Flow injection amperometric detection of ammonia using a polypyrrole‐modified electrode and its application in urea and creatinine biosensors

Abstract

The interaction of unprotonated ammonia molecules with polypyrrole (PPy) is employed for the amperometric detection of ammonia with the use of an anodically polarized platinum electrode modified with PPy as the working electrode. The polymer was obtained by electropolymerization in potentiostatic conditions from aqueous solutions. Chloride was found to be the most suitable dopant for PPy from several dopants studied. Satisfactory dynamic characteristics of detection permit its application to the determination of ammonia in a flow injection system up to 100 pM of analyte with a detection limit of 0.6 pM. Such a detector of ammonia was also employed as the internal detector in amperometric biosensors for urea and creatinine by the immoblizdtion in a different way at the PPy surface of urease and creatinine iminohydrolase, respectively. An amperometric biosensor of very low sensitivity was obtained by urease entrapment in the PPy layer during the electropolymerization. The urea membrane biosensor was successfully applied in the determination of urea in human blood samples. On the basis of results of elemental analysis, UV and IR spectroscopy some suggestions are presented about the mechanism of the interaction between PPy and ammonia and about the anodic electrode process occurring in the amperometric detection of ammonia.

Electrochemical techniques and sensors for ocean research

“…This film may range from a single molecular layer to several mm thick. Examples of materials used to modify electrodes include mercury for the polarographic determination of trace metals (Devitre et al, 1991), probably the most common electrode modification, conducting polymers (Dhawan et al, 1997), gels (Tercier-Waeber et al, 1998;Tercier-Waeber et al, 1999), polymers loaded with enzymes and redox mediators (Grundig et al, 1995;Bartlett et al, 1998;Cosnier et al, 1999), doped polymers (Trojanowicz et al, 1996), molecular constructions tethered to the electrode surface and nanostructured materials (Evans et al, 2002;Imokawa et al, 2006). The electrodes may be passive as in potentiometry or active as in amperometry and impedimetry.…”

“…This technique is very sensitive and allows the detection of metal ions down to 10 −11 M (Tercier-Waeber et al, 1999). Variants include cathodic stripping voltammetry (van den Berg et al, 1991;Obata and van den Berg, 2001;Gun et al, 2006), adsorptive stripping voltammetry and potentiometric stripping analysis (this is not voltammetry as it involves a current rather than potential sweep) and are used to extend the analysis to inorganic and organic compounds.…”

Determinação de íons amônio em eletrodos modificados com polipirrol

“…Trojanowicz e colaboradores demonstraram que eletrodos de platina modificados com um filme de PPy podem ser utilizados como sensores amperométricos para amônia em soluções aquosas (TROJANOWICZ et al, 1996). E mais recentemente, Lähdesmäki e colaboradores (LÄHDESMÄKI et al, 2000) apresentaram resultados para filmes de PPy e especulações quanto ao mecanismo de detecção de amônia, sem ao certo elucidar os fatos.…”

“…Alguns pesquisadores atribuem essa ineficiência ao ataque nucleofílico da amônia ou hidróxido no polímero, esse provoca uma perda na conjugação e ainda uma abertura do anel LUNDSTRÖM, 1987;GUSTAFSSON et al, 1989;TROJANOWICZ et al, 1996;LÄHDESMÄKI et al, 2000). Entretanto, foi demonstrado que mesmo após uma exposição por longo período de tempo, o filme polimérico ainda pode ser regenerado pela ciclagem do mesmo em uma solução fortemente ácida (HEIDUSCHKA et al, 1997), o que, de certa forma, invalida os mecanismo de ruptura do anel prevendo uma perda irrecuperável do eletrodo.…”

“…Recentes estudos (DALL'ANTONIA et al, 2002;VIDOTTI et al, 2003;VIDOTI et al, 2004) demonstraram que filmes de polipirrol dopados com DBSA mostraram-se muito promissores para serem empregados na construção de sensores amperométricos para determinação de quantidades de amônia, uma vez que a sensibilidade à amônia estende-se por uma região (0 a 1 mM) até quatro vezes maior do que filmes dopados com íons cloreto e apresentam uma resposta de corrente bastante acentuada. Experimentos eletrogravimétricos demonstraram que durante o processo de determinação amperométrica de amônia, há o intercâmbio de cátions e ânions da solução tampão para o interior do filme, sendo este transporte depende do dopante utilizado na preparação do filme polimérico.…”