Sensores eletroquímicos baseados em plataformas modificadas com óxido de grafeno reduzido contendo nanopartículas metálicas e polímeros molecularmente impressos para a determinação de ácidos graxos oriundos de resíduos agroindustriais de goiaba
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Data
2024-03-15
Autores
Orientador
Stradiotto, Nelson Ramos 
Coorientador
Pós-graduação
Química - IQAR 33004030072P8
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
O setor fruticultura é importante setor da economia brasileira, com destaque para a produção de goiabas, que tem crescido significativamente. Apesar disso, o processo de beneficiamento da goiaba é potencial gerador de resíduos cujo descarte em locais inadequados podem desencadear problemas ambientais. Os principais resíduos gerados são constituídos pela polpa, casca e sementes que por sua vez é rica em ácidos graxos em geral. O ácido linoleico (AL) e o ácido palmítico (AP) são encontrados em concentrações majoritárias e, além disso, podem ser destinados para formulação de vários produtos das indústrias alimentícia, cosmética e farmacêutica. Assim, dentro do contexto de biorrefinaria, esses compostos podem ser extraídos dos resíduos agroindustriais de goiabas para serem utilizados na obtenção de outros compostos de maior valor agregado. Dessa forma, é imprescindível que sejam desenvolvidos métodos analíticos que caracterizem estes resíduos visando a sua posterior reutilização. Neste sentido, dentre os métodos analíticos disponíveis para análises químicas os métodos eletroanalíticos apresentam alta relevância devido suas características proeminentes que incluem a avaliação de amostras de maior complexidade com alta confiabilidade, baixo custo relativo, alta seletividade, baixo limite de detecção e ampla faixa linear de concentração. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver sensores eletroquímicos em plataformas modificadas com óxido de grafeno reduzido (rGO), nanopartículas metálicas e polímeros molecularmente impressos para a determinação de AL e AP em resíduos agroindustriais de goiaba. A nanoestrutura contendo rGO e nanopartículas metálicas contribuíram significativamente para a sensibilidade dos sensores. Adicionalmente, o uso dos polímeros molecularmente impressos agregou alta seletividade aos sensores eletroquímicos propostos. Assim, estes dispositivos (GCE/rGO/FeNPs/MIP e GCE/rGO/MnNPs/MIP) foram caracterizados eletroquimicamente por Voltametria Cíclica (CV) Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS), quimicamente por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS) e Espectroscopia RAMAN e morfologicamente por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostrando que as modificações foram efetivamente realizadas na superfície dos eletrodos. Os resultados foram avaliados através da voltametria de pulso diferencial (DPV) empregando uma sonda eletroquímica constituída de K3[Fe (CN)6] 5,0×10−3mol L−1 em solução de KCl 0,10 mol L−1. Os métodos analíticos apresentaram baixos limites de detecção, 3,0×10−13 mol L−1 para AL e 8,6×10−13 mol L−1 para AP, ampla faixa linear de resposta, excelente repetibilidade, boa reprodutibilidade e alta estabilidade após longos períodos de armazenamento. Além disso, os sensores foram aplicados com sucesso na determinação dos ácidos graxos em amostra de resíduos agroindustriais de goiaba, com reconhecimento altamente seletivo para as moléculas alvo mesmo na presença de interferentes. Os resultados dos ensaios de recuperação comprovaram a precisão dos métodos analíticos desenvolvidos, validando sua aplicabilidade para a detecção e quantificação de ácidos graxos em resíduos de goiaba.
Resumo (inglês)
The fruit-growing sector is an important sector of the Brazilian economy, with a highlight on guava production, which has been growing significantly. However, the guava processing process is a potential generator of waste whose disposal in inappropriate locations can trigger environmental problems. The main generated residues consist of pulp, peel, and seeds, which in turn are rich in fatty acids in general. Linoleic acid (LA) and palmitic acid (PA) are found in major concentrations and, moreover, can be destined for the formulation of various products in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries. Thus, within the context of a biorefinery, these compounds can be extracted from guava agro-industrial waste to be used in obtaining other compounds of higher added value. Therefore, it is essential to develop analytical methods that characterize these residues aiming at their subsequent reuse. In this sense, among the available analytical methods for chemical analysis, electroanalytical methods present high relevance due to their prominent characteristics, which include the evaluation of samples of higher complexity with high reliability, low relative cost, high selectivity, low detection limit, and a wide linear range of concentration. Therefore, the objective of this work was to develop electrochemical sensors on platforms modified with reduced graphene oxide (rGO), metallic nanoparticles, and molecularly imprinted polymers for the determination of LA and PA in guava agro-industrial residues. The nanostructure containing rGO and metallic nanoparticles significantly contributed to the sensitivity of the sensors. Additionally, the use of molecularly imprinted polymers added high selectivity to the proposed electrochemical sensors. Thus, these devices (GCE/rGO/FeNPs/MIP and GCE/rGO/MnNPs/MIP) were electrochemically characterized by Cyclic Voltammetry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), chemically by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and RAMAN Spectroscopy, and morphologically by Scanning Electron Microscopy (SEM), showing that the modifications were effectively performed on the electrode surface. The results were evaluated through Differential Pulse Voltammetry (DPV) employing an electrochemical probe consisting of K3[Fe(CN)6] 5.0×10−3 mol L−1 in a solution of KCl 0.10 mol L−1. The analytical methods presented low detection limits, 3.0×10−13 mol L−1 for LA and 8.6×10−13 mol L−1 for PA, a wide linear response range, excellent repeatability, good reproducibility, and high stability after long storage periods. Moreover, the sensors were successfully applied in the determination of fatty acids in guava agro-industrial waste samples, with highly selective recognition for the target molecules even in the presence of interferents. The results of recovery assays confirmed the accuracy of the developed analytical methods, validating their applicability for the detection and quantification of fatty acids in guava residues.
Descrição
Idioma
Português