ß-Lactams: chemical structure, mode of action and mechanisms of resistance

This synopsis summarizes the key chemical and bacteriological characteristics of β-lactams, penicillins, cephalosporins, carbanpenems, monobactams and others. Particular notice is given to first-generation to fifth-generation cephalosporins. This review also summarizes the main resistance mechanism to antibiotics, focusing particular attention to those conferring resistance to broad-spectrum cephalosporins by means of production of emerging cephalosporinases (extended-spectrum β-lactamases and AmpC β-lactamases), target alteration (penicillin-binding proteins from methicillin-resistant Staphylococcus aureus) and membrane transporters that pump β-lactams out of the bacterial cell.

Estudo da reciclagem do banho de caleiro de pele caprina

Mestrado em Engenharia Química

Structural, physical, and chemical modifications induced by microwave heating on native agar-like galactans

Native agars from Gracilaria vermiculophylla produced in sustainable aquaculture systems (IMTA) were extracted under conventional (TWE) and microwave (MAE) heating. The optimal extracts from both processes were compared in terms of their properties. The agars’ structure was further investigated through Fourier transform infrared and NMR spectroscopy. Both samples showed a regular structure with an identical backbone, β-D-galactose (G) and 3,6-anhydro-α-L-galactose (LA) units; a considerable degree of methylation was found at C6 of the G units and, to a lesser extent, at C2 of the LA residues. The methylation degree in the G units was lower for MAEopt agar; the sulfate content was also reduced. MAE led to higher agar recoveries with drastic extraction time and solvent volume reductions. Two times lower values of [η] and Mv obtained for the MAEopt sample indicate substantial depolymerization of the polysaccharide backbone; this was reflected in its gelling properties; yet it was clearly appropriate for commercial application in soft-texture food products.

Validação da versão portuguesa do método 'Internacional Chemical Control Toolkit'

Em Portugal, como em outros países, podem ser encontrados milhares de trabalhadores com doenças e outros problemas resultantes da exposição aos compostos orgânicos voláteis (COV’s). No entanto são poucos os estudos aplicados à actividade industrial. Neste trabalho validou-se/estimou-se a exposição ocupacional a COV´s dos trabalhadores que executam a tarefa de ‘aplicação de revestimento do mobiliário’, mais conhecida por ‘acabamento de móveis’ na secção de acabamentos do sector de mobiliário de madeira, que se situa nos concelhos de Paços de Ferreira e Paredes, concelhos do Norte de Portugal. A amostra foi constituída por 17 empresas e foram avaliados 34 tarefas que corresponde ao mesmo número de trabalhadores, uma vez que eles executam essa tarefa durante as oito horas diárias de trabalho. Para avaliar a exposição dos trabalhadores foram utilizadas duas abordagens da higiene do trabalho: a pragmática, através da aplicação do método Toolkit e a tradicional com recurso a amostragens de ar e análises laboratoriais. Os resultados obtidos sugerem que o Toolkit é uma boa ferramenta para ser utilizada pelas Pequenas e Médias Empresas (PME’s), que trabalhem com substâncias em pó ou líquidas. É um método expedito e que não acarreta grandes esforços financeiros. Verificou-se ainda que a maioria dos trabalhadores estão em risco de exposição a COV’s. Sendo necessário tomar medidas de controlo.

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Remediação de solos contaminados com produtos farmacêuticos – oxidação / redução química

