PT106766B

PT106766B - Sensores óticos para deteção de boro baseados na utilização de 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno ou seus derivados

Info

Publication number: PT106766B
Application number: PT106766A
Authority: PT
Inventors: Paulo Sequeira Farinha José; Miguel Calisto Baleizão Carlos; Paulo Do Carmo Alves Sérgio
Original assignee: Inst Superior Técnico
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2017-01-02
Also published as: WO2014123436A8; PT106766A; WO2014123436A1

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE GENERICAMENTE À UTILIZAÇÃO DE SENSORES ÓTICOS PARA DETEÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE BORO EM ÁGUAS NATURAIS, ÁGUAS DE UTILIZAÇÃO DOMÉSTICA, AGRÍCOLA E INDUSTRIAL, BEM COMO EFLUENTES DOMÉSTICOS, AGRÍCOLAS E INDUSTRIAIS. MAIS ESPECIFICAMENTE, REFERE-SE À UTILIZAÇÃO DE 2,3,6,7,10,11 HEXAHIDROXITRIFENILENO (I) OU SEUS DERIVADOS COMO SENSORES ÓTICOS PARA DETEÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE ÁCIDO BÓRICO, TETRAHIDROXIBORATO, ÁCIDOS BORÓNICOS E BORONATOS EM MEIO AQUOSO.

Description

DESCRIÇÃO

Sensores óticos para deteção de boro baseados na utilização de 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno ou seus derivados

Campo da invenção

Campo técnico em que a invenção se insere

A presente invenção refere-se genericamente à utilização de sensores óticos para deteção e quantificação de boro na forma de ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos. Mais especificamente, refere-se à utilização de 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) ou seus derivados como sensores óticos para deteção de ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso, através da variação da intensidade de emissão de fluorescência, com ou sem utilização de um padrão interno fluorescente, ou do tempo de vida de fluorescência ou da intensidade de absorção de luz.

Estado da técnica

O boro é um elemento considerado benéfico para a saúde humana e para a agricultura em quantidades vestigiais.[1,2] No entanto, em excesso torna-se tóxico quer para os seres humanos, quer para as plantas. [ 1,2,3,4]

São usados compostos químicos contendo boro em diversas aplicações industriais, incluindo no fabrico de sabões e detergentes, vidro e cerâmica, inseticidas, fertilizantes, indústria de semicondutores e eletrónica, retardantes de chamas, compostos de alta dureza, ou indústria l

farmacêutica. [2,3,4] Assim, um alto teor em boro na água pode ser resultado de descargas de águas residuais. [2,3,4] boro pode também existir naturalmente em altas concentrações em algumas águas como resultado da lixiviação de rochas e solos contendo boratos e borossilicatos. [2,3,4] Na água potável, o boro está em geral presente em concentrações inferiores a 0,5 mg/L (0,5 ppm). A Organização Mundial de Saúde recomenda que a concentração de boro na água para consumo humano seja inferior a 2,4 mg/L (2,4 ppm) . [3,4] A legislação nacional e europeia estabelecem como limite máximo admissível 1,0 mg/L (1,0 ppm) de boro. [5,6] Ao nível das plantações agrícolas, o teor de boro tolerado depende da espécie, tendo sido observados efeitos adversos em plantações mais sensíveis, como o limão, mesmo abaixo dos 0,5 mg/L (0,5 ppm) de boro na água de irrigação.[7]

Os métodos padrão mais sensíveis para a análise do conteúdo de boro em água são a espetroscopia de emissão atómica por plasma acoplado indutivamente (ICP-AES), com limite de deteção de boro de 6 a 10 pg/l (0, 006 a 0,010 ppm), e a espetrometria de massa com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS), com limite de deteção de boro de 0,15 pg/l (0,15 ppb).[3,4,8] No entanto, estes métodos têm várias desvantagens: têm um custo elevado, não são portáteis, e a operação dos equipamentos é complexa.

