Detecting traces of 17α-ethinylestradiol in complex water matrices

PTDC/FIS-NAN/0909/2014 UID/FIS/00068/2019Hormones have a harmful impact on the environment and their detection in water bodies is an urgent matter. In this work, we present and analyze a sensor device able to detect traces of the synthetic hormone 17α-ethinylestradiol (EE2) below 10−9 M in media of different complexities, namely, ultrapure, mineral and tap waters. This device consists of solid supports with interdigitated electrodes without and with a polyethylenimine (PEI) and poly (sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) layer-by-layer film deposited on it. Device response was evaluated through capacitance, loss tangent and electric modulus spectra and the data were analyzed by principal component analysis method. While the three types of spectra were demonstrated to be able to clearly discriminate the different media, loss tangent spectra allow for the detection of EE2 concentration, with a sensitivity of −0.072 ± 0.009 and −0.44 ± 0.03 per decade of concentration, for mineral and tap water, respectively. Detection limits values were found to be lower than the ones present in the literature and presenting values of 8.6 fM (2.6 pg/L) and of 7.5 fM (22.2 pg/L) for tap and mineral waters, respectively. Moreover, the obtained response values follow the same behavior with EE2 concentration in any medium, meaning that loss tangent spectra allow the quantification of EE2 concentration in aqueous complex matrices.publishersversionpublishe

Study of Sensor Devices for the Detection of Emergent Contaminants in Water Bodies

The detection of pollutants in the environment is a complex issue that requires extensive monitoring and analysis to ensure the safety and health of both humans and ecosystems. Water supplies, waterways, and aquifers are particularly susceptible to contamination by a wide range of pollutants, including pesticides, industrial chemicals, pharmaceuticals and personal care products (PPCP), and many other emerging compounds. The detection of these pollutants in the environment is essential for protecting both human health and the environment. The main focus of this work was to develop sensor devices capable of detecting emerging organic compounds (EOC) in water matrices with different levels of complexity. To this end, different types of thin films (PAH/GO; PAH/PAZO; PAH/PVS; PEI/PSS) based sensors were prepared, via Layer-by-Layer technique, and subsequently investigated as to their ability to detected and, most importantly, differentiate between varying concentrations of EOC in water solutions through impedance spectroscopy. This was achieved through a careful analysis of the different thin films’ response to changes in pH, ionic strength, temperature, bias voltage and water matrices’ complexity, while detecting 5-chloro-2-(2,4-dichlorophenoxy)phenol (TCS) and 17-ethinylestradiol (EE2) in aqueous solutions. Through meticulous refinement and optimisation of sensor parameters, as well as experimental conditions, it was ascertained that the PEI/PSS film sensor evidences superlative aptitude as a discerning candidate for the detection of both TCS and EE2. This sensor revealed a remarkable acuity, attributable to its distinctive capacity to discriminate between diverse concentrations, concomitantly discerning between different types of water, with progressively escalating complexity. This resulted in a combined sensitivity to both mineral and effluent waters of 0.19 ± 0.02 per decade of concentration and a limit of detection of 0.13 pM for TCS. As for EE2, sensitivity values of -0.072 ± 0.009 in mineral water and -0.44 ± 0.03 in tap water per decade of concentration were achieved, as well as limits of detection of 7.5 fM in mineral water and 8.6 fM in tap water. These findings validate the possibility of detecting and monitoring TCS and EE2 pollutants in water bodies, with sensors that are comparatively budget-friendly at commendable levels of sensitivity and limits of detection.A deteção de poluentes no ambiente é uma questão complexa que requer uma monitorização e análise extensivas para garantir a segurança e saúde, tanto dos seres humanos quanto dos ecossistemas. Pontos de abastecimento de água, vias fluviais e aquíferos são particularmente suscetíveis à contaminação por uma ampla gama de poluentes, incluindo pesticídas, produtos químicos industriais, produtos farmacêuticos e de cuidados pessoais (PPCP) e outros compostos emergentes. A detecção desses poluentes no ambiente é essencial para a proteção da saúde humana e do meio ambiente. O foco deste trabalho passou pelo desenvolvimento de sensores capazes de detetar compostos orgânicos emergentes (EOC) em matrizes de água com diferentes níveis de complexidade. Para tal fim, diferentes tipos de sensores baseados em filmes finos (PAH/GO; PAH/PAZO; PAH/PVS; PEI/PSS) foram preparados (por meio da técnica de camada-por-camada) e posteriormente estudados quanto à sua capacidade de detetar e distinguir diferentes concentrações de EOC em soluções aquosas através de espectroscopia de impedância. Esse objetivo foi alcançado através de uma análise cuidada do comportamento dos diferentes filmes finos aquando expostos à variação de pH, força iónica, temperatura, tensão aplicada e complexidade das matrizes de água, enquanto detetavam 5-cloro-2-(2,4-diclorofenoxi)fenol (TCS) e 17- etinilestradiol (EE2) em soluções aquosas. Através do ajuste e otimização meticulosos dos parâmetros dos sensores, bem como das condições das medições, foi observado que o sensor de PEI/PSS evidencia uma aptidão elevada enquanto candidato para a deteção tanto de TCS quanto de EE2. A notável precisão deste sensor deve-se à sua capacidade de distinguir simultâneamente diferentes concentrações de TCS e EE2 e diferentes tipos de água com níveis crescentes de complexidade. Foi obtida uma sensibilidade combinada (águas minerais e de efluentes) de 0.19 ± 0.02 por década de concentração e um limite de detecção de 0.13 pM para TCS. Relativamente à hormona EE2, foram obtidos valores de sensibilidade de -0.072 ± 0.009 (água mineral) e -0.44 ± 0.03 (água da torneira) por década de concentração, bem como limites de detecção de 7.5 fM (água mineral) e 8.6 fM (água de torneira). Estes resultados confirmam que é possível recorrer a sensores económicos e de simples utilização para a deteção e monitorização de contaminantes emergentes em corpos de água, com baixas sensibilidades e limites de detecção

