Determinação de peróxido de hidrogênio em água e leite usando nanopartículas de ferro como mimetizadoras da catalase | Determination of hydrogen peroxide in water and milk using iron nanoparticles as catalase mimetics

O peróxido de hidrogênio é utilizado em diversos setores industriais. No tratamento de água, atua como um agente oxidante, promovendo a remoção de substâncias recalcitrantes aos tratamentos convencionais. Na indústria alimentícia é usado como sanitizante, podendo ser adicionado ao leite como adulterante, para aumentar a sua vida útil. O contato com a pele ou ingestão podem causar efeitos adversos e acarretar doenças. Portanto, faz-se necessário o seu monitoramento em diferentes matrizes. Os métodos empregados para análise de H2O2 são muitas vezes custosos, com análises demoradas, além da utilização de reagentes tóxicos. Neste trabalho, buscou-se desenvolver um método baseado nos princípios da química verde. Para isso, nanopartículas de ferro (FeNPs) foram sintetizadas por um processo verde utilizando extrato de folhas de Eucalyptus grandis como agente redutor e estabilizador. Pela técnica de espectroscopia na região do infravermelho foi possível confirmar a presença de grupos funcionais do extrato que foram incorporados às nanopartículas. Picos característicos de ferro de valência zero foram observados por difração de raios X, além de hematita, magnetita e goethita. As nanopartículas apresentaram morfologia esférica com tamanho de 96,4 ± 36.8 nm e potencial zeta de |35| mV, mostrando boa estabilidade do material. As FeNPs foram utilizadas como nanocatalisadores da oxidação de o-fenilenodiamina (OPD) por H2O2, exibindo uma ótima atividade catalítica com valores de velocidade máxima aparente (Vmax) de 2,0 µmol L-1 s-1 e constante de Michaelis-menten (Km) de 307 µmol L-1. A OPD, incolor, forma uma substância colorida na presença de H2O2, porém necessita de catalisadores específicos. A partir desses resultados promissores, foi desenvolvido um método espectrofotométrico para a quantificação de H2O2 em água e leite. A curva analítica em água (18,3-112,6 µmol L-1) apresentou um bom ajuste linear e limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ) de ,48 e 18,3 µmol L-1, respectivamente. Para o leite integral UHT, foi obtida uma curva analítica na faixa de 8,97 a 112,16 µmol L-1, com LOD e LOQ de 2,96 µmol L-1 e 9,89 µmol L-1, respectivamente. O método para o leite foi validado, apresentando uma exatidão entre 85,1 e 102,8%, com uma repetibilidade = 3,9% e uma precisão intermediária = 7,5%. O método também foi testado para outros tipos de leite, podendo ser aplicado para leite desnatado, semidesnatado e leite integral pasteurizado tipo A. Além disso, foi comparado com métodos convencionais de análise usados na indústria láctea, sendo bastante eficaz. Pode-se, portanto, concluir que o método demonstrou eficácia para detecção e quantificação de peróxido em leite e água. Palavras-chave: Síntese verde; Eucalyptus grandis ; Nanomateriais; Catálise

Hydrogen peroxide is used in a variety of industries. In water treatment, it acts as an oxidizing agent, promoting the removal of substances that are recalcitrant to conventional treatments. It is used in the food industry as a disinfectant and may be added to milk as an adulterant to extend its shelf life. Skin contact or ingestion can cause adverse effects and illness in humans. Therefore, it is necessary to monitor it in different matrices. The methods used to analyze H2O2 are often costly, with time- consuming analyses and the use of toxic reagents. In this work, we sought to develop a method based on the principles of green chemistry. For this purpose, iron nanoparticles (FeNPs) were synthesized by a green process using Eucalyptus grandis leaf extract as reducing and stabilizing agent. Infrared spectroscopy was used to confirm the presence of functional groups from the extract incorporated into the nanoparticles. Characteristic peaks of zero valence iron were observed by X-ray diffraction, as well as hematite, magnetite and goethite. The nanoparticles had a spherical morphology with a size of 96.4 ± 36.8 nm and a zeta potential of |35| mV, showing good material stability. The FeNPs were used as nanocatalysts for the oxidation of o-phenylenediamine (OPD) by H2O2 and showed excellent catalytic activity with values of maximum apparent velocity (Vmax) of 2.0 µmol L-1 s-1 and Michaelis-menten constant (Km) of 307 µmol L-1. OPD, which is colorless, forms a colored substance in the presence of H2O2, but requires specific catalysts. Based on these promising results, a spectrophotometric method was developed for the quantification of H2O2 peroxide in water and milk. The analytical curve for water (18.3-112.6 µmol L-1) showed a good linear fit and limits of detection (LoD) and quantification (LoQ) of 5.48 and 18.3 µmolL- 1, respectively. For UHT whole milk, an analytical curve was obtained in the range of 8.97 to 112.16 µmol L-1, with LoD and LoQ of 2.96 µmol L-1 and 9.89 µmol L- 1, respectively. The method was validated for milk and showed an accuracy between 85.1 and 102.8%, with a repeatability = of 3.9% and an intermediate precision = of 7.5%. The method was also tested on other types of milk and can be applied to skimmed, semi-skimmed and pasteurized whole milk type A. In addition, it was compared with conventional analytical methods used in the dairy industry and was very effective. Therefore, it can be concluded that the method was effective in detecting and quantifying peroxide in milk and water. Keywords: Green synthesis; Eucalyptus grandis; Nanomaterial; Catalysis

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