Em alternativa, têm sido utilizados métodos espetrofotométricos e, mais recentemente espetrofluorimétricos, fazendo uso de reagentes que atuam como sensores. Ambos os métodos necessitam de equipamento de baixo custo e fácil operação, disponível para utilização portátil.

uso de espetrofluorimetria permite uma maior sensibilidade relativamente à espetrofotometria, mas apesar disso existem relativamente poucos exemplos de sensores de boro fluorescentes.[9,10]

Um exemplo deste tipo de sensores é o azomethine-H, que pode ser usado tanto para deteção espetrofotométrica como de deteção de também conhecidos outros reagentes de estrutura [14,15,16, 17] deteção, usando ao azomethine-H deste reagente, espetrofluorimétrica, com limite aproximadamente 10 gg/L (0,010 ppm),[4] sendo possivelmente o método espetrométrico mais comum. [1,4,11,12,13] São métodos de semelhante ou os percursores salicilaldeido e l-amino-8-naftol-3,6-disulfonato.[12,18] Outros reagentes de deteção espetrofotométrica são a curcumina, [1,8,11,19] o ácido carminico, [1,8,11] a quinalizarina, [1,8] o 2,4-dinitro-l,8-naftalenodiol, [11] o ácido 2,6-dihidroxibenzóico com verde de malaquite, [11] o 2,3-dihidroxinaftaleno com violeta de cristal, [11] o ácido mandélico com verde de malaquite, [11] alguns derivados de pirocatecol com violeta de etilo, [11] o salicilato com ferroina, [11] a 1,1-diantrimidina, [11] o estilbeno azo benzeno sulfonato, [20] e o arsenazo com violeta de cristal. [8] Para deteção de boro na forma de BF₄· pode usar-se azul de metileno, [8,11] azul do Nilo A, [11] azul capri, [11] verde de malaquite, [11] e chrompyrazole II. [11]

Outros reagentes que podem ser usados para deteção espetrofluorimétrica de boro são o vermelho de alizarina S,[8,9] o ácido cromotrópico, [8,21,22] o 2,3dihidroxinaftaleno, [23,24] e 1,2-naftoquinona-4sulfonato.[25] Foram ainda descritos alguns sensores fluorescentes para deteção de ácidos borónicos com grupos dietanolamina, [26] entretanto contestados. [27]

Outros métodos instrumentais menos utilizados para deteção de boro incluem os métodos potenciométricos, [8] a espetrometria de absorção ou de emissão atómica de chama, [8] a espetrometria de massa de alta resolução, [8] a cromatografia HPLC (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência) com colunas de permuta iónica,[8] a análise por ativação de neutrões (incluindo a radiografia de captura de neutrões e a análise por ativação neutrónica imediata),[8] e a espetroscopia de plasma induzido por laser com duplo pulso.[28]

2,3, 6, 7, 10,11-hexahidroxitrifenileno (I), aqui proposto como sensor de boro, é um composto comercial que tem até agora sido usado como percursor de síntese de compostos discóticos para uso em misturas de cristais líquidos,[29] e na construção de estruturas supramoleculares e de redes orgânicas covalentes bidimensionais e tridimensionais.[30,31,32,33]

Na presente invenção, propõe-se o uso do 2,3,6,7,10,11hexahidroxitrifenileno (I) e seus derivados como sensores de boro por deteção espetrofotométrica. No espetrofluorimétrica ou caso do uso de

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno com deteção espetrofluorimétrica nas condições experimentais descritas na Descrição Detalhada, os limites de deteção, na ordem dos 0,01 ppm de boro no caso do ácido bórico ou tetrahidroxiborato, estão na ordem de grandeza dos métodos espetrofluorimétricos mais sensíveis e do ICP-AES, havendo ainda a possibilidade de incorporação em nanopartícuias ou polímeros, possibilitando um procedimento de medida melhorado.

Resumo da invenção

De acordo com o exposto anteriormente, a presente invenção tem como objetivo providenciar um novo método de deteção de boro na forma de ácido bórico e tetrahidroxiborato, bem como de ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso, usando o composto 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) ou seus derivados.

O composto 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) e seus derivados, doravante designados como sensor, apresentam propriedades que permitem a sua utilização como sensor ótico de boro na forma de ácido bórico e tetrahidroxiborato em meio aquoso, bem como de ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso, através da variação da intensidade de emissão de fluorescência, com ou sem utilização de um padrão interno fluorescente, do tempo de vida de fluorescência ou da intensidade de absorção de luz.

Para a utilização do sensor na deteção de ácido bórico e tetrahidroxiborato em meio aquoso, a gama de concentrações destes compostos deve estar compreendida entre 0,01 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofluorimetria e entre 5 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofotometria, estando o pH compreendido entre 7 e 10, e a temperatura de trabalho mantida constante entre 5°C e 40°C no decorrer das calibração e medidas experimentais.

