Amperometric and spectrophotometric determination of carbaryl in natural waters and commercial formulations

The work presented describes the development and evaluation of two flow-injection analysis (FIA) systems for the automated determination of carbaryl in spiked natural waters and commercial formulations. Samples are injected directly into the system where they are subjected to alkaline hydrolysis thus forming 1-naphthol. This product is readily oxidised at a glassy carbon electrode. The electrochemical behaviour of 1-naphthol allows the development of an FIA system with an amperometric detector in which 1-naphthol determination, and thus measurement of carbaryl concentration, can be performed. Linear response over the range 1.0×10–7 to 1.0×10–5 mol L–1, with a sampling rate of 80 samples h–1, was recorded. The detection limit was 1.0×10–8 mol L–1. Another FIA manifold was constructed but this used a colorimetric detector. The methodology was based on the coupling of 1-naphthol with phenylhydrazine hydrochloride to produce a red complex which has maximum absorbance at 495 nm. The response was linear from 1.0×10–5 to 1.5×10–3 mol L–1 with a detection limit of 1.0×10–6 mol L–1. Sample-throughput was about 60 samples h–1. Validation of the results provided by the two FIA methodologies was performed by comparing them with results from a standard HPLC–UV technique. The relative deviation was <5%. Recovery trials were also carried out and the values obtained ranged from 97.0 to 102.0% for both methods. The repeatability (RSD, %) of 12 consecutive injections of one sample was 0.8% and 1.6% for the amperometric and colorimetric systems, respectively.

Determination of polyphenols in wines by reaction with 4-aminoantipyrine and photometric flow-injection analysis

A new flow-injection analytical procedure is proposed for the determination of the total amount of polyphenols in wines; the method is based on the formation of a colored complex between 4-aminoantipyrine and phenols, in the presence of an oxidizing reagent. The oxidizing agents hexacyanoferrate(III), peroxodisulfate, and tetroxoiodate(VII) were tested. Batch trials were first performed to select appropriate oxidizing agents, pH, and concentration ratios of reagents, on the basis of their effect on the stability of the colored complex. Conditions selected as a result of these trials were implemented in a flow-injection analytical system in which the influence of injection volume, flow rate, and reaction- coil length, was evaluated. Under the optimum conditions the total amount of polyphenols, expressed as gallic acid, could be determined within a concentration range of 36 to 544 mg L–1, and with a sensitivity of 344 L mol–1 cm–1 and an RSD <1.1%. The reproducibility of analytical readings was indicative of standard deviations <2%. Interference from sugars, tartaric acid, ascorbic acid, methanol, ammonium sulfate, and potassium chloride was negligible. The proposed system was applied to the determination of total polyphenols in red wines, and enabled analysis of approximately 55 samples h–1. Results were usually precise and accurate; the RSD was <3.9% and relative errors, by the Folin–Ciocalteu method, <5.1%.

Optimization of HS-SPME analytical conditions using factorial design for trihalomethanes determination in swimming pool water samples

Trihalomethanes (THMs) are widely referred and studied as disinfection by-products (DBPs). The THMs that are most commonly detected are chloroform (TCM), bromodichloromethane (BDCM), chlorodibromomethane (CDBM), and bromoform (TBM). Several studies regarding the determination of THMs in swimming pool water and air samples have been published. This paper reviews the most recent work in this field, with a special focus on water and air sampling, sample preparation and analytical determination methods. An experimental study has been developed in order to optimize the headspace solid-phasemicroextraction (HS-SPME) conditions of TCM, BDCM, CDBM and TBM from water samples using a 23 factorial design. An extraction temperature of 45 °C, for 25min, and a desorption time of 5 min were found to be the best conditions. Analysis was performed by gas chromatography with an electron capture detector (GC-ECD). The method was successfully applied to a set of 27 swimming pool water samples collected in the Oporto area (Portugal). TCM was the only THM detected with levels between 4.5 and 406.5 μg L−1. Four of the samples exceeded the guideline value for total THMs in swimming pool water (100 μgL−1) indicated by the Portuguese Health Authority.

