Comprehensive two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry combined with solid phase microextraction as a powerful tool for quantification of ethyl carbamate in fortified wines. The case study of Madeira wine

An analytical methodology based on headspace solid phase microextraction (HS-SPME) combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography—time-of-flight mass spectrometry (GC × GC–ToFMS) was developed for the identification and quantification of the toxic contaminant ethyl carbamate (EC) directly in fortified wines. The method performance was assessed for dry/medium dry and sweet/medium sweet model wines, and for quantification purposes, calibration plots were performed for both matrices using the ion extraction chromatography (IEC) mode (m/z 62). Good linearity was obtained with a regression coefficient (r2) higher than 0.981. A good precision was attained (R.S.D. <20%) and low detection limits (LOD) were achieved for dry (4.31 μg/L) and sweet (2.75 μg/L) model wines. The quantification limits (LOQ) and recovery for dry wines were 14.38 μg/L and 88.6%, whereas for sweet wines were 9.16 μg/L and 99.4%, respectively. The higher performance was attainted with sweet model wine, as increasing of glucose content improves the volatile compound in headspace, and a better linearity, recovery and precision were achieved. The analytical methodology was applied to analyse 20 fortified Madeira wines including different types of wine (dry, medium dry, sweet, and medium sweet) obtained from several harvests in Madeira Island (Portugal). The EC levels ranged from 54.1 μg/L (medium dry) to 162.5 μg/L (medium sweet).

Profiling allergic asthma volatile metabolic patterns using a headspace-solid phase microextraction/gas chromatography based methodology

Allergicasthmarepresentsanimportantpublichealthissuewithsignificantgrowthovertheyears,especially in the paediatric population. Exhaled breath is a non-invasive, easily performed and rapid method forobtainingsamplesfromthelowerrespiratorytract.Inthepresentmanuscript,themetabolicvolatile profiles of allergic asthma and control children were evaluated by headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography–quadrupole mass spectrometry (HS-SPME/GC–qMS). The lack ofstudiesinbreathofallergicasthmaticchildrenbyHS-SPMEledtothedevelopmentofanexperimental design to optimize SPME parameters. To fulfil this objective, three important HS-SPME experimental parameters that influence the extraction efficiency, namely fibre coating, temperature and time extractions were considered. The selected conditions that promoted higher extraction efficiency corresponding to the higher GC peak areas and number of compounds were: DVB/CAR/PDMS coating fibre, 22◦C and 60min as the extraction temperature and time, respectively. The suitability of two containers, 1L Tedlar® bags and BIOVOC®, for breath collection and intra-individual variability were also investigated. The developed methodology was then applied to the analysis of children exhaled breath with allergicasthma(35),fromwhich13hadalsoallergicrhinitis,andhealthycontrolchildren(15),allowing to identify 44 volatiles distributed over the chemical families of alkanes (linear and ramified) ketones, aromatic hydrocarbons, aldehydes, acids, among others. Multivariate studies were performed by Partial LeastSquares–DiscriminantAnalysis(PLS–DA)usingasetof28selectedmetabolitesanddiscrimination between allergic asthma and control children was attained with a classification rate of 88%. The allergic asthma paediatric population was characterized mainly by the compounds linked to oxidative stress, such as alkanes and aldehydes. Furthermore, more detailed information was achieved combining the volatile metabolic data, suggested by PLS–DA model, and clinical data.