Na utilização do sensor para a deteção de ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso por espetrofluorimetria, a gama de concentrações destes compostos deve estar compreendida entre 0, 006 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofluorimetria e entre 0,3 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofotometria, estando o pH compreendido entre 7 e 10, e a temperatura de trabalho mantida constante entre 5°C e 40°C no decorrer das calibração e medidas experimentais.

A presente invenção refere-se à utilização de 2,3, 6, 7, 10, 11-hexahidroxitrifenileno (I) ou seus derivados, como sensores óticos para deteção e quantificação de boro em águas naturais, águas de utilização doméstica, agrícola e industrial, bem como efluentes domésticos, agrícolas e industriais.

Outros objetivos e vantagens da presente invenção tornarse-ão aparentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção.

Descrição detalhada da invenção

A presente invenção refere-se a um método de deteção de boro em meio aquoso, na forma tetrahidroxiborato, bem como de boronatos, usando

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno

Figura 1 ou seus derivados, ilustrados na Figura 2, doravante designados como sensor.

de ácido bórico e ácidos borónicos e o composto (I), ilustrado na

O sensor apresenta propriedades que permitem a sua utilização como sensor ótico para deteção de boro nas formas de ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso, através da variação da intensidade de emissão de fluorescência, com ou sem utilização de um padrão interno fluorescente, do tempo de vida de fluorescência ou da intensidade de absorção de luz. Assim, o sensor permite a deteção através das técnicas de espetrofluorimetria ou espetrofotometria de absorção no ultravioleta-visível.

sensor pode complexar ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos, formando complexos fluorescentes e/ou que absorvem no ultravioleta-visível, com propriedades distintas em termos de intensidade, forma dos espetros e/ou tempos de vida das do sensor não complexado.

sensor pode ser utilizado na presença de um agente quelante de forma a evitar a complexação de outras espécies para além de ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos, nomeadamente iões de outros metais.

agente quelante deve ter interação nula com ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos, o que significa que o agente quelante, se utilizado, deve ter interação não mensurável, ou deve atuar sem afetar a interação do sensor com ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos.

agente quelante não deve afetar a resposta do sensor, não deve absorver luz e nem apresentar fluorescência na gama de comprimentos de onda de utilização do sensor. Deve apresentar transmitância superior a 50% na gama de comprimentos de onda entre 200 nm e 390 nm e intensidade de fluorescência inferior a 5% da do sensor na ausência de boro, numa zona onde haja sobreposição de comprimentos de onda de emissão de ambos.

agente quelante deve ser solúvel em água, ou imobilizável em partículas ou polímeros estáveis em dispersão aquosa.

Um exemplo de composto quelante com estas características é o ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA).

A utilização do sensor para deteção de ácido bórico e tetrahidroxiborato em meio aquoso, pode realizar-se numa gama de concentrações entre 0,01 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofluorimetria, e entre 5 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofotometria quando o sensor se encontra presente na concentração de 1 μΜ, o pH é 9,1 e a temperatura 23°C. O pH deve estar compreendido entre 7 e 10 e a temperatura mantida constante entre 5°C e 40°C, podendo usar-se um agente quelante para limitar a interferência de outros iões metálicos presentes em solução.

A utilização do sensor para deteção de ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso, pode realizar-se numa gama de concentrações entre 0, 006 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofluorimetria, e entre 0,3 e 1000 ppm de boro no caso de deteção por espetrofotometria quando o sensor se encontra presente na concentração de 1 μΜ, o pH é 9,1 e a temperatura 23°C. O pH deve estar compreendido entre 7 e 10 e a temperatura mantida constante entre 5°C e 40°C, podendo usar-se um agente quelante para limitar a interferência de outros iões metálicos presentes em solução.

Os ácidos borónicos e boronatos passíveis de deteção pelo sensor incluem o ácido fenilborónico, outros ácidos borónicos poliaromáticos, ácidos borónicos alifáticos com diferentes tamanhos de cadeia, e seus derivados funcionalizados no anel aromático ou na cadeia alifática com grupos carboxilatos, hidroxilos, halogéneos, tiol, carbonilo, alquilo, arilo, sulfónicos, aminas primárias, secundárias ou terciárias, nitro, éteres ou ésteres, bem como as respetivas bases conjugadas.

