A combined experimental and DFT study on the zero valent iron/reduced graphene oxide doped QCM sensor for determination of trace concentrations of As using a Flow-batch system

• DOI: 10.1016/j.snb.2023.135233
• Publication Date: 2023-12-31T00:14:49Z
• Authors: Julián Gutiérrez; Yael N. Robein; Julián Juan; María S. Di Nezio; Carolina Pistonesi; Estela A. González; Rodrigo Santos; Marcelo F. Pistonesi
• Keywords: FLOW-BATCH; ARSENIC DETERMINATION; NANOPARTICLES NZVI/RGO; https://purl.org/becyt/ford/2.2; QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE SENSOR; https://purl.org/becyt/ford/2; DFT

A sensor based on a gold Quartz Crystal Microbalance (QCM) modified with nanoscale zero-valent iron nanoparticles (nZVI) anchored to reduced graphene oxide (rGO) was developed. An automated measurement microsystem was employed using QCM (modified and unmodified) as an arsine detector device. The QCM measurements of frequency changes are associated with total As concentration (III/V) in the samples. The gold surface QCM modification with nZVI/rGO improved the sensitivity in total As determination. The limit of detection (LOD) was 0.0062 ng mL−1 for QCM-Au/nZVI/rGO, 100 times higher than the unmodified QCM-Au sensor. Moreover, studies of adsorption energy and electron density of As with QCM-Au/nZVI/rGO and QCM-Au systems were performed. For this purpose, Density Functional Theory (DFT) methodology was used employing arsine adsorption on magnetite nanoparticles supported on graphene, and also on Au as models. This theoretical-experimental research allows us to acquire knowledge of the interaction of Au/nZVI/rGO with As and confirms the experimental results.<br/>Fil: Robein, Yael Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina<br/>Fil: Gonzalez, Estela Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina<br/>Fil: Gutiérrez, Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina<br/>Fil: Pistonesi, Marcelo Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina<br/>Fil: Santos, Rodrigo Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina<br/>Fil: Pistonesi, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina<br/>Fil: Juan, Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina<br/>Fil: Di Nezio, Maria Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina<br/>