Development of paper-based color test-strip for drug detection in aquatic environment: Application to oxytetracycline

The wide use of antibiotics in aquaculture has led to the emergence of resistant microbial species. It should be avoided/minimized by controlling the amount of drug employed in fish farming. For this purpose, the present work proposes test-strip papers aiming at the detection/semi-quantitative determination of organic drugs by visual comparison of color changes, in a similar analytical procedure to that of pH monitoring by universal pH paper. This is done by establishing suitable chemical changes upon cellulose, attributing the paper the ability to react with the organic drug and to produce a color change. Quantitative data is also enabled by taking a picture and applying a suitable mathematical treatment to the color coordinates given by the HSL system used by windows. As proof of concept, this approach was applied to oxytetracycline (OXY), one of the antibiotics frequently used in aquaculture. A bottom-up modification of paper was established, starting by the reaction of the glucose moieties on the paper with 3-triethoxysilylpropylamine (APTES). The so-formed amine layer allowed binding to a metal ion by coordination chemistry, while the metal ion reacted after with the drug to produce a colored compound. The most suitable metals to carry out such modification were selected by bulk studies, and the several stages of the paper modification were optimized to produce an intense color change against the concentration of the drug. The paper strips were applied to the analysis of spiked environmental water, allowing a quantitative determination for OXY concentrations as low as 30 ng/mL. In general, this work provided a simple, method to screen and discriminate tetracycline drugs, in aquaculture, being a promising tool for local, quick and cheap monitoring of drugs.

Sulfadiazine-selective determination in aquaculture environment: Selective potentiometric transduction by neutral or charged ionophores

Solid-contact sensors for the selective screening of sulfadiazine (SDZ) in aquaculture waters are reported. Sensor surfaces were made from PVC membranes doped with tetraphenylporphyrin-manganese(III) chloride, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, or γ-cyclodextrin ionophores that were dispersed in plasticizer. Some membranes also presented a positive or a negatively charged additive. Phorphyrin-based sensors relied on a charged carrier mechanism. They exhibited a near-Nernstian response with slopes of 52 mV decade−1 and detection limits of 3.91 × 10−5 mol L−1. The addition of cationic lipophilic compounds to the membrane originated Nernstian behaviours, with slopes ranging 59.7–62.0 mV decade−1 and wider linear ranges. Cyclodextrin-based sensors acted as neutral carriers. In general, sensors with positively charged additives showed an improved potentiometric performance when compared to those without additive. Some SDZ selective membranes displayed higher slopes and extended linear concentration ranges with an increasing amount of additive (always <100% ionophore). The sensors were independent from the pH of test solutions within 2–7. The sensors displayed fast response, always <15 s. In general, a good discriminating ability was found in real sample environment. The sensors were successfully applied to the fast screening of SDZ in real waters samples from aquaculture fish farms. The method offered the advantages of simplicity, accuracy, and automation feasibility. The sensing membrane may contribute to the development of small devices allowing in locus measurements of sulfadiazine or parent-drugs.

Development of paper-based color test-strip for drug detection in aquatic environment: Application to oxytetracycline

The wide use of antibiotics in aquaculture has led to the emergence of resistant microbial species. It should be avoided/minimized by controlling the amount of drug employed in fish farming. For this purpose, the present work proposes test-strip papers aiming at the detection/semi-quantitative determination of organic drugs by visual comparison of color changes, in a similar analytical procedure to that of pH monitoring by universal pH paper. This is done by establishing suitable chemical changes upon cellulose, attributing the paper the ability to react with the organic drug and to produce a color change. Quantitative data is also enabled by taking a picture and applying a suitable mathematical treatment to the color coordinates given by the HSL system used by windows. As proof of concept, this approach was applied to oxytetracycline (OXY), one of the antibiotics frequently used in aquaculture. A bottom-up modification of paper was established, starting by the reaction of the glucose moieties on the paper with 3-triethoxysilylpropylamine (APTES). The so-formed amine layer allowed binding to a metal ion by coordination chemistry, while the metal ion reacted after with the drug to produce a colored compound. The most suitable metals to carry out such modification were selected by bulk studies, and the several stages of the paper modification were optimized to produce an intense color change against the concentration of the drug. The paper strips were applied to the analysis of spiked environmental water, allowing a quantitative determination for OXY concentrations as low as 30 ng/mL. In general, this work provided a simple, method to screen and discriminate tetracycline drugs, in aquaculture, being a promising tool for local, quick and cheap monitoring of drugs.