Novel LTCC-potentiometric microfluidic device for biparametric analysis of organic compounds carrying plastic antibodies as ionophores: Application to sulfamethoxazole and trimethoprim

Monitoring organic environmental contaminants is of crucial importance to ensure public health. This requires simple, portable and robust devices to carry out on-site analysis. For this purpose, a low-temperature co-fired ceramics (LTCC) microfluidic potentiometric device (LTCC/μPOT) was developed for the first time for an organic compound: sulfamethoxazole (SMX). Sensory materials relied on newly designed plastic antibodies. Sol–gel, self-assembling monolayer and molecular-imprinting techniques were merged for this purpose. Silica beads were amine-modified and linked to SMX via glutaraldehyde modification. Condensation polymerization was conducted around SMX to fill the vacant spaces. SMX was removed after, leaving behind imprinted sites of complementary shape. The obtained particles were used as ionophores in plasticized PVC membranes. The most suitable membrane composition was selected in steady-state assays. Its suitability to flow analysis was verified in flow-injection studies with regular tubular electrodes. The LTCC/μPOT device integrated a bidimensional mixer, an embedded reference electrode based on Ag/AgCl and an Ag-based contact screen-printed under a micromachined cavity of 600 μm depth. The sensing membranes were deposited over this contact and acted as indicating electrodes. Under optimum conditions, the SMX sensor displayed slopes of about −58.7 mV/decade in a range from 12.7 to 250 μg/mL, providing a detection limit of 3.85 μg/mL and a sampling throughput of 36 samples/h with a reagent consumption of 3.3 mL per sample. The system was adjusted later to multiple analyte detection by including a second potentiometric cell on the LTCC/μPOT device. No additional reference electrode was required. This concept was applied to Trimethoprim (TMP), always administered concomitantly with sulphonamide drugs, and tested in fish-farming waters. The biparametric microanalyzer displayed Nernstian behaviour, with average slopes −54.7 (SMX) and +57.8 (TMP) mV/decade. To demonstrate the microanalyzer capabilities for real applications, it was successfully applied to single and simultaneous determination of SMX and TMP in aquaculture waters.

Quantification and viability analyses of Pseudokirchneriella subcapitata algal cells using image-based cytometry

This work aims to evaluate the feasibility of using image-based cytometry (IBC) in the analysis of algal cell quantification and viability, using Pseudokirchneriella subcapitata as a cell model. Cell concentration was determined by IBC to be in a linear range between 1 × 105 and 8 × 106 cells mL−1. Algal viability was defined on the basis that the intact membrane of viable cells excludes the SYTOX Green (SG) probe. The disruption of membrane integrity represents irreversible damage and consequently results in cell death. Using IBC, we were able to successfully discriminate between live (SG-negative cells) and dead algal cells (heat-treated at 65 °C for 60 min; SG-positive cells). The observed viability of algal populations containing different proportions of killed cells was well correlated (R 2 = 0.994) with the theoretical viability. The validation of the use of this technology was carried out by exposing algal cells of P. subcapitata to a copper stress test for 96 h. IBC allowed us to follow the evolution of cell concentration and the viability of copper-exposed algal populations. This technology overcomes several main drawbacks usually associated with microscopy counting, such as labour-intensive experiments, tedious work and lack of the representativeness of the cell counting. In conclusion, IBC allowed a fast and automated determination of the total number of algal cells and allowed us to analyse viability. This technology can provide a useful tool for a wide variety of fields that utilise microalgae, such as the aquatic toxicology and biotechnology fields.

Modelo de previsão meteorológica baseado em sistemas de inferência difusa

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Pilot monitoring study of ibuprofen in surface waters of north of Portugal

Ibuprofen is amongst the most worldwide consumed pharmaceuticals. The present work presents the first data in the occurrence of ibuprofen in Portuguese surface waters, focusing in the north area of the country, which is one of the most densely populated areas of Portugal. Analysis of ibuprofen is based on pre-concentration of the analyte with solid phase extraction and subsequent determination with liquid chromatography coupled to fluorescence detection. A total of 42 water samples, including surface waters, landfill leachates,Wastewater Treatment Plant (WWTP), and hospital effluents, were analyzed in order to evaluate the occurrence of ibuprofen in the north of Portugal. In general, the highest concentrations were found in the river mouths and in the estuarine zone. The maximum concentrations found were 48,720 ngL−1 in the landfill leachate, 3,868 ngL−1 in hospital effluent, 616 ngL−1 in WWTP effluent, and 723 ngL−1 in surface waters (Lima river). Environmental risk assessment was evaluated and at the measured concentrations only landfill leachates reveal potential ecotoxicological risk for aquatic organisms. Owing to a high consumption rate of ibuprofen among Portuguese population, as prescribed and nonprescribed medicine, the importance of hospitals, WWTPs, and landfills as sources of entrance of pharmaceuticals in the environment was pointed out. Landfill leachates showed the highest contribution for ibuprofen mass loading into surface waters. On the basis of our findings, more studies are needed as an attempt to assess more vulnerable areas.

