Sensor eletroquímico nanoestruturado à base de carbeto de titânio bidimensional para a determinação de tiametoxam

Abstract

O tiametoxam (TMX) é um inseticida da classe dos neonicotinoides comumente utilizado em zonas agrícolas para o controle de pragas, sendo recentemente detectado em amostras de mel. Portanto, existe um risco potencial de contaminação no néctar e no pólen das plantas, que são recursos essenciais coletados pelas abelhas durante a produção de mel. A presença de resíduos de TMX em amostras de mel e derivados evidencia a necessidade de monitoramento e controle adequados para garantir a qualidade e segurança deste produto alimentício. Recentemente, o carboneto de titânio bidimensional (Ti3C2Tx) também conhecido como MXene, surgiu como um material promissor no desenvolvimento de sensores eletroquímicos devido a sua superfície hidrofílica e alta condutividade elétrica, que favorecem suas aplicações eletroanalíticas. A fim de desenvolver um sensor altamente sensível para determinar TMX em matrizes de alimentos, um novo nanomaterial foi sintetizado. Nanoplaquetas de grafite esfoliado (xGnP) e Ti3C2Tx foram preparadas e o material resultante foi caracterizado por técnicas espectroscópicas, morfológicas e estruturais, como UV-vis, XRD, SEM, TEM e XPS. Um novo sensor eletroquímico foi desenvolvido depositando o material em uma superfície de um eletrodo de carbono vítreo (GCE), que exibiu notável desempenho eletroquímico para TMX. As características eletroquímicas e interfaciais do xGnP-Ti3C2Tx/GCE foram avaliadas por voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. O eletrodo modificado apresentou uma melhora expressiva nas respostas de corrente para a redução de TMX em comparação com o GCE sem modificação. Sob condições otimizadas, uma curva de calibração foi estabelecida para TMX por voltametria de pulso diferencial em solução tampão fosfato (0,1 mol L--1; pH 7,0) na faixa de 0,048 a 30,0 µmol L-1 e o limite de detecção foi calculado em 20,3 nmol L-1 e limite de quantificação igual à 67,6 nmol L-1. Dados de recuperação de 90 a 105% foram obtidos em amostras de mel e derivados utilizando o sensor eletroquímico proposto. O excelente desempenho do dispositivo eletroquímico indicou que o xGnP-Ti3C2Tx é um nanomaterial promissor para a determinação voltamétrica de TMX com excelentes resultados de precisão e exatidão.

Abstract: Thiamethoxam (TMX) is an insecticide of the neonicotinoid class commonly utilized in agricultural practices for pest control. This compound that has recently been detected in honey samples. Therefore, there is a potential risk of contamination in the nectar and pollen of plants, which are essential resources collected by bees during the production of honey. The presence of TMX residues in samples of honey and derivatives highlights the need for proper monitoring and control to ensure the quality and safety of this food product. Newly, two-dimensional titanium carbide (Ti3C2Tx) also known as MXene, has emerged as a promising material in the development of electrochemical sensors due to its hydrophilic surface and high electrical conductivity, which favor its electroanalytical applications. In order to produce a highly sensitive sensor to determine TMX in food matrices, a novel nanomaterial was synthesized. Exfoliated graphite nanoplatelets (xGnP) and Ti3C2Tx were prepared and the resulting material was characterized with spectroscopic, morphological and structural techniques, such UV-vis, XRD, SEM, TEM and XPS.A novel electrochemical sensor was developed by depositing the material onto a surface of a glassy carbon electrode (GCE), which exhibited remarkable electrochemical performance to TMX. The electrochemical and interfacial characteristics of the xGnP-Ti3C2Tx/GCE were evaluated by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The modified electrode displayed a remarkable improvement in current responses for the reduction of TMX compared to the bare GCE. Under optimized conditions, a calibration plot was established for TMX by differential pulse voltammetry in phosphate buffer (0.1 mol L-1; pH 7.0) in the range of 0.048 to 30.0 µmol L-1 and the limit of detection was calculated to be 20.3 nmol L-1 and limit of quantification equal to 67.6 nmol L-1. Recovery data from 90 to 105% were obtained in honey samples and derivatives using the proposed electrochemical sensor. The excellent performance of the electrochemical device indicated that the xGnP-Ti3C2Tx is a promising nanomaterial for the voltammetric determination of TMX with excellent precision and accuracy results.