method and application of electrochemical sensor
Batista et al. Metal organic framework‐235 (MOF‐235) modified carbon paste electrode for catechol determination in water
Khairy et al. Copper oxide microstructures with hemisphere pineapple morphology for selective amperometric determination of vitamin C (L‐ascorbic acid) in human fluids
Seredych et al. Role of graphite oxide (GO) and polyaniline (PANI) in NO2 reduction on GO-PANI composites
CN107389763B (en) A kind of carbon paste electrode for detecting hydroquinone and preparation and detection method thereof
Karuppiah et al. Fabrication of nickel tetrasulfonated phthalocyanine functionalized multiwalled carbon nanotubes on activated glassy carbon electrode for the detection of dopamine
Katowah et al. Fabrication of conductive cross‐linked polyaniline/G‐MWCNTS core‐shell nanocomposite: A selective sensor for trace determination of chlorophenol in water samples
CN107727717A (en) The preparation method and application of Polychlorinated biphenyls optical electro-chemistry aptamer sensor
Kun et al. Platinum nanoparticle-doped multiwalled carbon-nanotube-modified glassy carbon electrode as a sensor for simultaneous determination of atenolol and propranolol in neutral solution
Dong et al. Nitrogen‐doped hollow Co3O4 nanofibers for both solid‐state pH sensing and improved non‐enzymatic glucose sensing
Silvestrini Fernandes et al. Silver hexacyanoferrate (III) on a hybrid graphene oxide/PAMAM dendrimer surface and application as an electrocatalyst in the detection of isoniazid
Wang et al. A Novel Electrochemical Sensor for Detection of Baicalein in Human Serum Based on DUT‐9/Mesoporous Carbon Composite
Aparicio-Martínez et al. Room temperature detection of acetone by a PANI/cellulose/WO3 electrochemical sensor
Mugo et al. Thin film composite conductive polymers chemiresistive sensor and sample holder for methanol detection in adulterated beverages
Wang et al. A microporous silk carbon–ionic liquid composite for the electrochemical sensing of dopamine

Legal Events

Date Code Title Description
B03A Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according art. 34 industrial property law
B07A Technical examination (opinion): publication of technical examination (opinion)
B09B Decision: refusal
B09B Decision: refusal

Free format text: MANTIDO O INDEFERIMENTO UMA VEZ QUE NAO FOI APRESENTADO RECURSO DENTRO DO PRAZO LEGAL