Actualmente, a poluição do ar, água e solo são problemáticas nas quais se têm centrado diversos estudos. Reduzir ou eliminar a concentração dos diversos poluentes presentes nestes meios é uma meta que se pretende atingir. Neste âmbito, têm sido desenvolvidos diversos estudos e trabalhos, utilizando diversas tecnologias, como químicas e biológicas, de forma a conseguir-se atingir este fim. Esta tese teve como principal objectivo estudar a remediação de solos contaminados com produtos farmacêuticos recorrendo à oxidação/redução química. Assim, começou por se estudar a remediação de água contaminada com ibuprofeno, uma vez, que a matriz líquida é mais fácil de estudar que o solo. Neste âmbito escolheram-se os seguintes reagentes para estudar a descontaminação da água: permanganato de potássio, reagente de Fenton e nanopartículas de ferro zero valente. Analisando os resultados obtidos nestas análises, verificou-se que o permanganato de potássio não foi capaz de reduzir a concentração de ibuprofeno presente na água. No entanto, o reagente de Fenton e as nanopartículas produzidas a partir do extracto da casca de castanha e do chá conseguirem reagir com o ibuprofeno, apresentando taxas de degradação de 90 % e 77 %, respectivamente, nas melhores condições experimentadas. Com os resultados obtidos, passou-se a analisar solos contaminados com o ibuprofeno, utilizando o reagente de Fenton e as nanopartículas produzidas a partir de um extracto de chá. Verificou-se que estes reagentes conseguiram reduzir a concentração de ibuprofeno presente no solo (areia) para valores residuais, obtendo-se taxas de degradação acima de 95 % após 5 dias de reacção. Conclui-se que, o objectivo principal desta tese foi cumprido pois foi reduzida, e quase eliminada, a concentração do ibuprofeno presente no solo, recorrendo à oxidação/redução química.

Wine and grape polyphenols — a chemical perspective

Phenolic compounds constitute a diverse group of secondary metabolites which are present in both grapes and wine. The phenolic content and composition of grape processed products (wine) are greatly influenced by the technological practice to which grapes are exposed. During the handling and maturation of the grapes several chemical changes may occur with the appearance of new compounds and/or disappearance of others, and consequent modification of the characteristic ratios of the total phenolic content as well as of their qualitative and quantitative profile. The non-volatile phenolic qualitative composition of grapes and wines, the biosynthetic relationships between these compounds, and the most relevant chemical changes occurring during processing and storage will be highlighted in this review.

β-Lactams: chemical structure, mode of action and mechanisms of resistance

This synopsis summarizes the key chemical and bacteriological characteristics of β-lactams, penicillins, cephalosporins, carbanpenems, monobactams and others. Particular notice is given to first-generation to fifth-generation cephalosporins. This reviewalso summarizes the main resistancemechanism to antibiotics, focusing particular attention to those conferring resistance to broad-spectrum cephalosporins by means of production of emerging cephalosporinases (extended-spectrum β-lactamases and AmpC β-lactamases), target alteration (penicillin-binding proteins from methicillin-resistant Staphylococcus aureus) and membrane transporters that pump β-lactams out of the bacterial cell.

Microstructure, mechanical properties and chemical degradation of brazed AISI 316 stainless steel/alumina systems

The main aims of the present study are simultaneously to relate the brazing parameters with: (i) the correspondent interfacial microstructure, (ii) the resultant mechanical properties and (iii) the electrochemical degradation behaviour of AISI 316 stainless steel/alumina brazed joints. Filler metals on such as Ag–26.5Cu–3Ti and Ag–34.5Cu–1.5Ti were used to produce the joints. Three different brazing temperatures (850, 900 and 950 °C), keeping a constant holding time of 20 min, were tested. The objective was to understand the influence of the brazing temperature on the final microstructure and properties of the joints. The mechanical properties of the metal/ceramic (M/C) joints were assessed from bond strength tests carried out using a shear solicitation loading scheme. The fracture surfaces were studied both morphologically and structurally using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction analysis (XRD). The degradation behaviour of the M/C joints was assessed by means of electrochemical techniques. It was found that using a Ag–26.5Cu–3Ti brazing alloy and a brazing temperature of 850 °C, produces the best results in terms of bond strength, 234 ± 18 MPa. The mechanical properties obtained could be explained on the basis of the different compounds identified on the fracture surfaces by XRD. On the other hand, the use of the Ag–34.5Cu–1.5Ti brazing alloy and a brazing temperature of 850 °C produces the best results in terms of corrosion rates (lower corrosion current density), 0.76 ± 0.21 μA cm−2. Nevertheless, the joints produced at 850 °C using a Ag–26.5Cu–3Ti brazing alloy present the best compromise between mechanical properties and degradation behaviour, 234 ± 18 MPa and 1.26 ± 0.58 μA cm−2, respectively. The role of Ti diffusion is fundamental in terms of the final value achieved for the M/C bond strength. On the contrary, the Ag and Cu distribution along the brazed interface seem to play the most relevant role in the metal/ceramic joints electrochemical performance.

