Surface-enhanced Raman Spectroscopy and Density Functional Theory Study of Glyphosate and Aminomethylphosphonic acid Using Silver Capped Silicon Nanopillars

Estudio de espectroscopia Raman de superficie y teoría del funcional de la densidad de glifosato y ácido aminometilfosfónico mediante nanopilares de silicio recubiertos de plata

El glifosato (GP) es un herbicida sistémico de amplio espectro que se utiliza para eliminar una gran variedad de plantas nocivas. plantas dañinas. Varios estudios recientes indican posibles efectos adversos para la salud humana. Este trabajo se centra en estudios de detección y adsorción de GP y su metabolito, el ácido aminometilfosfónico (AMPA), sobre una capa de plata.(AMPA) en nanopilares de silicio recubiertos de plata mediante espectroscopia Raman de superficie (SERS).(SERS). Se empleó la Teoría del Funcional de la Densidad con el funcional B3LYP para lapara la optimización geométrica de las geometrías del estado fundamental y la simulación de los espectros Raman y SERS de la GP y el AMPA.AMPA. Las vibraciones calculadas teóricamente y observadas experimentalmente de GP y AMPA libres y unidas a la superficie de Ag mostraron espectros Raman diferentes que revelan interacciones químicas entre las moléculas analizadas y la superficie metálica. Los estudios DFT confirmaron que la principal interacción de la Ag GP es con el oxígeno de los grupos carboxílico y fosfato, y para el AMPA la principal interacción se produce a través de una fuerte interacción entre el nitrógeno del NH con la superficie metálica. Para estudiar el comportamiento de unión, se realizó un análisis de isotermas de adsorción entre GP y AMPA sobre nanopilares de silicio recubiertos de plata (AgNPs). Finalmente, las isotermas obtenidas para GP y AMPA siguieron un mecanismo de unión cooperativo negativo.

1. Introducción

GP (N-(fosfonometil) glicina), es uno de los herbicidas comerciales más utilizados en el mundo. Es un herbicida no selectivo de acción sistémica, de amplio espectro, de acción post-emergente, que no tiene efecto residual y es soluble en agua. El mecanismo de acción del glifosato comienza cuando es absorbido por el follaje de las plantas, y es transportado a través de la planta provocando su muerte al cabo de varios días. Actualmente, hay más de 91 empresas fabricantes distribuidas en 20 países, y el GP es probablemente el herbicida más utilizado en todo el mundo, con un volumen de producción mundial anual estimado en aproximadamente 720 000 t en 2017.

El GP puede encontrarse en el aire, el suelo, los alimentos, las aguas superficiales y las aguas subterráneas. Una vez en el medio ambiente, el glifosato se adsorbe al suelo y los microbios del suelo lo descomponen en ácido aminometilfosfónico (AMPA), el principal metabolito del glifosato responsable de los daños en los cultivos tras la aplicación de glifosato. El AMPA es estructuralmente parecido al glifosato y comparte propiedades similares en cuanto a comportamiento y toxicidad. Por lo tanto, estas especies contaminan directamente el medio ambiente, contaminan los alimentos y penetran en el cuerpo humano. Se han medido residuos de GP en cereales, frutas y verduras.