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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Santos, Klécia Morais dos
Título: LIBS e Nanopartículas Fluorescentes: Novas Estratégias para Determinação de Íons Cu(II) em Águas
Ano: 2012
Orientador: Prof. Dr. Ivo Milton Raimundo Júnior
Departamento: Química Analítica
Palavras-chave: LIBS, Nanopartículas fluorescentes, Polímero de impressão molecular, Cobre
Resumo: Neste trabalho diferentes fases sensoras foram desenvolvidas para implementar novas estratégias para a determinação de íons cobre em águas naturais, empregando Espectroscopia Óptica de Emissão em Plasma Induzido por Laser (LIBS) e Espectroscopia de Luminescência. Nas determinações por LIBS, membranas de PVC plastificadas foram empregadas para extração e pré-concentração de íons cobre em meio aquoso, fornecendo curvas analíticas na faixa de 10 mg L - 100mg L (R > 0,90). Esses estudos mostraram que a técnica LIBS é capaz de detectar íons cobre em concentrações da ordem de mg L, indicando que membranas extratoras podem ser aplicadas como uma eficiente estratégia de pré-concentração. Dessa forma, LIBS pode ser considerada como uma potencial e viável ferramenta para determinação de íons Cu(II) em águas. Determinações baseadas em Espectroscopia de Luminescência foram realizadas usando o bis(1,10-fenantrolina)1-(4-hidroxi 3-(1H-imidazol [4,5-f][1,10] rutênio(II) bis hexafluorofosfato ([Ru(phen)2HAIP](PF6)2), que foi imobilizado em membranas de metacrilato, de PVC e iônicas, sol-gel e nanopartículas (NP) de sílica. O reagente luminescente apresenta alta seletividade para íons Cu (II) em solução, enquanto somente as nanopartículas mostraram sensibilidade adequada para esse íon. As nanopartículas de sílica foram sintetizadas através do método Stöber, sendo que o reagente luminescente foi adicionado em diferentes estágios da síntese (0, 3, 6 e 8 horas), a qual foi realizada em um total de 10 horas. A microscopia de transição eletrônica (TEM) mostrou nanopartículas com diâmetros em torno de 10-20 nm. As nanopartículas sintetizadas pela adição do reagente após 8h de síntese apresentaram uma faixa linear entre 2,0-8,0 mmol L, um limite de detecção de 0,30 mmol L, um limite de quantificação de 1,0 mmol L e um tempo de resposta (t90%) < 30 s. A nanopartícula apresentou alta seletividade para íons cobre, não mostrando interferências dos íons Zn(II), Cd(II), Ni(II), Hg(II), Pb(II) e Fe(III). As nanopartículas foram aplicadas para determinação de íons Cu(II) em amostras de água mineral e de torneira que foram enriquecidas com 5,0 e 7,0 mmol L do analito. Recuperações na faixa de 88,1-109,6% foram obtidas, indicando a potencialidade das NPs fluorescentes para determinação de Cu(II) em águas. Além disso, os íons Cu (II) podem ser liberados na NP depois de tratamento ácido, sendo regenerado para um novo conjunto de medidas, tornando o reagente reutilizável, fato que está de acordo com os princípios da Química Verde.
Abstract: In this work, different sensing phases were developed to implement new strategies for determination of copper ions in natural waters, employing Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and Luminescence Spectroscopy. In the determinations by LIBS, plasticized PVC membranes were employed for extraction and pre-concentration of copper ions in aqueous medium, providing analytical curves in the range from 10 mg L to 100mg L (R > 0.90). These studies have shown that LIBS is able to detect copper ions in concentrations as low as mg L, indicating that extraction membranes can be applied as an efficient strategy of pre-concentration. In this way, LIBS can be considered as a potential and feasible tool for Cu(II) determination in waters. Determinations based on luminescence spectroscopy were performed by using the bis(1,10-phenanthroline)1-(4-hydroxy 3-(1H-imidazo [4,5-f][1,10] ruthenium(II) bis(hexafluorophosphate) reagent ([Ru(phen)2HAIP](PF6)2), which was immobilized in methacrylate, PVC and ionic membranes, sol-gel silica and silica nanoparticles (NP). The luminescent reagent presented high selectivity to Cu(II) ions in solution, while only the silica nanoparticles showed adequate sensitivity to this ion. The nanoparticles were synthesized by the Stöber method, being the luminescent reagent added at different stages of the synthesis (0, 3, 6 and 8 hours), which was a performed in a total interval of 10 hours. The transmission electron microscopy (TEM) showed nanoparticles with diameters around 10-20 nm. The nanoparticles synthesized by adding the reagent after 8 hours provided a linear response range from 2.0 to 8.0 mmol L, a detection limit of a 0.30 mmol L, a quantification limit of 1.0 mmol L and response time (t90%) < 30 s. The nanoparticle presented high selectivity for copper ions, showing no interference of Zn(II), Cd(II), Ni(II), Hg(II), Pb(II) and Fe(III) ions. The nanoparticles were applied to determination of Cu(II) ions in mineral and tap water samples, which were spiked with 5.0 and 7.0 mmol L of the analyte. Recovery within 88.1-109.6% were attained, indicating the capability of the fluorescent NPs for Cu(II) determination in waters. In addition, the Cu(II) ions can be released from the NP by acidic treatment, being regenerated for another set of measurements, making the reagent reusable, fact that is in agreement with the principles of Green Chemistry.
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