Os derivados do composto 2,3,6,7,10,11hexahidroxitrifenileno passíveis de serem usados como sensores óticos incluem os compostos substituídos no anel aromático ou nos grupos hidroxilo através de um espaçador com um ou mais átomos de carbono, por grupos terminais amina, alcoxisilano, acrilato, metacrilato, vinil, estireno, epóxido, tiol, azida, succinimida, isocianato, tiocianato, alcino, hidroxilo, carbonilo, éster, éter ou carboxilato, que possuam pelo menos dois grupos hidroxilo vicinais, como ilustrado na Figura 2.

O sensor e seus derivados são solúveis em água, ou em alternativa podem ser imobilizados em polímeros estáveis em água, e com maior preferência polímeros solúveis em água, ou podem ser imobilizados em nanopartícuias poliméricas, metálicas ou inorgânicas, de dimensões compreendidas entre 3 a 1000 nm, obtendo-se sensores suportados estáveis em dispersão aquosa.

O sensor apresenta propriedades como sensor de boro nas formas de ácido bórico ou tetrahidroxiborato em solução aquosa, bem como nas formas de ácidos borónicos ou boronatos em solução aquosa, através da medição da variação da intensidade da fluorescência, com ou sem calibração interna, ou de tempo de vida de fluorescência. Quando o sensor é interrogado por medição da variação da intensidade da fluorescência, há a possibilidade de utilizar um segundo composto fluorescente como padrão interno de fluorescência.

padrão interno de fluorescência, se utilizado, não deve interagir com ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos ou boronatos, o que significa que o padrão interno de fluorescência, se utilizado, deve ter interação não mensurável, ou deve atuar sem afetar a interação com ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos.

padrão interno de fluorescência pode ser interrogado a comprimentos de onda de excitação entre 200 nm e 390 nm, e emitir fluorescência preferencialmente numa zona onde não haja sobreposição de comprimentos de onda com o sensor, ou onde a sobreposição de comprimentos de onda com o sensor na ausência de boro seja inferior a 5%, com maior preferência acima dos 600 nm. O padrão interno de fluorescência deve ser solúvel em água, ou imobilizável em partículas ou polímeros estáveis em dispersão aquosa, deve possuir um rendimento quântico de fluorescência elevado, preferencialmente superior a 0,1, bem como um coeficiente de extinção molar elevado, preferencialmente superior a 1000 M^_1cm^_1.

Um exemplo de composto que possui estas caracteristicas e que pode ser usado como padrão interno de fluorescência é a sulforodamina 101.

Caso seja utilizado um padrão interno de fluorescência, a calibração interna deve ser efetuada por comparação das intensidades de fluorescência do padrão interno fluorescente com a intensidade de fluorescência do sensor ou dos seus derivados. O comprimento de onda (c.d.o.) de excitação utilizado para interrogar o sensor pode variar

entre 200 nm	e	390 nm,	podendo o	padrão interno	de
fluorescência,	se	utilizado	, ser excitado na mesma zona	de
comprimentos	de	onda. 0	comprimento	de onda a que	se

observa a emissão do sensor livre ou dos seus complexos com ácido bórico ou tetrahidroxiborato pode variar entre 350 nm e 600 nm, com maior preferência na região entre 360 nm e 430 nm. O comprimento de onda a que se observa a emissão dos complexos do sensor com ácidos borónicos ou boronatos pode também variar entre 350 nm e os 600 nm, com maior preferência na região entre 360 nm e 430 nm.

A fonte de radiação apropriada à excitação do sensor e do padrão interno de fluorescência, quando usado, para medição da variação da intensidade da fluorescência do sensor, deve de preferência permitir excitação em comprimentos de onda entre os 200 nm e os 390 nm. Os comprimentos de onda de excitação e emissão podem ser selecionados através de um prisma, rede de difração, filtro ou outro dispositivo de função semelhante. O ângulo entre o feixe de excitação e a deteção da emissão pode variar entre 0° e 180°.

Quando o sensor é interrogado por medição do seu tempo de vida de fluorescência, o comprimento de onda de excitação utilizado pode variar entre 200 nm e 390 nm. O comprimento de onda a que se observa a emissão do sensor livre ou dos seus complexos com ácido bórico ou tetrahidroxiborato pode variar entre 350 nm e 600 nm, com maior preferência na região entre 360 nm e 430 nm. O comprimento de onda a que se observa a emissão dos complexos do sensor com ácidos borónicos ou boronatos pode também variar entre 350 nm e os 600 nm, com maior preferência na região entre 360 nm e 430 nm.