Desenvolvimento de métodos rápidos para deteção de drogas no meio aquático

A vasta aplicação de antibióticos em sistemas de aquacultura tem conduzido ao aparecimento de espécies microbianas resistentes, devendo ser evitada ou, se possível, minimizada. A minimização implica um controlo muito rigoroso das doses aplicadas, algo que só pode ser realizado se todo o processo analítico for simples, barato e puder ser implementado no local. O presente trabalho descreve para este efeito um sistema sensor constituído por papel quimicamente modificado, cujo procedimento analítico foi semelhante à monitorização de pH através das conhecidas tiras indicadoras de pH universal. O papel foi modificado com base em reacções de monocamadas e assumiu uma coloração típica após contacto com o antibiótico. A intensidade da coloração estava também relacionada com a concentração desse antibiótico. Como prova deste conceito, o sensor proposto foi desenhado tendo em vista a monitorização de oxitetraciclina, um dos antibióticos utilizados neste contexto com elevada frequência. A modificação do papel foi baseada na alteração química das unidades de glucose na matriz sólida por reacção covalente com reagentes apropriados. Foram utilizadas duas estratégias diferentes para este efeito: uma foi baseada em reacções de tipo sol-gel e a outra em reacção de adição nucleófila. Posteriormente, o papel foi modificado com espécies metálicas capazes de mudar de cor na presença da oxitetraciclina. Estas modificações químicas foram avaliadas e optimizadas relativamente a vários parâmetros, no sentido de promover uma variação de cor intensa face à concentração de antibiótico. Procedeu-se ainda ao controlo desta modificação por técnicas de espectroscopia de infravermelho. A variação de cor foi avaliada por comparação visual, mas registada por imagem digital. Os materiais sensores preparados foram ainda caracterizados do ponto de vista do seu desempenho analítico. Incluíram-se aqui a identificação de uma relação linear entre coordenadas de cor e concentração, a atribuição de uma gama de concentrações capaz de fornecer uma resposta previsível e resposta cruzada face a outros antibióticos. Procedeu-se ainda à aplicação dos sensores numa amostra de água ambiental dopada com antibiótico. De uma forma geral, foi possível estabelecer um processo simples de modificação de papel capaz de aferir a presença e a quantidade de tetraciclinas, mais concretamente a oxitetraciclina. O processo aqui estabelecido é promissor, antevendo a concretização de uma metodologia simples, barata e local para a monitorização de anitbióticos em águas.

Incorporating sustainability into a chemical company’s modus operandi

The intent of this dissertation is to review relevant existing management systems and chemical industry initiatives to identify synergies, overlaps and gaps with Sustainability best practices, to map the barriers to the incorporation of Sustainability and formulate recommendations to facilitate execution of Sustainability practices within existing management systems. A chemical industry Sustainability survey was conducted through APEQ, the Portuguese association of chemical companies, which constitutes the first baseline on the topic for this national industry association. The commonly used international standards and the Responsible Care® (RC) initiative were cross-referenced against the United Nations Global Compact Assessment Tool. Guidance on how to incorporate Sustainability into a company‘s modus operandi was collapsed into Sustainability Playbooks. The survey revealed that 73% of the APEQ member companies that participated in the survey have a Sustainability Plan. Both large and small/medium APEQ member companies see the market not willing to pay extra for ‗greener‘ products as one of the main barriers. APEQ large enterprise see complexity of implementation and low return on investment as the other most significant barriers while small/medium enterprise respond that the difficulty to predict customer sustainability needs is the other most significant barrier. Amongst many other insights from this survey reported to APEQ, Life Cycle Assessment practices were found to have a low level of implementation and were also considered of low importance, thus identifying a very important opportunity in Sustainability practices to be addressed by APEQ. Two hundred and seventy three assessment points from United Nations Global Compact Assessment Tool plus five additional items were cross-referenced with international standard requirements. With the authorization of the intellectual property owners, the United Nations Global Compact Assessment Tool was modified to introduce actionable recommendations for each gap identified by management standard. This tool was automated to output specific recommendations for 63 possible combinations after simply selecting from a list of commonly used management standards and the RC initiative. Finally this modified tool was introduced into Playbooks for Incorporation of Sustainability at two levels: a ―Get Started Playbook‖ for beginners or small/medium size enterprise and an ―Advanced Playbook‖ as a second advancement stage or for large enterprise.

