A combined experimental and DFT study on the zero valent iron/reduced graphene oxide doped QCM sensor for determination of trace concentrations of As using a Flow-batch system

A sensor based on a gold Quartz Crystal Microbalance (QCM) modified with nanoscale zero-valent iron nanoparticles (nZVI) anchored to reduced graphene oxide (rGO) was developed. An automated measurement microsystem was employed using QCM (modified and unmodified) as an arsine detector device. The QCM measurements of frequency changes are associated with total As concentration (III/V) in the samples. The gold surface QCM modification with nZVI/rGO improved the sensitivity in total As determination. The limit of detection (LOD) was 0.0062 ng mL−1 for QCM-Au/nZVI/rGO, 100 times higher than the unmodified QCM-Au sensor. Moreover, studies of adsorption energy and electron density of As with QCM-Au/nZVI/rGO and QCM-Au systems were performed. For this purpose, Density Functional Theory (DFT) methodology was used employing arsine adsorption on magnetite nanoparticles supported on graphene, and also on Au as models. This theoretical-experimental research allows us to acquire knowledge of the interaction of Au/nZVI/rGO with As and confirms the experimental results.Fil: Gutiérrez, Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; ArgentinaFil: Robein, Yael Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Juan, Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Di Nezio, Maria Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Pistonesi, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Gonzalez, Estela Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Santos, Rodrigo Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; ArgentinaFil: Pistonesi, Marcelo Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentin

Caracterización estructural de Cdots mediante espectroscopia UV-Vis, IR, RMN y modelado DFT y TDDFT

Los puntos cuánticos de carbono (Cdots) han ido creciendo en popularidad gracias a sus propiedades fluorescentes, biocompatibilidad, baja toxicidad y gran estabilidad en medio acuoso, desde su descubrimiento en el año 2005. Los mismos se clasifican según su estructura, como nanodots de carbono (CNDs), puntos cuánticos de grafeno (GQDs) y puntos de polímero (PDs). Desde el año 2015, surgen los puntos de polímeros de carbono (PCDs), que tienen una estructura híbrida que consiste en un pequeño núcleo de carbono rodeado de polímeros. En este trabajo se realizó la caracterización estructural mediante una combinación de estudios experimentales y teóricos para la identificación del tipo de Cdots obtenidos en nuestro laboratorio a partir de una síntesis verde1 . Los Cdots se obtuvieron mediante un método Bottom-Up usando calentamiento por microondas y glucosa como precursor1 . Posteriormente, se purificaron por filtración, diálisis y cromatografía en columna. La caracterización se realizó por espectroscopía UV-Vis, IR y RMN 1D y 2D de alta resolución. Desde el punto de vista teórico se realizaron cálculos del funcional de la densidad (DFT) y funcional de la densidad dependiente del tiempo (TDDFT) 1 . Adicionalmente, a partir de los cálculos DFT, se obtuvieron las frecuencias en el límite armónico mediante dinámica de red para hallar los espectros IR teóricos. Los resultados experimentales obtenidos por RMN sugieren la presencia de dos monómeros que constituyen la estructura de los Cdots como una estructura polimérica. Se observó un ácido carboxílico de cuatro carbonos y se identificó otro monómero o molécula con la presencia de un grupo aldehído en su estructura (Figura 1). El análisis y la interpretación de los resultados experimentales sugieren la presencia de Cdots del tipo PDs o PCDs, o una combinación de ambos. Los PDs se caracterizan por estar formados únicamente por estructuras poliméricas y las PCDs por estar formados por un pequeño núcleo de carbono rodeado de estructuras poliméricas. Los cálculos obtenidos por DFT y TDDFT dilucidaron estos resultados basándose en las predicciones teóricas de los espectros UV-Vis e IR de las estructuras detectadas experimentalmente. Según estos resultados, el plasmón observado en los espectros UV-Vis está relacionado con las transiciones π-π* de las moléculas de un hidrocarburo aromático policíclico con pocos anillos aromáticos. Este tipo de moléculas probablemente constituyen el núcleo de carbono de los Cdots, y son detectadas por la radiación UV-Vis transmitida a través de la envoltura de los polímeros. Por su parte, el cálculo IR teórico muestra que tanto los monómeros propuestos como la estructura del núcleo son fundamentales para generar algunas de las bandas observadas experimentalmente. Por ello, los cálculos DFT y TDDFT realizados confirman la formación de PCDs como se muestra en la Figura 11 . La metodología empleada en este trabajo podría utilizarse para caracterizar estructuralmente otros tipos de Cdots con diferentes tipos de síntesis y precursores, aspecto que es de crucial importancia, tanto desde el punto de vista estructural como de una futura aplicación.Fil: Arroyave Rodriguez, Jeison Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Ambrusi, Rubén Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Robein, Yael Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Pronsato, Maria Estela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Brizuela, Graciela Petra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Di Nezio, Maria Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Centurión, María Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaXI Congreso Argentino de Química AnalíticaCorrientesArgentinaAsociacion Argentina de Químicos AnalíticosUniversidad Nacional del Nordest

Carbon dots structural characterization by solution-state NMR and UV-visible spectroscopy and DFT modeling

A combination of experimental and theoretical results was used for the structural characterization of Carbon dots (Cdots). The synthesis of the Cdots was performed using glucose as a precursor and via the microwave method (“bottom-up” route) as a simple and environmentally friendly method. The experimental data obtained by UV–visible, fluorescence, IR and solution-state NMR spectroscopy techniques were correlated with density functional theory calculations results. Particularly, the results obtained by solution-state NMR spectroscopy suggested Cdots structures of Polymer dots (PDs) and/or polymer Carbon dots (PCDs) kind. PDs are characterized by being formed only of polymer structures and PCDs by being formed of a small carbonized core surrounded by polymer structures. Calculations allow us to predict the UV–visible absorption and IR spectra behavior of the species detected by the NMR technique, and propose a structure that can explain the experimentally observed features and infer the presence or absence of a carbon core in the proposed structures. Density of states curves were used to analyze and interpret the theoretical spectra peaks. Additionally, a calculation of the IR spectra for the models proposed, was performed. The complement of experimental and theoretical results represents a useful tool for the structural characterization of Cdots.Fil: Arroyave Rodriguez, Jeison Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Ambrusi, Rubén Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Robein, Yael Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Pronsato, Maria Estela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Brizuela, Graciela Petra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Di Nezio, Maria Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Centurión, María Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentin