Determinação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em águas por microextracção em fase líquida associada à cromatografia gasosa e espectrometria de massa

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Tecnologia Segurança e Qualidade Alimentar

Implementação de método em HPLC para a determinação de PAH´s em óleos vegetais

Os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA’s), doravante designados PAH’s são considerados poluentes prioritários, devido às suas características tóxicas, cancerígenas e mutagénicas. No entanto, apenas 16 destes compostos são referidos na lista de compostos orgânicos prioritários, na qual estão inseridos os 4 PAH’s estudados neste trabalho - Benzo[a]antraceno, Benzo[a]Pireno, Benzo[b]fluoranteno e o criseno. A origem dos PAH’s no ambiente provém de fontes naturais e antropogénicas. Vários processos têm sido desenvolvidos para remover e/ou reduzir estes contaminantes no ambiente. A sua maioria passa por reduzir a poluição causada por fontes antropogénicas. No entanto, devido à dificuldade de remover totalmente estes contaminantes é necessário controlar a concentração destes compostos durante o processo de fabrico de alimentos. Os PAH’s podem ser encontrados em diferentes géneros alimentícios tais como óleos vegetais. Sendo a Sovena produtora destes surge como objectivo deste trabalho implementar e validar um método analítico para a quantificação dos 4 PAH’s nos óleos crus e refinados de forma a garantir que o contaminante é eliminado ou reduzido até níveis aceitáveis. Esta quantificação foi feita em HPLC com detector de fluorescência (FLD), utilizando-se o método da adição de padrão interno, neste caso o Benzo[b]Criseno. Para avaliar a linearidade do método procedeu-se à representação gráfica da função Área=f (concentração), obtendo – se uma função linear na gama de 1 a 50μg/kg. A média da precisão medida através do coeficiente de variação variou entre 1,63 e 7,49%, a exactidão obtida pela média da percentagem de recuperação variou entre 65,0 e 107,5% sem matriz e entre 59,2 e 87,8% com matriz (óleo alimentar). O limite de detecção obtido foi de 0,5 μg/kg e o limite de quantificação 1 μg/kg. Através da comparação de resultados com laboratórios externos foi possível um constante desenvolvimento no sentido de melhorar os resultados.

Dispositivos moleculares fluorescentes contendo receptores poliamínicos

O objectivo desta tese é a caracterização global de algumas famílias de compostos poliamínicos com grupos aromáticos fluorescentes. Estes têm potencial deaplicação como dispositivos moleculares, incluindo quimiossensores, interruptores moleculares,máquinas moleculares ou sistemas de processamento de informação moleculares. Estes compostos possuem poliaminas que podem actuar como unidades receptoras de várias espécies químicas, como protões, iões metálicos ou aniões, e os tornam solúveis em água. Contêm também grupos aromáticos fluorescentes (naftaleno, antraceno, pireno), que actuam como unidades sinalizadoras do estado do receptor. No Capítulo 1 são apresentados métodos de síntese e purificação de compostos poliamínicos, juntamente com descrições pormenorizadas das sínteses. Nos Capítulos 2 a 8 são caracterizados diversos compostos, quando livres em solução aquosa, e na presença de iões de metais de transição e de ATP. São usadas técnicas de espectrofotometria no UV-visível, espectrofluorimetria no estado estacionário e de contagem de fotão único correlacionada no tempo, complementadas com dados potenciométricos e de RMN fornecidos pelo grupo do Prof. Enrique García-España da Universidade de Valência, Espanha. No Capítulo 2 estudam-se compostos com grupos antraceno. Verifica-se supressão de emissão a pH básico, comum a todos os compostos poliamínicos, e caracterizam-se factores que influenciam nesse fenómeno. No Capítulo 3 analisam-se compostos de naftaleno. Verificam-se excímeros intramoleculares em compostos com dois grupos naftaleno. Para os formar ocorre um movimento fotoinduzido de flexão, pelo que esses compostos podem ser considerados máquinas moleculares. No Capítulo 4 estudam-se compostos com grupos pireno. Observam-se excímeros intramoleculares nos compostos com dois fluoróforos. No Capítulo 5 caracterizam-se compostos com dois grupos aromáticos diferentes(vários compostos com naftaleno e antraceno, um com pireno e antraceno e um com pireno e naftaleno). Verifica-se transferência de energia do grupo naftaleno para o antraceno (que parece evoluir de acordo com a teoria de Förster), de pireno para antraceno e de naftaleno para pireno. No Capítulo 6 examinam-se dois compostos de antraceno na presença de iões metálicos. Verifica-se aumento de emissão presença de Zn(II) e Cd(II), e supressão de emissão na presença de Cu(II) e Ni(II). Caracteriza-se o comportamento de um deles do ponto de vista de operações lógicas ao nível molecular. No Capítulo 7 caracteriza-se um composto de naftaleno na presença de vários iões metálicos. Verifica-se supressão de emissão com iões de metais de transição do 3ºperíodo com níveis na presença de Zn(II), Cd(II) e Al(III). Não se verifica efeito na presença de iões alcalinos, alcalino-terrosos, lantanídeos, Sn(II) e Pb(II). No Capítulo 8 estuda-se a interacção de compostos poliamínicos com ATP. Verifica-se em qualquer pH a ocorrência de empilhamento aromáticos do ATP e composto poliamínico, e ancoragem do grupo polifosfato do ATP com a poliamina. Verifica-se supressão de emissão do composto poliamínico a pH ácido, principalmente por transferência electrónica fotoinduzida do seu grupo aromático para o grupo adenina protonado do ATP. Num composto com antraceno e naftaleno, continua-se a verificar transferência de energia d incompletamente preenchidos, e com Hg(II), e aumento de emissãoπ-π entre os grupos

Electro-remediação de solos contaminados com pesticidas

O herbicida bentazona (2,2-dióxido de 3-isopropil (1H) -benzo-2,1,3-triadiazin-4- ona) é um herbicida pós emergente selectivo, com uso recomendado para a cultura do arroz. Apresenta baixa persistência no solo, onde é adsorvido pelos colóides minerais e orgânicos, e um tempo de meia vida inferior a 2 semanas, associado a um elevado potencial de lixiviação e contaminação de águas subterrâneas. Nos estudos efectuados até ao momento, a bentazona não é degradada pelos microrganismos, o que levou à necessidade de procurar outras técnicas de remoção do pesticida. Foi estudada uma técnica inovadora, a electro-remediação, que consiste na aplicação de uma corrente contínua de baixa intensidade à matriz contaminada, funcionando o campo eléctrico formado como “agente de limpeza”. Este campo arrasta os contaminantes pela matriz, por acção de processos de transporte, nomeadamente, electromigração, electroosmose e electroforese. Foram realizados quatro ensaios, num solo colhido num arrozal, onde se procedeu à contaminação forçada do solo com uma solução de bentazona, submetendo-o à acção dum campo eléctrico durante vários dias. Os teores de bentazona no solo, após extracção com solvente por sonicação, e nas soluções de anólito e católito, após extracção por fase sólida, foram determinados por cromatografia líquida de alta eficiência. Concluiu-se que a bentazona é mobilizada no solo pela acção do campo eléctrico e esta remoção é dependente do pH.

Microplásticos: o presente envenenado

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Engenharia Ecológica

Biomarkers in Solea Senegalensis Kaup, 1858 exposed to contaminated estuarine sediments: a multi-level approach

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia for the degree of Doctor of Philosophy in Environmental Sciences

Comparative effects of sediments contaminated by carcinogenic and non-carcinogenic PAHs in Dicentrarchus labrax: a semi-quantitative histopathological approach

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

Nanoestruturas orgânicas anfifílicas: síntese e caraterização

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais

Polímeros electrocrómicos confinados em sistemas mesoporosos

Esta dissertação teve como principal objectivo a síntese de materiais híbridos constituídos por polímeros electrocrómicos incorporados em sílicas mesoporosas e nanotubos de carbono. Esses materiais foram utilizados na construção de dispositivos electrocrómicos que foram caracterizados por voltametria cíclica e espectroelectroquímica. Foram sintetizados os polímeros poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno (P1), poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno-co-(3,4-dimetoxi)-tiofeno (P2), poli (3,4-(etilenodioxi)-tiofeno (P3) e o polímero Poli (3-metil)-tiofeno (P4) de maneira a serem utilizados como modelo. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN e/ou Infravermelho e análise elementar. Posteriormente foram impressos em eléctrodos de PET-ITO ou vidro-FTO, caracterizados e construídos dispositivos electrocrómicos de acordo com o know-how da empresa Ynvisible®. Os materiais híbridos foram sintetizados utilizando o método ship-in-a-bottle. O material híbrido H3 (PEDOT@MCM-41) foi obtido de maneira análoga ao polímero P3 (PEDOT) utilizando 10 equivalentes de catalisador após optimização. Este material híbrido foi depositado em eléctrodos de vidro-FTO, construídos dispositivos electrocrómicos e caracterizados de maneira a comparar com o polímeros previamente sintetizados. Comparando o desempenho do polímero com o seu respectivo híbrido é possível observar um aumento de eficiência de coloração do material híbrido relativamente ao dispositivo com o polímero livre. Os dispositivos do material H3, na experiência de durabilidade, mantiveram-se funcionais durante 10000 ciclos comparativamente a 2000 ciclos dos dispositivos com PEDOT. Na experiência de SEM do material híbrido H3 foi possível observar uma grande quantidade de polímero formada no exterior do material mesoporoso MCM-41. De maneira a minimizar essa quantidade de polímero foram delineadas algumas estratégias de síntese, uma delas pelo método de sublimação. Esta estratégia originou um material híbrido onde o polímero se situava maioritariamente nos poros da sílica MCM-41, mas não apresenta actividade electrocrómica. Ainda nesta dissertação, e com o objectivo de serem misturados com nanotubos de carbono foi sintetizado o polímero funcionalizado com pireno: poli ((3,4-etilenodioxi)-tiofeno-pireno-co-3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno), utilizando uma proporção de 1:10 (P6.1) e na proporção 1:6 (P6.2) do monómero EDOT-Pireno em relação ao monómero (3,4-(2-etilhexiolxi)-tiofeno. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN, UV-Vis e voltametria cíclica.

