Implementing paper based analytical devices for chemistry laboratory experiments for high school students

Abstract

Os μPADs (dispositivos microfluídicos analógicos) associados à detecção colorimétrica apresentam características atraentes em química devido ao seu pequeno tamanho e portabilidade. Esses dispositivos tornaram-se populares para demonstrações de experimentos ou para o ensino de química analítica para alunos do ensino médio. Este estudo descreve a construção de μPADs por meio de técnicas de impressão com estêncil ou impressão com cera para o ensino de reações redox, titulações ácido-base e de precipitação utilizando medições baseadas em distância. Para a impressão com estêncil, o layout com uma zona circular e duas zonas de detecção conectadas por dois canais microfluídicos foi desenhado no Corel Draw. Um substrato de papel foi laminado com uma prensa e uma camada de adesivo vinílico foi adicionada. O papel foi cortado com uma guilhotina e as bordas adesivas foram removidas. Como prova de conceito, uma reação redox com hipoclorito de sódio (incolor) e N,N'-dietil-p-fenilenodiamina (vermelha) gera um produto púrpura. Para as titulações ácido-base e de precipitação, os dispositivos foram impressos com cera em papel em um layout com uma zona circular conectada a um canal retangular. Para realizar as titulações ácido-base, o canal foi preenchido com uma solução de NaOH 0,05 mol L⁻¹ contendo fenolftaleína. Em seguida, 4,5 µL de ácido acetilsalicílico foram adicionados à zona circular. O comprimento da zona descolorida foi medido com um paquímetro digital. Uma curva analítica com R² = 0,9949 foi obtida na faixa de 5,0 a 16,4 mm, quando a concentração variou de 0,005 a 0,05 mol/L. Para a titulação por precipitação de cloreto, AgNO₃ e K₂CrO₄ foram adicionados pela aplicação de 10 µL de uma solução de nitrato de prata 0,1 mol/L à zona. 10 µL de cromato de potássio foram aplicados à zona, produzindo um Ag₂CrO₄ vermelho-tijolo. 10 µL de NaCl foram adicionados à zona. O NaCl reage com o cromato de prata (cor vermelho-tijolo) para formar AgCl (precipitado branco). Obteve-se uma curva analítica com R² = 0,9854. Foi possível detectar cloreto em amostras reais de diferentes marcas de solução salina, salmoura de azeitona e conserva de milho com resultados satisfatórios.