Um estudo conduzido por pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da USP desenvolveu um método capaz de determinar a concentração de ácido pícrico em diferentes situações. O sistema utiliza eletrodos fabricados em impressão 3D, desenhados por uma caneta de brinquedo modificada com filamentos de baixo custo, e pode ser uma alternativa para baratear, agilizar e facilitar a detecção de compostos químicos nocivos.
Publicado na revista Microchimica Acta, o sistema foi produzido para facilitar o acesso a procedimentos de análise e identificação de compostos químicos, processos que demandam tempo e equipamentos especializados de alto custo. A proposta dos pesquisadores é facilitar a tomada de decisão, a coleta e a análise de amostras a fim de poupar tempo e recursos financeiros, permitindo que esses procedimentos sejam realizados fora dos laboratórios.
Para desenvolver o método, os pesquisadores optaram pelo ácido pícrico, um composto explosivo, poluente e solúvel em água. Semelhante a outras substâncias explosivas e de fácil obtenção em laboratórios, o ácido é utilizado para fins industriais — como corante para pigmentar tecidos de seda, por exemplo. Sem o descarte adequado, o ácido pode entrar em contato com o lençol freático e prejudicar o ambiente aquático.
O composto também é nocivo ao organismo humano, principalmente quando entra em contato com pulmões e pele. Por isso, a agilidade na identificação da substância pode orientar medidas de segurança e investigação. “Uma análise rápida poderia indicar se é necessário interromper o uso daquela água, coletar amostras para análises confirmatórias mais sofisticadas ou iniciar uma investigação sobre a origem da contaminação”, conta Thiago Paixão, orientador da pesquisa.
“Se tiver que coletar a água do rio, levar para o laboratório e fazer a detecção, demora. Se você conseguir tomar uma decisão com tempo mais curto, seria possível dizer se aquele ambiente aquático contém um explosivo ou não, sem gastar dinheiro com métodos caros para realizar essas determinações”
– Thiago Paixão
Além da identificação do ácido no ambiente, a ferramenta também pode ser utilizada na triagem e identificação de diferentes substâncias explosivas, principalmente em regiões remotas ou de difícil acesso, onde a coleta e o transporte de grandes quantidades de amostras para o laboratório podem ser prejudicados. “Com um sensor eletroquímico portátil, seria possível fazer uma primeira análise ali mesmo, usando uma quantidade muito pequena da amostra, e obter, em poucos minutos, informações que ajudariam a orientar a perícia e as análises confirmatórias posteriores no laboratório”, enfatiza o orientador do estudo.
O sistema dentro da caneta
O sistema funciona por meio de eletrodos, dispositivos eletroquímicos condutores de corrente elétrica que produzem respostas rápidas. Eles são fabricados com filamentos de ácido poliláctico e negro de carbono, materiais expelidos pela caneta de impressão 3D durante seu funcionamento. Depois de aquecido internamente, o filamento amolece e é depositado em moldes que darão origem ao eletrodo.
Normalmente produzidos com metais nobres, como platina ou ouro, os eletrodos podem ter um custo elevado. Na pesquisa, os cientistas utilizaram filamentos de impressoras 3D, capazes de imprimir materiais de carbono e outros metais menos nobres, para baratear o custo do dispositivo. O ácido polilático, um termoplástico muito utilizado em impressão 3D e produzido em larga escala, foi empregado para estruturar o eletrodo. Já o negro de carbono — uma forma particulada de carbono produzida industrialmente — forneceu a condutibilidade elétrica necessária ao sistema.
Depois, os eletrodos produzidos foram integrados a um dispositivo eletroquímico. Nele, uma energia é aplicada na forma de potencial elétrico, provocando reações na superfície do eletrodo e a transferência de elétrons. A partir dessa reação, é possível medir a corrente elétrica da amostra, investigada na solução. “Quanto maior a quantidade do composto químico, maior a corrente que passa nesses eletrodos”, conta o professor.
Para verificar a concentração do ácido pícrico, os pesquisadores desenvolveram um método de análise utilizando um papel para transportar a solução até a superfície dos eletrodos até a reação elétrica do sistema.
O método é uma espécie de emulação da cromatografia, técnica utilizada para separar, identificar e quantificar substâncias em uma mistura. “Pegamos uma amostra de água [uma solução], colocamos na superfície dos eletrodos, e foi colocado um pedaço de papel. O papel suga essa solução, que fica próxima da superfície dos eletrodos”, explica Thiago sobre os testes conduzidos em laboratório. Com uma menor estrutura, o processo gasta menos energia, comparado com uma impressora 3D, outro fator barateador. “Podemos fazer isso usando uma pilha”, acrescenta o orientador.
A escolha da caneta também veio como alternativa aos altos custos da impressão 3D, muito aplicada na investigação de modelos alternativos. “Usamos a canetinha para produzir a ferramenta. Ela é comercializada como um brinquedo de criança, custa R$ 70, e conseguimos fabricar o nosso sistema com ela”, explica Lauro Antonio Pradela Filho, coautor do artigo e professor da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS).
Atualmente, a principal forma de análise e identificação do ácido pícrico é a cromatografia, técnica de análise laboratorial realizada por equipamentos que chegam a custar R$ 500 mil e precisam de profissionais especializados para operá-las. “Uma pessoa que não é formada em química não consegue usar o equipamento, nem teria acesso a isso”, acrescenta Júlia, primeira autora do trabalho.
Química Analítica
A ferramenta foi desenvolvida no Laboratório de Línguas Eletrônicas e Sensores Químicos, resultado da iniciação científica de Júlia de Oliveira Cardoso e coordenado por Thiago Paixão no Instituto de Química da USP. O grupo atua na área de Química Analítica, ramo que investiga novos métodos para identificar e determinar a concentração de diferentes compostos químicos. Entre as pesquisas estão soluções mais acessíveis para análise de compostos explosivos, como trinitrotolueno, popularmente conhecido como TNT, e outros nitrocompostos.
O artigo Paper-based microfluidic devices for electrochemical quantification of the explosive picric acid foi publicado na revista Microchimica Acta e está disponível on-line.
Matéria: Carolina Mattos | Jornal da USP.