Phenolic profile of Sercial and Tinta Negra Vitis vinifera L. grape skins by HPLC–DAD–ESI-MSn: novel phenolic compounds in Vitis vinifera L. grape

This study represents the first phytochemical research of phenolic components of Sercial and Tinta Negra Vitis vinifera L. The phenolic profiles of Sercial and Tinta Negra V. vinifera L. grape skins (white and red varieties, respectively) were established using high performance liquid chromatography–diode array detection–electrospray ionisation tandem mass spectrometry (HPLC–DAD–ESI-MSn), at different ripening stages (véraison and maturity). A total of 40 phenolic compounds were identified, which included 3 hydroxybenzoic acids, 8 hydroxycinnamic acids, 4 flavanols, 5 flavanones, 8 flavonols, 4 stilbenes, and 8 anthocyanins. For the white variety, in both ripening stages, hydroxycinnamic acids and flavonols were the main phenolic classes, representing about 80% of the phenolic composition. For red variety, at véraison, hydroxycinnamic acids and flavonols were also the predominant classes (71%), but at maturity, anthocyanins represented 84% of the phenolic composition. As far as we know, 10 compounds were reported for the first time in V. vinifera L. grapes, namely protocatechuic acid-glucoside, p-hydroxybenzoyl glucoside, caftaric acid vanilloyl pentoside, p-coumaric acid-erythroside, naringenin hexose derivate, eriodictyol-glucoside, taxifolin-pentoside, quercetin-glucuronide-glucoside, malylated kaempferol-glucoside, and resveratrol dimer. These novel V. vinifera L. grape components were identified based on their MSn fragmentation profile. This data represents valuable information that may be useful to oenological management and to valorise these varieties as sources of bioactive compounds.

In-depth search focused on furans, lactones, volatile phenols, and acetals as potential age markers of Madeira wines by comprehensive two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry combined with solid phase microextraction

The establishment of potential age markers of Madeira wine is of paramount significance as it may contribute to detect frauds and to ensure the authenticity of wine. Considering the chemical groups of furans, lactones, volatile phenols, and acetals, 103 volatile compounds were tentatively identified; among these, 71 have been reported for the first time in Madeira wines. The chemical groups that could be used as potential age markers were predominantly acetals, namely, diethoxymethane, 1,1-diethoxyethane, 1,1-diethoxy-2-methyl-propane, 1-(1-ethoxyethoxy)-pentane, trans-dioxane and 2-propyl-1,3-dioxolane, and from the other chemical groups, 5-methylfurfural and cis-oak-lactone, independently of the variety and the type of wine. GC × GC-ToFMS system offers a more useful approach to identify these compounds compared to previous studies using GC−qMS, due to the orthogonal systems, that reduce coelution, increase peak capacity and mass selectivity, contributing to the establishment of new potential Madeira wine age markers. Remarkable results were also obtained in terms of compound identification based on the organized structure of the peaks of structurally related compounds in the GC × GC peak apex plots. This information represents a valuable approach for future studies, as the ordered-structure principle can considerably help the establishment of the composition of samples. This new approach provides data that can be extended to determine age markers of other types of wines.

Allergic asthma exhaled breath metabolome: a challenge for comprehensive two-dimensional gas chromatography

Allergic asthma represents an important public health issue, most common in the paediatric population, characterized by airway inflammation that may lead to changes in volatiles secreted via the lungs. Thus, exhaled breath has potential to be a matrix with relevant metabolomic information to characterize this disease. Progress in biochemistry, health sciences and related areas depends on instrumental advances, and a high throughput and sensitive equipment such as comprehensive two-dimensional gas chromatography–time of flight mass spectrometry (GC × GC–ToFMS) was considered. GC × GC–ToFMS application in the analysis of the exhaled breath of 32 children with allergic asthma, from which 10 had also allergic rhinitis, and 27 control children allowed the identification of several hundreds of compounds belonging to different chemical families. Multivariate analysis, using Partial Least Squares-Discriminant Analysis in tandem with Monte Carlo Cross Validation was performed to assess the predictive power and to help the interpretation of recovered compounds possibly linked to oxidative stress, inflammation processes or other cellular processes that may characterize asthma. The results suggest that the model is robust, considering the high classification rate, sensitivity, and specificity. A pattern of six compounds belonging to the alkanes characterized the asthmatic population: nonane, 2,2,4,6,6-pentamethylheptane, decane, 3,6-dimethyldecane, dodecane, and tetradecane. To explore future clinical applications, and considering the future role of molecular-based methodologies, a compound set was established to rapid access of information from exhaled breath, reducing the time of data processing, and thus, becoming more expedite method for the clinical purposes.