Medição do Efeito Eletro-óptico em Filmes Poliméricos

Foi investigada a criação de propriedades eletro-ópticas em filmes finos de poli(1- (4-(3-carboxi-4-hidroxifenilazo)-benzenesulfonamida)-1,2-etanodiil)(PAZO). Para este fim, produziram-se filmes finos de PAZO sobre suportes com uma camada de elétrodo através das técnicas de derramamento e camada sobre camada. As propriedades eletro-ópticas dos filmes produzidos foram conseguidas através de polarização térmica, utilizando-se polarização elétrica direta ou polarização por descarga de corona. A actividade eletro-óptica foi medida através a técnica de varrimento do interferómetro de Michelson. A actividade eletro-óptica foi investigada para cada tipo de filme produzido e para cada tipo de polarização, relativamente às suas tensões e temperaturas de polarização. Os resultados obtidos revelaram ter um comportamento consistente tanto para as tensões como para as temperaturas de polarização, apresentando um aumento do coeficiente eletro-óptico face a um aumento da temperatura ou da tensão de polarização. Os filmes de derramamento polarizados por descarga de corona apresentaram uma actividade eletro-óptica mais elevada embora os coeficientes eletro-ópticos medidos tenham apresentado valores pobres. Foi obtido um valor máximo de 0,53 0,09 pm/V para filmes polarizados a 120 C, com uma tensão na grelha de 1000 V

Triclosan Detection in Aqueous Environmental Matrices by Thin-Films Sensors

Triclosan (TCS), a bacteriostatic detected in water bodies, have inauspicious effects in human and biota. Consequently, there is a critical need of monitoring these type of compounds in aqueous matrices. In this sense, sensors, based on polyethyleneimine and polysodium 4-styrenesulfonate layer-by-layer thin-films adsorbed on supports with gold interdigitated electrodes deposited, were developed. The aim was analyze the sensitivity of discrimination of TCS (10−15 M to 10−5 M) in deionized water, Luso® and in an effluent, by measuring the impedance spectra. LbL films can distinguish TCS concentrations in EF, while in LW was achieved an acceptable sensibility when interdigitated electrodes without films were used