Sensor electroquímico basado en nanotubos de TiO2 dopados con plata para la determinación de ácido ascórbico

Abstract

This work describes the development of a non-enzymatic electrochemical sensor for the quantitative determination of ascorbic acid (AA). The receiver and transducer system of the sensor is based on an electrode of silver-doped TiO2 nanotubes (Ag-TiNTs) which were grown by one-step electrochemical anodization method with a constant potential of 30 V for 45, 60 y 90 minutes in an organic electrolyte with F- ions and the dopant; followed by a thermal treatment. Three treatments with different water content and pH were evaluated. Subsequently, morphological, compositional, structural, and optical characterization studies were carried out using scanning electron microscopy (SEM) and different spectrometric techniques such as Fourier transform infrared (FTIR), X-ray photoelectronic (XPS), RAMAN, X-ray diffraction and ultraviolet-visible by diffuse reflectance (UV-Vis DRS) treated by the Kubelka-Munk method. Finally, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) were used to evaluate the sensor´s electrochemical activity and validate it´s performance. The results showed the obtaining of highly ordered nanotubes in the synthesis with low water content and neutral medium, confirming the formation of TiO2 in the anatase phase and an interstitial doping present in a low proportion along the nanotubes and on the surface. The stoichiometric ratio Ti: O suggests the presence of other forms of Ti among other impurities. The different electrodes presented a non- reversible, capacitive, and diffusion-controlled electrochemical profile. The electrode with the lowest resistance to charge transfer was the Ag-TiNTs anodized for 45 minutes, with a sensitivity of 1.4815x10-4 A/mM-1cm-2, good repeatability reproducibility, and was algo selective in the presence of glucose. The developed sensor demonstrated the necessary qualities for the successful determination of AA in beverages.

Este trabajo describe el desarrollo de un sensor electroquímico no enzimático para la determinación cuantitativa de ácido ascórbico (AA). El sistema receptor y transductor del sensor se basa en un electrodo de nanotubos de TiO2 dopados con plata (Ag-TiNTs) los cuáles se crecieron por el método de anodización electroquímica de un solo paso con potencial constante de 30 V por 45, 60 y 90 minutos en un electrolito orgánico con iones F- y el dopante; seguido de un tratamiento térmico. Se evaluaron tres tratamientos con diferente contenido de agua y pH. Posterior, se realizaron estudios de caracterización morfológica, composicional, estructural y óptica por las técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y las técnicas espectrométricas de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), fotoelectrónica de rayos X (XPS), RAMAN, difracción de rayos X (DRX) y ultravioleta-visible por reflectancia difusa (UV-Vis DRS) tratada por el método Kubelka-Munk. Por último, se utilizó la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y la voltametría cíclica (CV) para evaluar la actividad electroquímica del sensor y validar su desempeño. Los resultados mostraron la obtención de nanotubos altamente ordenados en la síntesis con bajo contenido de agua y medio neutro, se confirmó la formación de TiO2 en fase anatasa y un dopaje intersticial presente en baja proporción a lo largo de los nanotubos y en la superficie. La relación estequiométrica Ti: O sugiere presencia de otras formas de Ti entre otras impurezas. Los diferentes electrodos presentaron un perfil electroquímico no reversible, capacitivo y controlado por difusión. El electrodo con la menor resistencia a la transferencia de carga fue el Ag-TiNTs anodizado por 45 minutos, con sensibilidad de 1.4815x10-4 A/mM-1cm-2, buena repetibilidad y reproducibilidad, además fue selectivo en presencia de glucosa. El sensor desarrollado demostró las cualidades necesarias para la determinación exitosa de AA en bebidas.