Aplicações de instrumentação virtual em metrologia e qualidade

Com a evolução constante da tecnologia, também a ciência da medição, ou Metrologia, necessita de processos de medição mais exatos e fiáveis, por vezes automatizados, de modo a ser possível fornecer informações mais corretas sobre uma determinada grandeza física. Entre estas informações destaca-se a incerteza de medição, que permite ao utilizador ter uma estimativa sobre qual o valor final da grandeza física medida, que com processos de medição mais complexos, tornam a sua obtenção mais difícil, sendo necessário, por vezes, a utilização de métodos computacionais. Tendo isto em conta, com esta dissertação pretende-se abordar o problema da automatização de processos de medição, bem como da obtenção de incertezas de medição que reflitam a natureza da grandeza física medida através de métodos computacionais. De modo a automatizar um processo de medição, mais concretamente da calibração de manómetros, utilizou-se o LabView para criar um instrumento virtual que permitisse ao utilizador, de forma simples e intuitiva, realizar o procedimento de calibração. Também se realizou outro instrumento virtual, de modo a permitir a obtenção simultânea de dados provenientes de dois equipamentos diferentes. Relativamente às incertezas de medição, utilizou-se o Método de Monte Carlo, implementado em MATLAB e Excel, de modo a obter o valor destas para a calibração de manómetros, de uma câmara geradora de humidade relativa e de um higrómetro de ponto de orvalho, sendo que os dois últimos possuem um modelo matemático complexo, sendo a análise analítica mais complexa e morosa. Tendo em conta os resultados obtidos, é possível afirmar que a criação de instrumentação virtual permite a adaptação, de uma forma simples, de vários processos de medição, tornando-os mais eficientes para além de reduzirem o erro do operador. Por outro lado, também é possível observar que a utilização de métodos computacionais, neste caso o Método de Monte Carlo, para estudo de incertezas de medição é uma mais valia, comparativamente ao GUM, permitindo umaa análise rápida e fiável de modelos matemáticos complexos.

Relatório de estágio: educação pré-escolar e 1º CEB

No contexto do curso do 2º ciclo de Educação Pré-Escolar e Ensino e do 1º ciclo do Ensino Básico da Universidade da Madeira, realizou-se o presente relatório final, resultante da Unidade Curricular de Estágio e Relatório. Este relatório constitui a sistematização e reflexão escrita de todas as atividades e projetos realizados durante a intervenção pedagógica referente à valência de Educação Pré-Escolar e à do 1º Ciclo do Ensino Básico. Para além disso, também apresenta uma avaliação geral dos grupos de intervenção, como de uma criança, na vertente de Educação Pré-Escolar, no que se refere ao interesse e à participação nas propostas de trabalho.

Non-invasive strategy in assessing asthma through biofluids metabolomics exploration: exhaled breath and urine potentialities