Sistema de auto calibração visual para robots do ISePorto, baseado em EKF

Os sistemas de perceção existentes nos robôs autónomos, hoje em dia, são bastante complexos. A informação dos vários sensores, existentes em diferentes partes do robôs, necessitam de estar relacionados entre si face ao referencial do robô ou do mundo. Para isso, o conhecimento da atitude (posição e rotação) entre os referenciais dos sensores e o referencial do robô é um fator critico para o desempenho do mesmo. O processo de calibração dessas posições e translações é chamado calibração dos parâmetros extrínsecos. Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um método de calibração autónomo para robôs como câmaras direcionais, como é o caso dos robôs da equipa ISePorto. A solução proposta consiste na aquisição de dados da visão, giroscópio e odometria durante uma manobra efetuada pelo robô em torno de um alvo com um padrão conhecido. Esta informação é então processada em conjunto através de um Extended Kalman Filter (EKF) onde são estimados necessários para relacionar os sensores existentes no robô em relação ao referencial do mesmo. Esta solução foi avaliada com recurso a vários testes e os resultados obtidos foram bastante similares aos obtidos pelo método manual, anteriormente utilizado, com um aumento significativo em rapidez e consistência.

Problemática associada à utilização de diferentes tipos de mochila para transporte de material escolar

O transporte de cargas é uma tarefa comum para crianças, adolescentes e adultos, pela necessidade de transferência diária de objetos pessoais, livros e artigos de papelaria para os locais de trabalho ou escolas. Diversos autores apontam que o peso carregado durante transporte de material é o principal responsável pelo aparecimento de dor lombar. Deste modo é importante o constante estudo da temática para a definição recomendações e limites. O presente estudo teve como principais objetivos a caraterização da problemática associada à utilização de mochilas e a determinação do Peso Máximo Aceitável (PMA) e do Índice de Esforço Percebido (IEP) para a tarefa de transporte de mochilas, através da abordagem psicofísica. O estudo foi desenvolvido com estudantes do 7º, 8º e 9º ano de escolaridade e, foi dividido em duas fases. Na 1ª fase foram aplicados questionários para a análise da problemática associada à utilização de diferentes tipos de mochilas escolares. Nesta fase, foram incluídos aspetos associados à identificação do tipo de mochila mais utilizada, as rotinas e hábitos dos estudantes e as características da mochila utilizada. Verificou-se que os estudantes utilizam, maioritariamente, a mochila de duas alças para transporte de material escolar. Posteriormente foram efetuadas medições de peso da mochila, altura e peso aos 131 estudantes que constituíram a amostra da 1º fase. O principal objetivo deste ponto foi identificar o tipo de mochila habitualmente utilizada pelos estudantes assim como, o peso transportado nas mochilas. Na 2ª fase foi efetuado um estudo para a determinação do PMA e do IEP, através da abordagem psicofísica, para a tarefa de transporte de mochila, considerando-se uma amostra constituída por 10 estudantes. Para este estudo, apenas foi considerada a mochila mais frequentemente utilizada, identificada na 1º fase. A tarefa consistiu no transporte da mochila nos dois ombros e com as alças devidamente ajustadas ao corpo, num percurso pré-definido, de acordo com o procedimento experimental. Os resultados indicaram que nem todos os estudantes transportam mochilas com pesos dentro das recomendações da Organização Mundial de Saúde. O PMA determinado pelos estudantes foi de 6.8 kg para a mochila de duas alças e a região dos ombros foi identificada durante todo o estudo como sendo a que apresentava maior intensidade de dor durante o transporte da mochila.

