Síntese de nanomateriais para detecção de poluentes orgânicos persistentes através da espectroscopia de espalhamento Raman amplificado em superfície

Em 2004, entrou em vigor no Brasil a Convenção de Estocolmo, uma iniciativa do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente, visando proteger a saúde humana e o meio ambiente dos efeitos nocivos dos Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs), bastante presentes em pesticidas e químicos industriais, com objetivo final de extingui-los. Porém, existem obstáculos, como limitações técnicas e financeiras, para monitorar e eliminar corretamente essas substâncias, agravado pelo fato de que o Brasil, é o país que mais consome agrotóxicos no mundo, apresentando em 25% dos alimentos vegetais níveis elevados de pesticidas ou compostos proibidos. Dentre eles está o endosulfan com seus isômeros e metabólitos, que são persistentes, semivoláteis e altamente tóxicos. Nesse sentido, detectá-los mesmo nas menores concentrações faz-se necessário, e a espectroscopia Raman amplificada em superfície (SERS) pode ser uma alternativa para viabilizar a detecção e monitoramento dessas substâncias. Por ser uma técnica rápida e versátil, que possibilita identificar moléculas por seus modos vibracionais, espécies químicas e como interagem entre si e com o meio, e que contorna o obstáculo de detecção devido à baixa seção de choque do espalhamento Raman convencional, utilizam-se nanopartículas metálicas e o fenômeno da ressonância plasmônica de superfície, para amplificar o sinal Raman. O objetivo deste estudo foi o desenvolvimento e a aplicação de nanopartículas de ouro (AuNPs) funcionalizadas com dodecanotiol, para a detecção dos pesticidas α-endosulfan e seu metabólito sulfato de endosulfan, utilizando a técnica de SERS. A síntese das AuNPs foi realizada pelo método de Turkevich, produzindo partículas esféricas com diâmetro médio de 17 nm e ressonância plasmônica de superfície em 520 nm, e estabilidade eletrostática de até 30 dias. Foram realizadas análises para identificar se a presença de AuNPs puras seria o suficiente para amplificar o sinal dos pesticidas; porém, considerando a natureza hidrofóbica dos POPs, foi necessário funcionalizar as AuNPs com 1-dodecanotiol para criar uma superfície lipofílica, favorecendo a adsorção seletiva dos analitos. A funcionalização foi confirmada pelo aumento do raio das nanopartículas, com distribuição uniforme na dispersão coloidal, pelas imagens de microscopia eletrônica de transmissão, pela mudança do potencial zeta e por testes de estabilidade coloidal na presença de sal, obtendo ao final um sinal Raman amplificado, cumprindo o objetivo central do estudo.

Resumo (inglês)

In 2004, the Stockholm Convention, an initiative of the United Nations Environment Programme, came into force in Brazil. Its aim is to protect human health and the environment from the harmful effects of Persistent Organic Pollutants (POPs), which are highly prevalent in pesticides and industrial chemicals, with the ultimate goal of eliminating them. However, obstacles such as technical and financial limitations hinder the proper monitoring and elimination of these substances. This is exacerbated in Brazil by the fact that it is the world's largest consumer of pesticides, with 25% of plant-based foods showing high levels of pesticides or prohibited compounds, such as endosulfan and its isomeric metabolites, which are persistent, semi-volatile, and highly toxic. Therefore, detecting them even at the lowest concentrations is necessary, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) could be an alternative to enable the detection and monitoring of these substances. Because it is a fast and versatile technique that allows the identification of molecules by their vibrational modes, chemical species, and how they interact with each other and with the medium and which overcomes the detection obstacle due to the low cross-section of conventional Raman scattering, metallic nanoparticles and the surface plasmon resonance phenomenon are used to amplify the Raman signal. The objective of this study was the development and application of functionalized gold nanoparticles (AuNPs) for the detection of the pesticides α-endosulfan and its metabolite endosulfan sulfate, using the SERS technique. The synthesis of the AuNPs was carried out by the Turkevich method, producing spherical particles with an average diameter of 17 nm, surface plasmon resonance at 520 nm, and electrostatic stability of up to 30 days. Analyses were performed to identify whether the presence of pure AuNPs would be sufficient to amplify the pesticide signal; however, considering the hydrophobic nature of POPs, it was necessary to functionalize the AuNPs with 1-dodecanethiol to create a lipophilic surface, favoring the selective adsorption of the analytes. The functionalization was confirmed by the increase in the radius of the nanoparticles, with uniform distribution in the colloidal dispersion; by transmission electron microscopy images; by the change in zeta potential; and by colloidal stability tests in the presence of salt, ultimately obtaining an amplified Raman signal, fulfilling the central objective of the study.

Palavras-chave

Nanopartículas de ouro , SERS , Espectroscopia Raman amplificada em superfície , Poluentes orgânicos persistentes , Detecção de poluentes , Alfa-endosulfan , Sulfato endosulfan , Gold nanoparticles , Surface-enhanced Raman spectroscopy

Idioma

Português

Citação

NASCIMENTO, Caroline de Marcelo Prata. Síntese de nanomateriais para detecção de poluentes orgânicos persistentes através da espectroscopia de espalhamento Raman amplificado em superfície. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais) - Faculdade de Ciências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Bauru, 2026.