Multiagent system for adaptive strategy formulation in electricity markets

Electricity markets are complex environments with very particular characteristics. MASCEM is a market simulator developed to allow deep studies of the interactions between the players that take part in the electricity market negotiations. This paper presents a new proposal for the definition of MASCEM players’ strategies to negotiate in the market. The proposed methodology is multiagent based, using reinforcement learning algorithms to provide players with the capabilities to perceive the changes in the environment, while adapting their bids formulation according to their needs, using a set of different techniques that are at their disposal.

Avaliação ecotoxicológica de solos contaminados por ibuprofeno

Os produtos farmacêuticos são substâncias químicas muito utilizados em medicina, veterinária e ainda na agricultura. Nos anos 90, foi descoberta a presença de fármacos em meio aquático, verificando-se que a sua remoção nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) não era completa. Durante as duas últimas décadas foi identificada a presença de mais de oitenta compostos no meio ambiente e actualmente são considerados poluentes emergentes. Podem contaminar solos e águas, depois de serem usados e excretados (inalterados ou metabolizados) por humanos e animais, ou quando são indevidamente lançados directamente no meio ambiente. Os estudos ecotoxicológicos efectuados com estes poluentes têm sido direccionados, sobretudo, para as águas, existindo uma ausência de trabalhos sobre solos. O Ibuprofeno (IB) é um anti-inflamatório não esteróide, utilizado também como analgésico e antipirético, sendo um dos produtos farmacêuticos mais vendidos em todo o mundo, o que justifica a sua forte presença no meio ambiente. Por isso, e dada a ausência de trabalhos ecotoxicológicos de solos contaminados por fármacos, o IB foi o produto farmacêutico selecionado para a realização deste trabalho. A ecotoxicidade pode ser avaliada através de bioensaios. Estes têm a capacidade de avaliar a toxicidade de uma determinada substância de forma global, usando organismos vivos que funcionam como bio-indicadores. O presente trabalho tem como objectivos avaliar o impacte causado nos solos pelo IB, testar a toxicidade de dois processos de descontaminação para remover o referido fármaco dos solos assim como avaliar a toxicidade provocada por águas residuais, de três unidades hospitalares e de uma indústria farmacêutica. Esta avaliação foi efectuada através de ensaios de toxicidade aguda de germinação e de alongamento de raiz de sementes de alface, variedade bola de manteiga (Lactuca sativa), em solo arenoso. Os ensaios de ecotoxicidade aguda em solos contaminados por IB foram realizados para uma gama de concentrações entre 0,1 e 1000 μg/L. Verificou-se uma redução do número de sementes germinadas e do comprimento médio da planta no solo contaminado com 0,5 e 20 μg/L de IB. No solo contaminado com 1000 μg/L de IB observou-se uma redução da germinação, acompanhada por uma indução de crescimento da raiz da espécie Lactuca sativa. Os dois tratamentos de descontaminação de solos, reagente de Fenton e Nanopartículas de ferro zero valente, revelaram toxicidade, tendo-se obtido uma percentagem de germinação entre 32,2 ± 3,5 e 48,5 ± 6,2 e inibição do crescimento da raiz do organismo teste em cerca de 85,0 %. Em relação às águas residuais hospitalares verificou-se uma redução da percentagem de germinação entre 31,1 ± 5,0 e 72,3 ± 12,4 e uma inibição do crescimento da raiz situada entre 13,0 ± 6,4 e 20,2 ± 10,0 %. Para a água residual industrial ocorreu uma inibição da percentagem de germinação de 60,5 ± 13,1, contudo nas plantas germinadas observou-se uma indução do crescimento da raiz de 14,9 ± 7,7 %.