Fonte de Iluminação LED – Avaliação dos Efeitos Fotobiológicos no Olho e Pele

Tendo por referência a diretiva 2006/95/CE, o trabalho desenvolvido no contexto da disciplina de Dissertação/Projeto/Estágio do Mestrado de Engenharia de Instrumentação e Metrologia, decorreu nas instalações do IEP (Instituto Electrotécnico Português) e teve como objetivo principal o desenvolvimento de um procedimento de avaliação dos efeitos fotobiológicos no olho e pele provocados por fontes de emissão contínua (LED), doravante designado método alternativo ao de referência. Os dois métodos, alternativo e de referência, utilizam respectivamente um foto-radiómetro multicanal e um espetro-radiómetro. O procedimento desenvolvido (método alternativo) de acordo com a norma EN/IEC62471) consiste na aquisição dos valores de irradiância com recurso a um foto-radiómetro e posterior determinação dos valores da radiância, com os quais se faz a avaliação dos efeitos fotobiológicos, para fontes de luz LED (Light Emitting Diode) ou GLS (General Lighting Service). A consulta detalhada da norma EN/IEC62471 e a pesquisa sobre os conceitos, definições, equipamentos e metodologias relacionadas com o tema em causa, constituiu o primeiro passo deste projecto. Com recurso aos dois equipamentos, uma fonte de luz LED (módulo de 12 lâmpadas LED) é avaliada em relação aos perigos (ou riscos) actínico UV e UV-A, ao perigo da luz azul e ainda o perigo térmico na retina e térmico na pele, permitindo fazer uma análise comparativa dos resultados. O método alternativo revelou-se bastante flexível e eficaz, proporcionando bons resultados em termos da irradiância e radiância dos referidos efeitos fotobiológicos. A comparação destes resultados com os valores limites de exposição mencionados na norma EN/IEC6247 permitiu afirmar que a fonte de luz LED avaliada não representa perigo fotobiológico para a saúde humana e classifica-se no grupo de risco “isento”. Uma vez cumpridos os objectivos, entendeu-se que seria uma mais-valia para o trabalho já realizado, estudar outro caso prático. Sendo assim, fez-se a avaliação da radiação de apenas um dos LED´s que constituíam a fonte usada nos ensaios anteriores, com o espetro-radiómetro (método de referência) e com uma distância de 200 mm entre a fonte e o medidor. Neste caso verificaram-se diferenças significativas nas quantidades obtidas quando comparadas com os valores normativos. Concluiu-se que o efeito fotobiológico da luz azul insere-se no grupo de “isento”, sem perigo para a saúde. Contudo, o efeito térmico da retina apresenta um aumento considerável da quantidade de radiância, embora dentro do grupo de risco “isento”. Esta classificação de grupos de risco. Face aos resultados obtidos, pode confirmar-se que as lâmpadas LED apresentam segurança fotobiológica, atendendo aos baixos valores de irradiância e radiância dos efeitos fotobiológicos estudados. Pode ainda afirmar-se que a utilização do foto-radiómetro em alternativa ao espetro-radiómetro se revela mais eficaz do ponto de vista de metodologia prática. Este trabalho demonstra a robustez desses dois equipamentos de avaliação dos efeitos fotobiológicos, e procura estabelecer uma linha de orientação para a prevenção dos efeitos adversos na pele e olhos de todos os seres humanos sujeitos à radiação ótica artificial. Quanto às incertezas de medições, em relação ao processo de medição com foto-radiómetro, a sua estimação não se realizou, devido a não rastreabilidade entre as medições indicadas pelo fabricante, no certificado de calibração e as medidas realizadas por outras entidades. Contudo, é propõe-se a sua realização em trabalhos futuros dentro desse âmbito. As incertezas dos resultados de medições com espetro-radiómetro foram parcialmente estimadas. Atendendo às potencialidades do sistema de medição, propõe-se como trabalho futuro, a aplicação da norma IEC62478, que faz parte da aplicação da norma EN/IEC62471 na avaliação do efeito da luz azul, com base na determinação da temperatura de cor correlacionada (CCT) de lâmpadas ou sistemas de lâmpadas incluindo luminárias. Os valores de irradiância e radiância adquiridos nos processos de avaliação, tanto com foto-radiómetro como espectro-radiómetro foram gravados em ficheiro Excel para um CD e anexados a este trabalho.

Calibration Method for Underwater Visual Ground-Truth System

This work presents an automatic calibration method for a vision based external underwater ground-truth positioning system. These systems are a relevant tool in benchmarking and assessing the quality of research in underwater robotics applications. A stereo vision system can in suitable environments such as test tanks or in clear water conditions provide accurate position with low cost and flexible operation. In this work we present a two step extrinsic camera parameter calibration procedure in order to reduce the setup time and provide accurate results. The proposed method uses a planar homography decomposition in order to determine the relative camera poses and the determination of vanishing points of detected lines in the image to obtain the global pose of the stereo rig in the reference frame. This method was applied to our external vision based ground-truth at the INESC TEC/Robotics test tank. Results are presented in comparison with an precise calibration performed using points obtained from an accurate 3D LIDAR modelling of the environment.