Analysis of the interaction of polycyclic aromatic compounds in a model organism: integration of genotoxic and histopathological effects

Due to their toxicity, especially their carcinogenic potential, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) became priority pollutants in biomonitoring programmes and environmental policy, such as the European Water Framework Directive. The model substances tested in this study, namely benzo[b]fluoranthene (B[b]F), considered potentially carcinogenic to humans and an effector carcinogenic PAH to wildlife, and phenanthrene (Phe), deemed a non-carcinogenic PAH, are common PAHs in coastal waters, owning distinct properties reflected in different, albeit overlapping, mechanisms of toxicity. Still, as for similar PAHs, their interaction effects remain largely unknown. In order to study the genotoxic effects of caused by the interaction of carcinogenic and non-carcinogenic PAHs, and their relation to histopathological alterations, juvenile sea basses, Dicentrarchus labrax, a highly ecologically- and economically-relevant marine fish, were injected with different doses (5 and 10 μg.g-1 fish ww) of the two PAHs, isolated or in mixture, and incubated for 48 h. Individuals injected with B[b]F and the PAH mixture exhibited higher clastogenic/aneugenic effects and DNA strand breakage in blood cells, determined through the erythrocytic nuclear abnormalities (ENA) and Comet assays, respectively. Also, hepatic histopathological alterations were found in all animals, especially those injected with B[b]F and the PAH mixture, relating especially to inflammation. Still, Phe also exhibited genotoxic effects in sea bass, especially in higher doses, revealing a very significant acute effect that was accordant with the Microtox test performed undergone in parallel. Overall, sea bass was sensitive to B[b]F (a higher molecular weight PAH), likely due to efficient bioactivation of the pollutant (yielding genotoxic metabolites and reactive oxygen species), when compared to Phe, the latter revealing a more significant acute effect. The results indicate no significant additive effect between the substances, under the current experimental conditions. The present study highlights the importance of understanding PAH interactions in aquatic organisms, since they are usually present in the aquatic environment in complex mixtures.

Toxicity of carcinogenic and non-carcinogenic Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and their mixtures to aquatic organisms under ecologically-relevant scenarios

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous priority pollutants that tend to be trapped in aquatic sediments due to their high hydrophobicity. Nonetheless, the differential toxicological effects and mechanisms between the various classes of PAHs and their mixtures, as they invariably occur in the environment, are scarcely known, especially under ecologically-relevant scenarios. This thesis aimed at establishing a bridge between the study of mechanistic pathways and environmental monitoring of carcinogenic and non-carcinogenic PAHs, by introducing ecological-relevance in the research with model PAHs. A first bioassay conducted in situ with the mussel Mytilus edulis demonstrated that, dredging operations in harbours increase PAH bioavailability, eliciting genotoxicity, and showed that established environmental guidelines underestimate risk. Subsequent ex situ bioassays were performed with the carcinogenic benzo[b]fluoranthene (B[b]F) and non-carcinogenic phenantrene (Phe), selected following preceding results, and revealed that low-moderate concentrations of these PAHs in spiked sediments induce genotoxic effects to the clam Ruditapes decussatus, therefore contradicting the general notion that bivalves are less sensitive to PAHs than vertebrates due to inefficient bioactivation. Also, it was demonstrated that passive samplers permit inferring on PAH bioavailability but not on bioaccumulation or toxic effects. On the other hand, sea basses (Dicentrarchus labrax), yielded a complex pattern of effects and responses, relatively to genotoxicity, oxidative stress and production of specific metabolites, especially when exposed to mixtures of the PAHs which led to additive, if not synergistic, effects. It was shown that Phe may elicit significant genotoxicity especially in presence of B[b]F, even though the low, albeit realistic, exposure concentrations diluted dose- and time-independent relationships. The present work demonstrated that environmental quality guidelines underestimate the effects of PAHs in realistic scenarios and showed that the significant genotoxic and histopathological effects caused by mixed PAHs may not be reflected by oxidative stress- or CYP-related biomarkers. Besides important findings on the metabolism of PAH mixtures, the work calls for the need to re-evaluate the criteria for assessing risk and for the disclosure of more efficient indicators of toxicological hazard.