A fonte de radiação pulsada ou de frequência modulada apropriada à excitação do sensor para medição do tempo de vida de fluorescência do sensor, deve de preferência permitir excitação em comprimentos de onda entre os 200 nm e os 390 nm. Os comprimentos de onda de excitação e emissão podem ser selecionados através de um prisma, rede de difração, filtro ou outro dispositivo de função semelhante. O ângulo entre o feixe de excitação e a deteção da emissão pode variar entre 0° e 180°. Quando o sensor é interrogado por medição da variação da quantidade de luz absorvida ou transmitida, o comprimento de onda utilizado pode variar entre 250 nm e 600 nm, preferencialmente na região entre 270 nm e 290 nm para seguir os complexos do sensor com ácido bórico ou tetrahidroxiborato, e entre 290 nm e 350 nm para detetar complexos do sensor com ácidos borónicos ou boronatos.

A fonte de radiação apropriada à medição da quantidade de luz absorvida ou transmitida pelo sensor, deve de preferência permitir a iluminação com comprimentos de onda entre 250 nm e 600 nm, preferencialmente na região entre 270 nm e 290 nm para seguir os complexos do sensor com ácido bórico ou tetrahidroxiborato, e entre 290 nm e 350 nm para detetar complexos do sensor com ácidos borónicos ou boronatos.

A presente invenção refere-se à utilização de

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) ou seus derivados, como sensores óticos para deteção e quantificação de boro em águas naturais, águas de utilização doméstica, agrícola e industrial, bem como efluentes domésticos, agrícolas e industriais.

Descrição das figuras

A Figura 1 representa a estrutura do composto

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I).

A Figura 2 2,3, 6,7,10 representa a estrutura dos derivados do composto 11-hexahidroxitrifenileno (I) passíveis de serem usados como sensores de boro. -Ri, -R2, -R3 e -R4 representam grupos -O-R ou -(CH₂)n^_R/ com n>l. -R₅, -R₆, R7, -Rg, -R9 e -Rio representam -H ou -(CH2)_n ^_R/ com n>l. R representa um átomo de hidrogénio ou um dos seguintes grupos: amina, alcoxisilano, acrilato, metacrilato, vinil, estireno, epóxido, tiol, azida, succinimida, isocianato, tiocianato, alcino, hidroxilo, carbonilo, éster, éter ou carboxilato.

A Figura 3 representa as curvas de titulação de emissão de fluorescência em função do pH do composto 2,3,6,7,10,11hexahidroxitrifenileno (I) com o intervalo de análise recomendado marcado como um retângulo cinzento. O eixo das ordenadas refere-se à intensidade de fluorescência a um c.d.o de 388 nm, expressa em unidades arbitrárias, e o eixo das abcissas refere-se a valores de pH. Os espetros foram medidos a comprimento de onda de excitação entre 307 e 313 nm, a 23°C, na presença de EDTA (10 mM) . A: Titulação na ausência de boro; B: Titulação na presença de ácido bórico / tetrahidroxiborato (1 mM) ; C: Titulação na presença de ácido fenilborónico / fenilboronato (1 mM).

A Figura 4 representa os espetros de emissão do composto

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) a várias concentrações de mistura ácido bórico / tetrahidroxiborato.

eixo das ordenadas refere-se à intensidade de fluorescência, expressa em unidades arbitrárias, e o eixo das abcissas refere-se a valores de c.d.o., expressos em nanómetros. Os espetros foram medidos a c.d.o. de excitação entre 307 nm e 313 nm, a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM) . Pode observar-se um aumento da intensidade de emissão do sensor com o aumento da concentração de boro, devido à complexação do sensor com o ácido bórico / tetrahidroxiborato. A: 54 ppm de boro; B: 11 ppm de boro; C: 1,1 ppm de boro; D: ausência de boro.

A Figura 5 representa os espetros de emissão do composto

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) a várias concentrações de mistura ácido fenilborónico / fenilboronato. O eixo das ordenadas refere-se à intensidade de fluorescência, expressa em unidades arbitrárias, e o eixo das abcissas refere-se a valores de c.d.o., expressos em nanómetros. Os espetros foram medidos a um c.d.o. de excitação entre 307 nm e 313 nm, a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM) . Pode observar-se um aumento da intensidade de emissão com o aumento da concentração de boro devido à complexação do sensor com ácido fenilborónico / fenilboronato. A: 54 ppm de boro; B: 11 ppm de boro; C: 1,1 ppm de boro; D: 0,11 ppm de boro; E: ausência de boro.

