Caracterização eletroquímica de colóides magnéticos visando a aplicações nanotecnológicas nanobiotecnológicas

Abstract

Fluidos magnéticos de dupla camada elétrica (EDL-MF) são dispersões coloidais estáveis de nanopartículas de ferrita do tipo espinélio dispersas em água. A estabilidade termodinâmica é adquirida pela introdução de forças repulsivas eletrostáticas entre as partículas ao balanço de forças atrativas dipolar magnética e de van der Walls, com o intuito de se evitarem fenômenos de aglomeração.Recentemente, o Grupo de Fluidos Complexos da Universidade de Brasília (GFC–UnB) evidenciou, através de titulações condutimétricas e potenciométricas simultâneas, que as partículas de EDL-MF se comportam como um sistema ácido/básico diprótico (Two-pK Model) em meio aquoso, demonstrando três tipos de sítios superficiais. Os sítios carregados positivamente são encontrados em meio ácido e os carregados negativamente em meio básico, ocorrendo estabilidade apenas nas faixas: 3,5 pH 10,5. Esse estudo foi viável graças a eterminação da densidade de carga superficial (DCS) das partículas e da determinação das constantes termodinâmicas para esses sistemas, ambos obtidos experimentalmente a partir das análises das curvas simultâneas.Visando tampão fisiológico, faz-se necessário colóides magnéticos estáveis em meio fisiológico. Para isso, fluidos magnéticos funcionalizados (F-MF) são produzidos a partir de EDL-MF convencionais através da quimiossorção dos ligantes apropriados nos sítios ácidos das partículas. Neste trabalho serão utilizadas dispersões coloidais de nanopartículas de ferrita de cobalto funcionalizadas com íons tartarato com o objetivo principal de aplicar as titulações condutimétricas e potenciométricas simultâneas na resolução do sistema ácido/base monoprótico (One pK Model). O alvo desse trabalho é descrever, quantitativamente, a pH dependência da DCS para os F-MF e comparar esses resultados às novas medidas realizadas para os EDL-MF, além de compreender quantitativamente as observações empíricas em termos de estabilidade já publicadas na literatura. Para tal, serão apresentados toda a metodologia descrita para os dois sistemas trabalhados, gráficos de pH dependência com a DCS, além de diagramas de especiação que revelam a existência ou coexistência das espécies estáveis em dispersão em determinada faixa de pH. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Electric Double Layered Magnetic Fluids (EDL-MF) are stable colloidal dispersions of spinel ferrite type nanoparticles in water medium. The thermodynamic stability is achieved by balancing the van der Waals and magnetic dipolar attractions with the introduction of repulsive electrostatic interactions between particles in order to avoid the agglomeration phenomena. Recently, the Complex Fluids Group from University of Brasilia (GFC-UnB) proved by simultaneous potentiometric and conductimetric titrations, that EDL-MF particles behave like a diprotic acid/base system (Two-pK Model) in water medium, showing three types of surface sites. The positively charged sites are found in acid medium and the negatively charged in alkaline medium, occurring stability only in the following pH ranges: 3.5 _ pH _ 10.5. This study was feasible due to the determination of the particles’ surface charge density (SCD) and also the determination of those systems’ thermodynamic constants, both experimentally obtained through the simultaneous analysis of the curves. For physiologic buffering, it is necessary the synthesis of magnetic colloids that are stable in physiological medium. For this reason, functionalized magnetic fluids (F-MF) are produced from conventional EDL-MF through the hemoadsorsion of appropriate ligands in the particles’ acidic sites. In this work will be used colloidal dispersions of cobalt ferrite nanoparticles with tartrate-functionalized ions to implement the simultaneous potentiometric and conductimetric titrations in the monoprotic acid / base (One pK Model) system resolution. This work main goal is to describe, quantitatively, the pH dependency of SCD for the F-MF and compare these results to the new measures taken for the EDL-MF in order to, quantitatively, understand the empirical observations in terms of stability that were already published in the literature. To do this, will be presented the described methodology for the two used systems, pH dependency plots with the SCD, as well as speciation diagrams that reveal the existence or coexistence of stable species in dispersion within a certain range of pH.