Superficies nanoestructuradas biofuncionalizadas para el análisis de indicadores de alto impacto ambiental

REARTES, DAIANA F.; PECCI GENARO, ALEXIS F.; DELPINO, ROCÍO A.; MARÍA LAURA RAMÍREZ; FABIANA A. GUTIERREZ; MARCELA C. RODRIGUEZ

CORRIENTES

Congreso; XI CONGRESO ARGENTINO DE QUÍMICA ANALÍTICA; 2021

AAQA

La contaminación de los recursos terrestres e hídricos con metales pesados es uno de los problemas ambientales más importantes a nivel mundial, ya que estos no son biodegradables, están distribuidos ubicuamente y pueden acumularse en la biosfera e ingresar a los organismos vivos a través de la cadena alimentaria, lo que genera un elevado riesgo ambiental y para la salud humana. En 2015, la UNESCO creó la Agenda 20301, un plan de acción que propone la mejora de la calidad del agua reduciendo o eliminando el vertido de sustancias químicas y materiales tóxicos, disminuyendo la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentando la posibilidad de reciclaje y reutilización. Las principales fuentes de desecho de metales pesados son las actividades de recubrimiento con metales, fabricación de baterías, minería, combustibles fósiles, curtiembres, industrias cosméticas y empleo de fertilizantes. Los metales pesados no presentan ningún efecto beneficioso, en consecuencia, se consideran compuestos peligrosos para la salud ambiental incluso en concentraciones de trazas o ultratrazas. Además, hay algunas sustancias químicas de gran preocupación para la salud, como el arsénico, que se considera tan peligroso como los primeros.Debido a la amplia variedad de actividades antropogénicas que generan el vertido de desechos como también los procesos geoquímicos y al gran efecto tóxico que los metales pesados y el arsénico generan en los sistemas vivos, la necesidad de contar con herramientas analíticas sencillas y precisas que permitan su monitoreo y cuantificación en estudios ambientales se ha convertido en un problema clave. El uso de nanomateriales funcionalizados o compósitos de nanomateriales y (bio)polímeros es una opción extremadamente interesante para la determinación exitosa de estas especies debido a las propiedades fisicoquímicas que presentan. En este sentido, los nanotubos de carbono (CNT) ofrecen numerosos beneficios, ya que aumentan considerablemente el área disponible para la interacción con el tóxico, lo que a su vez podría verse favorecido por la presencia de grupos funcionales que incrementan la factibilidad de captación de estas especies2. En el presente trabajo se proponen dos plataformas nanoestructuradas biofuncionalizadas basadas en el empleo de CNT para la cuantificación sensible y selectiva de indicadores de alto impacto ambiental, plomo y arsénico. En el caso del análisis de plomo se emplea un transductor electroquímico de carbono vítreo (GCE) modificado con nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) funcionalizados covalentemente con -polilisina (-PLys). La simple estrategia de detección se basa en la captación del plomo mediante los residuos del biopolímero. Para el análisis de arsénico se emplea una plataforma compuesta por nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs) funcionalizados no covalentemente con polietilenimina (PEI) y L-cisteína (L-Cys) que se convierte en un excelente sustrato para el anclaje de nanopartículas de oro estabilizadas con citrato (AuNPs). La estrategia de detección se basa en la fuerte interacción que se establece entre el arsénico y las AuNPs. La caracterización estructural y la evaluación de las propiedades de ambas superficies nanoestructuradas se realizó mediante técnicas microscópicas y espectroscópicas. Asimismo, se llevó a cabo el estudio crítico y la optimización de las condiciones de detección de ambas plataformas mediante voltamperometría de pulso diferencial (DPV). Los parámetros operacionales de trabajo, como el tiempo de deposición y el tiempo de reducción, para ambas especies en estudio fueron optimizados por DPV. Ambas plataformas de detección lograron determinar valores de plomo y arsénico por debajo de los límites permitidos por la OMS en agua de consumo humano, aun en presencia de una compleja mezcla de otros iones y metales pesados, demostrando su sobresaliente selectividad, lo cual las convierte en interesantes y promisorias alternativas para la determinación para el estudio de muestras de relevancia ambiental. Ambos diseños fueron empleados en muestras de agua natural para la cuantificación de plomo y de arsénico, respectivamente, demostrando una excelente concordancia con los valores encontrados para las mismas muestras con técnicas de referencia, tales como ICP-MS.