Development of a simple analytical method for the simultaneousdetermination of paracetamol, paracetamol-glucuronide andp-aminophenol in river water

Paracetamol is among the most worldwide consumed pharmaceuticals. Although its occurrence in the environment is well documented, data about the presence of its metabolites and transformation products is very scarce. The present work describes the development of an analytical method for the simultaneous determination of paracetamol, its principal metabolite (paracetamol-glucuronide) and its main transformation product (p-aminophenol) based on solid phase extraction (SPE) and high performance liquid chromatography coupled to diode array detection (HPLC-DAD). The method was applied to analysis of river waters, showing to be suitable to be used in routine analysis. Different SPE sorbents were compared and the use of two Oasis WAX cartridges in tandem proved to be the most adequate approach for sample clean up and pre-concentration. Under optimized conditions, limits of detection in the range 40–67 ng/L were obtained, as well as mean recoveries between 60 and 110% with relative standard deviations (RSD) below 6%. Finally, the developed SPE-HPLC/DAD method was successfully applied to the analysis of the selected compounds in samples from seven rivers located in the north of Portugal. Nevertheless all the compounds were detected, it was the first time that paracetamol-glucuronide was found in river water at concentrations up to 3.57 μg/L.

New and low cost plastic membrane electrode with low detection limits for sulfadimethoxine determination in aquaculture waters

Sulfadimethoxine (SDM) is one of the drugs, often used in the aquaculture sector to prevent the spread of disease in freshwater fish aquaculture. Its spread through the soil and surface water can contribute to an increase in bacterial resistance. It is therefore important to control this product in the environment. This work proposes a simple and low-cost potentiometric device to monitor the levels of SDM in aquaculture waters, thus avoiding its unnecessary release throughout the environment. The device combines a micropipette tip with a PVC membrane selective to SDM, prepared from an appropriate cocktail, and an inner reference solution. The membrane includes 1% of a porphyrin derivative acting as ionophore and a small amount of a lipophilic cationic additive (corresponding to 0.2% in molar ratio). The composition of the inner solution was optimized with regard to the kind and/or concentration of primary ion, chelating agent and/or a specific interfering charged species, in different concentration ranges. Electrodes constructed with inner reference solutions of 1 × 10−8 mol/L SDM and 1 × 10−4 mol/L chromate ion showed the best analytical features. Near-Nernstian response was obtained with slopes of −54.1 mV/decade, an extraordinary detection limit of 7.5 ng/mL (2.4 × 10−8 mol/L) when compared with other electrodes of the same type. The reproducibility, stability and response time are good and even better than those obtained by liquid contact ISEs. Recovery values of 98.9% were obtained from the analysis of aquaculture water samples.

Assessment of non-steroidal anti-inflammatory and analgesic pharmaceuticals in seawaters of North of Portugal: Occurrence and environmental risk

The occurrence of seven pharmaceuticals and two metabolites belonging to non-steroidal anti-inflammatory drugs and analgesics therapeutic classes was studied in seawaters. A total of 101 samples covering fourteen beaches and five cities were evaluated in order to assess the spatial distribution of pharmaceuticals among north Portuguese coast. Seawaters were selected in order to embrace different bathing water quality (excellent, good and sufficient). Acetaminophen, ketoprofen and the metabolite hydroxyibuprofen were detected in all the seawater samples at maximum concentrations of 584, 89.7 and 287 ng L− 1, respectively. Carboxyibuprofen had the highest seawater concentration (1227 ng L− 1). The temporal distribution of the selected pharmaceuticals during the bathing season showed that, in general, higher concentrations were detected in August and September. The environmental risk posed by the pharmaceuticals detected in seawaters towards different trophic levels (fish, daphnids and algae) was also assessed. Only diclofenac showed hazard quotients above one for fish, representing a potential risk for aquatic organisms. These results were observed in seawaters classified as excellent bathing water. Additional data is needed in order to support the identification and prioritization of risks posed by pharmaceuticals in marine environment.