A Figura 6 representa as curvas de titulação espetrofluorimétrica do composto 2,3, 6, 7, 10, 11-hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) em função da concentração de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato, encontrando-se inserida uma expansão da curva de titulação espetrofluorimétrica na zona das concentrações mais baixas. Quer na figura principal e na figura inserida, o eixo das ordenadas refere-se à intensidade de fluorescência, expressa em unidades arbitrárias, e o eixo das abcissas refere-se a valores da concentração de boro, expressos em ppm de boro. Os espetros foram medidos a c.d.o. de excitação entre 307 nm e 313 nm, a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM). Pode observar-se um aumento da intensidade de emissão com o aumento da concentração de boro devido à complexação do sensor com o ácido bórico / tetrahidroxiborato.

A Figura 7 representa as curvas de titulação espetrofluorimétrica do composto

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) em função da concentração global de mistura de ácido fenilborónico / fenilboronato, encontrando-se inserida uma expansão da curva de titulação espetrofluorimétrica na zona das concentrações mais baixas. Quer na figura principal e na figura inserida, o eixo das ordenadas refere-se à intensidade de fluorescência, expressa em unidades arbitrárias, e o eixo das abcissas refere-se a valores da concentração de boro, expressos em ppm de boro. Os espetros foram medidos a um c.d.o de excitação entre 307 nm e 313 nm, a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM). Pode observar-se um aumento da intensidade de emissão do sensor com o aumento da concentração de boro, devido à complexação do sensor com o ácido fenilborónico / fenilboronato.

A Figura 8 representa os espetros de absorção no ultravioleta-visível do composto 2,3,6,7,10,11hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) a várias concentrações de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato. O eixo das ordenadas refere-se à absorvância e o eixo das abcissas refere-se a valores de comprimentos de onda, expressos em nm. Os espetros foram medidos a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM). Pode observar-se um aumento da intensidade de absorção com o aumento da concentração de boro, especialmente visível a 270-290 nm, devido à complexação com ácido bórico / tetrahidroxiborato. A: 54 ppm de boro; B: 11 ppm de boro; C: 1,1 ppm de boro; D: 0,11 ppm de boro; E: ausência de boro.

de absorção no 2,3, 6,7,10,11A Figura 9 representa os espetros ultravioleta-visível do composto hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) a várias concentrações de mistura de ácido fenilborónico / fenilboronato. O eixo das ordenadas refere-se à absorvância e o eixo das abcissas refere-se a valores de comprimentos de onda, expressos em nm. Os espetros foram medidos a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM). Pode observar-se um aumento da intensidade de absorção com o aumento da concentração de boro, especialmente visível a 290-350 nm, devido à complexação com ácido fenilborónico / fenilboronato. Abaixo dos 290 nm observa-se absorção do ácido fenilborónico ou fenilboronato.

A: 54 ppm de boro; B: 11 ppm de boro; C: 1,1 ppm de boro; D: 0,11 ppm de boro; E: ausência de boro; F: Mistura de ácido fenilborónico / fenilboronato à concentração total de boro de 54 ppm, na ausência de composto 2,3, 6, 7, 10, 11hexahidroxitrifenileno (I).

A Figura 10 representa a curva de titulação espetrofotométrica do composto

2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) em função da concentração global de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato. O eixo das ordenadas refere-se à absorvância ao c.d.o. de 285 nm e o eixo das abcissas refere-se a valores de concentração de boro, expressos em ppm de boro. Os espetros foram medidos a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM) . Pode observar-se um aumento da intensidade de absorção com o aumento da concentração de boro devido à complexação com ácido bórico / tetrahidroxiborato.

A Figura 11 representa a curva de titulação espetrofotométrica do composto 2,3, 6, 7, 10, 11-hexahidroxitrifenileno (I) (1 μΜ) em função da concentração global de mistura de ácido fenilborónico / fenilboronato. O eixo das ordenadas refere-se à absorvância a um c.d.o. de 300 nm e o eixo das abcissas refere-se a valores de concentração de boro, expressos em ppm de boro. Os espetros foram medidos a 23°C e pH 9,1, na presença de EDTA (10 mM). Pode observar-se um aumento da intensidade de absorção com o aumento da concentração de boro devido à complexação com ácido fenilborónico / fenilboronato.

