Electrochemical determination of the herbicide bentazone using a carbon nanotube b-Cyclodextrin modified electrode

An electrochemical sensor has been developed for the determination of the herbicide bentazone, based on a GC electrode modified by a combination of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) with b-cyclodextrin (b-CD) incorporated in a polyaniline film. The results indicate that the b-CD/MWCNT modified GC electrode exhibits efficient electrocatalytic oxidation of bentazone with high sensitivity and stability. A cyclic voltammetric method to determine bentazone in phosphate buffer solution at pH 6.0, was developed, without any previous extraction, clean-up, or derivatization steps, in the range of 10–80 mmolL 1, with a detection limit of 1.6 mmolL 1 in water. The results were compared with those obtained by an established HPLC technique. No statistically significant differences being found between both methods.

Anodic adsorptive stripping voltammetric determination of atrazine in spiked soil samples with a gold microelectrode

Microwave-assisted solvent extraction was combined with anodic adsorptive stripping voltammetry at a gold microelectrode to extract and quantify the herbicide atrazine in spiked soil samples. A systematic study of the experimental parameters affecting the stripping response was carried out by square-wave voltammetry. The voltammetric procedure is based on controlled adsorptive accumulation of atrazine at the potential of 0.35V (versus Ag/AgCl) in the presence of Britton–Robinson buffer pH (2.0). The limit of detection obtained for a 30 sec collection time was 4.3x10-7 mol L-1. Recovery experiments, at the 1µgg-1 level of spiking, gave good results for the global procedure, and the values found were comparable to those obtained by HPLC.

Development of an FIA system with amperometric detection for determination of bentazone in estuarine waters

On the basis of its electrochemical behaviour a new flow-injection analysis (FIA) method with amperometric detection has been developed for quantification of the herbicide bentazone (BTZ) in estuarine waters. Standard solutions and samples (200 µL) were injected into a water carrier stream and both pH and ionic strength were automatically adjusted inside the manifold. Optimization of critical FIA conditions indicated that the best analytical results were obtained at an oxidation potential of 1.10 V, pH 4.5, and an overall flow-rate of 2.4 mL min–1. Analysis of real samples was performed by means of calibration curves over the concentration range 2.5x10–6 to 5.0x10–5 mol L–1, and results were compared with those obtained by use of an independent method (HPLC). The accuracy of the amperometric determinations was ascertained; errors relative to the comparison method were below 4% and sampling rates were approximately 100 samples h–1. The repeatability of the proposed method was calculated by assessing the relative standard deviation (%) of ten consecutive determinations of one sample; the value obtained was 2.1%.

Determination of ametryn in soils via microwave-assisted solvent extraction coupled to anodic stripping voltammetry with a gold ultramicroelectrode

An extraction-anodic adsorptive stripping voltammetric procedure using microwave-assisted solvent extraction and a gold ultramicroelectrode was developed for determining the pesticide ametryn in soil samples. The method is based on the use of acetonitrile as extraction solvent and on controlled adsorptive accumulation of the herbicide at the potential of 0.50 V (vs. Ag/AgCl) in the presence of Britton-Robinson buffer (pH 3.3). Soil sample extracts were analysed directly after drying and redissolution with the supporting electrolyte but without other pre-treatment. The limit of detection obtained for a 10 s collection time was 0.021 µg g-1. Recovery experiments for the global procedure, at the 0.500 µg g-1 level, gave satisfactory mean and standard deviation results which were comparable to those obtained by HPLC with UV detection.

Electroanalytical study of the pesticide asulam

The electrochemical behaviour of the herbicide Asulam was studied by cyclic and square wave voltammetry. Asulam may be irreversibly oxidised at a glassy carbon electrode. Maximum currents were obtained at pH=1.9 in aqueous electrolyte solution. Based on the electrochemical behaviour of Asulam, two analytical methodologies were developed for its determination in water samples, using square wave voltammetry (SWV) and flow injection analysis (FIA) coupled with an amperometric detector. Limits of detection of 7.1x10-6 mol L-1 and 1.2x10-8 mol L-1 for SWV and FIA respectively, were achieved. Repeatability was calculated by assessing the relative standard deviation (%) for 10 consecutive determinations of one sample. The found values were 2.1% for SWV and 5.0% for FIA. Validation of the results provided by SWV and FIA methodologies was performed by comparison with results from an HPLC-DAD technique. Good relative deviations were found (<5%). Recovery trials were performed to assess the accuracy of the results and the obtained values were between 84% and 107% for both methods.