Study on the changes of soil chemical characteristics as result of prescribed fire

Every year, particularly during the summer period, the Portuguese forests are devastated by forest fire that destroys their ecosystems. So in order to prevent these forest fires, public and private authorities frequently use methods for the reduction of combustible mass as the prescribed fire and the mechanical vegetation pruning. All of these methods of prevention of forest fires alter the vegetation layer and/or soil [1-2]. This work aimed the study of the variation of some chemical characteristics of soil that suffered prescribed fire. The studied an area was located in the Serra of Cabreira (Figure 1) with 54.6 ha. Twenty sampling points were randomly selected and samples were collected with a shovel before, just after the prescribed fire, and 125 and 196 days after that event. The parameters that were studied were: pH, soil moisture, organic matter and iron, magnesium and potassium total concentration. All the analysis followed International Standard Methodologies. This work allowed to conclude that: a) after the prescribed fire; i) the pH remained practically equal to the the initial value; ii) occurred a slight increase of the average of the organic matter contents and iron total contents; b) at the end of the sampling period compared to the initial values; i) the pH didn´t change significantly; ii) the average of the contents of organic matter decreased; and iii) the average of the total contents of Fe, Mg and K increased.

Impact of prescribed fire on the chemical properties of soil

Prescribed fire is a common forest management tool used in Portugal to reduce the fuel load availability and minimize the occurrence of wildfires. In addition, the use of this technique also causes an impact to ecosystems. In this presentation we propose to illustrate some results of our project in two forest sites, both located in Northwest Portugal, where the effect of prescribed fire on soil properties were recorded during a period of 6 months. Changes in soil moisture, organic matter, soil pH and iron, were examined by Principal Component Analysis multivariate statistics technique in order to determine impact of prescribed fire on these soil properties in these two different types of soils and determine the period of time that these forest soils need to recover to their pre-fire conditions, if they can indeed recover. Although the time allocated to this study does not allow for a widespread conclusion, the data analysis clearly indicates that the pH values are positively correlated with iron values at both sites. In addition, geomorphologic differences between both sampling sites, Gramelas and Anjos, are relevant as the soils’ properties considered have shown different performances in time. The use of prescribed fire produced a lower impact in soils originated from more amended bedrock and therefore with a ticker humus covering (Gramelas) than in more rocky soils with less litter covering (Anjos) after six months after the prescribed fire occurrence.

Novel optical PVC probes for on-site detection/determination of fluoroquinolones in a solid/liquid interface: Application to the determination of Norfloxacin in aquaculture water

A novel optical disposable probe for screening fluoroquinolones in fish farming waters is presented, having Norfloxacin (NFX) as target compound. The colorimetric reaction takes place in the solid/liquid interface consisting of a plasticized PVC layer carrying the colorimetric reagent and the sample solution. NFX solutions dropped on top of this solid-sensory surface provided a colour change from light yellow to dark orange. Several metals were tested as colorimetric reagents and Fe(III) was selected. The main parameters affecting the obtained colour were assessed and optimised in both liquid and solid phases. The corresponding studies were conducted by visible spectrophotometry and digital image acquisition. The three coordinates of the HSL model system of the collected image (Hue, Saturation and Lightness) were obtained by simple image management (enabled in any computer). The analytical response of the optimised solid-state optical probe against concentration was tested for several mathematical transformations of the colour coordinates. Linear behaviour was observed for logarithm NFX concentration against Hue+Lightness. Under this condition, the sensor exhibited a limit of detection below 50 μM (corresponding to about 16 mg/mL). Visual inspection also enabled semi-quantitative information. The selectivity was ensured against drugs from other chemical groups than fluoroquinolones. Finally, similar procedure was used to prepare an array of sensors for NFX, consisting on different metal species. Cu(II), Mn(II) and aluminon were selected for this purpose. The sensor array was used to detect NFX in aquaculture water, without any prior sample manipulation.

