Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de ferrita de níquel para detecção de ácido ascórbico e peróxido de hidrogênio

Abstract

Neste estudo apresenta-se a síntese de duas amostras de nanopartículas de ferrita de níquel, denominadas C-NiFe2O4 e NiFe2O4, através de um método simples, de baixo custo e ambientalmente amigável. Estudos morfológicos, estruturais, eletrônicos, ópticos e magnéticos foram realizados com o intuito de caracterizar as propriedades desses materiais para que possibilitassem, além de maior grau de conhecimento, sua aplicação como sensores colorimétricos para detecção de ácido ascórbico e peróxido de hidrogênio. Mediante a análise térmica dos precursores, foi possível determinar os intervalos de temperatura de decomposição, assim como a temperatura ótima de formação das nanopartículas. A amostra NiFe2O4 é ferromagnética e corresponde a uma fase cúbica de espinélio inverso. Os dados de difração de raios X, espectroscopia Mössbauer e o modelo iônico sugerem a presença de um certo grau de substituição, possuindo em sua estrutura um cátion divalente como agente dopante. As nanopartículas de C-NiFe2O4 foram utilizadas como catalisador na oxidação do 3,3',5,5'-tetrametilbenzidina (TMB) em meio ácido para formar uma solução azul sem adição de outro reagente. Como resultado foi utilizado como sensor colorimétrico para detecção de ácido ascórbico, visto que este reduz o complexo de transferência de carga, TMBOX, novamente para TMB. A calibração analítica apresentou uma faixa linear entre 1-20 μM para a concentração de ácido ascórbico, com limite de detecção (3/m) de 0,93 μM. A determinação em suplementos de vitamina C através do método de adição de padrão mostrou a eficiência do sensor para detectar ácido ascórbico em amostras reais. Já a amostra de NiFe2O4 demonstrou atividade catalítica semelhante as peroxidases naturais, oxidando o TMB na presença de H2O2 para formar TMBOX, que dá coloração azul a solução. Dessa forma, NiFe2O4 foi utilizado em um sensor colorimétrico para detecção de H2O2 e a calibração analítica revelou duas faixas lineares, uma entre 2,28 - 28,60 μM e a outra entre 28,60 μM - 114,20 μM. O limite de detecção (3/m) foi de 1,94 μM. Ambos os métodos apresentaram boa repetibilidade, com coeficiente de variação de 3,5% e 4% respectivamente.

This study presents the synthesis of two samples of nickel ferrite nanoparticles, termed C-NiFe2O4 and NiFe2O4, through a simple, low cost and environmentally friendly method. Morphological, structural, electronic, optical and magnetic studies were carried out with the aim of characterizing the properties of these materials, which allowed the application of colorimetric sensors for the detection of ascorbic acid and hydrogen peroxide. Through the thermal analysis of the precursors, it was possible to determine the decomposition temperature ranges, as well as the optimum temperature of formation of the nanoparticles. The sample NiFe2O4 is ferromagnetic and corresponds to a cubic phase of inverse spinel. The X-ray diffraction data, Mössbauer spectroscopy and the ionic model suggest the presence of a certain degree of substitution, having in its structure a divalent cation as a doping agent. The C-NiFe2O4 nanoparticles were used as catalysts in the oxidation of 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) in acidic medium to form a blue solution without addition of another reagent. As a result, it was used as a colorimetric sensor for the detection of ascorbic acid, as it reduces the charge transfer complex, TMBOX, again to TMB. The analytical calibration showed a linear range between 1-20 μM for the concentration of ascorbic acid, with a detection limit (3 /m) of 0.93 μM. The determination of vitamin C supplements using the standard addition method showed the efficiency of the sensor to detect ascorbic acid in actual samples. Already NiFe2O4 sample demonstrated catalytic activity similar to natural peroxidases, oxidizing the TMB in the presence of H2O2 to form TMBOX, which gives blue coloration to the solution. Thus, NiFe2O4 was used in a colorimetric sensor to detect H2O2, and the analytical calibration revealed two linear ranges, one between 2.28 - 28.60 μM and the other between 28.60 μM - 114.20 μM. The detection limit (3 /m) was 1.94 μM. Both methods presented good repeatability, with a coefficient of variation of 3.5% and 4% respectively.