Uso de sensor de polidiacetileno para detecção de contaminantes químicos e microbiológicos em água potabilizada para consumo humano

Abstract

A demanda por água de boa qualidade tem-se acentuado muito nos últimos anos, devido ao crescimento populacional. Muitos contaminantes levantam uma preocupação considerável tanto nos aspectos toxicológicos, físico-químicos e microbiológicos, especialmente quando estão acima dos valores de referência baseados em saúde humana. O desenvolvimento de sensores utilizando polímeros conjugados eficientes como matrizes de sensoriamento tem recebido atenção considerável nas últimas décadas. Especialmente, os sensores de Polidiacetilenos para a detecção de espécies biologicamente e quimicamente importantes têm sido intensamente investigadas devido à sua resposta quanto à mudança das propriedades colorimétricas. Para caracterizar uma água potável, são determinados diversos parâmetros, os quais representam as suas características físicas, químicas e biológicas. Esses parâmetros são indicadores da qualidade da água e constituem impurezas quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso. Por isso, este estudo objetivou utilizar diferentes vesículas de polidiacetileno para avaliar a qualidade química e microbiológica da água para consumo humano, bem como otimização das condições de sensibilidade a mudança de cor dos sensores colorimétricos. Foram produzidas três tipos de vesículas diferentes: a de 10,12-ácido pentacosadinóico (PCDA), de 10,12-ácido tricosadinóico (TRCDA) e com os dois PDAs (TRCDA+PCDA) e submetidas a diferentes condições termodinâmicas como mudanças no pH, temperatura e força iônica. Em cada condição foi avaliado tamanho, resposta colorimétrica e potencial zeta de cada suspensão vesicular. A presença de NaCl, a mudança de temperatura e pH resultaram na transição colorimétrica das vesículas polidiacetilênicas, sendo que a sensibilidade e a porcentagem da resposta colorimétrica foram dependentes da composição das suspensões vesiculares e da condição termodinâmica estudada. Os tratamentos controles permaneceram na cor azul não havendo transição colorimétrica mostrando que as mudanças colorimétricas que ocorrem durante os estudos foram causadas pela mudança termodinâmica do meio. Com base nos resultados, pode-se concluir que os valores de pH 7 temperatura de 40 oC e a concentração de 50 mmol∙L-1de NaCl são as condições limites que antecedema a transição colorimétrica do azul para o vermelho para todas as vesículas e por isso foram utilizados no estudado posterior para identificação de trihalometanos (THMs) em água potável, afim de facilitar a mudança de cor. A presença do triclorometano (TCM), diclorobromometano (DCBM) e dibrocloromometano (DBCM) provocaram a transição colorimétrica das vesículas polidiacetilênicas, sendo a interação entre os THMs foi dependente da composição das vesículas. Estes resultados apontam a potencialidade do uso destas nanoestruturas como sensores para identificação de THM em água para consumo humano. A vesícula de TRCDA+PCDA conseguiu identificar três dos quartos THMs estudados. O bromofórmio foi o único THM que não teve resposta colorimétrica para nenhum dos sensores testados. Para o estudo dos micro- organismos a suspensão de vesícula TRCDA+PCDA obteve uma RC maior para Escherichia fergusonii do que para Enterococcus faecium, havendo transição colorimétrica apenas para primeira bactéria, com o tempo de 12 h de incubação a 35 oC, em todas as concentrações estudadas. Os sensores em gel Agar também o apresentaram mudança da cor verde para vermelho na presença de E. fergusonii com um tempo mínimo de 8 h e não mudou de cor para o micro- organismo E. faecium durante 22 h de incubação a 35 oC. Este trabalho auxiliou no entendimento do comportamento do processo associado à transição colorimétrica das vesículas e, além disso, serviu de base para aplicação das vesículas como sensores ou biossensores colorimétricos para controle e avaliação de água para consumo.

The demand for good quality water has been accentuated in recent years due to population growth. Many contaminants pose a considerable concern both in toxicology, physical, chemical and microbiological aspects, especially when they are above the reference values based on human health. The development of sensors using efficient conjugated polymers as sensing arrays has received considerable attention in recent decades. Especially, the PDA sensors to detect chemically and biologically important species have been intensively investigated due to their answer as to change the colorimetric properties. To characterize a drinking water are determined various parameters, which represent its physical, chemical and biological. These parameters are water quality indicators and are impurities when they reach values higher than those established for a particular use. Therefore, this study aimed to use different vesicles polidiacetileno to evaluate the chemical and microbiological quality of water for human consumption as well as the optimization of the sensitivity of conditions the color change of the colorimetric sensors. Three different vesicles were produced: the PCDA of TRCDA and the two PDA (TRCDA + PCDA) and under different thermodynamic conditions such as changes in pH, temperature and ionic strength. In each condition was evaluated size, colorimetric response and zeta potential of each vesicle suspension. The presence of NaCl, the change of temperature and pH resulted in the colorimetric transition from polidiacetilênicas vesicles, and the sensitivity and Percentage RC were dependent on the composition of the vesicle suspensions and thermodynamic condition studied. Treatments controls remained blue in color with no showing that the colorimetric transition colorimetric changes occurring during the study were caused by the thermodynamic medium change. Based on the results, it can be concluded that pH 7 Temperature 40° C and concentration of 50 mmol∙L-1 of NaCl are the boundary conditions that antecedema colorimetric transition from blue to red for all vesicles and They were used in this study for subsequent identification of trihalomethanes in drinking water, in order to facilitate the color change. The presence of TCM, DCBM and DBCM caused the colorimetric transition from polidiacetilênicas vesicles, and the interaction between THMs was dependent on the composition of the vesicles. These results indicate the potential use of these nanostructures as sensors for identification THM in drinking water. The vesicle TRCDA + PCDA was able to identify three of THMs the 4th studied. The bromoform was the only THM colorimetric response that was not tested for any of the sensors. For the study of microorganisms vesicle suspension TRCDA + PCDA obtained a CR higher for Escherichia fergusonii than for Enterococcus faecium, having colorimetric transition only for first bacterium, over time 12 h incubation at 35 °C in all concentrations studied. Agar gel Sensors also obtained green to red color change in the presence of E. fergusonii with a minimum time of 8 h and has not changed color to E. faecium microorganism during 22 h incubation at 35 ° This work has helped in understanding of the process behavior C. associated with the colorimetric transition of vesicles and further provides the basis for application of the vesicles as colorimetric sensors or biosensors for control and evaluation of drinking water.