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[en] SPECTROANALYTICAL METHODS USING GRAPHENE QUANTUM DOTS AS PHOTOLUMINESCENT PROBES FOR THE DETERMINATION OF ANALYTES OF BIOLOGICAL AND PHARMACOLOGICAL INTEREST / [pt] MÉTODOS ESPECTROANALÍTICOS UTILIZANDO PONTOS QUÂNTICOS DE GRAFENO COMO SONDAS FOTOLUMINESCENTES PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS DE INTERESSE BIOLÓGICO E FARMACOLÓGICOCARLOS ALBERTO TOLOZA TOLOZA 20 December 2018 (has links)
[pt] O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de métodos espectroanalíticos capazes de determinar indiretamente analitos de interesse biológico e farmacológico que possuem fraca atividade óptica no UV-vis (no caso, captopril, histamina e sulfato de canamicina). Embora muitos métodos para quantificar esses analitos estejam reportados, muitos dependem da derivatização química do analito, procedimento considerado complexo e trabalhoso para fazer tais analitos absorverem e emitirem no UV-vis. Por isso, a proposta de uso de pontos quânticos fotoluminescentes é interessante, pois permitem, em condições ajustadas, respostas analíticas que proporcionam a determinação indireta dos analitos de interesse em concentrações da ordem de até 10-8 mol L-1. A determinação do captopril foi proposta utilizando pontos quânticos de grafeno aminofuncionalizados com uso de glutationa (GQDs-amino). O captopril induziu a supressão e o deslocamento espectral (para o vermelho) da fotoluminescência da dispersão aquosa dos GQDs-amino. Por outro lado, quando Fe3+ foi usado como um mediador que gera uma supressão da fotoluminescência da dispersão de GQDs-amino, a adição de captopril restabelece a fotoluminescência original dos pontos quânticos. Em condições experimentais ajustadas, a magnitude da supressão ou de deslocamento espectral da fotoluminescência dos GQDs-amino pode ser relacionada com a concentração de captopril. Em ambos os casos, a resposta linearizada abrangeu três ordens de grandeza (10-6 a 10-4 mol L-1). Em contrapartida, a abordagem de restauração do sinal da sonda, previamente suprimida com Fe3+, também se mostrou útil do ponto de vista analítico. As abordagens propostas foram testadas com a determinação de captopril em amostras simuladas e em formulações farmacêuticas comerciais. O deslocamento
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espectral a partir da sonda GQDs-amino e ativação/desativação da fotoluminescência utilizando GQDs-amino-Fe3+ resultou em recuperações satisfatórias, mostrando o potencial de detecção quantitativo do método. No estudo com a histamina, avaliou-se o comportamento fotoluminescente da dispersão aquosa de GQDs-amino na presença de histamina com interação mediada por diferentes íons metálicos. Os resultados revelaram que uma interação mais forte e seletiva existia na presença de Eu3+, Fe3+ e Cu2+. A sensibilidade das curvas de supressão de fotoluminescência normalizada (Ks) indicou uma interação dez vezes mais forte da histamina com a superfície dos GQDs na presença de Fe3+. A resposta linear observada nos GQDs-amino-Fe3+ (luminescência medida a 345/435 nm) abrangeu a concentração de histamina de 4,3 × 10-7 mol L-1 (limite de quantificação) até 3,2 × 10-5 mol L-1. A dispersão de GQDs-amino-Fe3+ foi usada como sonda na análise de amostras de atum após extração do analito em cartucho fase sólida catiônica. Os resultados analíticos foram estatisticamente semelhantes aos obtidos com um método baseado na cromatografia líquida com detecção fluorimétrica (após derivatização química da histamina). A determinação do sulfato de canamicina foi feita medindoo efeito que ela exerce sobre a fotoluminescência dos GQDs-amino associados às nanopartículas de ouro (AuNPs), que foram produzidas pela redução de AuCl4 com NaBH4 em uma dispersão aquosa de GQDs-amino (obtido pela pirólise de ácido cítrico e glutationa) contendo também o agente tensoativo catiônico CTAB. O sistema AuNPs-GQDs-amino-CTAB apresentou fotoluminescência suprimida, que foi amplificada na presença de canamicina. Sob condições experimentais ajustadas, a ampliação da fotoluminescência do nanomaterial em função da concentração de analito se mostrou linear e abrangeu três ordens de grandeza (10-7 a 10-5 mol L-1). O uso de extração em fase sólida com um cartucho empacotado com um polímero molecularmente impresso (seletivo para aminoglicosídeos) assegurou a seletividade nas determinações de sulfato de canamicina feitas em vacina da febre amarela e em formula� / [en] The objective of the present work was the development of spectroanalytical methods capable of indirectly determining analytes of biological and pharmacological interest that present inherent weak optical activity in UV-vis (in this case, captopril, histamine and kanamycin sulfate). Although many methods to quantify these analytes are reported, many of these depend on chemical derivatization, a procedure considered complex and laborious to promote UV-vis absorption and luminescence. Therefore, the proposed use of photoluminescent quantum dots is interesting since they allow, under adjusted conditions, analytical responses that allow the indirect determination of the analytes of interest in concentrations of the order of down to 10-8 mol L-1. The determination of captopril was proposed using graphene quantum dots aminofunctionalized using glutathione as a precursor (GQDs-amino). Captopril induced photoluminescence suppression and spectral red-shift from the aqueous dispersion of GQDs-amino. In contrast, when Fe3+ is used as a mediator, it generates a suppression of the photoluminescence of the GQD-amino dispersion and the addition of captopril restored the original photoluminescence of the quantum dots. In adjusted experimental conditions, photoluminescence suppression of the GQDs-amino, as a function of the captopril concentration, can be related both to the magnitude of the suppression and to the spectral shift. In both cases, the linearized response covered three orders of magnitude (10-6 to 10-4 mol L-1). In contrast, the probe signal restoration of the previously Fe3+ suppressed photoluminescent GQDs, also proved to be analytically useful. The proposed approaches were tested by the determination of captopril in simulated samples and in commercial pharmaceutical formulations. Spectral shift from the GQDs-amino probe and the photoluminescence on/off approach (using GQDs-amino-Fe3+ probe) resulted in satisfactory recoveries, showing the quantitative capability of the method. In the work concerning histamine, the photoluminescent behavior of the aqueous dispersion of GQDs-amino in the presence of this amino acid was studied in function of different interaction mediators (metal ions). The results revealed that strong and selective interaction existed in the presence of Eu3+, Fe3+ and Cu2+. The sensitivity of normalized photoluminescence (Ks) suppression curves indicated a ten-fold stronger interaction of histamine with the surface of GQDs in the presence of Fe3+. The linear response observed in the GQDs-amino-Fe3+ (luminescence measured at 345/435 nm) covered the histamine concentration of 4.3 × 10-7 mol L-1 (quantification limit) to 3.2 × 10-5 mol L-1. The GQDs-amino-Fe3+ was applied as a probe in the analysis of tuna fish samples after solid phase extraction (SPE) of the analyte using a cationic solid phase. The analytical results were statistically similar to those obtained with a method based on liquid chromatography with fluorimetric detection (after chemical derivatization of histamine). The determination of kanamycin sulfate was made by measuring the effect it exerts on the photoluminescence of gold nanoparticles (AuNPs) associated GQDs, that were produced by the reduction of AuCl4 with NaBH4 in an aqueous dispersion of GQDs-amino (obtained by pyrolysis of citric acid and glutathione) also containing the cationic surfactant CTAB. The AuNPs-GQDs-amino-CTAB system showed a suppressed photoluminescence, which was amplified in the presence of kanamycin. Under adjusted experimental conditions, the magnification of the photoluminescence of the nanomaterial as a function of the analyte concentration was linear and covered three orders of magnitude (10-7 to 10-5 mol L-1). The use of solid phase extraction with a cartridge packed with a molecularly imprinted polymer (selective for aminoglycosides) ensured selectivity in the determinations made in yellow fever vaccine and in veterinary pharmaceutical formulations. The analytical results were statistically similar to those obtained with an HPLC based method with fluorimetri
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[pt] NANOPARTÍCULAS SEMICONDUTORES FOTOLUMINESCENTES COMO SONDAS ÓPTICAS PARA DETERMINAÇÃO DE CAPTOPRIL, HISTAMINA, AMINOGLICOSÍDEOS E TIROXINA / [en] PHOTOLUMINESCENT SEMICONDUCTORS NANOPARTICLES AS OPTICAL PROBES FOR THE DETERMINATION OF CAPTOPRIL, HISTAMINE, AMINOGLYCOSIDES AND THYROXINE20 December 2021 (has links)
[pt] Recentemente, os nanocristais semicondutores, também conhecidos como
pontos quânticos, tornaram-se muito atrativos em abordagens de detecção por
fotoluminescência devido as suas propriedades ópticas peculiares, tais como
fluorescência intensa e com perfil estreito, comprimento de onda máximo ajustável
através do controle do tamanho das partículas e maior fotoestabilidade em
comparação com os corantes orgânicos convencionais. As nanopartículas
sintetizadas foram avaliadas como sondas fotoluminescentes (na forma de
dispersão aquosa) para a determinação de captopril, histamina, canamicina e
tiroxina (analitos não fotoluminescentes na temperatura ambiente) evitando o uso
de procedimentos complexos de derivatização química e permitindo quantificações
de forma simples e com sensibilidade. Nanopartículas de CdTe modificadas com o
ácido tioglicólico (TGA) e com o ácido 2-mercaptopropiônico (2MPA) e também
nanopartículas de ZnS modificadas com L-cisteína foram sintetizadas pela
abordagem em fase aquosa coloidal. Estas foram caracterizadas usando métodos
microscópicos e espectroscópicos adequados.
A fotoluminescência da nanopartícula 2MPA-CdTe foi consideravelmente
mais intensa quando na presença de captropil. Sob condições ótimas, o modelo de
calibração (isoterma de ligação de Langmuir) foi linear até 4,8 x 10-4 mol L-1 com
constante de equilíbrio de ligação de 3,2 x 104 L mol-1 e limite de detecção (LOD)
de 6,2 x 10-6 mol L-1 (1,3 (micro)g mL-1). Aplicações em soro sanguíneo humano
fortificado com captropil e em formulações farmacêuticas foram demonstradas. A
fotoluminescência das nanopartículas de TGA-CdTe foi reduzida (supressão) após
adição de diferentes concentrações de histamina seguindo o modelo de Stern-
Volmer. A resposta linear cobriu uma faixa de concentração até 5,7 x 10-4 mol L-1,
com LOD de 9,6 x 10-6 mol L-1 (1,1 (micro)g mL-1). A abordagem proposta foi utilizada
para determinação de histamina em carne de atum. Já a presença de
aminoglicosídeos aumentou a fluorescência das nanopartículas de TGA-CdTe
(seguindo o modelo da isoterma da adsorção de Langmuir). A kanamicina foi o
aminoglicosídeo escolhido para estudar o efeito do aumento da intensidade da
fotoluminescência das nanopartículas de TGA-CdTe disperso em solução aquosa.
A faixa linear estendeu-se até 8,2 x 10-7 mol L-1 com LOD de 2,5 x 10-8 mol L-1
(14,2 ng mL-1). As constantes de ligação entre diversos aminoglicosídeos e TGACdTe
foram calculadas e indicou que existe uma relação entre o número de grupos
amino primários disponíveis e o aumento da luminescência. Essa abordagem foi
aplicada com sucesso para a análise de amostras de leite e água de riacho, ambos
fortificados com kanamicina, usando procedimento de extração em fase sólida com
um polímero impresso molecularmente (MIP). A intensidade da fotoluminescência
da nanopartícula cisteína-ZnS em solução contendo brometo de cetiltrimetilamônio
(CTAB) foi reduzida (quenched) após adição de tiroxina. A
redução total do sinal (quenching) seguiu o modelo de Stern-Volmer com resposta
linear até 4,0 x 10-6 mol L-1 de concentração do analito, o LOD foi 6,2 x 10-8 mol
L-1 (48,3 ng mL-1). A dispersão aquosa da cisteína-ZnS foi usada como sonda
óptica para a determinação de tiroxina em formulações farmacêuticas e em saliva
humana fortificada com analito. / [en] Recently, semiconductor nanocrystals, also known as quantum dots, have
become very attractive for photoluminescence based sensing approaches due to
their unique optical properties like intense photoluminescence with narrow profile,
maximum wavelength adjustable by the control of particle size and higher
photostability in comparison of conventional organic dyes. Different synthesized
nanoparticles were evaluated as photoluminescent probes (as aqueous dispersions)
for the determination of captopril, histamine, kanamycin and thyroxine (nonphotoluminescent
analytes at room-temperature) avoiding the use of complex
chemical derivatization procedures and enabling simple and sensitive
quantifications. Thioglycolic acid (TGA) and 2-mercapoprionic acid (2MPA)
modified CdTe nanoparticles and L-cysteine modified ZnS nanoparticles were
synthesized via the colloid aqueous phase route. Their characterization was made
using proper microscopic and spectroscopic methods.
The emission intensity of 2MPA-Cdte is greatly enhanced in the presence
of captopril. Under optimum conditions, the calibration model (Langmuir binding
isotherm) was linear up to 4.8 x 10-4 mol L-1 with equilibrium binding constant of
3.2 x 104 L mol-1 and limit of detection (LOD) of 6.2 x 10-6 mol L-1 (1.3 (micro)g mL-1).
Applications in captopril fortified human serum and in pharmaceutical
formulations were demonstrated. The photoluminescence of TGA-CdTe
nanoparticles was quenched by histamine in a concentration dependent manner
(Stern-Volmer model). The linear response covered the concentration range up to
5.7 x 10-4 mol L-1 with LOD of 9.6 x 10-6 mol L-1 (1.1 (micro)g mL-1). The proposed
method was used for the analysis of tuna fish. The presence of aminoglycosides
enhanced the photoluminescence of the TGA-CdTe nanoparticles (following a
Langmuir binding isotherm model). Kanamycin was used as a model
aminoglycoside in order to study its effect on the photoluminescence enhancement
of TGA-CdTe quantum dots dispersed in aqueous solution. The linear range
extended up to 8.2 x 10-7 mol L-1 with LOD of 2.5 x 10-8 mol L-1 (14.2 ng mL-1).
Binding constants were calculated for several aminoglycosides indicating that
there is a relationship between the number of available primary amino groups and
the increasing in photoluminescence. This approach was successfully applied for
determination of kanamycin fortified milk and in stream water samples after solid
phase extraction using a molecular imprinted polymer produced using a
kanamycin template. The photoluminescence intensity of cysteine-ZnS in solution
containing cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) was quenched by
thyroxine. The overall quenching followed a Stern-Volmer model with linear
response coveing an analyte concentration range up to 4.0 x 10-6 mol L-1. LOD
was 6.2 x 10-8 mol L-1 (48.3 ng mL-1). The aqueous dispersion of cysteine-ZnS
was used as optical probe for the determination of thyroxine in pharmaceutical
formulations and in analyte fortified human saliva.
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