TOXIDEZ, DEGRADAÇÃO NO MEIO-AMBIENTE E MÉTODOS ELETROANALÍTICOS DE DETECÇÃO DO PESTICIDA CARBARIL

This work presents a review about the toxicity, degradation in the environment and the determination of carbaryl pesticide residues, one of the most important compound of carbamates class, in different matrices, through electroanalytical methods, including the detection using non-modified electrodes as boron-doped diamond and using biosensors. Due to the toxicity and large utilization of this pesticide in cultures such as pineapple, cotton, banana, potatoes, onion, bean and tomato, it is necessary to known the degradation ways of this compound and known about sensitive methodologies for the detection of residues in foods, natural waters and soils.Este artigo apresenta breve revisão de literatura sobre o inseticida carbaril, muito utilizado na agricultura brasileira. Foram abordados seus efeitos tóxicos em humanos e animais, bem como sua degradação no meio-ambiente. Explorou-se a determinação de seus resíduos por métodos eletroanalíticos, utilizando os eletrodos de platina, mercúrio, diamante dopado com boro e eletrodos modificados, tais como os biossensores. O conhecimento das formas de degradação possibilita a elaboração de processos físicos e químicos visando o tratamento de águas e solos poluídos. Além disso, devido ao uso intenso do carbaril em culturas de frutas e vegetais, também é necessário o desenvolvimento de metodologias sensíveis para a detecção de resíduos nesses alimentos

Studies of the ultrasound effects on the determination and degradation os pesticides and their subproducts using diamond electrodes

O desenvolvimento de metodologias eletroanalíticas altamente eficientes para a determinação de resíduos de pesticidas em amostras de alimentos usando a radiação de ultra-som (US) e o eletrodo de diamante dopado com boro (DDB) é reportado neste trabalho.Também são apresentadas tentativas para melhorar a degradação eletroquímica de pesticidas e de seus metabólitos no ambiente usando estas novas ferramentas (US e DDB) para minimizar o bloqueio da superfície eletródica que, usualmente, impede tais processos.A primeira parte do trabalho apresenta a determinação do metilparation (MP), do seu produto de degradação 4-nitrofenol (4-NF) e do carbaril em água pura e em amostras de alimentos, por voltametria de onda quadrada (SWV) na ausência e na presença do ultra-som usando o eletrodo de DDB. Os resultados obtidos em água pura foram comparados com os dados obtidos por cromatografia líquida de alta eficiência.As metodologias sonoeletroanalíticas para todos os analitos em água pura e nas matrizes de alimentos apresentaram maior sensibilidade e precisão e menores limites de detecção (LD) e de quantificação (LQ) em relação às medidas silenciosas. Para a redução do MP e do 4-NF e para a oxidação do carbaril em água pura, o LD diminuiu de 10,8 para 4,86 μg L-1, de 6,38 para 2,57 μg L-1 e de 2,96 para 2,08 μg L-1, respectivamente. Para a detecção do MP em extrato de batata e do 4-NF em suco de limão, o valor do LD diminuiu de 36,6 para 10,1 μg L-1 e de 13,8 para 8,32 μg L-1, respectivamente.Em todos os casos, foi observado que os valores de LD e LQ estão dentro da concentração máxima permitida para os compostos em amostras de alimentos (50 e 500 μg kg-1 para amostras de batata e de milho, respectivamente, de 1000 μg kg-1 para frutas cítricas e de 500 μg kg-1 para amostras de abacaxi). Satisfatórios valores de recuperação dos analitos nas amostras indicam a possibilidade da determinação direta do MP em extratos de batata e de milho (83 a 96 %) e do 4-NF em sucos de laranja e de limão (84 a 94 %) e também para a detecção do carbaril em suco de abacaxi após o procedimento de extração líquido-líquido (89 a 92 %). Inicialmente, não foram encontrados resíduos detectáveis dos compostos em todas essas amostras de alimentos.As vantagens observadas para os estudos na presença do ultra-som são devidas ao aumento do transporte de espécies até a superfície eletródica e também à limpeza da superfície, visto que a limpeza intermediária não é necessária, resultando em análises mais rápidas e reprodutíveis.Na segunda parte do trabalho, os efeitos benéficos do ultra-som, particularmente a limpeza da superfície eletródica, foram avaliados em associação às eletrólises potenciostáticas para a degradação do pentaclorofenol (PCF) a 0,9, 2,0 e 3,0 V vs. Ag/AgCl e do carbaril a 3,0 V vs. Ag/AgCl.Para o pentaclorofenol, as eletrólises a 0,9 V mostraram que o bloqueio da superfície eletródica foi mais rápido na sonoeletrólise em relação ao processo na ausência do ultra-som, devido à formação de um composto dimérico na superfície eletródica. Eletrólises a 2,0 V e a 3,0 V mostraram maiores níveis de decaimento das bandas do PCF para os estudos na presença do ultra-som em relação àqueles obtidos por medidas silenciosas, devido ao aumento do transporte de massa, minimização da inativação do eletrodo e geração simultânea de radicais hidroxila pelo ultra-som e pela superfície polarizada do DDB. Resultados similares àqueles obtidos para o pentaclorofenol no maior valor de potencial foram também observados para a degradação do carbaril a 3,0 V.The development of highly efficient electroanalytical methodologies for the determination of pesticide residues in food samples using ultrasound radiation (US) and a boron-doped diamond (BDD) electrode is reported in this work.Also reported are attempts to improve the electrochemical degradation of pesticides and their metabolites in the environment by using those new tools (US and BDD) to minimize the blockage of the electrode surface that usually hinders such processes.The first part of the work presents the determination of methylparathion (MP), their degradation product 4-nitrophenol (4-NP) and carbaryl in pure water and food samples by square wave voltammetry (SWV) in the absence and presence of ultrasound using the BDD electrode. The results obtained in pure water were compared with the high performance liquid chromatography data.The sonoelectroanalytical methodologies for all analytes in pure water and food matrices showed greater sensitivity and precision and lower limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) than the silent measurements. For the reduction of MP and 4-NP and oxidation of carbaryl in pure water, the LOD diminished from 10.8 to 4.86 μg L-1, from 6.38 to 2.57 μg L-1 and from 2.96 to 2.08 μg L-1, respectively. For the detection of MP in potato extract and of 4-NP in lemon juice, the LOD value diminished from 36.6 to 10.1 μg L-1 and from 13.8 to 8.32 μg L-1, respectively.In all cases, it was observed that the LOD and LOQ values are inside of the maximum allowed concentration for compounds in food samples (50 and 500 μg kg-1 for potato and corn samples, respectively, 1000 μg kg-1 for citrus fruit and 500 μg kg-1 for pineapple sample). Satisfactory recovery values for the analytes in the samples indicate the possibility of the direct determination of MP in potato and corn extracts (83 to 96 %) and 4-NP in orange and lemon juices (84 to 94 %) and also for the detection of carbaryl in a pineapple juice after a liquid-liquid extraction procedure (89 to 92 %). In all these food samples, no initial detectable residues of the compounds were found.The advantages observed for the insonated studies are due to the increase in the mass transport of species to the electrode surface and also to the cleaning of the surface, since the intermediary cleaning is not necessary thus resulting in a more rapid and reproducible analysis.In the second part of the work, the beneficial effects of the ultrasound, particularly the cleaning of electrode surface, were evaluated in association to potentiostatic electrolyses for the degradation of pentachlorophenol (PCP) at 0.9, 2.0 and 3.0 V vs. Ag/AgCl and for carbaryl at 3.0 V vs. Ag/AgCl.For pentachlorophenol the electrolyses at 0.9 V showed that the blockage of the electrode surface was faster in the sonoelectrolysis than in the absence of ultrasound due to the formation of a dimeric compound on the electrode surface. Electrolyses at 2.0 V and 3.0 V showed greater decay levels of the PCP bands for insonated studies than those obtained for the silent measurements, due the increase of mass transport, minimization of the electrode fouling and to the added generation of hydroxyl radicals by both ultrasound and the polarized BDD surface. Similar results to those for pentachlorophenol at the higher potential were also observed for the degradation of carbaril at 3.0 V

