Pontos quânticos de carbono em papel para a determinação de íons cobre em cachaça usando um fluorímetro à base de LED-UV e smartphone

Abstract

No presente trabalho foi desenvolvido um procedimento simples e de baixo custo para a síntese de nanopartículas de carbono fluorescentes (CDs) a partir do amido presente no arroz por um processo hidrotérmico. Pela primeira vez na literatura é reportado um trabalho empregando nanopartículas de carbono para determinação de cobre em cachaça por meio da utilização de um dispositivo a base de papel (PAD) acoplados a uma placa 3D, tendo como fonte de excitação dos CDs uma câmara (LED-UV) com aquisição e análise de imagens digitais realizada por um smartphone. Os CDs sintetizados foram caracterizados por meio das técnicas de espalhamento dinâmico de luz, espectroscopia de fluorescência, espectrofotometria de absorção molecular na região do ultravioleta e visível, microscopia eletrônica de varredura, além disso foram realizados estudos do potencial zeta, pH e força iônica. O método proposto é baseado na atenuação da fluorescência emitida pelo complexo CDs/CPZ induzida pela presença de íons Cu2+. Para excitação do complexo CDs/CPZ foi construída uma câmara contendo quatro diodos LED-UV com máximo de emissão a 370 nm com uma abertura na parte superior permitindo o acoplamento do smartphone. As nanopartículas sintetizadas se mostraram seletivas para a determinação de cobre, por meio da funcionalização com bis(ciclohexanona) oxaldihidrazona (CPZ). Obteve-se uma resposta linear entre a concentração de cobre em solução em relação ao canal R e o B do modelo matemático de cores RGB em uma faixa linear de 2 a 13,2 mg L-1 com um R2 = 0,9944, e 25 a 7,2 mg L-1 com um R2 = 0,9993. Não houve a necessidade de adição de padrão ou padrão interno uma vez que os resultados de veracidade do método indicaram que a porcentagem de recuperação variou entre 85% e 111%, demonstrando que não há efeito de matriz. Foram obtidos LD e LQ, respectivamente, de 0,66 e 1,55 mg L-1 para o canal R e 0,23 e 0,62 mg L-1 para o canal B. Amostras de cachaças foram analisadas pelos métodos propostos e pelo método de referência, a partir dos resultados obtidos foi empregando o teste t pareado com 95% de confiança, o qual indicou não haver diferenças significativas nos resultados obtidos. Palavras-chave: Cobre. Fluorescência. PAD. Cachaça. Análise de Imagens Digitais. Carbon Dots. Nanopartículas. Impressão em 3D. Fluorímetro. LED.

In the present work, a simple and low cost procedure was developed for the synthesis of fluorescent carbon nanoparticles (CDs) from the starch present in rice by a hydrothermal process. For the first time in the literature, a work is reported using carbon nanoparticles for the determination of copper in cachaça using a paper-based device (PAD) coupled to a 3D plate, with a camera (LED-UV) as the excitation source for the CDs with acquisition and analysis of digital images performed by a smartphone. The synthesized CDs were characterized by the techniques of dynamic light scattering, fluorescence spectroscopy, molecular absorption spectrophotometry in the ultraviolet and visible region, scanning electron microscopy, in addition to studies of zeta potential, pH and ionic strength. The proposed method is based on the attenuation of fluorescence emitted by the CD / CPZ complex induced by the presence of Cu2+ ions. For excitation of the CDs / CPZ complex, a chamber was built containing four UV-LED diodes with maximum emission at 370 nm with an opening at the top allowing the smartphone to be coupled. The synthesized nanoparticles proved to be selective for the determination of copper, by means of functionalization with bis (cyclohexanone) oxaldihidrazone (CPZ). A linear response was obtained between the copper concentration in solution in relation to the R channel and the B of the mathematical model of RGB colors in a linear range of 2 to 13.2 mg L-1 with an R2 = 0.9944, and 25 to 7.2 mg L-1 with an R2 = 0.9993. There was no need to add a standard or internal standard since the results of the method's veracity indicated that the percentage of recovery varied between 85% and 111%, demonstrating that there is no matrix effect. LD and LQ were obtained, respectively, of 0.66 and 1.55 mg L-1 for channel R and 0.23 and 0.62 mg L-1 for channel B. Samples of cachaça were analyzed by the proposed methods and by the reference method, based on the results obtained, the t-test paired with 95% confidence was used, which indicated that there were no significant differences in the results obtained. Keywords: Copper. Fluorescence. PAD. Cachaça. Digital Image Analysis. Carbon Dots. Nanoparticles. 3D printing. Fluorimeter. LED.