Sviluppo di sensori elettrochimici per la rivelazione dei farmaci nelle acque.

A problem that in recent years has involved in the scientific community is the presence of pharmaceutical waste in the environment, especially in surface waters . Their presence is due to the inefficiency of wastewater purification processes, especially based on activated sludge, because these processes haven't designed for the elimination of xenobiotic compounds. The analysis of pharmaceutical compounds in surface waters requires the use of expensive and difficult-to-use equipment. The availability of sensors for the detection of these residues in real samples, would allow the automation of control procedures at lower costs and the possibility of carrying out the analysis in the field. The electrochemical techniques can be easily employed for this purpose by developing sufficiently sensitive and selective sensors. The research group in which this thesis's work has been started, has previously been developed an electrochemical sensor based on a glassy carbon electrode GCE (Glassy Carbon Electrode), activated electrochemically which is particularly sensitive to the presence of paracetamol - N - (4-hydroxyphenyl) ethanamide. In this work, the variation of the linearity of the analytical response of this sensor has been evaluated as a function of the parameters of the voltammetric measurement (Differential Pulse Voltammetry). The calibration parameters and the limit parameters of the measurement have therefore been determined under conditions that guarantee a wide linearity range. The sensor has also been used for the quantification of paracetamol in river water samples taken in the Turin area in collaboration with ARPA Piemonte. The same sensor has been tested for the detection of diclofenac - 2- (2- [2,6-dichlorophenylamino] phenyl) etanoic acid, a substance included among the priority ones in D.L. 172/2015 and for which monitoring of water bodies by EU Member States is required. The activated GCE was found to be sensitive to the presence of this drug, in particular, the voltammetric signal of the diclofenac increases when it is dispersed in acidic solutions (pH = 2). Under these conditions, the drug adsorbs on the active surface of the electrode and it is possible to detect concentrations of the order of 10 ng / L of substance. We have been proceeded to design a new sensor for detecting diclofenac in which the GCE is functionalized with an electrogenerated molecular imprinted polymer, with the aim of increasing the selectivity of the sensor towards the molecule of interest. The polymer has been generated starting from a mixture of methyl methacrylate, triacrylate of pentaerythritol, 4,4'-azobis-cyanovaleric acid, tetrabutylammonium hexafluorophosphate in acetonitrile. The electrochemical parameters for polymerization have been optimized. The polymer thus generated has been characterized by surface investigation techniques (Atomic Force Microscopy - Attenuated Total Reflectance) and its applicability for drug detection has been evaluated. The polymer isn't electroactive, therefore the drug takes place indirectly, by evaluating the increase in the signal due to the ferrocene as the quantity of drug adsorbed on the polymer, proportional to the concentration of the same in the aqueous solution measured.

Un fenomeno che in anni recenti ha destato preoccupazione nella comunità scientifica è la presenza di residui farmaceutici nell'ambiente, soprattutto nelle acque superficiali. La loro presenza è imputabile all'inefficienza dei processi di purificazione delle acque reflue, basati prevalentemente su fanghi attivi, poiché tali impianti non sono stati concepiti per l'abbattimento dei composti xenobiotici. L'analisi di composti farmaceutici nelle acque superficiali richiede l'uso di apparecchiature costose e di difficile uso in campo. La disponibilità di sensori per la rilevazione di questi residui in campioni reali, consentirebbe un''''automatizzazione delle procedure di controllo a costi inferiori e la possibilità di svolgere le analisi in campo. Le tecniche elettrochimiche possono essere facilmente sfruttate a questo scopo sviluppando sensori sufficientemente sensibili e selettivi. Il gruppo di ricerca in cui si è innestato il lavoro di tesi ha precedentemente messo a punto un sensore elettrochimico basato su un elettrodo a carbone vetroso GCE (Glassy Carbon Electrode), attivato per via elettrochimica che risulta essere particolarmente sensibile alla presenza di paracetamolo - N-(4-idrossifenil) etanammide. In questo lavoro si è valutata la variazione della linearità della risposta analitica di tale sensore in funzione dei parametri della misura voltammetrica (Differential Pulse Voltammetry). Sono quindi stati determinati i parametri di calibrazione ed i parametri limite della misura nelle condizioni che garantiscono un intervallo di linearità ampio. Il sensore è stato inoltre utilizzato per la quantificazione del paracetamolo in campioni di acqua di fiume prelevate nell'area di Torino in collaborazione con ARPA Piemonte. Lo stesso sensore è stato testato per la rivelazione del diclofenac - acido 2-(2-[2,6-diclorofenilammino] fenil) etanoico, sostanza inclusa tra quelle prioritarie nel D.L. 172/2015 e per la quale è richiesto il monitoraggio nei corpi idrici da parte degli Stati membri dell'UE. Il GCE attivato è risultato essere sensibile alla presenza del farmaco, in particolare, il segnale voltammetrico aumenta quando questo è disperso in soluzioni acide (pH = 2). In tali condizioni il farmaco si adsorbe sulla superficie attiva dell'elettrodo ed è possibile rilevare concentrazioni dell''''ordine dei 10 ng/L di sostanza. Si è proceduto, alla progettazione di un nuovo sensore per la rilevazione del diclofenac in cui il GCE è funzionalizzato con un polimero a stampo molecolare elettrogenerato, con l'obiettivo di incrementare la selettività del sensore verso la molecola di interesse . Il polimero è stato generato partendo da una miscela di metilmetacrilato, triacrilato di pentaeritritolo, acido 4,4''''-azobis-cianovalerico, tetrabutilammonio esafluorofosfato in acetonitrile. I parametri elettrochimici per la polimerizzazione sono stati ottimizzati. Il polimero così generato è stato caratterizzato con tecniche di indagine superficiale (Atomic Force Microscopy - Attenuated Total Reflectance) ed è stata valutata la sua applicabilità per la rivelazione del farmaco. Il polimero non è elettroattivo, dunque la rivelazione del farmaco avviene per via indiretta, valutando l''''incremento del segnale dovuto al ferrocene al variare della quantità di farmaco adsorbito sul polimero, proporzionale alla concentrazione dello stesso nella soluzione acquosa posta in misura.