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Type: Tese
Title: Espalhamento Raman intensificado por superfície de uma única molécula do ácido 4-mercaptobenzoico e de corantes catiônicos e aniônicos
Author: Marques, Flávia Campos
First Advisor: Andrade, Gustavo Fernandes Souza
Co-Advisor: Santos, Diego Pereira dos
Referee Member: Constantino, Carlos José Leopoldo
Referee Member: Villa, Javier Erick Lobaton
Referee Member: Sant'Ana, Antonio Carlos
Referee Member: Oliveira, Luiz Fernando Cappa de
Resumo: A presente tese aborda o estudo da geração hot spots eficientes usando ácido 4- mercaptobenzoico (4-HMB) para induzir a formação de agregados de AgNP através da junção molecular do grupo carboxila de 4-HMB adsorvido em diferentes AgNP pelo grupo tiol no intuito de aumentar a sensibilidade SERS para obter espectros em limite de concentração de 3,0×10-9 mol L-1 . Também foi investigado se a seletividade de adsorção de corantes catiônicos e aniônicos em AgNP é promovida pelas interações eletrostáticas em SM-SERS. Trabalhou-se com AgNP esféricas estabilizadas por íons BO3 - por não apresentarem assinaturas vibracionais na mesma região dos analitos em estudo. Para a inferência de SM-SERS utilizando a microscopia Raman confocal, o volume confocal provado pelo espectrômetro Raman foi determinado para radiação incidente 632,8 nm e 785 nm. A concentração de amostra para a ocorrência SM foram 1,59×10-9 mol L-1 e 2,72×10-11 mol L-1 para abertura confocal 50×1000 µm e para 25×1000 µm a concentração é 4,35×10-10 mol L-1 e 2,36×10-11 mol L-1 , respectivamente nas linhas laser em 632,8 nm e 785 nm. Os estudos SM-SERS e SERS foram realizados com radiação excitante 632,8 nm e abertura confocal 50×1000 μm em virtude da ressonância de plásmon de superfície localizada das AgNP. O 4-HMB, ligado à AgNP por uma ligação tiol-Ag, foi capaz de desencadear a agregação de AgNP via ligação de hidrogênio entre grupo carboxila de 4-HMB adsorvido em diferentes AgNP em pH=4, abaixo do pKa=4,79 do grupo carboxila. Os agregados de AgNP foram formados a partir das estruturas diméricas de 4- HMB adsorvidas em diferentes AgNP, AgNP-(4-HMB)2-AgNP. Como ferramentas para caracterização dos AgNP-(4-HMB)2-AgNP foram usadas técnicas de espectroscopia UV-VIS, DLS e SERS. Cálculo baseado em DFT do modelo Ag4-(4-HMB)2-Ag4 foi realizado para comparação entre os espectros SERS calculados para a estrutura monomérica de 4-HMB adsorvida em Ag do modelo [4-HMB-Ag4] e experimentais. Foi possível distinguir as duas estruturas pela observação do modo vibracional (CO) em 1682 cm-1 do 4-HMB-Ag4 que muda para 1604 cm-1 com a formação dos Ag4-(4-HMB)2-Ag4. Não foi observada abaixo de 1,0×10- 6 mol L-1 a assinatura vibracional do 4-HMB adsorvida nas AgNP em pH acima do pKa, entretanto, em pH=4 o sinal é intensificado drasticamente. A hipótese da intensificação SERS do 4-HMB ser devido à agregação de AgNP foi reforçada pela não observação do sinal SERS do 4-bromobezenotiol (4-BrBT) a 5,0×10-7 mol L-1 . A detecção SM-SERS de 4-HMB foi demonstrada experimentalmente e os resultados foram associados a um maior número de hot spots formados. Além disso, foram analisados quatro corantes que diferem pela carga total. Os espectros SERS dos corantes catiônicos (Rodamina-6G e Cristal violeta) foram obtidos no regime SM (3,0×10-9 mol L-1 ). Nesse regime, são observadas flutuações de intensidades SERS, associada a ausência do corante catiônico na região de hot spots e de hot spots no volume confocal. Os corantes aniônicos (IR-820 e vermelho do Congo) não apresentaram sinal SERS em concentrações inferiores 3,0x10-6 mol L-1 . Os resultaram indicaram que a interação eletrostática do corante com a superfície da Ag foi dominante para o desempenho SERS.
