Determinación simultánea de acetaminofén y levofloxacina usando un electrodo modificado con carbón vegetal y nanopartículas ecológicas de óxido de hierro y lantano
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Date
2025
Authors
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Publisher
Universidad Santiago de Cali
Abstract
In this study, an electrochemical sensor was designed and evaluated, modified with environmentally low-impact materials and aimed at the simultaneous detection of two highly relevant pharmaceutical contaminants: acetaminophen (AC) and levofloxacin (LE). For this purpose, a glassy carbon electrode (GCE) was doped with a combined suspension of lanthanum ferrite (LaFeO₃) nanoparticles and activated vegetal carbon, both synthesized through a green synthesis process using molasses as an organic fuel, promoting an eco-friendly and cost-effective production pathway. The modification was performed using the drop-casting technique, applying 8 µL of the activated suspension (1:1 ratio), previously dispersed via ultrasonication. The electroanalytical performance of the system was characterized using cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The modified electrode exhibited a well-defined voltammetric response, with two distinct, non-overlapping anodic peaks, confirming the feasibility of simultaneous and selective detection of both analytes under optimal conditions at pH 5. A linear response was achieved in the 20–60 µM range (R² = 0.966), with limits of detection and quantification of 9.20 µM and 27.88 µM, respectively. The analysis of peak current (Ip) versus the square root of the scan rate (√v) revealed a diffusion-controlled mass transport mechanism. Furthermore, the system showed a significant reduction in charge transfer resistance (Rct ≈ 27.7 kΩ) and an improvement in interfacial capacitance, attributed to the electrocatalytic synergy between the metal oxide and the carbonaceous support. The sensor demonstrated good repeatability (RSD < 10%) and operational stability up to 12 hours, with a signal loss of less than 14%, establishing it as a technically robust, reproducible, and environmentally sustainable alternative. These findings highlight the feasibility of employing eco-friendly materials and accessible fabrication techniques for the development of electrochemical sensing platforms, with promising applications in environmental monitoring, pharmaceutical analysis, and contaminated effluent assessment.
Description
En la presente investigación se diseñó y evaluó un sensor electroquímico modificado con materiales de bajo impacto ambiental, orientado a la detección simultánea de dos contaminantes farmacéuticos de alta relevancia: acetaminofén (AC) y levofloxacina (LE). Para ello, se modificó un electrodo de carbono vítreo (GCE) mediante dopaje con una suspensión combinada de nanopartículas de ferrita de lantano (LaFeO₃) y carbón vegetal activado, sintetizados a través de un proceso asistido con melaza como combustible orgánico, promoviendo una vía de producción ecológica y costo-efectiva. La modificación se llevó a cabo mediante la técnica de drop-casting, aplicando 8 µL de suspensión activada (relación 1:1), previamente dispersada por ultrasonido. Las propiedades electroanalíticas del sistema se caracterizaron utilizando voltametría cíclica (CV), voltametría de pulso diferencial (DPV) y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). El electrodo modificado exhibió una respuesta voltamétrica definida, con dos picos anódicos no solapados, lo que confirmó la factibilidad de una detección simultánea y específica de ambos analitos en condiciones óptimas de pH 5. Se obtuvo una respuesta lineal en el rango de 20–60 µM (R² = 0.966), con límites de detección y cuantificación de 9.20 µM y 27.88 µM, respectivamente. El análisis de la relación entre la corriente pico (Ip) y la raíz cuadrada de la velocidad de escaneo (√v) evidenció un mecanismo de transporte de masa controlado por difusión. Adicionalmente, el sistema presentó una reducción significativa de la resistencia de transferencia de carga (Rct ≈ 27.7 kΩ) y una mejora en la capacitancia interfacial, atribuibles a la sinergia electrocatalítica entre el óxido metálico y el soporte carbonoso. El sensor demostró una buena repetibilidad (RSD < 10%) y estabilidad operativa hasta por 12 horas, con una pérdida de señal inferior al 14%, posicionándose como una alternativa técnicamente robusta, reproducible y ambientalmente sostenible. Estos hallazgos demuestran la viabilidad del uso de materiales ecoamigables y técnicas accesibles en el desarrollo de plataformas de monitoreo electroquímico, con aplicaciones potenciales en control ambiental, industria farmacéutica y análisis de efluentes contaminados
Keywords
Sensor electroquímico, Ferrita de lantano, Carbón activado vegetal, Acetaminofén, Levofloxacina
Citation
Martinez, S. M. (2025). Determinación simultánea de acetaminofén y levofloxacina usando un electrodo modificado con carbón vegetal y nanopartículas ecológicas de óxido de hierro y lantano. Universidad Santiago de Cali.