Projeto de potenciostato com espelho de corrente CMOS aplicado a uma célula eletroquímica de três eletrodos

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Souza, Alexandre Kennedy Pinto
• Outros Autores: http://lattes.cnpq.br/7276736011479800
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Amazonas; Faculdade de Tecnologia; Brasil; UFAM; Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• Palavras-chave em Português: Baterias elétricas; Voltametria ciclica; Circuitos eletrônicos; Eletroquímica; ENGENHARIAS: ENGENHARIA ELETRICA: CIRCUITOS ELETRICOS, MAGNETICOS E ELETRONICOS: CIRCUITOS ELETRONICOS; ENGENHARIAS: ENGENHARIA ELETRICA: MEDIDAS ELETRICAS, MAGNETICAS E ELETRONICAS INSTRUMENTACAO: INSTRUMENTACAO ELETRONICA; ENGENHARIAS: ENGENHARIA ELETRICA: MEDIDAS ELETRICAS, MAGNETICAS E ELETRONICAS INSTRUMENTACAO: MEDIDAS ELETRICAS; Potenciostato CMOS; Célula eletroquímica; Voltametria cíclica
• Link de acesso: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10552

Dispositivos eletrônicos voltados para aplicações em instrumentação eletrônica e pesquisas em química analítica despertam grande interesse devido à sua ampla aplicabilidade, tanto em pesquisas aplicadas quanto no ambiente industrial. Esses dispositivos, que são compostos por sensores eletroquímicos de alta sensibilidade e seletividade, possibilitam análises precisas na detecção de diversos compostos químicos e biológicos, como oxigênio, glicose, metais tóxicos para o meio ambiente, além de moléculas antioxidantes, bioquímicas e DNA. Tais aplicações são particularmente relevantes para o monitoramento ambiental e áreas biomédicas. As técnicas eletroquímicas empregadas nesses sensores apresentam vantagens significativas em comparação a outros métodos de detecção, como elevada sensibilidade, boa seletividade, ampla aplicabilidade e baixo custo no desenvolvimento e implementação física do dispositivo. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um novo circuito compacto projetado para um potenciostato CMOS, aplicado a uma célula eletroquímica de três eletrodos. A topologia proposta atua como uma interface de circuito, controlando a polarização de sinais de tensão nos eletrodos do sensor, além de facilitar a medição de corrente durante o processo de oxidação-redução da solução analisada. O potenciostato foi desenvolvido utilizando tecnologia CMOS e é composto por um amplificador de dois estágios, dois blocos de espelho de corrente acoplados ao amplificador, além um estágio de saída push-pull inverter CMOS. O método eletroquímico de voltametria cíclica foi empregado, operando em uma faixa de tensão de ±0,8 V e taxas de varredura de 10 mV/s, 25 mV/s, 100 mV/s e 250 mV/s. O circuito é capaz de medir correntes que variam de 10 μA a 500 μA. Os resultados experimentais foram obtidos utilizando uma solução redox de ferricianeto de potássio K3[Fe(CN)6] com concentrações de 10, 15 e 20 mmol/L, cujos voltamogramas correspondentes foram avaliados. Os resultados demonstraram que a topologia do potenciostato proposto apresenta desempenho consistente com equipamento comercial. Além disso, sua implementação com componentes discretos fabricados através de processos em tecnologia CMOS permite a integração em sistemas mais compactos e eficientes, reduzindo tanto o tamanho quanto o custo de dispositivos eletroquímicos, sem comprometer a precisão e a confiabilidade das análises.