Pencil it in: pencil drawn electrochemical sensing platforms

Abstract

Inspirado por los recientes informes sobre la utilización de lápiz para el dibujo a mano con macroelectrodes (PDE), presentamos la fabricación, caracterización (físico-químico y electroquímico) e implementación (detección electroquímica) de diversos PDE dibujados sobre un sustrato de poliéster flexible. La caracterización electroquímica revela que no existen respuestas electroquímicas cuantificables al utilizar estos PDE con un analito electroactivo que requiere inicialmente una oxidación electroquímica; y, por lo tanto, el PDE han sido examinado hacia las sondas redox electroactivos hexaammineruthenium (III) cloruro, potasio ferricyanide de amonio y sulfato de hierro (II). Por primera vez, la caracterización de la cantidad de capas de lápiz dibujado y el grado del lápiz son examinados; estos parámetros suelen pasarse por alto cuando se utilizan los PDE. Está demostrado que un PDE dibujado diez veces con un lápiz 6B presenta una plataforma electroquímica más ventajosa, en términos de reversibilidad de la electroquímica y la altura del pico/señal analítica. En el examen de la mencionada limitación, los analitos que requieren una reducción electroquímica fueron analizados como el primer proceso únicamente. Nos demuestran los efectos beneficiosos de estas capacidades electroanalíticas del PDE hacia p-benzoquinona y la detección simultánea de metales pesados, es decir, plomo y cadmio(II)(II), todos los cuales son explorados por primera vez utilizando las PDE. Inicialmente, los límites de detección de este sistema fueron superiores a los deseados por las plataformas electroanalíticas, pero tras la aplicación del PDE en una espalda con espalda de configuración (en la que dos PDE se colocan espalda con espalda compartir una sola conexión a la potenciostato), los límites de detección de plomo(II) y cadmio(II) corresponden a 10 μg/L-1 y 98 μg/L-1 respectivamente dentro de modelo acuoso (0.1 M HCL) de las soluciones.

Inspired by recent reports concerning the utilisation of hand drawn pencil macroelectrodes (PDEs), we report the fabrication, characterisation (physicochemical and electrochemical) and implementation (electrochemical sensing) of various PDEs drawn upon a flexible polyester substrate. Electrochemical characterisation reveals that there are no quantifiable electrochemical responses upon utilising these PDEs with an electroactive analyte that requires an electrochemical oxidation step first, therefore the PDEs have been examined towards the electroactive redox probes hexaammineruthenium(III) chloride, potassium ferricyanide and ammonium iron(II) sulfate. For the first time, characterisation of the number of drawn pencil layers and the grade of pencil are examined; these parameters are commonly overlooked when utilising PDEs. It is demonstrated that a PDE drawn ten times with a 6B pencil presented the most advantageous electrochemical platform, in terms of electrochemical reversibility and peak height/analytical signal. In consideration of the aforementioned limitation, analytes requiring an electrochemical reduction as the first process were solely analysed. We demonstrate the beneficial electroanalytical capabilities of these PDEs towards p-benzoquinone and the simultaneous detection of heavy metals, namely lead(II) and cadmium(II), all of which are explored for the first time utilising PDEs. Initially, the detection limits of this system were higher than desired for electroanalytical platforms, however upon implementation of the PDEs in a back-to-back configuration (in which two PDEs are placed back-to-back sharing a single connection to the potentiostat), the detection limits for lead(II) and cadmium(II) correspond to 10 μg L−1 and 98 μg L−1 respectively within model aqueous (0.1 M HCl) solutions.