A gestão de riscos de negócio

Nos dias que correm, é cada vez mais reconhecido o relevante papel desempenhado, tanto pelo ERM -Enterprise Risk Management, processo de gestão de riscos de negócio – como pelo factor humano, na estabilidade da actividade das organizações, no seu atingir de objectivos e na sua performance. Neste contexto, mediante uma revisão bibliográfica das temáticas, neste estudo, partindo da questão “porque não desenvolver uma metodologia de gestão que conjugue Gestão de riscos de negócio e gestão comportamental nas organizações”, pretende-se criar uma abordagem do ERM dirigida para a gestão comportamental nas organizações. Para tal será desenvolvida uma metodologia de implementação dessa abordagem do ERM, a testar através de um caso prático/simulação e cuja utilidade e importância para o sector empresarial será analisada por via de uma pesquisa a enviar a organizações cotadas no Euronext 100 de Lisboa.

Desenvolvimento de ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico em ambiente doméstico

Nos últimos anos, tem-se assistido a uma maior preocupação com o meio ambiente, a atual conjuntura mundial está cada vez mais direcionada para a eficiência energética e para a utilização de fontes de energias renováveis. Os principais governos mundiais, incluindo o português, já perceberam a necessidade de enveredar por esse caminho e nesse sentido aplicam medidas que direcionam e consciencializam a população para a eficiência energética e para as energias renováveis. Em Portugal, o setor das energias renováveis assume atualmente uma posição de extrema importância, resultante da expressão que governo português tem vindo a implementar no panorama energético nacional, da qual resulta uma importante contribuição para o desenvolvimento económico, na criação de riqueza e geração de emprego. Neste contexto, e no caso particular da energia fotovoltaica têm sido implementadas medidas que incentivam a aposta nesta tecnologia, prova disso é o Decreto-Lei n.º 153/2014 aprovado em conselho de ministros em Setembro de 2014, que promove essencialmente o autoconsumo. O autoconsumo consiste na utilização de painéis fotovoltaicos para produção de energia elétrica para consumo próprio com ou sem recurso a equipamentos de acumulação. Em termos práticos, este sistema permite que os consumidores produzam a sua própria energia através de uma fonte renovável ao invés de adquirir essa energia na rede elétrica de serviço público. As políticas de incentivo ao autoconsumo proporcionam uma oportunidade para os consumidores interessados em investir na produção da própria energia elétrica, neste sentido e de forma a ajudar no dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo foi desenvolvida, no âmbito desta tese, uma ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico sem acumulação em ambiente doméstico, com o objetivo de estimar as necessidades de potência fotovoltaica a instalar em habitações de baixa tensão normal. Na base da construção desta ferramenta estiveram essencialmente os perfis de consumo, aprovados pela Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, de todos os clientes finais que não dispõem de equipamento de medição com registo de consumos e também a estimativa de produção fotovoltaica desenvolvida pelo Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia. A aplicação desenvolvida tem como principal funcionalidade proporcionar ao utilizador o dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo fotovoltaico, mediante a introdução de alguns dados tais como o distrito, a potência contratada, a tarifa e o consumo energético anual. Esta aplicação apresenta resultados relativos ao dimensionamento do sistema, como é o caso da potência a instalar e da estimativa de produção fotovoltaica anual, e resultados relativos à análise económica do sistema como é o caso do valor atual líquido, da taxa interna de rentabilidade e do payback do investimento.