Sviluppo di un indicatore metallocromico verde per il rilevamento selettivo e visivo degli ioni rame(II).

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12501 (2023) Citare questo articolo

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Gli ioni dei metalli pesanti, cioè il rame(II) (Cu(II)), sono dannosi per l'ambiente e la nostra salute. L'attuale ricerca ha creato un indicatore sensibile ai metalli ecologico ed efficiente, in grado di identificare gli ioni Cu(II) sia in forma liquida che solida, utilizzando l'estratto di antociani ottenuto dal frutto di jambolao (Syzgium cumini) incorporato all'interno di nanofibre di cellulosa batterica ( BCNF). I parametri di colore del CIE Lab hanno dimostrato che il legame del Cu(II) provoca un sensibile cambiamento di colore. È stato osservato che il colore visibile si alterava con un aumento della concentrazione di Cu(II). Le nanofibre di cellulosa batterica che sono state alterate con antociani sono state analizzate utilizzando ATR-FTIR e FESEM. La selettività del sensore è stata testata utilizzando una gamma di ioni metallici come piombo (Pb2+), cobalto (Co2+), cadmio (Cd2+), nichel (Ni2+), alluminio (Al3+), bario (Ba2+), manganese (Mn2+), zinco (Zn2+), mercurio (Hg2+) e sodio (Na+). I risultati hanno dimostrato che il sensore suggerito mostrava un'eccellente selettività verso lo ione Cu(II). Il Cu(II) può essere identificato con precisione utilizzando la tecnica di rilevamento, con limiti di rilevamento che vanno da 10–400 ppm e 50–500 ppm per campioni liquidi e solidi, rispettivamente, e attraverso l'osservazione a occhio nudo. Il sensore metallocromico verde fabbricato promette di essere uno strumento semplice, economico, mobile e facilmente utilizzabile per il rilevamento in tempo reale e in loco dello ione Cu(II).

Gli ioni rame(II) sono minerali importanti che costituiscono un regime alimentare equilibrato e si trovano negli integratori alimentari e possono portare a malattie gravi come la dislessia e l'ipoglicemia1. Numerose industrie rilasciano ioni Cu(II) nei loro processi produttivi. Può entrare nella catena alimentare e accumularsi all'interno del corpo umano2,3,4. Gli ioni rame sono contaminanti comuni prodotti dalla corrosione dei sistemi di tubazioni domestiche e dall'erosione dei sedimenti naturali e possono causare disturbi gastrointestinali, nonché danni al fegato e ai reni. Pertanto, sono uno degli ioni di metalli pesanti importanti5. Lo sviluppo di sensori chimici altamente sensibili e selettivi per il rilevamento degli ioni Cu(II) è urgentemente necessario a causa dei suoi potenziali effetti negativi sull'ambiente e sulla salute delle persone. L'esame degli ioni di metalli pesanti può essere eseguito utilizzando diversi metodi, tra cui la spettrometria di assorbimento atomico e la spettrometria di massa al plasma accoppiato6, la voltammetria di stripping anodico7,8, la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente9, le microsonde10 e la spettrometria di fluorescenza a raggi X11. Sebbene i metodi qui discussi si siano rivelati efficaci, il loro utilizzo è limitato a causa dei requisiti tecnologici avanzati, della natura dispendiosa in termini di tempo, delle tecniche di campionamento distruttive e delle costose procedure di preparazione. Tra i vari metodi di identificazione accessibili oggi, c'è stata un'attenzione significativa sui sensori colorimetrici grazie alla loro semplicità e attitudine all'osservazione sul posto. È stato scoperto che vari rilevatori, prevalentemente basati sul colore, incorporavano disposizioni di TMB-Ag(I), monoliti super microporosi ordinati bi e tridimensionali12, nanoparticelle d'argento13, nanomateriali d'oro e così via14. Nonostante la loro efficacia, le sostanze chimiche sono dannose, quindi è fondamentale esplorare sostanze sensoriali sicure per l’ambiente, come i pigmenti naturali.

Gli antociani sono pigmenti idrosolubili presenti in piante, frutta e verdura che conferiscono loro una tonalità rossastra, bluastra o violacea15. Fanno anche parte di un gruppo di sostanze chimiche note come flavonoidi, che possiedono caratteristiche antiossidanti e hanno attirato notevole attenzione nel campo della tecnologia alimentare grazie agli effetti vantaggiosi che offrono16. In condizioni acide, l'antocianina ha la tendenza ad apparire rossa, mentre in condizioni neutre presenta una tonalità blu o viola e in condizioni alcaline presenta toni verdi o gialli. Gli alimenti naturalmente presenti come cavolo rosso, ravanello, carote nere, uva, melanzane e altri alimenti colorati contengono antociani, ma il frutto tropicale jambolao (Syzygium cumini) ha una varietà di colori. L'ingrediente principale dell'estratto di Jambolao, l'antocianina, ha forti proprietà antiossidanti. Il piccolo frutto ovoidale jambolao, che appartiene alla famiglia delle Myrtaceae ed è originario dell'India, matura in un colore dal rosso porpora al nero a causa dell'alto contenuto di antociani17,18.