Pencil it in: pencil drawn electrochemical sensing platforms

Abstract

Inspirado por informes recientes sobre la utilización de macroelectrodos de lápiz de dibujo a mano (PDE), informamos sobre la fabricación, caracterización (fisicoquímica y electroquímica) e implementación (detección electroquímica) de varios PDE dibujados sobre un sustrato de poliéster flexible. La caracterización electroquímica revela que no hay respuestas electroquímicas cuantificables al utilizar estas PDEs con un analito electroactivo que requiere un paso de oxidación electroquímica primero, por lo tanto los PDE se han examinado por las sondas redox electroactivas de cloruros de hexaammineruthenium ( III ), ferricianuro de potasio y hierro de amonio ( II ) sulfato. Por primera vez, se examina la caracterización del número de capas de lápiz dibujadas y el grado del lápiz; estos parámetros se suelen pasar por alto cuando se utilizan PDE. Se demuestra que un PDE dibuja diez veces con un lápiz 6B presentaba la plataforma electroquímica más ventajosa, en términos de reversibilidad electroquímica y altura pico / señal analítica. En consideración de la limitación mencionada anteriormente, se analizaron únicamente los analitos que requieren una reducción electroquímica como primer proceso. Demostramos las capacidades electroanalíticas beneficiosas de estos PDE hacia p- benzoquinona y la detección simultánea de metales pesados, principalmente plomo ( II ) y cadmio ( II ), todos los cuales se exploran por primera vez utilizando PDE. Inicialmente, los límites de detección de este sistema eran más altos que los deseados para plataformas electroanalíticas, sin embargo, tras la implementación de las PDE en una configuración back-to-back (en la que dos PDE se colocan uno detrás de otro compartiendo una única conexión con el potenciostato), los límites de detección para el plomo ( II ) y el cadmio ( II ) corresponden a 10 μg L -1 y 98 μg L -1 respectivamente dentro de las soluciones acuosas (HCl 0,1 M).

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.