Autores
Amaya García, D.A. (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER) ; Ceron Cifuentes, J.M. (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER) ; Blanco Tirado, C. (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER) ; Combariza Montañez, M.Y. (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER)
Resumo
Los puntos cuánticos (QDs), también conocidos como nanocristales de
semiconductores monocristalinos, son uno de varios tipos de nanomateriales que
tienen un impacto significativo en muchas áreas, como las ciencias biológicas,
la física y la química. El cadmio es uno de los metales más tóxicos que se
bioacumula en el cuerpo humano a través de la cadena alimentaria y las
actividades agrícolas/industriales. En este estudio, los QD de CdSe
funcionalizados con tioglicerol (TG) se sintetizaron y caracterizaron mediante
técnicas espectroscópicas XRD, SEM, DLS, P. zeta, EDS e IR-ATR. Las propiedades
fotoquímicas para evaluar este nanomaterial como sensor en la detección
selectiva de cadmio se estudiaron mediante UV-Vis y espectroscopia de
fluorescencia, determinando sus paramétros analíticos.
Palavras chaves
Puntos cuánticos; Sensor de cadmio; CdSe
Introdução
En la industria de alimentos, existen diversos Codex alimentarios que regulan el
contenido de componentes y aditivos químicos con efectos nocivos sobre la salud
humana (De la Unión Europea reglamento No. 488, 2019). Por esta razón, la
determinación cualitativa y cuantitativa de estas sustancias es fundamental para
la comercialización de los productos alimenticios que las contienen. El
departamento de Santander produce el 42% del cacao en el país (Federación
nacional de cacaoteros, 2020), que en su mayoría se exporta al mercado
norteamericano y europeo. La presencia de metales pesados en cacao,
particularmente de cadmio, está regulada por el Codex Alimentario en un límite
máximo de 0.0 ppm (De la Unión Europea reglamento No. 488, 2019). La zona
cacaotera del departamento de Santander se caracteriza por tener suelos con alto
contenido de cadmio, por lo que la detección y el monitoreo de este metal pesado
en las matrices asociadas al cultivo de cacao santandereano son de gran
importancia (Joya Barrero et al., 2021).
Dentro de las técnicas tradicionales para la detección de metales pesados en
diversas matrices acuosas, se encuentran métodos robustos como espectroscopia de
absorción atómica, ICP-OES, o XRF (Skoog et al., 2008). Sin embargo, los
análisis bajo estos métodos están sujetos a procedimientos laboriosos en
laboratorios químicos certificados. Por lo cual, se incrementa el tiempo
empleado para su análisis y el costo de su ejecución. Por lo otro lado, el
desarrollo de nuevos materiales sensores para la detección de cadmio que
permitan hacer mediciones in situ conforman una alternativa práctica para los
agricultores y demás entes relacionados con esta actividad económica.
Material e métodos
Materiales:Fibras de fique (Furcraea macrophylla) fueron recolectadas en San
Joaquín, Santander, Colombia. Se adquirió 2,2,6,6-tetrametil-piperidin-1-oxilo
(TEMPO) de Sigma Aldrich. El hipoclorito de sodio (NaClO, 13 %) se adquirió de
Carlo Erba Reagents (Milán, Italia). Bromuro de sodio (NaBr), peróxido de
hidrógeno (H2O2), hidróxido de sodio (NaOH), etanol (EtOH), ácido clorhídrico
(HCl, 37 %), tioglicerol (C3H8O2S), selenito de sodio (Na2SeO3), acetato de
cadmio dihidrato ((CH₃COO)₂Cd.2H₂O) y borohidruro de sodio (NaBH4) se
adquirieron de Merck (Darmstadt, Alemania).
Síntesis de CdSe-TG QDs: Seguimos el método descrito para la síntesis de CdSe-TG
QDs con algunas modificaciones (Brahim et al., 2015). Se desoxigenaron 200 mL de
agua desionizada mediante burbujeo con argón para ser utilizados en soluciones
posteriores. Se obtuvo una solución acuosa mezclando 1,54 g de dihidrato de
acetato de cadmio con 1 ml de tioglicerol (TG) como estabilizador en agua
desionizada con agitación continua en atmósfera de argón. El pH de la mezcla
resultante se ajustó a 11,2 con una solución de NaOH 2 M. Por separado, se
preparó una solución acuosa de NaSeO3 disolviendo 0,5 g en 5 mL de agua y se
inyectó en la mezcla de pH controlado de Cd2+ TG con agitación continua a 100 °C
en atmósfera de argón. Una solución del agente reductor NaBH4 0,5 g en 5 ml) se
inyectó rápidamente con una jeringa hasta la solución final. La reacción se
mantuvo en condiciones oscuras con una cubierta de papel de aluminio. La
aparición de color amarillo indica la formación de CdSe-TG. Fijamos 12, 18 y 24
horas como tiempo de reacción. Los QD se aislaron por precipitación en
isopropanol. La solución se agitó durante una hora y el precipitado se filtró y
se secó a 60 °C durantes 24h.
Resultado e discussão
La respuesta de los sensores en presencia de iones de cadmio tiene un
comportamiento lineal dentro de un rango establecido en relación con las
absorbancias dadas a la longitud de onda en la que se localiza el hombro de la
principal banda de absorción, respectivamente. Siendo materiales prometedores en
su aplicación como sensor químico de cadmio en soluciones acuosas (Brahim et al
2016).
Los sensores CdSe-TG se sometieron a pruebas de espectroscopia de fluorescencia,
todas las pruebas fueron llevadas a cabo a una concentración de 300 ppm de los
sensores en mención. La banda de emisión de los CdSe-TG 12h se identificó con un
máximo a 560 nm. Para los puntos cuánticos obtenidos a las 18 y 24 horas de
reacción, el máximo se identificó en 570 nm. Esto es consistente con el cambio
observado en espectroscopia UV-VIS. La respuesta de los sensores ante la
presencia de iones de cadmio se traduce en la disminución de la intensidad de su
fluorescencia o apagado (Quenching). Este comportamiento de Quenching en
presencia de iones de cadmio (ll) posee un comportamiento lineal dentro de un
rango de concentraciones. Sin embargo, los sensores en mención también se
observa dicho comportamiento de quenching en presencia de iones cobre (ll).
Presenta un comportamiento lineal como se observó en el caso de los iones cadmio
(II) (Brahim et al., 2016).
Respuesta de la absorbancia de los sensores frente a la presencia de diversos iones metálicos.
Respuesta de la intensidad de fluorescencia de los sensores frente a la presencia de diversos iones metálicos.
Conclusões
Se sintetizaron y aislaron puntos cuánticos de CdSe funcionalizados con
tioglicerol, variando el tiempo de reacción a 12, 18 y 24 horas. Se determinó un
cambio estructural basado en el crecimiento de los QDs. A través de la
caracterización realizada por DLS, Potencial Zeta, DRX, IR y TEM, Se evidencia el
aumento del tamaño de los QDs en relación directa con el aumento del tiempo de
reacción. Se determinó la variación de las propiedades ópticas de absorbancia y
fluorescencia de los CdSe-TG, identificando su potencial como quimiosensores de
Cadmio (II) y Cobre (II).
Agradecimentos
Referências
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