Análise de cafeína em café por voltametria cíclica e com eléctrodos compósitos de grafite, óxidos de metal e resina epoxílica

Abstract

Este trabalho incidiu na análise de cafeína por voltametria cíclica com o objetivo estudar o desempenho de eléctrodos de trabalho compósitos de grafite, óxidos de metal e resina epoxílica. Especificamente, pretende-se averiguar se o sistema voltamétrico permite a análise de cafeína em amostras de café. Usaram-se 13 amostras de café adquiridas numa superfície comercial, na forma de grão e de várias origens: Angola, Brasil, Camarões, Colombia, Costa do Marfim, Costa Rica, Guatemala, Índia, Portugal, São Tomé e Príncipe, Timor Leste, Uganda e Vietnam. Este estudo preliminar envolveu a construção de 13 elétrodos de trabalho com composições diferentes e a seleção de seis com maior sensibilidade à cafeína: C, C+PbO 7,5%, C+Cu2O 7,5%, C+PbO2 15%, C+PbO2 7,5% e C+Al2O3 15%. A composição da solução que melhor incrementava o sinal de cafeína foi de H2SO4 0,1 mol/L e um pH de 1,25. A voltametria cíclica foi realizada no intervalo de potencial entre -2 e +2 V, com velocidade de varrimento de 0,4 V/s e num intervalo de leitura da corrente de 10 mA/V. Os eléctrodos de trabalho usados analisaram a solução redox de ferrocianeto/ferricianeto como um processo quase-reversível, mostrando bom desempenho eletroquímico. Na análise da cafeína, os voltamogramas cíclicos mostram a presença de 2 picos anódicos (aproximadamente a +0,82 e +1,7 V) e 1 pico catódico (aproximadamente a -0,82 V) com variação na intensidade de corrente associada à variação da concentração de cafeína na solução, como se verificou nos estudos de calibração. Extratos de café foram analisados por HPLC, tendo-se obtidos níveis de cafeína entre 0,38 e 1,90 mg/g de café. O café com maior concentração de cafeína foi o de origem Costa do Marfim e embora o café de Costa Rica apresente o nível mínimo de cafeína, também as mostras de Brasil, Colômbia, Guatemala e Timor apresentaram níveis baixos. Na análise eletroquímica, verificou-se que a informação voltamétrica tinha influência da matriz do extrato. No estudo da relação entre a informação quantitativa da cafeína e voltamogramas cíclicos parciais, usando regressão PLS, verificouse que os eléctrodos de trabalho selecionados permitem obter informação sobre a cafeína nos extratos de cafeína. Em trabalho futuro, será necessário otimizar o procedimento de análise voltamétrica principalmente na análise dos extratos de café, onde a concentração de cafeína deve ser incrementada, e ter uma maior caracterização química do extrato de para se perceber a sua influência nos voltamogramas cíclicos e, por isso, na quantificação.

This work focused on the analysis of caffeine by cyclic voltammetry with the objective of studying the performance of graphite, metal oxides and epoxy resin composite working electrodes. Specifically, it was intended to investigate if the voltammetric system allows the analysis of caffeine in coffee samples. Thirteen coffee samples purchased on a commercial surface, in the form of grain and from various origins, were used: Angola, Brazil, Cameroon, Colombia, Ivory Coast, Costa Rica, Guatemala, India, Portugal, São Tome and Principe, Uganda and Vietnam. This preliminary study involved the construction of 13 working electrodes with different compositions and the selection of six with higher sensitivity to caffeine: C, C + PbO 7.5%, C + Cu2O 7.5%, C + PbO2 15%, C + PbO2 7.5% and C + Al2O3 15%. The composition of the solution that best enhanced the caffeine signal was with 0.1 mol/L of H2SO4 and a pH of 1.25. Cyclic voltammetry was performed in the potential range between -2 and +2 V, with a scanning rate of 0.4 V/s and a current reading range of 10 mA/V. The working electrodes analyzed the ferrocyanide / ferricyanide redox solution as a quasireversible process, showing good electrochemical performance. In the caffeine analysis, the cyclic voltammograms show the presence of 2 anode peaks (approximately at +0.82 and +1.7 V) and 1 cathode peak (approximately at -0.82 V) with variation in current intensity associated with concentration of caffeine in the solution, as found in the calibration studies. Coffee extracts were analyzed by HPLC and caffeine levels were obtained between 0.38 and 1.90 mg/g coffee. The coffee with the highest concentration of caffeine was originated in Ivory Coast, and although coffee in Costa Rica has the minimum level of caffeine, the samples from Brazil, Colombia, Guatemala and Timor also had low levels. In the electrochemical analysis, it was verified that the voltammetric information had influence of the matrix of the extract. In the study of the relationship between quantitative caffeine information and partial cyclic voltammograms using PLS regression, it was found that the selected working electrodes allow to obtain information about caffeine in caffeine extracts. In future work, it will be necessary to optimize the voltammetric analysis procedure mainly in the analysis of the coffee extracts, where the concentration of caffeine must be increased, and to have a greater chemical characterization of the coffee’s extract to see its influence on the cyclic voltamograms. Keywords: Caffeine; coffee; composite electrodes; cyclic voltammetry; HPLC.