Impacto Ambiental do Processo de Tingimento de uma Indústria de Curtumes e Avaliação do Desempenho da ETAR

Um dos objetivos desta dissertação de mestrado foi avaliar o impacto ambiental do processo de tingimento usado na indústria de curtumes, em termos de volume de efluente produzido e sua carga poluente. Pretendeu-se também encontrar alternativas ao nível do processo de tingimento que levem a uma melhoria na qualidade do efluente produzido. Outro objetivo deste trabalho foi avaliar o funcionamento da ETAR existente na empresa JR Fontes, no que diz respeito aos parâmetros em estudo (carência química de oxigénio - CQO, pH, crómio e teor de sólidos suspensos totais - SST), propondo alterações que permitam respeitar os valores de emissão exigidos na licença de descarga da empresa. Verificou-se que o processo de tingimento aplicado pela empresa JR Fontes é muito poluente, em termos de carga orgânica e matéria em suspensão. Este facto é comprovado pelos resultados obtidos para os três processos estudados: Montana, Galáctico e Navak. Todos os processos apresentam um efluente com pH ácido (aproximado a 3) e valores de CQO superiores a 3550 mg O2/L, sendo o processo Navak aquele que apresenta o valor mais alto para o banho composto, 8362 mg O2/L. Relativamente ao teor de crómio, o banho de recurtume com concentração mais elevada de crómio total é o banho 1 do processo Navak, com 2297 mg/L, sendo que a concentração destes banhos é sempre elevada, igual ou superior a 746 mg/L. No que diz respeito à matéria em suspensão, o processo Navak é novamente o mais poluente, com um valor de 3842 mg SST/L, não sendo obtidos nos outros processos, valores inferiores a 1205 mg SST/L. Na realização de um processo alternativo de tingimento verificou-se que é possível diminuir a carga orgânica do efluente originado. A aplicação de recurtumes sintéticos deu origem a efluentes menos poluentes. O melhor valor obtido para a CQO foi de 1113 mg O2/L, sendo obtidos valores não superiores a 7185 mg O2/L para processos de características semelhantes aos aplicados nesta indústria. Relativamente à ETAR, apesar das restrições ao funcionamento que esta apresenta, no geral pode ser considerada eficiente, embora não consiga atingir o objetivo pretendido de remoção para a CQO, ou seja o valor de 1100 mg O2/L. Nos restantes parâmetros é cumprido o limite de emissão (350 mg SST/L, pH entre 6 e 9 e 2 mg Cr/L para o crómio total): os SST apresentam o valor de 98 mg SST/L, o crómio total de 1,2 mg Cr/L e o pH encontra-se entre 8 e 9. São aqui feitas duas abordagens para solucionar os problemas existentes na ETAR. A primeira considera um ajuste no tratamento e equipamentos existentes, através da reconstrução do tanque de equalização, da substituição do coagulante por sulfato ferroso e da reconstrução do sedimentador, assim como a substituição das tubagens por umas de maior diâmetro, solucionando assim problemas de manutenção de toda a instalação e do incumprimento da legislação. A outra abordagem implica a substituição do sistema de afinação existente, os filtros de areia e carvão ativados, por um sistema de membranas de ultrafiltração ou por dois filtros de carvão ativado. Para tratar um efluente com um valor de CQO de 3000 mg O2/L com o carvão estudado, seriam necessários 132 kg de carvão por coluna, aproveitando-se os equipamentos existentes. No caso das membranas filtrantes, estas são eficazes, reduzindo a CQO em cerca de 70%. Ao contrário do carvão, a aplicação deste sistema implicaria a aquisição de novos equipamentos. Futuramente propõe-se a avaliação dos vários tipos de reagentes usados no tingimento de couro de forma a aplicar no tratamento aqueles que produzam as características desejadas no produto final e a que apresentem um menor resultado de CQO. Propõe-se também o estudo de viabilidade da remoção de crómio dos banhos de recurtume e consequente avaliação da aplicabilidade de um tratamento biológico em substituição ou como complemento do tratamento existente.