Desenvolvimento e fabricação assistida por impressão 3D de sensor eletroquímico modular à base de grafite reciclado e modificado com cobre para detecção de glifosato em cerveja

Castro, Pollyana Souza

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

2026-06-19

sensor eletroquímico

glifosato

impressão 3D

grafite reciclado

cobre

voltametria de pulso diferencial

cerveja.

O glifosato é um herbicida amplamente empregado na agricultura, e sua possível ocorrência em alimentos e bebidas tem impulsionado o desenvolvimento de métodos analíticos mais simples, acessíveis e sustentáveis. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma plataforma eletroquímica modular para a análise de glifosato em amostras de cerveja, utilizando hastes de grafite recuperadas de pilhas zinco-carbono descartadas e componentes fabricados com auxílio de impressão 3D. O eletrodo modular de grafite, denominado GR-E, foi projetado com uma região eletroativa removível, permitindo sua caracterização antes e após a modificação superficial. A superfície foi modificada por eletrodeposição de cobre, explorando-se a interação entre o glifosato e as espécies de cobre como estratégia de reconhecimento indireto do analito. A caracterização por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios X por dispersão de energia e espectroscopia Raman permitiu avaliar, de forma complementar, as alterações morfológicas, elementares e estruturais promovidas pela modificação. A influência do pH foi investigada, sendo selecionado o tampão fosfato 0,1 mol L⁻¹ em pH 5,0 para os estudos analíticos. A resposta do GR-E-Cu foi avaliada por voltametria de pulso diferencial, obtendo-se relação linear entre a área integrada do pico e o logaritmo decimal da concentração de glifosato no intervalo de 1,0 × 10⁻⁸ a 1,0 × 10⁻⁴ mol L⁻¹, com coeficiente de determinação de 0,9958. Os limites de detecção e de quantificação foram estimados em 0,597 e 1,811μgL -1, respectivamente. Na aplicação do método a nove amostras comerciais de cerveja, uma amostra apresentou resposta superior ao limite de quantificação, enquanto as demais apresentaram sinais entre os limites de detecção e quantificação, permitindo a detecção, mas não a quantificação confiável do analito. Os resultados demonstram a viabilidade da plataforma como uma estratégia modular, sustentável e de baixo custo para análise eletroquímica, embora os efeitos da matriz cervejeira indiquem a necessidade de estudos adicionais de seletividade, recuperação e validação analítica.

Glyphosate is a widely used herbicide in agriculture, and its potential occurrence in food and beverages has driven the development of simpler, more accessible, and sustainable analytical methods. This study aimed to develop a modular electrochemical platform for the analysis of glyphosate in beer samples using graphite rods recovered from discarded zinc–carbon batteries and components fabricated by 3D printing. The modular graphite electrode, designated GR-E, was designed with a removable electroactive region, allowing its characterization before and after surface modification. The electrode surface was modified by copper electrodeposition, exploiting the interaction between glyphosate and copper species as an indirect recognition strategy for the analyte. Surface characterization by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and Raman spectroscopy provided complementary information on the morphological, elemental, and structural changes promoted by the modification. The influence of pH was investigated, and a 0.1 mol L⁻¹ phosphate buffer at pH 5.0 was selected for the analytical studies. The electrochemical response of the GR-E-Cu electrode was evaluated by differential pulse voltammetry, showing a linear relationship between the integrated peak area and the decimal logarithm of glyphosate concentration over the range of 1.0 × 10⁻⁸ to 1.0 × 10⁻⁴ mol L⁻¹, with a coefficient of determination (R²) of 0.9958. The limits of detection and quantification were estimated at 0.597 and 1.811 μg L⁻¹, respectively. When applied to nine commercial beer samples, one sample exhibited a response above the limit of quantification, whereas the remaining samples showed signals between the limits of detection and quantification, allowing analyte detection but not reliable quantification. The results demonstrate the feasibility of the proposed platform as a modular, sustainable, and low-cost strategy for electrochemical analysis. However, matrix effects associated with beer samples indicate the need for further studies on selectivity, recovery, and analytical validation.