Utilização da Nanotecnologia para o desenvolvimento sustentável na indústria agro-alimentar

O crescimento populacional esperado para os próximos anos conduzirá à necessidade de aumentar a produção agrícola de modo a satisfazer o aumento da procura. Nos últimos anos tem-se assistido a uma evolução tecnológica nos sistemas de produção que tem permitido aumentar a produtividade agrícola, por vezes à custa de elevados consumos de energia e com práticas nem sempre ambientalmente corretas. Os desafios que se colocam atualmente são no sentido de melhorar a conservação de recursos escassos, como o solo e a água, de aumentar a eficiência de uso de fatores de produção, de encontrar novas culturas, do desenvolvimento da biotecnologia, da diminuição dos consumos energéticos e de melhorar ainda mais as tecnologias associadas à produção. De maneira a responder aos desafios emergentes da procura por alimentos, da escassez de terrenos agrícolas aráveis bem como da existência de pragas de insetos e de ervas daninhas, os pesticidas tem vindo a ser usados com maior frequência, tendo-se assistido a uma contaminação dos solos e águas subterrâneas, causando deste modo um risco para a saúde dos seres vivos. Neste sentido, vários fabricantes de pesticidas estão a desenvolver novas formulações contendo pesticidas encapsulados em nanopartículas como modo de aumentar a sua solubilidade em água, biodisponibilidade, volatilidade, estabilidade e eficácia. tendo por objetivo um desenvolvimento sustentável. Neste trabalho, procedeu-se ao estudo do encapsulamento do herbicida Oxadiargil (5-terc-butil-3-[2,4-dicloro-5-(2-propiniloxi)fenil]-1,3,4-oxadiazol-2(3H)-ona) com a 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (HP-β-CD). O estudo da formação do complexo de inclusão Oxadiargil - HP-β-CD foi realizado em diferentes meios, água desionizada, tampão acetato pH = 3,46 e pH = 5,34 e tampão fosfato pH = 7,45, com o objetivo de determinar e comparar a sua constante de estabilidade. Verificou-se, em qualquer dos casos, a ocorrência de uma relação linear entre o aumento da solubilidade do Oxadiargil e o aumento da concentração de HP-β-CD, com um declive inferior a um, o que indicia a formação de um complexo na proporção estequiométrica de 1:1. Os resultados obtidos permitiram concluir que o processo de complexação Oxadiargil - HP-β-CD não é muito influenciado pela constituição e pelo pH do meio. De facto, as constantes de estabilidade obtidas para a água desionizada e soluções-tampão pH = 3,46, pH = 5,34 e pH = 7,45 foram de 919 ± 25, 685 ± 13, 623 ± 17 e 753 ± 9, respetivamente. A solubilidade do complexo obtido nos estudos realizados, em diferentes meios, é cerca de 23 a 32 vezes superior à observada para o Oxadiargil livre. De forma a caracterizar o complexo Oxadiargil - HP-β-CD procedeu-se à sua síntese utilizando o método de “kneading”. O composto obtido foi caracterizado por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) tendo-se confirmado a formação de um complexo de inclusão na proporção estequiométrica de 1:1. O complexo obtido é mais solúvel e porventura mais estável quimicamente. O encapsulamento permite uma redução da aplicação dos pesticidas diminuindo assim os custos e o impacto negativo no ambiente. Com a nanotecnologia é possível a libertação controlada dos pesticidas, aumentando a sua eficácia e fornecendo os meios necessários para um desenvolvimento sustentável.

Processos Oxidativos Avançados para Remediação de Águas Contaminadas por Pesticidas

