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Imagine um lago outrora cristalino transformado em um deserto sem vida, não por contaminantes visíveis, mas por níveis imperceptíveis de nitrogênio amoniacal que desencadeiam florações de algas, sufocam a vida aquática e perturbam ecossistemas inteiros. Esta não é uma retórica alarmista, mas um desafio global premente que as massas de água enfrentam em todo o mundo. O nitrogênio amoniacal, um poluente primário proveniente de águas residuais agrícolas, industriais e domésticas, representa ameaças diretas aos organismos aquáticos e riscos indiretos à saúde humana por meio da cadeia alimentar. Consequentemente, o desenvolvimento de métodos precisos e eficientes de detecção de nitrogênio amoniacal tornou-se crucial para a proteção ambiental e o gerenciamento sustentável dos recursos hídricos.

O nitrogênio amoniacal refere-se à concentração combinada de amônia (NH₃) e íons amônio (NH₄⁺) na água, com suas proporções relativas determinadas pelos níveis de pH. Quando o pH cai abaixo de 8,75, o NH₄⁺ domina; acima de 9,75, o NH₃ prevalece. Esses compostos são altamente solúveis em água, corrosivos e potencialmente perigosos. Mesmo pequenas ultrapassagens de nitrogênio amoniacal (por exemplo, concentrações acima de 0,5 μmol/L) podem impactar significativamente os ambientes aquáticos.

Embora os íons amônio normalmente dominem nas águas naturais, a amônia muito mais tóxica - mesmo em concentrações nanomolares - é a principal causa de envenenamento de organismos aquáticos. Níveis elevados de nitrogênio amoniacal estimulam o crescimento excessivo de plâncton, desencadeando florações de algas, eutrofização e colapso do ecossistema. A decomposição subsequente das algas esgota o oxigênio dissolvido, causando mortandade em massa de peixes e organismos bentônicos. Esse ciclo vicioso não apenas reduz a capacidade de autolimpeza da água, mas também pode liberar gases nocivos, degradando ainda mais as condições ambientais.

A toxicidade do nitrogênio amoniacal se estende a humanos, peixes e crustáceos, afetando particularmente a vida aquática juvenil. O acúmulo de amônia no sangue em peixes causa fatalidades, ameaçando os recursos pesqueiros e o equilíbrio ecológico. Mais alarmante, o nitrogênio amoniacal pode se converter em nitritos e nitratos tóxicos sob certas condições, exacerbando os riscos de poluição da água. Reconhecendo esses perigos, as nações em todo o mundo estabeleceram padrões rigorosos de concentração de nitrogênio amoniacal para água potável e água do mar, tornando as tecnologias de detecção rápida e precisa essenciais para a segurança da água e a proteção do ecossistema.

A detecção convencional de nitrogênio amoniacal baseia-se principalmente em dois métodos:

• Método do Reagente de Nessler: Esta técnica colorimétrica mede a formação de um complexo amarelo-marrom entre o nitrogênio amoniacal e a solução de tetraiodomercurato de potássio. No entanto, ela sofre interferência da turbidez da água, cor e outras substâncias, enquanto seus reagentes à base de mercúrio representam perigos ambientais.
• Método do Azul de Indofenol (IPB): Esta abordagem mais sensível quantifica os compostos azuis de indofenol formados por reações de nitrogênio amoniacal com hipoclorito e reagentes de fenol. Embora supere o método de Nessler, o IPB ainda enfrenta limitações de precisão em matrizes de água complexas, como água do mar e sistemas de aquicultura.

Apesar de sua utilidade histórica, esses métodos lutam com os requisitos ambientais cada vez mais rigorosos e as necessidades de detecção de baixa concentração. Sua preparação de amostras demorada, procedimentos longos e reagentes não ecologicamente corretos destacam a necessidade de alternativas avançadas.

• Análise óptica: Os métodos espectrofotométricos e fluorométricos oferecem alta sensibilidade, mas exigem pré-tratamento complexo da amostra para eliminar a interferência, reduzindo a eficiência analítica.
• Análise eletroquímica: Eficazes em termos de custo e facilmente automatizados, esses métodos medem as reações redox do nitrogênio amoniacal nas superfícies dos eletrodos. Eletrodos modificados com nanomateriais aumentam significativamente a sensibilidade e a seletividade.
• Tecnologia de biossensores: Utilizando enzimas, anticorpos ou microrganismos para reações específicas de nitrogênio amoniacal, os biossensores fornecem detecção rápida, sensível e seletiva, ideal para aplicações de campo. A integração com microfluídica e técnicas de difusão de gás melhora ainda mais o desempenho.

• Tecnologia de chip microfluídico: A integração do processamento de amostras, reação e detecção em chips em miniatura permite uma análise automatizada de alto rendimento com uso mínimo de reagentes, adequada para monitoramento online.
• Detecção por fibra óptica: Aproveitando as interações luz-meio em fibras ópticas, esses sensores compactos e resistentes a interferências facilitam o monitoramento remoto em ambientes agressivos.
• Detecção colorimétrica de pH: Simples e econômica, este método usa as mudanças de cor dos indicadores de pH das mudanças de pH induzidas por nitrogênio amoniacal para testes rápidos em campo.

• Nanopartículas metálicas: Nanopartículas de ouro ou platina catalisam reações redox, diminuindo a sobretensão e aumentando a sensibilidade, ao mesmo tempo em que aumentam a área da superfície do eletrodo.
• Nanotubos de carbono/Grafeno: Esses materiais fornecem estruturas de eletrodos condutoras e mecanicamente robustas que melhoram a estabilidade e a vida útil, especialmente quando combinados com nanopartículas ou enzimas.
• Nanopartículas de óxido metálico: Oferecendo estabilidade química e biocompatibilidade, elas protegem os eletrodos da corrosão, enquanto algumas variantes catalisam as reações redox de nitrogênio amoniacal.

• Desidrogenase de glutamato (GLDH): Mede o consumo de NADH durante a conversão de α-cetoglutarato em glutamato para detecção altamente sensível e seletiva, embora a atividade enzimática dependa da temperatura e do pH.
• Urease: Detecta a ureia indiretamente por meio da produção de nitrogênio amoniacal a partir da hidrólise da ureia, adequada para análise de águas residuais e urina.

Embora os métodos enzimáticos forneçam sensibilidade, seletividade e velocidade superiores, os desafios incluem a estabilidade da enzima, altos custos de produção e potencial perda de atividade durante a imobilização.