Exemplos

As curvas de titulação de emissão de fluorescência em função do pH do composto 2,3,6,7,10,11hexahidroxitrifenileno (I) na ausência de boro e na presença de ácido bórico / tetrahidroxiborato (1 mM) ou na presença de ácido fenilborónico / fenilboronato (1 mM) estão representadas na Figura 3. Observam-se diferenças entre pH 7 e 10. O intervalo de pH recomendado para a deteção de boro, onde a emissão do sensor não complexado é residual e a emissão dos complexos de boro significativa, situa-se entre 8,5 e 9,5, tendo sido marcado na figura 3 com um retângulo cinzento. Os espetros foram medidos a comprimento de onda de excitação entre 307 nm e 313 nm, 23°C, na presença de EDTA (10 mM).

Os ensaios de deteção de boro em solução aquosa nas formas de ácido bórico ou tetrahidroxiborato, bem como de ácido fenilborónico ou fenilborato foram efetuados à temperatura ambiente, 23°C. 0 sensor foi usado a uma concentração de 1 μΜ. 0 pH foi mantido a 9,1 usando como tampão amoníaco (20 mM) . As medidas foram efetuadas na presença de EDTA (10 mM) como agente quelante.

Deteção por espetrofluorimetria através da variação da intensidade de fluorescência.

Os ensaios de deteção de boro através de espetrofluorimetria foram realizados utilizando como fonte de excitação uma lâmpada de xénon de 450 W. O intervalo de comprimentos de onda de excitação foi de 307 nm a 313 nm, selecionado através de um monocromador. O ângulo entre a luz incidente e a emissão recolhida foi de aproximadamente 90°, com a luz emitida a ser também selecionada por um monocromador. A intensidade de fluorescência foi detetada entre os 330 nm e os 600 nm.

Os espetros de emissão do sensor a várias concentrações de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato e de ácido fenilborónico / fenilboronato estão representados nas Figuras 4 e 5 respetivamente. Em ambos os casos, pode verse um aumento da intensidade de emissão com o aumento da concentração de boro devido à complexação do sensor com este. As curvas de titulação espetrofluorimétrica do sensor em função de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato e de ácido fenilborónico / fenilboronato estão representados nas Figuras 6 e 7 respetivamente. O limite de deteção foi calculado, nas condições experimentais anteriormente descritas, em 0,01 ppm de boro no caso do ácido bórico / tetrahidroxiborato, e de 0,006 ppm de boro no caso do ácido fenilborónico ou fenilboronato.

Deteção por espetro fotometria através da variação da intensidade de absorvância no ultravioleta-visível.

Os ensaios de deteção de boro através de espetrofotometria no ultravioleta-visível foram realizados utilizando como fonte de luz lâmpadas de deutério e de tungsténio. A absorvância foi detetada entre os 250 nm e os 500 nm.

Os espetros de absorção do sensor a várias concentrações de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato e de ácido fenilborónico / fenilboronato estão representados nas Figuras 8 e 9 respetivamente. Em ambos os casos, pode verse um aumento da absorção do sensor com o aumento da concentração de boro devido à complexação do sensor com este. As curvas de titulação espetrofotométrica do sensor em função de mistura de ácido bórico / tetrahidroxiborato e de ácido fenilborónico / fenilboronato estão representados nas Figuras 10 e 11 respetivamente. O limite de deteção foi calculado, nas condições experimentais anteriormente descritas, em 5 ppm de boro no caso do ácido bórico / tetrahidroxiborato, e de 0,3 ppm de boro no caso do ácido fenilborónico ou fenilboronato.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para deteção de boro na forma de ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos em meio aquoso, baseado na utilização de um sensor ótico, caracterizado por:

a) o sensor ser o composto 2,3,6,7,10,11hexahidroxitrifenileno (I) ou seus derivados;

b) o sensor ser utilizado entre valores de pH entre 7 e 10;

c) a deteção ser realizada por variação da intensidade de emissão de fluorescência, ou do tempo de vida de fluorescência, ou da intensidade de absorção ou transmissão de luz.
2. Método de deteção de boro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor complexar ácido bórico, tetrahidroxiborato, ácidos borónicos e boronatos, formando complexos com propriedades de emissão de fluorescência e/ou de absorção de luz no ultravioleta-visível distintas em intensidade e/ou forma dos espetros e/ou tempos de vida de fluorescência, das do sensor não complexado, em meio aquoso a pH entre 7 e 10, com ou sem agente quelante, com ou sem utilização de um segundo composto fluorescente como padrão interno.
3. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os ácidos borónicos e boronatos passíveis de deteção pelo sensor incluírem o ácido fenilborónico, outros ácidos borónicos poliaromáticos, ácidos borónicos alifáticos com diferentes tamanhos de cadeia, e seus derivados l

