La presenza di fullereni incontaminati e funzionalizzati come costituenti di aerosol aerodispersi

Sep 02, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4248 (2023) Citare questo articolo

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Abbiamo studiato se i fullereni puri e funzionalizzati potessero essere reali costituenti di aerosol atmosferici fini. Profili completi di fullereni da estratti da 1 µl sono stati realizzati mediante spettrometria di massa a desorbimento laser a matrice (MALDI-MS) in pochi minuti. Lo ione con m/z 720, corrispondente a [C60]−•, è stato identificato come fullerene dopo che 1 µL di soluzione di matrice di acido α-ciano-4-idrossicinnamico è stato individuato sugli estratti secchi. Gli ioni con m/z corrispondente a C70, C76, C84, C100, C118, C128 e C130 sono stati attribuiti anche ad altre specie di fullerene rilevate nei campioni. Si è scoperto che lo ione m/z 878 è il derivato del fullerene dietil metano[60]fullerene dicarbossilato. Poiché gli ioni di molecole di fullerene frammentate non sono stati rilevati nemmeno ad elevate energie laser, abbiamo considerato i fullereni come costituenti originali di vere matrici di particelle atmosferiche invece di formarsi come artefatti dell'azione laser sui campioni. Pertanto, questo protocollo sarebbe utile per comprendere la distribuzione dei fullereni incontaminati o funzionalizzati nell'ambiente e la loro partecipazione alla chimica atmosferica in condizioni tipiche, nonché la sua applicazione in studi di (eco)tossicità in vitro e in vivo.

I fullereni puri o non sostituiti (come C60 e C70, tra gli altri) e i loro derivati ​​(fullereni funzionalizzati) sono composti formati principalmente da atomi di carbonio disposti in forma sferica come buckyball1,2,3,4,5. La versatilità chimica dei fullereni e dei loro derivati ​​li rende utili per una vasta gamma di applicazioni, tra cui l'elettronica per la generazione di energia6, l'ottica, il fotovoltaico, la (bio)medicina e i prodotti per la cura personale, tra gli altri7,8,9. Fino al 2012, infatti, la stima della produzione di fullereni era di circa decine di migliaia di tonnellate all’anno7,10. Anche se dal 2014 al 2019 la produzione di fullereni è aumentata solo di circa il 6%11, è probabile che la loro produzione aumenterà a breve.

L'effettiva presenza di fullereni nell'ambiente non è ancora un consenso in letteratura3,12, nonostante siano stati trovati nelle acque reflue e nelle acque superficiali13, nei sedimenti14,15,16, nel suolo7,14, nella fuliggine dei motori17, nelle particelle sospese nell'aria esauste dal carbone18 ,19 e incendi di diesel20 e meteoriti2. La presenza di fullereni nell'ambiente è stata proposta come un evento reale o attribuita alla loro formazione di artefatti laser durante le analisi di spettrometria di massa (MS) con desorbimento-ionizzazione laser (LDI) o con desorbimento-ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI)12.

Fullereni e derivati ​​sono stati messi in relazione in alcuni studi, probabilmente perché la loro presenza in campioni ambientali o biologici è difficile da rilevare4,12. Un altro motivo è che i fullereni possono subire trasformazioni atmosferiche in diversi processi, tra cui aggregazione, rivestimento e reazioni come l'ossidazione21 e la fotoossidazione22. Alcuni studi hanno condotto una ricerca esplorativa sulla composizione chimica dei metalli e della frazione organica idrosolubile degli aerosol fini (PM2,5), trovando principalmente metalli provenienti da processi industriali (Cu, Cd e Pb) e da traffico (Cr, Mn, Ni, V e Zn) così come quelle derivanti dalle emissioni naturali (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg e Fe)23. Tuttavia, ciò non è stato correlato ad alcuna influenza del contenuto di metallo sulla formazione dei derivati ​​del fullerene. I fullereni generalmente sono presenti a livelli di tracce o ultra-tracce, il che li rende difficili da estrarre quantitativamente con i metodi convenzionali. Di conseguenza, potrebbero anche essere difficili da rilevare e quantificare nelle matrici ambientali quando si considerano centinaia o migliaia di altri componenti del campione, che possono agire come interferenti, a seconda della tecnica di estrazione e analisi del campione utilizzata.