mips basados en polímeros conductores para la determinación cuantitativa de compuestos orgánicos...

MIPs BASADOS EN POLÍMEROS CONDUCTORES PARA LA

DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

POR DPV

SEMINARIO DE TESIS I

LUCY LINDERS CORIA ORIUNDODR. ADOLFO LA ROSA-TORO GÓMEZ

Sección de Posgrado y Segunda EspecializaciónFacultad de Ciencias - UNI

ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

OBJETIVOSOBJETIVOS

MARCO TEÓRICOMARCO TEÓRICOTecnología de

Impresión Molecular (MIT)

Polipirrol: Polímero conductor

MIPs basados en polipirrol

PARTE EXPERIMENTAL

PARTE EXPERIMENTAL

Preparación de los electrodos

modificadosCaracterización electroquímica

Análisis de ácido ascórbico y

paracetamol por DPV

RESULTADOS Y DISCUSIONES

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Síntesis de electrodos

modificados mediante MIT

Caracterización electroquímica

Análisis de ácido ascórbico y

paracetamol por DPV

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

POLÍMEROS CONDUCTORES

Tabla 1. Algunos polímeros conductores.Adaptado de Dai, 1999, Marcel Dekkler, Inc.

POLÍMEROS CONDUCTORES

Figura 1. Esquema de la evolución de bandas durante un proceso de dopado n (positivo).

BIOSENSORES ELECTROQUÍMICOS

Figura 2. Pasos esquemáticos para la detección de mARNs usando un biosensor.

Tomado de Xiaoyan Wu. A novel label-free electrochemical microRNAbiosensor using Pd nanoparticles as anhancer and linker.

Fabricar y evaluar electrodos de GC modificados usando MIT para la determinación cuantitativa

y específica de compuestos orgánicos en muestras acuosas por DPV-

Estudiar al polipirrol como

polímero conductor y su uso

como sensor electroquímico.

Sintetizar MIPs basados en polipirrol

modificando electrodos GC usando AA y

paracetamol como plantillas.

Realizar DPV usando los electrodos

modificados evaluando a diferentes

concentraciones de AA y paracetamol.

TECNOLOGÍA DE IMPRESIÓN MOLECULAR (MIT)

Figura 2. Representación esquemática del principio de la impresión molecular.

Adaptado de Shen y Zhu. Chem. Commun.


Tabla 2. Resumen de ventajas y desventajas de receptores sintéticos basados en MIPs no covalentes preparados para aplicaciones analíticas.

VENTAJAS DESVENTAJAS

Alternativa de costo efectivo

basado en el reconocimiento de

biomoléculas.

Capacidades catalíticas más bajas que la contraparte biológica.

Fácil preparación; estabilidades

térmica y química mejoradas en

comparación a los anticuerpos.

La heterogeneidad de sitios enlazantes provoca una distribución de

afinidad a sitios enlazantes.

Puede ser preparado en

diferentes presentaciones

(perlas, bloques y películas

delgadas) de acuerdo a la

necesidad de la aplicación.

El sitio activo generado por la plantilla requiere una plantilla

análoga adecuada para el proceso de impresión y afecta las

aplicaciones cuantitativas.

Puede ser almacenado por años

sin perder la afinidad al analito

objeto.

La molienda y tamizado del polímero para aplicaciones como

extracción en fase sólida, llega a ser una labor intensa e ineficiente

en el material obtenido. Técnicas para la formación de perlas,

necesitan obtener partículas MIPs homogéneas dentro de un rango

de tamaño para una mejor realización de la cromatografía.


Figura 3. Pasos esquemáticos para el mecanismo de formación de los MIPs.

Tomado de Yuan. Electrochemical sensors based on molecularly imprinted membranes at platinum nanoparticles-modified electrode for determination of 17β-estradiol.

POLIPIRROL: POLÍMERO CONDUCTOR

Figura 4. Estructura en las cadenas del polipirrol.

VENTAJAS

Alta conductividad eléctrica.

Biocompatibilidad.Sensibilidad al pH.

Estabilidad.Fácil preparación.


Figura 5. Estructura del polipirrol (a) reducido, (b) polarón y (c) bipolarón.Figura 5. Formación de bandas durante la polimerización de un monómero conjugado para generar un polímero π-conjugado.


Figura 6. Reacción química estequiométrica para la síntesis química del PPy.

Figura 7. Estructura del PPy formado a partir de una síntesis electroquímica.

Figura . Mecanismo de electropolimerización II.

Figura. Mecanismo de electropolimerización I..

