Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/84064
Type: Dissertação
Title: Síntese, caracterização e aplicação de diferentes carbon dots como nanossensores fluorescentes na detecção de glifosato
Authors: Gabriela Fernandes Barreto
First Advisor: Fabiano Vargas Pereira
First Co-advisor: Ricardo Mathias Orlando
First Referee: Marcelo Machado Viana
Second Referee: Luciano Andrey Montoro
Abstract: O glifosato, um dos herbicidas mais utilizados no mundo, apresenta possíveis riscos à saúde e ao meio ambiente devido principalmente ao seu uso excessivo, sua persistência no solo e alta solubilidade. Sua detecção por métodos tradicionais, tais como HPLC e GC, apresentam algumas desvantagens, como alto custo instrumental e etapas complexas. Os carbon dots (CDs), nanomateriais fluorescentes de carbono (tamanho <10 nm), surgem como uma alternativa promissora para sensoriamento devido à sua síntese simples, baixa toxicidade e sua fotoluminescência. Sensores baseados em CDs permitem análise rápida e com aplicações na detecção de glifosato via quenching ou aumento de fluorescência, oferecendo um método simples e acessível para sensoriamento. Este trabalho desenvolveu uma metodologia rápida e simples para detectar glifosato em água, utilizando CDs sintetizados via carbonização hidrotérmica a partir de diferentes precursores de carbono. Foram sintetizados quatro CDs utilizando diferentes ácidos orgânicos: L-ascórbico (CAA), cítrico (CCA), maleico (CMA) e succínico (CSA) como fontes de carbono, mantendo-se o mesmo precursor de nitrogênio (citrato de amônio). Os CDs sintetizados apresentaram fluorescência azul e rendimentos quânticos de 9,3; 12,0; 21,5 e 21,6% para CAA, CMA, CSA e CCA, respectivamente. A espectroscopia no infravermelho permitiu caracterizar os grupos funcionais superficiais dos CDs, revelando a predominância de grupos carboxílicos em suas estruturas. As imagens de MET revelaram partículas sem aglomeração e com morfologia esférica e tamanhos médios entre 1,7 – 2,8 nm. Os sensores foram baseados em CDs que apresentam forte interação com íons Fe3+, o que provocou primeiramente forte extinção da fluorescência, e posterior recuperação da emissão com a adição de glifosato, permitindo a detecção indireta da presença do herbicida. Os limites de detecção obtidos para glifosato em água foram de 1,57 μM (CAA), 4,64 μM (CCA), 11,16 μM (CMA), e 0,59 μM (CSA). Os resultados obtidos com a aplicação do nanossensor em amostra real de água da torneira confirmam que o sensor fluorescente proposto é uma ferramenta promissora para a detecção de glifosato em matrizes aquosas, demonstrando sensibilidade e potencial para uso em condições reais.
Abstract: Glyphosate, one of the most widely used herbicides worldwide, poses potential risks to human health and the environment, mainly due to its excessive use, persistence in soil, and high solubility. Its detection by conventional methods, such as HPLC and GC, presents several drawbacks, including high instrumentation costs and complex procedures. Carbon dots (CDs), fluorescent carbon-based nanomaterials with sizes below 10 nm, have emerged as a promising alternative for sensing applications due to their simple synthesis, low toxicity, and photoluminescent properties. CD-based sensors enable rapid analysis and have been applied to glyphosate detection through fluorescence quenching or enhancement, offering a simple and cost-effective sensing approach. In this study, a fast and straightforward methodology was developed for the detection of glyphosate in water using carbon dots (CDs) synthesized via hydrothermal carbonization from different carbon precursors. Four types of CDs were synthesized using distinct organic acids: L-ascorbic acid (CAA), citric acid (CCA), maleic acid (CMA), and succinic acid (CSA), as carbon sources, while ammonium citrate was used as the nitrogen precursor in all cases. The synthesized CDs exhibited blue fluorescence, with quantum yields of 9.3%, 12.0%, 21.5%, and 21.6% for CAA, CMA, CSA, and CCA, respectively. Infrared spectroscopy was used to characterize the surface functional groups of the CDs, revealing a predominance of carboxylic groups in their structures. TEM images showed non-aggregated, spherical particles with average sizes ranging from 1.7 to 2.8 nm. The sensors were based on CDs that exhibit strong interactions with Fe3+ ions, initially leading to significant fluorescence quenching, followed by fluorescence recovery upon the addition of glyphosate. This enabled the indirect detection of the herbicide. The limits of detection for glyphosate in water were 1.57 μM (CAA), 4.64 μM (CCA), 11.16 μM (CMA), and 0.59 μM (CSA). The results obtained from testing the nanosensor with a real tap water sample confirmed that the proposed fluorescent sensor is a promising tool for glyphosate detection in aqueous matrices, demonstrating both sensitivity and potential for application under real-world conditions.
Subject: Físico-química
Materiais nanoestruturados
Nanopartículas
Carbono
Detectores
Fotoluminescência
Fluorescência
Carbonização
Herbicidas
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICEX - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/84064
Issue Date: 16-Jul-2025
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