Desenvolvimento de um sensor óptico para determinação de Norfloxacina

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e a caracterização de sensores ópticos com base em membranas de poli(cloreto de vinilo), PVC, para determinação de Norfloxacina em amostras do sector da aquacultura. Estes sensores basearam-se na reacção colorimétrica entre um metal imobilizado em PVC e a Norfloxacina. O metal foi escolhido com base em ensaios prévios de reacção colorimétrica entre a Norfloxacina e várias espécies metálicas, nomeadamente, Fe(III), Al(III), Pb(II), Aluminon, Mo(II), Mn(II), Ni(II), Cu(II), Co(II), Sn(II) e V(V). A reacção mais intensa foi obtida com o Fe(III). Neste sentido, numa primeira fase foram desenvolvidos sensores baseados em Fe(III). O efeito de alguns parâmetros experimentais na resposta desses sensores foi avaliado de modo univariado. Incluem-se aqui o efeito do pH, avaliado entre 2,00 e 6,00, e o da concentração de Fe(III), variada entre cerca de 1,00x10-5 M e 2,00x10-4 M. Os melhores valores foram obtidos a pH 3, para o qual se verificou um comportamento linear entre cerca de 1,00x10-5 M e 1,70x10-4 M de Fe(III). Utilizando as condições seleccionadas anteriormente, procedeu-se à caracterização do complexo sob ponto de vista químico. Os valores obtidos apontaram para a necessidade de um excesso de Fe(III) de, pelo menos, 10 vezes, no sentido de garantir a máxima extensão de complexação. O complexo referido apresentou, nestas condições, um comportamento linear ao longo do intervalo de concentrações de cerca de 7,00x10-5 M a 7,00x10-4 M em NOR. O complexo formado foi estável ao longo de 90 minutos. As condições óptimas para análise desse complexo numa superfície sólida foram obtidas após avaliação do efeito da quantidade de Fe(III) e do tipo e quantidade de solvente mediador (o-nitrofenil octil éter, di-n-octilftalato, dibutilftalato, bis(etilhexil)sebacato, bis(etilhexil)ftalato). O bis(etilhexil)sebacato foi o solvente mediador escolhido e a relação de quantidade entre o PVC e o solvente mediador foi igual a 1:2. O procedimento de preparação do sensor sólido e subsequente optimização foi aplicado a outras espécies metálicas, para além do Fe(III), tais como, Cu(II), Mn(II) e aluminon. A conjugação de todos estes metais permitiu desenvolver um array de sensores para despistagem de Norfloxacina em águas de aquacultura. Algumas membranas sensoras foram aplicadas com sucesso no controlo de Norfloxacina em amostras de águas ambientais dopadas. Os resultados obtidos com membranas de Fe(III) e Cu(II) foram exactos, tendo-se registado valores de concentração próximos dos reais. O método proposto permitiu, por isso, a despistagem rápida e eficaz da presença de um antibiótico em águas ambientais, permitindo ainda o seu doseamento a um baixo custo. Numa perspectiva de rotina, e tendo em vista a despistagem deste antibiótico, este método revelou-se mais rápido e mais barato do que os demais métodos descritos na literatura para este efeito.

This dissertation describes the development and characterization of optical sensors based on Poly (vinyl chloride), PVC, membranes for the determination of Norfloxacin in samples from the aquaculture sector. These sensors were based on the colorimetric reaction between an immobilized metal in PVC and Norfloxacin. The metal was selected after preliminary experiments between Norfloxacin and various metal species, including, Fe (III), Al (III), Pb(II), Aluminon, Mo(II), Mn(II), Ni(II), Cu(II), Co(II), Sn(II) e Vanadium. The most intense reaction was obtained for Fe (III). Hence, the first sensors were based on Fe (III). The effect of experimental parameters in the response of these sensors was evaluated by univariate mode. These include the effect of pH, measured between 2.0 and 6.0, and the concentration of Fe (III) varying between 1.11x10-5 M and 2.11x10-4 M. The best response was obtained for pH 3, providing a linear response between 1.11x10-5 M and 1.67x10-4 M in the concentration of Fe (III). Using the conditions previously selected, additional studies were conducted for characterization of the colored complex. The results showed the need of an excess of Fe (III) of least 10 times, to ensure a maximum degree of complexation. The complex displayed a linear behavior over the concentration range of 7.08x10-5 M to 7.08x10-4 M. The complex was found stable over 90 minutes. The optimal conditions for analysis of this complex in a solid surface were found after studying the effect of the amount of Fe(III) and the kind/amount of plasticizer (o-nitrofeniloctil eter, di-n-octilftalato, dibutilftalato, bis(etilhexil)sebacato, bis(etilhexil)ftalato) upon the observed color. The plasticizer selected was bis(ethylhexyl)sebacate and ratio amounts of PVC/plasticizer was 1:2. The above selected procedure for preparing the solid sensor and subsequent optimization was applied to other metal species, namely Cu(II), Mn(II) and aluminon. The combination of all these metals made possible to develop an array of sensors for detecting Norfloxacin in aquaculture waters. The sensors have been successfully applied to screen of Norfloxacin in environmental water samples. The results were found accurate, with experimental concentrations close to the real value. Thus, the proposed method allowed the rapid and effective screening of an antibiotic in environmental water, also providing a quantitative response with low cost. For routine applications, this method was found faster and cheaper than other methods described in literature for this purpose.