Asthma is a significant health issue in the pediatric population with a noteworthy growth over the years. The proposed challenge for this PhD thesis was the development of advanced methodologies to establish metabolomic patterns in urine and exhaled breath associated with asthma whose applicability was subsequently exploited to evaluate the disease state, the therapy adhesion and effect and for diagnostic purposes. The volatile composition of exhaled breath was studied combining headspace solid phase microextraction (HS-SPME) with gas chromatography coupled to mass spectrometry or with comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to mass spectrometry with a high resolution time of flight analyzer (GC×GC–ToFMS). These methodologies allowed the identification of several hundred compounds from different chemical families. Multivariate analysis (MVA) led to the conclusion that the metabolomic profile of asthma individuals is characterized by higher levels of compounds associated with lipid peroxidation, possibly linked to oxidative stress and inflammation (alkanes and aldehydes) known to play an important role in asthma. For future applications in clinical settings a set of nine compounds was defined and the clinical applicability was proven in monitoring the disease status and in the evaluation of the effect and / or adherence to therapy. The global volatile metabolome of urine was also explored using an HSSPME/GC×GC–ToFMS method and c.a. 200 compounds were identified. A targeted analysis was performed, with 78 compounds related with lipid peroxidation and consequently to oxidative stress levels and inflammation. The urinary non-volatile metabolomic pattern of asthma was established using proton nuclear magnetic resonance (1H NMR). This analysis allowed identifying central metabolic pathways such as oxidative stress, amino acid and lipid metabolism, gut microflora alterations, alterations in the tricarboxylic acid (TCA) cycle, histidine metabolism, lactic acidosis, and modification of free tyrosine residues after eosinophil stimulation. The obtained results allowed exploring and demonstrating the potential of analyzing the metabolomic profile of exhaled air and urine in asthma. Besides the successful development of analysis methodologies, it was possible to explore through exhaled air and urine biochemical pathways affected by asthma, observing complementarity between matrices, as well as, verify the clinical applicability.

Optimisation of stir bar sorptive extraction and liquid desorption combined with large volume injection-gas chromatography–quadrupole mass spectrometry for the determination of volatile compounds in wines

Stir bar sorptive extraction and liquid desorption followed by large volume injection coupled to gas chromatography–quadrupole mass spectrometry (SBSE–LD/LVI-GC–qMS) had been applied for the determination of volatiles in wines. The methodology was optimised in terms of extraction time and influence of ethanol in the matrix; LD conditions, and instrumental settings. The optimisation was carried out by using 10 standards representative of the main chemical families of wine, i.e. guaiazulene, E,E-farnesol, β-ionone, geranylacetone, ethyl decanoate, β-citronellol, 2-phenylethanol, linalool, hexyl acetate and hexanol. The methodology shows good linearity over the concentration range tested, with correlation coefficients higher than 0.9821, a good reproducibility was attained (8.9–17.8%), and low detection limits were achieved for nine volatile compounds (0.05–9.09 μg L−1), with the exception of 2-phenylethanol due to low recovery by SBSE. The analytical ability of the SBSE–LD/LVI-GC–qMS methodology was tested in real matrices, such as sparkling and table wines using analytical curves prepared by using the 10 standards where each one was applied to quantify the structurally related compounds. This methodology allowed, in a single run, the quantification of 67 wine volatiles at levels lower than their respective olfactory thresholds. The proposed methodology demonstrated to be easy to work-up, reliable, sensitive and with low sample requirement to monitor the volatile fraction of wine.

Optimisation of solid-phase microextraction combined with gas chromatography–mass spectrometry based methodology to establish the global volatile signature in pulp and skin of Vitis vinifera L. grape varieties

The volatiles (VOCs) and semi-volatile organic compounds (SVOCs) responsible for aroma are mainly present in skin of grape varieties. Thus, the present investigation is directed towards the optimisation of a solvent free methodology based on headspace-solid-phase microextraction (HS-SPME) combined with gas chromatography–quadrupole mass spectrometry (GC–qMS) in order to establish the global volatile composition in pulp and skin of Bual and Bastardo Vitis vinifera L. varieties. A deep study on the extraction-influencing parameters was performed, and the best results, expressed as GC peak area, number of identified compounds and reproducibility, were obtained using 4 g of sample homogenised in 5 mL of ultra-pure Milli-Q water in a 20 mL glass vial with addition of 2 g of sodium chloride (NaCl). A divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane fibre was selected for extraction at 60 °C for 45 min under continuous stirring at 800 rpm. More than 100 VOCs and SVOCs, including 27 monoterpenoids, 27 sesquiterpenoids, 21 carbonyl compounds, 17 alcohols (from which 2 aromatics), 10 C13 norisoprenoids and 5 acids were identified. The results showed that, for both grape varieties, the levels and number of volatiles in skin were considerably higher than those observed in pulp. According to the data obtained by principal component analysis (PCA), the establishment of the global volatile signature of grape and the relationship between different part of grapes—pulp and skin, may be an useful tool to winemaker decision to define the vinification procedures that improves the organoleptic characteristics of the corresponding wines and consequently contributed to an economic valorization and consumer acceptance.

