Implementación de nuevas técnicas de detección de contaminantes empleando espectroscopía Raman intensificada por fenómenos de superficie y de resonancia

Abstract

La espectroscopia Raman intensificada por fenómenos de superficies (SERS) es una técnica que ha demostrado ser una herramienta ultrasensible para la detección de contaminantes en alimentos. En este contexto, la presente Tesis aborda el estudio y detección de residuos de plaguicidas presentes en las cáscaras de frutas y vegetales mediante la espectroscopia SERS. Para ello, en una primera etapa se sintetizaron nanopartículas de plata de diferentes morfologías, que fueron caracterizadas mediante espectroscopia UV-Vis y microscopía electrónica (STEM y SEM). Además, las dispersiones de NPs sintetizadas fueron evaluadas para determinar su estabilidad en el tiempo mediante su seguimiento por espectroscopia UV-Vis. Posteriormente, las nanopartículas sintetizadas se emplearon para la fabricación de sustratos SERS flexibles; utilizando como soporte principalmente gel de agar y papel de filtro. Las plataformas fueron caracterizadas por UV-Vis DRS y evaluadas para determinar su capacidad SERS y su homogeneidad mediante el empleo de moléculas de prueba, como azul de metileno, alcanzando a detectar una concentración superficial de 3 pg/cm2, equivalente a 60 moléculas/spot. Por último, se emplearon los sustratos SERS flexibles para investigar la posibilidad de detección de residuos de plaguicidas (tiram, tiabendazol y carbendazim) en cáscaras de diferentes frutas y vegetales. Para este fin, se contaminaron intencionalmente cáscaras de distintas frutas y vegetales (manzana, pera, frutilla, tomate, morrón verde, berenjena, cereza) y luego se emplearon los sustratos SERS flexibles desarrollados para extraer in situ los plaguicidas de las superficies. A partir de los sustratos empleados para la microextracción se colectaron espectros y mapas SERS de los fungicidas. Mediante un análisis exhaustivo de los espectros SERS en comparación con las sustancias sólidas fue posible proponer los mecanismos de adsorción de los diferentes analitos sobre la superficie de las nanopartículas. Adicionalmente, para uno de los sustratos (AgNPs en gel de agar) se evaluó la capacidad de recuperación del analito mediante el proceso de microextracción con el sustrato de gel de agar, para ello se llevaron a cabo microextracciones sucesivas sobre la misma cáscara de fruta. De manera conjunta para este sustrato se exploraron y analizaron otros factores como son, el cambio en las señales SERS según el grado de deshidratación, la durabilidad en el tiempo del sustrato (sin sembrar), y capacidad para encapsular al analito y su capacidad para conservarlo junto con su respuesta SERS a lo largo del tiempo. Se determinó el límite de detección de los plaguicidas empleando el sustrato de gel de agar para cada una de las frutas obteniéndose por ejemplo para la cáscara de manzana con uno de los sustratos desarrollados 2,0 pg/cm2 para tiram y 0,20 μg/cm2 para tiabendazol, encontrándose por debajo de los límites máximos de residuos establecidos por diferentes entes reguladores. Los resultados obtenidos durante la presente Tesis doctoral demuestran que los sustratos SERS flexibles desarrollados son útiles para la extracción y detección in situ de plaguicidas sobre cáscaras de frutas y vegetales.