MATERIALES EQUIPOS Y REACTIVOS1 Materiales

* Celda de vidrio de cinco bocas* Electrodos de carbón vítreo recubiertos con teflón.* Electrodo de Referencia Ag/AgCl* Alambre de platino policristalino (contraelectrodo)

2 Equipos* Sistema MILLIPORE MILLI Q PLUS con una resistividad de 18.2 MΩ.cm.* Potenciostato PALM SENS

3 Reactivos* Pirrol, pro analysi, MERCK* Fosfato de sodio dibásico dihidratado, pro analysisMERCK* Fosfato de potasio monobásico, pro analysi, MERCK* Ácido ascórbico, pro analysi, MERCK* Paracetamol recristalizado, comercial*Clorato de potasio, pro analysi, MERCK*Cloruro de potasio, pro analysi, MERCK*Ferricianuro de potasio, pro analysi, MERCK

Electrodo: MIP-PPy-AA/GC

Electrodo de trabajo: GC, Contraelectrodo: Pt, Electrodo de Referencia: Ag/AgCl

Electrolito: KClO4 0.1M, Monómero: Pirrol 0.025M, Plantilla: Ácido ascórbico 10mM.

VC: -0.6 a 0.8V, Velocidad de barrido: 100mV/s, Número de ciclos: 7.

El electrodo NIP-PPy-AA/GC se prepara siguiendo el mismo proceso anterior sin utilizar la

plantilla.

Electrodo: MIP-PPy-Paracetamol/GC

Electrodo de trabajo: GC, Contraelectrodo: Pt, Electrodo de Referencia: Ag/AgCl

Electrolito: KClO4 0.1M, Monómero: Pirrol 0.025M, Plantilla: Paracetamol 0.020M.

VC: -0.6 a 0.8V, Velocidad de barrido: 100mV/s, Número de ciclos: 4.

El electrodo NIP-PPy-Paracetamol/GC se prepara siguiendo el mismo proceso

anterior sin utilizar la plantilla.

Caracterización electroquímica

Electrodo de trabajo: MIP-PPy-AA/GC, NIP-PPy-AA/GC, MIP-PPy-paracetamol/GC y NIP-PPy-paracetamol/GC, Contraelectrodo: Pt, Electrodo de Referencia: Ag/AgCl.

Electrolito: Ferricianuro de potasio 10mM y KCl 0.1M.

VC: -0.2 a 0.6V, Velocidad de barrido: 100mV/s

Análisis por Voltametría de pulso diferencial (DPV): Ácido ascórbico

Electrodo de trabajo: MIP-PPy-AA/GC y NIP-PPy-AA/GCElectrodo de Referencia: Ag/AgCl.Contraelectrodo: Alambre de PtElectrolito: KCL 0.1M y Buffer fosfato 0.05MMolécula objetivo: ÁcidoAscórbicoconcentraciones de 0.25mM a 7.0mM

SISTEMA DE MEDICIÓN

Potencial de acondicionamiento: -0.3VTiempo de acondicionamiento: 60sTiempo de equilibrio: 2sPotencial de inicio: -0.25VPotencial final: 0.65VPaso de potencial: 8mVPulso de Potencial:0.025VTiempo de pulso: 0.07sVelocidad de barrido: 0.025V/s

VOLTAMETRÍA DE PULSO DIFERENCIAL

Después de cada medición los electrodos son lavados en solución de buffer fosfato 0.05M por 5 minutos.

Análisis por Voltametría de pulso diferencial (DPV): Paracetamol

SIS

TE

MA

DE

ME

DIC

IÓN

Electrodo de trabajo: MIP-PPy-paracetamol/GC y NIP-PPy-paracetamol/GCElectrodo de Referencia: Ag/AgCl.Contraelectrodo: Alambre de PtElectrolito: KCL 0.1M y Buffer fosfato 0.05MMolécula objetivo: Paracetamol concentraciones de 10µM a 50µM

VO

LT

AM

ET

RÍA

DE

PU

LS

O

DIF

ER

EN

CIA

L

Potencial de inicio: 0.0VPotencial final: 0.8VPaso de potencial: 8mVPulso de Potencial:0.05VTiempo de pulso: 0.07sVelocidad de barrido: 0.025V/s

LIM

PIE

ZA

DE

L E

LE

CT

RO

DO

M

IP-P

Py-

par

acet

amol

/GC

Contraelectrodo: Alambre de Pt, Electrodo de Referencia: Ag/AgClElectrolito: KCl 0.1M y solución buffer fosfatos0.05MVolametría cíclica: de -0.6V a 1.0V, velocidad de barrido: 100mV/s, Número de ciclos: 5

SINTESIS DEL ELECTRODO: NIP-PPy-AA/GC

Gráfica 1. Voltagramas cíclicos tomados durante la electropolimerización del pirrol (0.025M) sobre GC. Electrolito soporte: KClO4 0.1M, Velocidad de barrido: 100mV/s. Número de ciclos: 7

SINTESIS DEL ELECTRODO: MIP-PPy-AA/GC

Gráfica 2. Voltagramas cíclicos tomados durante la electropolimerización del pirrol (0.025M) en presencia de 10mM de ácido ascórbico sobre GC. Electrolito soporte: KClO4

0.1M, Velocidad de barrido: 100mV/s. Número de ciclos: 7

Figura 8. Representación esquemática de la impresión (a)

y remoción (b) de ácido ascórbico del electrodo

modificado MIP-PPy-AA/GC.

SINTESIS DEL ELECTRODO: NIP-PPy-paracetamol/GC

Gráfica 3. Voltagramas cíclicos tomados durante la electropolimerización del pirrol (0.025M) sobre GC. Electrolito soporte: KClO4 0.1M, Velocidad de barrido: 100mV/s. Número

de ciclos: 4

SINTESIS DEL ELECTRODO: MIP-PPy-paracetamol/GC

Gráfica 4. Voltagramas cíclicos tomados durante la electropolimerización del pirrol (0.025M) con paracetamol 0.020M sobre GC. Electrolito soporte: KClO4 0.1M, Velocidad de

barrido: 100mV/s. Número de ciclos: 4

REMOCIÓN DE LA PLANTILLA DEL MIP-PPy-paracetamol/GC

Gráfica 5. Voltagramas obtenidos durante la remoción del paracetamol del electrodo MIP-PPy-paracetamol/GC. Velocidad de barrido: 100mV/s. Electrolito KCl 0.1M + Buffer fosfato

0.05M. Número de ciclos: 45.


Gráfica 6. Voltagramas estabilizado para el electrodo MIP-PPy-paracetamol/GC luego de remover la molécula plantilla. Velocidad de barrido: 100mV/s. Electrolito soporte: KCl 0.1M +

Buffer fosfato 0.05M.


Gráfica 7. DPV usando el electrodo GC para la identificación de la liberación de paracetamol del electrodo MIP-PPy-paracetamol/GC. Electrolito soporte: KCl 0.1M + Buffer fosfato 0.05M.

Figura 9. Representación esquemática de la impresión (a) y remoción (b) de paracetamol del electrodo modificado MIP-

PPy-paracetamol/GC.

CARACTERIZACIÓN: ELECTRODOS: MIP-PPy-AA/GC y NIP-PPy-AA/GC

Gráfica 8. Voltagramas estabilizados para los electrodos GC, NIP-PPy-AA/GC y MIP-PPy-AA/GC. Electrolito soporte: Ferricianuro de potasio 10mM + KCl 0.1M. Velocidad de barrido: 100mV/s.

CARACTERIZACIÓN: ELECTRODOS: MIP-PPy-paracetamol/GC y NIP-PPy-paracetamol/GC

Gráfica 9. Voltagramas estabilizados para los electrodos GC, NIP-PPy-paracetamol/GC y MIP-PPy-paracetamol/GC. Electrolito soporte: Ferricianuro de potasio 10mM + KCl 0.1M. Velocidad de

barrido: 100mV/s.

DPV: ANÁLISIS DE ÁCIDO ASCÓRBICO

Gráfica 10. DPV del electrodo NIP-PPy-AA/GC a diferentes concentraciones de AA en un rango de 1.5mM a 7.0mM a pH 8.5.


Gráfica 11. DPV del electrodo MIP-PPy-AA/GC a diferentes concentraciones de AA en un rango de 1.5mM a 7.0mM a pH 8.5.


Gráfica 12. Respuesta de los electrodos MIP y NIP-PPy-AA/GC frente a diferentes

concentraciones de AA.

Electrodo R σ L.D.

MIP-PPy-AA/GC 0.99658 0.24 0.6mM

NIP-PPy-AA/GC 0.98255 0.40 1.2mM

Tabla 3. Resumen de resultados de la curva de calibración de los

electrodos molecularmente impresos para determinación de

ácido ascórbico.

DPV: ANÁLISIS DE PARACETAMOL

Gráfica 13. DPV del electrodo NIP-PPy-paracetamol/GC a diferentes concentraciones de AA en un rango de 10µM a 50µM a pH 8.5.


Gráfica 14. DPV del electrodo MIP-PPy-paracetamol/GC a diferentes concentraciones de AA en un rango de 10µM a 50µM a pH 8.5.


Gráfica 15. Respuesta deLelectrodo MIP-PPy-AA/GC frente a diferentes concentraciones de

paracetamol.

Electrodo R σ L.D.

MIP-PPy-AA/GC 0.9982 0.00966 2.8µM

Tabla 4. Resumen de resultados de la curva de calibración del

electrodo molecularmente impreso para determinación de

paracetamol.


Gráfica 16. Voltagramas estabilizados luego de 5 ciclos durante la limpieza del electrodo MIP-PPy-paracetamol/GC. Electrolito: KCl 0.1M + Buffer fosfato 0.05M. pH 8.5. Velocidad de

barrido: 100mV/s

Se logró estudiar el polipirrol como polímero conductor y sintetizarlo

electroquímicamente sobre GC.

Se prepararon MIPs y NIPs en base a polipirrol

y se estudiaron las diferencias durante el

proceso de polimerización.

Usando DPV se realizaron curvas de

calibración usando los electrodos modificados para determinación de

pacido ascórbico y paracetamol.

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