funcionalizados no anel aromático ou na cadeia alifática carbonilo, sulfónicos terciárias respetivas com grupos carboxilato, hidroxilo, halogéneos, tiol, alguilo, arilo, aminas primárias, secundárias ou nitro, éteres ou ésteres, bem como as bases conjugadas.
4. Método de deteção de boro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os derivados do composto 2,3,6,7,10, 11-hexahidroxitrifenileno passíveis de serem usados como sensores óticos incluírem os compostos substituídos no anel aromático ou nos grupos hidroxilo através de um espaçador com um ou mais átomos de carbono, por grupos terminais amina, alcoxisilano, acrilato, metacrilato, vinil, estireno, epóxido, tiol, azida, succinimida, carbonilo, isocianato, tiocianato, alcino, hidroxilo, éster, éter ou carboxilato, gue possuam pelo menos dois grupos hidroxilo vicinais.

Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado por o sensor ser solúvel em água, ou em alternativa ser imobilizado em polímeros estáveis em água, e com maior preferência polímeros solúveis em água, ou ser imobilizado em nanopartícuias poliméricas, metálicas ou inorgânicas, de dimensões compreendidas entre 3 nm e 1000 nm.

Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 2, 4 e 5, caracterizado por o composto a ser utilizado como agente guelante:

a) apresentar transmitância superior a 50% na gama de comprimentos de onda entre 200 nm e 390 nm, preferencialmente superior a 80% nesta gama de comprimentos de onda;

b) apresentar intensidade de fluorescência inferior a 5% da do sensor numa zona onde haja sobreposição de comprimentos de onda de emissão de ambos;

c) ser solúvel em água ou imobilizável em partículas ou polímeros estáveis em dispersão aquosa, como por exemplo o ácido etilenodiamino tetra-acético.
7. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4 e 5, caracterizado por o composto utilizado como padrão interno de fluorescência:

a) ser interrogado a comprimentos de onda de excitação entre 200 nm e 390 nm;

b) emitir fluorescência preferencialmente numa zona onde a sobreposição de comprimentos de onda com o sensor seja inferior a 5%, com maior preferência acima dos 600 nm;

c) ser solúvel em água, ou imobilizável em partículas ou polímeros estáveis em dispersão aquosa;

d) possuir preferencialmente um rendimento quântico de fluorescência superior a 0,1 e coeficiente de extinção molar superior a 1000 M“¹cm^_1, como a sulforodamina 101.
8. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4, 5 e 7, caracterizado por a calibração interna ser efetuada por comparação das intensidades de fluorescência do padrão interno com a do sensor.
9. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4, 5, 7e8, caracterizado por na medição da variação da intensidade da fluorescência o comprimento de onda de excitação utilizado para interrogar o sensor variar entre 200 nm e 390 nm, sendo o padrão interno, se utilizado, excitado na mesma zona de comprimentos de onda.
10. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4 e 5, caracterizado por na medição da variação de tempo de vida de fluorescência o comprimento de onda de excitação utilizado para interrogar o sensor variar entre 200 nm e 390 nm.
11. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4 e 5, caracterizado por o comprimento de onda a gue se observa a variação da intensidade ou do tempo de vida de fluorescência do sensor com a concentração de boro variar entre 350 nm e 600 nm.
12. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4 e 5, caracterizado por o comprimento de onda de absorção utilizado para interrogar o sensor estar na gama de 250 nm a 500 nm.
13. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4, 5, 7 e 9, caracterizado por utilizar uma fonte de radiação apropriada à excitação do sensor e do padrão interno de fluorescência.
14. Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 4, 5 e 10, caracterizado por utilizar uma fonte de radiação pulsada ou modulada apropriada à excitação do sensor.
15.Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2, 9, 10 e 11, caracterizado por na medição da variação da intensidade ou tempo de vida de fluorescência, os comprimentos de onda de excitação e emissão serem selecionados através de um prisma, rede

de difração, filtro semelhante. ou outro dispositivo de função 16.Método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 12, caracterizado por na medição

da variação da intensidade de absorção os comprimentos de onda serem selecionados através de um prisma, rede de difração ou outro dispositivo de função semelhante.
17.Utilização do método de deteção de boro, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizada pela sua aplicação na quantificação de boro em águas naturais, águas de utilização doméstica, agricola e industrial, bem como efluentes domésticos, agrícolas e industriais.