A contribuição do estudo supervisionado no processo de aprendizagem da escola de referência em ensino médio de Timbaúba

A presente pesquisa teve como objetivo principal analisar a prática do Estudo Supervisionado da Escola de Referência em Ensino Médio de Timbaúba, visando verificar se há inovação pedagógica nesta prática e quais as contribuições da mesma para o processo de aprendizagem dos estudantes desta instituição de ensino. Para essa investigação utilizamos uma abordagem qualitativa, o estudo de caso etnográfico. Como procedimentos metodológicos foram utilizados registros fotográficos, entrevistas, questionários e análises de documentos. Participaram como sujeitos da pesquisa um total de 415 alunos e 12 professores. Para fundamentação teórica deste estudo, utilizamos as concepções propostas por autores de referência nas áreas de inovação pedagógica, práticas pedagógicas, aprendizagem e mudanças de paradigmas, que nos proporcionaram a discussão dos principais conceitos teóricos necessários ao desenvolvimento deste trabalho. A análise do contexto em que a prática do Estudo Supervisionado é desenvolvida, e das estratégias de aprendizagem utilizadas durante esta prática, foi realizada por meio da identificação da eficácia desta para o processo de aprendizagem dos estudantes da EREMT. Os resultados evidenciaram que a prática pedagógica desenvolvida no Estudo Supervisionado tem como principal característica inovadora a possibilidade do aluno assumir o papel de construtor ativo do seu conhecimento. As oportunidades de escolhas das atividades a serem desenvolvidas pelos aprendizes durante a realização do Estudo Supervisionado, proporciona o desenvolvimento da autonomia que favorece o enriquecimento de seu aprendizado através das ações construcionistas do aprender fazendo, que é característica importante para o ser humano na atual sociedade globalizada.

A prática pedagógica no contexto da sala de aula em educação de jovens e adultos

Esta pesquisa teve por objetivo analisar se existem práticas pedagógicas inovadoras em sala de aula de Educação de Jovens e Adultos (EJA). Partimos do pressuposto de que a inovação pedagógica se faz necessária no processo de aprendizagem em sala de aula de EJA, tendo em vista que é possível observar que as grandes transformações que acontecem na sociedade têm levado tanto a mudanças ambientais quanto a avanços tecnológicos que poderão influenciar o contexto da sala de aula e consequentemente a aprendizagem dos discentes. Trata-se de uma pesquisa de natureza qualitativa, de cunho etnográfico, através de um estudo de caso que contribui para uma melhor explicação das situações vivenciadas no processo de aprendizagem. Em se tratando de pesquisa etnográfica, o presente trabalho visou observar a realidade em que o discente desenvolve a aprendizagem, sendo assim, fazendo uso da observação participante. O campo de observação da pesquisa e a coleta de dados realizaramse na Escola Municipal Luiz Corrêa de Araújo no município de São Lourenço da Mata, no estado de Pernambuco. Participou deste estudo uma turma de EJA compostas por 14 alunos da fase II. As aulas acontecem à noite. A maior parte destes alunos são trabalhadores, ou seja, durante o dia trabalham e à noite vão à escola. Utilizamos como procedimentos de coleta de dados anotações em diários, para registro da pratica pedagógica para relatório reflexivo e comparativo. Buscou-se compreender os aspectos observados registrando em diário as vivências significativas no processo da aprendizagem durante as visitas feitas ao campo de observação. A pesquisa indicou a necessidade de novos estudos sobre inovação nas práticas pedagógicas em turmas de EJA, pois concluímos que ela não está sendo praticada, limitando o espaço de novos conceitos e métodos de ensino/aprendizagem, e praticando apenas métodos tradicionais.