Evaluation of the interactions of DNA with the textile dyes Disperse Orange 1 and Disperse Red 1 and their electrolysis products using an electrochemical biosensor

A disposable pencil graphite electrode modified with dsDNA was used in combination with square wave voltammetry in order to evaluate the interaction of DNA with the textile dyes Disperse Orange 1 (DO1) and Disperse Red 1 (DR1), and with the products of their electrolysis. Significant changes in the characteristic oxidation peaks of the guanine and adenine moieties of immobilized dsDNA were observed after incubation of the modified electrode for 180 s in solutions of the dyes in their original forms. The same was observed using the electrolysis products obtained by oxidation and reduction conversions. The oxidation peak currents of the guanine and adenine moieties decreased when the concentrations of DO1 and DR1 were increased up to 5.0 × 10 -6 and 1.0 × 10-6 mol L-1, respectively; the signal decreases were more pronounced after interaction with the oxidized dyes, compared to the reduced compounds. The interactions between DNA and DO1, DR1, and the electrolyzed dyes were further investigated by UV-vis spectrophotometry in solution, and different effects such as hypochromism and hyperchromism were observed in the resulting DNA spectra. The investigated interactions showed clear evidence of changes in the DNA structure, and suggested a predominant intercalation mode leading to damage in the biomolecule. © 2013 Elsevier B.V

Electrochemical investigations on the capacity of flavonoids to protect DNA against damage caused by textile disperse dyes

In previous work, the interaction of DNA with the textile dyes Disperse Orange 1 (DO1) and Disperse Red 1 (DR1), and their electrolysis products, resulted in significant changes in the characteristic oxidation peaks of the guanine and adenine moieties of immobilized dsDNA, measured using pencil graphite electrodes. In order to evaluate the protective capacity of flavonoids and teas against DNA damage caused by the dyes, studies of the interaction of DNA with DO1 and DR1 were conducted in the presence of the flavonoids myricetin and apigenin. The flavonoids were able to protect adenine and guanine from interaction with the dyes, as shown by smaller decreases in current intensity. Solutions of green tea and chamomile tea also showed protective capacities. Using interaction times of 180 s, the adenine moiety current intensity decreased by 60% of the initial value after interaction with 1.0 x 10(-5) mol L-1 DR1 alone, but by only 8% when the same DR1 concentration was employed in a mixture with 5.0 x 10(-7) mol L-1 myricetin, and by no more than 1% in a mixture with chamomile tea. The results indicated that damage to the DNA molecule could be reduced by the presence of flavonoids as well as green tea and chamomile tea, which are natural sources of the flavonoids myricetin and apigenin, respectively. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq