A ocorrência de fulerenos puros e funcionalizados como constituintes de aerossóis transportados pelo ar

Sep 02, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4248 (2023) Citar este artigo

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Nós investigamos se os fulerenos puros e funcionalizados poderiam ser constituintes reais de aerossóis atmosféricos finos. Perfis abrangentes de fulerenos de extratos de 1 µL foram feitos através de espectrometria de massa de tempo de voo por dessorção a laser de matriz (MALDI-MS) em poucos minutos. O íon com m/z 720, correspondente a [C60]−•, foi identificado como fulereno após 1 µL de solução de matriz de ácido α-ciano-4-hidroxicinâmico ter sido manchado sobre os extratos secos. Os íons com m/z correspondentes a C70, C76, C84, C100, C118, C128 e C130 também foram atribuídos a outras espécies de fulereno detectadas nas amostras. Descobriu-se que o íon m/z 878 é o derivado de fulereno dietil metano[60]fulereno dicarboxilato. Como os íons das moléculas fragmentadas de fulereno não foram detectados mesmo em altas energias do laser, consideramos que os fulerenos ocorrem como constituintes originais de matrizes de partículas atmosféricas reais, em vez de serem formados como artefatos da ação do laser nas amostras. Portanto, este protocolo seria útil na compreensão da distribuição de fulerenos puros ou funcionalizados no meio ambiente e sua participação na química atmosférica sob condições típicas, bem como sua aplicação em estudos de (eco)toxicidade in vitro e in vivo.

Fulerenos puros ou não substituídos (como C60 e C70, entre outros) e seus derivados (fulerenos funcionalizados) são compostos formados principalmente por átomos de carbono dispostos em formato esférico como fulerenos1,2,3,4,5. A versatilidade química dos fulerenos e seus derivados os torna úteis para uma ampla gama de aplicações, incluindo geração de energia6 eletrônica, óptica, fotovoltaica, em (bio)medicina e produtos de cuidados pessoais, entre outros7,8,9. Na verdade, até 2012, uma estimativa da produção de fulerenos era de aproximadamente dezenas de milhares de toneladas por ano7,10. Embora de 2014 a 2019 a produção de fulerenos tenha aumentado apenas cerca de 6%11, a sua produção provavelmente aumentará em breve.

A real ocorrência de fulerenos no meio ambiente ainda não é consenso na literatura3,12, apesar de terem sido encontrados em esgotos e águas superficiais13, sedimentos14,15,16, solos7,14, fuligem de motores17, partículas transportadas pelo ar exauridas do carvão18 ,19 e queimadas de diesel20 e meteoritos2. A presença de fulerenos no ambiente tem sido proposta como uma ocorrência real ou atribuída à sua formação de artefatos de laser durante análises de espectrometria de massa (MS) de ionização por dessorção a laser (LDI) ou ionização por dessorção a laser assistida por matriz (MALDI) .

Fulerenos e derivados foram relacionados em alguns estudos, provavelmente porque sua ocorrência em amostras ambientais ou biológicas é difícil de detectar4,12. Outra razão é que os fulerenos podem sofrer transformação atmosférica sob diversos processos, incluindo agregação, revestimento e reações como oxidação21 e fotooxidação22. Alguns estudos realizaram uma pesquisa exploratória sobre a composição química dos metais e da fração orgânica solúvel em água dos aerossóis finos (PM2,5), encontrando principalmente metais provenientes de indústrias (Cu, Cd e Pb) e de tráfego (Cr, Mn, emissões de Ni, V e Zn), bem como aquelas provenientes de emissões naturais (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg e Fe)23. No entanto, não foi relacionado com qualquer influência do teor de metal na formação dos derivados de fulereno. Os fulerenos geralmente ocorrem em níveis traços ou ultratraços, o que os torna um desafio para extrair quantitativamente sob métodos convencionais. Consequentemente, eles também podem ser difíceis de detectar e quantificar em matrizes ambientais quando se consideram centenas a milhares de outros componentes da amostra, que podem atuar como interferentes, dependendo da técnica de extração e análise da amostra empregada.