Understanding the electrochemical sensors’ figures of merit using a H2O2 sensitive, low-cost ferrite powder first generation electrode Translated title: Comprendiendo las figuras de mérito de los sensores electroquímicos mediante un electrodo de ferrita de primera generación sensible al H2O2

Abstract The development of electrochemical sensors capable of quantifying either chemical, biological, or environmental parameters of interest endorses both the increased academic and educational relevance of electrochemistry. As a result, understanding quantitative electrochemical sensing characterization and performance analysis through analytical figures of merit stands as a curricular requirement from both a theoretical and methodological standpoint as it involves the development of several skills which are highly transferable into further electrochemical education and professional practices. On the other hand, due to popular fields of applications such as non-invasive wearable electrochemical sensors for monitoring electrolytes in sweat on high-performance athletes, students are well-aware of its potential, increasing their willingness to partake in electrochemical activities. Addressing the aforementioned, the experience described herein is divided into two main sections. Firstly, a theoretical introduction regarding electrochemical sensors and electrochemical performance validation techniques known as electroanalytical figures of merit are proposed. Secondly, a hands-on experience using a H2O2 sensitive ferrite powder working electrode is carried out by performing voltammetric and chronoamperometric techniques so that students develop a basic understanding of the redox processes occurring at the working electrode surface and obtain analytical performance parameters that allow conclusions to be drawn regarding the ferrite powder sensing capabilities towards H2O2 reduction. As for implementation requirements, the proposed four-hour laboratory protocol is suitable for graduate/upper-level undergraduate physical or analytical chemistry courses and, due to its length, is recommended to be conducted in groups of two to three students.

Resumen El desarrollo de sensores electroquímicos capaces de cuantificar parámetros químicos, biológicos o ambientales de interés avala la creciente relevancia académica y educativa de la electroquímica. Como resultado, comprender la caracterización cuantitativa de un sensor electroquímico y el análisis de su desempeño a través de las cifras analíticas de mérito constituye un requisito curricular tanto desde un punto de vista teórico como metodológico, ya que implica el desarrollo de múltiples habilidades que son altamente transferibles a futuras prácticas electroquímicas educativas y profesionales. Por otro lado, debido a su implementación en campos de aplicación populares, por ejemplo, a través de sensores electroquímicos portátiles no invasivos para monitorear los electrolitos en el sudor en atletas de alto rendimiento, los estudiantes son conscientes de su potencial, incrementando su predisposición a participar en experiencias electroquímicas educativas. Tomando en consideración lo anteriormente expuesto, la experiencia aquí descrita se divide en dos apartados principales. En primer lugar, se propone una introducción teórica sobre los sensores electroquímicos y sus correspondientes técnicas de validación de rendimiento conocidas como cifras de mérito electroanalíticas. En segundo lugar, se presenta el diseño de una secuencia práctica utilizando un electrodo de trabajo sensible al H2O2 tras su modificación con un polvo de ferrita comercial. El mismo permitirá llevar adelante técnicas voltamperométricas y cronoamperométricas para que los estudiantes desarrollen una comprensión básica de los procesos redox que ocurren en la superficie del electrodo de trabajo y obtengan parámetros de rendimiento analítico de la ferrita hacia la reducción de H2O2. En cuanto a los requisitos de implementación, el protocolo de laboratorio de cuatro horas propuesto es adecuado para cursos de posgrado o cursos de grado avanzados en fisicoquímica o química analítica y, dada su extensión, se recomienda que sea llevado a cabo en grupos de dos a tres estudiantes.