Abstract: This thesis addresses the study of efficient hot spot generation using 4-mercaptobenzoic acid (4-HMB) to induce the formation of AgNP aggregates through the molecular coupling of the carboxyl group of 4-HMB adsorbed on different AgNP by thiol group to increase SERS sensitivity to obtain spectra at a concentration limit of 3.0×10-9 mol L-1 . We also investigated whether the selectivity of adsorption of cationic and anionic dyes on AgNP is promoted by electrostatic interactions on SM-SERS. We worked with spherical AgNP stabilized by BO3- ions because they do not present vibrational signatures in the same region of the analytes under study. For the inference of SM-SERS using confocal Raman microscopy, the confocal volume probed by the Raman spectrometer was determined for incident radiation 632.8 nm and 785 nm. The sample concentration for the occurrence of SM was 1.59×10-9 mol L-1 and 2.72×10-11 mol L-1 for the confocal aperture 50×1000 µm and for 25×1000 µm the concentration is 4.35×10-10 mol L-1 and 2.36×10-11 mol L-1 , respectively in the laser lines at 632.8 nm and 785 nm. The SM-SERS and SERS studies were performed with exciting radiation 632.8 nm and confocal aperture 50×1000 μm due to localized surface plasmon resonance of AgNP. The 4- HMB, linked to AgNP by a thiol-Ag bond, was able to trigger AgNP aggregation via H-bond between the carboxyl group of 4-HMB adsorbed on different AgNP at pH=4, below pKa=4.79 of the carboxyl group. AgNP aggregates were formed from the dimeric structures of 4-HMB adsorbed on different AgNP, AgNP-(4-HMB)2-AgNP. As tools for the characterization of AgNP-(4-HMB)2-AgNP, UV-VIS, DLS, and SERS spectroscopy techniques were used. DFTbased calculation of the Ag4-(4-HMB)2-Ag4 model was performed for comparison between the SERS spectra calculated for the monomeric structure of 4-HMB adsorbed on Ag of the 4-HMBAg4 model and experimental. We saw two structures by observing the vibrational mode (CO) at 1682 cm-1 of 4-HMB-Ag4, which changes to 1604 cm-1 with the formation of Ag4-(4-HMB)2- Ag4. It was not observed below 1.0×10-6 mol L-1 the vibrational signature of 4-HMB adsorbed on AgNP at pH above pKa, however, at pH=4 the signal is drastically intensified. The hypothesis that SERS enhancement of the 4-HMB is due to AgNP self-assembly triggered by 4-HMB H-bonds was reinforced by the non-observation of the SERS signal of 4- bromobezenothiol (4-BrBT) at 5.0×10-7 mol L-1 . Detection of 4-HMB by SM-SERS was experimentally demonstrated and the results were associated with a greater number of hot spots formed. In addition, four dyes that differ in total charge were analyzed. The SERS spectra of the cationic dyes (Rhodamine-6G and Crystal Violet) were obtained in the SM regime (3.0×10- 9 mol L-1 ). In this regime, fluctuations in SERS intensities are observed, associated with the absence of cationic dye in the region of hot spots and hot spots in the confocal volume. The anionic dyes (IR-820 and Congo red) did not show SERS signal at concentrations lower than 3.0x10-6 mol L-1 . This indicated that the electrostatic interaction of the dye with the Ag surface was dominant for the SERS performance.
Keywords: SM-SERS
4-HMB
Ligação de hidrogênio
Corantes
H-bonds
Dyes
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Access Type: Acesso Aberto
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15058
Issue Date: 21-Dec-2022
Appears in Collections:Doutorado em Química (Teses)



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