Relatório de estágio para obtenção do grau de mestre em educação Pré-Escolar e Ensino do 1º Ciclo do Ensino Básico

O presente relatório tem como intuito a obtenção do grau de mestre em Educação Pré-Escolar e 1.º Ciclo do Ensino Básico, alicerçando-se em torno das práticas pedagógicas vivenciadas nos dois níveis de ensino supramencionados. Por conseguinte, estas intervenções concretizaram-se na EB1/PE da Achada, nomeadamente na turma do 4.ºA, no período entre 13 de outubro e 15 de dezembro e no Infantário “O Carrocel”, na sala laranja, de 6 de abril a 3 de junho. Visando uma prática estruturada e adequada aos grupos em questão e a real construção de aprendizagens significativas, primeiramente serão revelados os pressupostos teóricos e metodológicos que guiaram todo este percurso e permitiram que as crianças fossem elas próprias as construtoras da sua aprendizagem. Não obstante, a observação e a reflexividade na docência foram pontos igualmente primordiais na identificação de problemáticas, mais concretamente no âmbito das competências comunicativas e sociais de ambos os grupos, sendo estas desenvolvidas em torno da metodologia de Investigação-Ação. Desta forma, as questões encontradas foram respetivamente Como desenvolver competências de comunicação em crianças com dificuldades nesta área?, no que concerne ao grupo do 4.ºA, e Como desenvolver as relações interpessoais e de pares num grupo de crianças de PréEscolar?, relativamente ao grupo da sala laranja. Por outro lado, a organização de todo o ambiente educativo e as sequências didáticas, a partir das quais toda a práxis se sucedeu, ocuparão um lugar de destaque no corpo deste relatório. Sendo por fim, tecido todo o processo de reflexão após o culminar destas duas práticas pedagógicas, que evidenciaram o primeiro desafio enquanto futura profissional da área da educação e consistirão claramente na base para um longo e contínuo percurso de formação.

Relatório de estágio apresentado à Universidade da Madeira para obtenção do grau de Mestre em Educação Pré-Escolar e Ensino do 1º Ciclo do Ensino Básico

O presente relatório tem como propósito a obtenção de grau de mestre em Educação PréEscolar e Ensino do 1.º Ciclo do Ensino Básico. Para tal neste encontra – se incluído os pressupostos teóricos e metodológicos que fundamentam a minha prática pedagógica. A minha intervenção na vertente Pré-Escolar foi realizada com um grupo de crianças com idades compreendidas entre os três e os seis anos, da Sala dos Cristais na EB1/PE da Achada. Na vertente de 1.º Ciclo do Ensino Básico intervim com a turma do 2º B da EB1/PE da Pena. Durante a prática pedagógica foi utilizada a investigação-ação como metodologia essencial que permite ao professor ter o papel de investigador ao refletir sobre o processo de ensino-aprendizagem. No decorrer dos estágios pedagógicos foram desenvolvidas duas problemáticas. No 1º ciclo surgiu a problemática: Como utilizar uma aprendizagem cooperativa na sala de aula? E no Pré-Escolar a problemática intitulou-se: Como melhorar as competências sociais e afetivas no Pré-escolar? A utilização da investigação permitiu a implementação de estratégias com o intuito de proporcionar aprendizagens de melhor qualidade. Para abordar esta metodologia recorri à observação participante para desenvolver estratégias com o intuito de estimular, respeitar os seus ritmos e os modos de aprendizagem de cada um, tendo sempre em conta as suas necessidades e os interesses das crianças. Este relatório relata todo o percurso realizado nas duas vertentes pedagógicas sendo também um instrumento de reflexão de todo o processo dando continuidade à construção de uma identidade profissional.