Este trabalho teve como objectivo inicial o estudo de processos oxidativos avançados de forma a remediar e tratar águas contaminadas por pesticidas. No entanto, ao longo do trabalho experimental, constatou-se que os produtos resultantes da degradação de pesticidas são muitas vezes mais tóxicos do que os compostos que lhes deram origem e que, por isso, degradar um composto nem sempre é o melhor para o ambiente. Assim, neste trabalho, procurou-se estudar o processo de degradação com o objectivo de minimizar o impacto ambiental dos pesticidas na água e no ambiente em geral. A parte experimental deste trabalho foi dividida em duas etapas, sendo que, em ambas, a voltametria de onda quadrada e a espectrofotometria de UV/Vis foram os métodos de análise utilizados, para acompanhar o processo de fotodegradação. Na primeira etapa estudou-se a relação entre a estrutura química dos pesticidas MCPA, MCPP, 2.4-D e Dicloroprop e a sua fotodegradação. Soluções aquosas dos pesticidas enunciados foram submetidas a irradiação UV/vis, com incrementos variáveis de tempo de irradiação. Os resultados obtidos, nesta etapa, permitiram constatar diferenças na percentagem de degradação dos diferentes pesticidas. Dos pesticidas estudados verificou-se uma maior fotodegradação para o MCPA e MCPP seguido do Dicloroprop e finalmente o 2.4-D que se degradou menos. Os dados obtidos sugerem que a fotodegradação destes pesticidas está intimamente ligada com a estrutura das moléculas. A presença de um maior número de grupos cloro ligados ao anel aromático nos pesticidas 2,4-D e Dicloroprop faz com que estes sejam mais estáveis e por isso se degradam menos que o MCPA e o MCPP. Por outro lado, o facto de o 2,4-D apresentar um potencial de oxidação mais elevado do que o Dicloroprop, faz com que este seja mais difícil de degradar, o que justifica a diferença entre os dois. Desta forma, foi possível concluir que a estrutura dos pesticidas condiciona o processo de degradação, como esperado. Na segunda etapa, estudou-se a estabilização dos pesticidas MCPA e MCPP após encapsulação, com 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (HP-β-CD), em água desionizada e em água do rio. Para tal, submeteram-se as soluções aquosas dos pesticidas com e sem ciclodextrina, a irradiação UV/vis, também com incrementos variáveis de tempo. No caso do MCPA verificou-se que, tanto para água desionizada como para água do rio, que este herbicida encapsulado se degrada bastante menos do que o MCPA livre. O encapsulamento permitiu reduzir quase para metade a taxa de fotodegradação. Assim, confirmou-se que a HP-β-CD permite estabilizar este pesticida, tornando-o mais resistente à fotodegradação. Desta forma, originam-se menos produtos de degradação, os quais podem ser mais tóxicos, e reduz-se de o impacto ambiental deste herbicida. Verificou-se também que o MCPA livre se degrada mais em água do rio do que em água desionizada, provavelmente devido à matéria orgânica presente nesta água, que promove o processo de degradação. No que respeita ao MCPP também se constatou que este herbicida se degrada menos encapsulado do que livre, em água desionizada e em água do rio. Neste caso, conseguiu-se reduzir pouco a taxa de fotodegradação, mas, ainda assim se verifica uma estabilização deste pesticida através do encapsulamento. No entanto, tornou-se mais evidente a estabilização do MCPP após encapsulação em água do rio, já que apresenta uma taxa de fotodegradação menor. Este facto demonstra que a HP-β-CD permite estabilizar também este pesticida, tornando-o mais resistente à fotodegradação, e reduzindo seu impacto ambiental.

Redução do Impacto Ambiental de Poluentes Orgânicos Persistentes

Nos dias de hoje a contaminação dos solos e águas subterrâneas com pesticidas através da agricultura tornou-se um problema. Problema este, considerado ainda maior nas áreas onde o abastecimento de água potável é quase totalmente à base de água subterrânea, causando deste modo risco para a saúde humana devido à exposição directa de possíveis resíduos de pesticidas na água potável. É certo que a persistência dos pesticidas no solo é importante para obter um bom controlo sob as ervas daninhas durante a sua época de crescimento, contudo o uso desses pesticidas contamina não só o solo como as águas superficiais. As questões acerca do uso de pesticidas na actualidade continuarão a persistir, uma vez que existem muitos factores e características inerentes a este processo que necessitam de ser abordadas e mais importante que isso estudadas, como por exemplo a sua degradação e toxicidade. Neste trabalho efectuou-se o encapsulamento de pesticidas em moléculas de β – ciclodextrina (β-CD). O que se pretende com este encapsulamento, é aumentar a hidrofilicidade do pesticida de forma a garantir que este persista o tempo suficiente permitindo um bom controlo das ervas daninhas, tendo sempre em conta as preocupações inerentes ao uso dos pesticidas, como por exemplo a dificuldade de biodegradação. O estudo centrou-se em torno de dois dos pesticidas mais utilizados em Portugal: MCPA e Bentazona. Estes herbicidas foram encapsulados individualmente na β-CD formando assim complexos, mais solúveis e eventualmente mais estáveis quimicamente garantindo uma redução dos efeitos dos pesticidas no meio ambiente. Este estudo foi dividido essencialmente em duas partes: a síntese e caracterização dos complexos pesticida-β-CD e posteriormente a avaliação da estabilidade química em solução aquosa e da solubilidade dos complexos formados. A utilização de diversas técnicas analíticas nomeadamente DSC, FTIR, Espectrofotometria de UV, HPLC e Electroquímica permitiram concluir que o pesticida MCPA encapsula pela acção da β-CD aquando do complexo formado em solução etanólica e numa proporção estequiométrica MCPA:β-CD de 1:2 respectivamente. Obteve-se para as várias soluções estudadas, todas elas com concentrações diferentes de β-CD, uma constante de estabilidade de 102,4. No caso da Bentazona, os resultados preliminares obtidos indiciam claramente a formação de um complexo com a β-CD para o complexo formado em solução etanólica.