Potencialidade analítica de um silsesquioxano e uma sílica organofuncionalizados com imidazol

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Síntese e caracterização de híbridos inorgânico-orgânicos funcionalizados com tiouréia e 2,2’-dipiridilamina: aplicação em adsorção de íons metálicos, pré-concentração e catálise

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Detecção e identificação de Diaporthe phaseolorum var. meridionalis em sementes de soja por PCR

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento de métodos eletroanalíticos para determinação de compostos nitrogenados em combustíveis derivados do petróleo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Simultaneous determination of epinephrine and dopamine by electrochemical reduction on the hybrid material SiO2/graphene oxide decorated with Ag nanoparticles

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo sobre desruptores endócrinos em sistemas aquáticos: detecção e perspectivas de tratamento das águas do Rio Aporé-MS/GO, utilizando-se adsorventes sólidos

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Sílica gel organofuncionalizada com 4-amino-5-(4-piridil) 4H-1,2,4-triazol-3-tiol (aptt): Propriedades adsortivas e eletroanalíticas

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Efeito da infiltração de sílica pelo método sol-gel na resistência à flexão de bicamadas de porcelana e Y-TZP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Automatisierte Flüssigchromatographie mit Säulenschaltung und Ultraviolettspektroskopie oder Massenspektrometrie für therapeutisches Drug Monitoring von Antipsychotika und Antidepressiva

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) wird zur individuellen Dosiseinstellung genutzt, um die Effizienz der Medikamentenwirkung zu steigern und das Auftreten von Nebenwirkungen zu senken. Für das TDM von Antipsychotika und Antidepressiva besteht allerdings das Problem, dass es mehr als 50 Medikamente gibt. Ein TDM-Labor muss dementsprechend über 50 verschiedene Wirkstoffe und zusätzlich aktive Metaboliten messen. Mit der Flüssigchromatographie (LC oder HPLC) ist die Analyse vieler unterschiedlicher Medikamente möglich. LC mit Säulenschaltung erlaubt eine Automatisierung. Dabei wird Blutserum oder -plasma mit oder ohne vorherige Proteinfällung auf eine Vorsäule aufgetragen. Nach Auswaschen von störenden Matrixbestandteilen werden die Medikamente auf einer nachgeschalteten analytischen Säule getrennt und über Ultraviolettspektroskopie (UV) oder Massenspektrometrie (MS) detektiert. Ziel dieser Arbeit war es, LC-Methoden zu entwickeln, die die Messung möglichst vieler Antipsychotika und Antidepressiva erlaubt und die für die TDM-Routine geeignet ist. Eine mit C8-modifiziertem Kieselgel gefüllte Säule (20 µm 10x4.0 mm I.D.) erwies sich in Vorexperimenten als optimal geeignet bezüglich Extraktionsverhalten, Regenerierbarkeit und Stabilität. Mit einer ersten HPLC-UV-Methode mit Säulenschaltung konnten 20 verschiedene Psychopharmaka einschließlich ihrer Metabolite, also insgesamt 30 verschiedene Substanzen quantitativ erfasst werden. Die Analysenzeit betrug 30 Minuten. Die Vorsäule erlaubte 150 Injektionen, die analytische Säule konnte mit mehr als 300 Plasmainjektionen belastet werden. Abhängig vom Analyten, musste allerdings das Injektionsvolumen, die Flussrate oder die Detektionswellenlänge verändert werden. Die Methode war daher für eine Routineanwendung nur eingeschränkt geeignet. Mit einer zweiten HPLC-UV-Methode konnten 43 verschiedene Antipsychotika und Antidepressiva inklusive Metaboliten nachgewiesen werden. Nach Vorreinigung über C8-Material (10 µm, 10x4 mm I.D.) erfolgte die Trennung auf Hypersil ODS (5 µm Partikelgröße) in der analytischen Säule (250x4.6 mm I.D.) mit 37.5% Acetonitril im analytischen Eluenten. Die optimale Flussrate war 1.5 ml/min und die Detektionswellenlänge 254 nm. In einer Einzelprobe, konnten mit dieser Methode 7 bis 8 unterschiedliche Substanzen gemessen werden. Für die Antipsychotika Clozapin, Olanzapin, Perazin, Quetiapin und Ziprasidon wurde die Methode validiert. Der Variationskoeffizient (VK%) für die Impräzision lag zwischen 0.2 und 6.1%. Im erforderlichen Messbereich war die Methode linear (Korrelationskoeffizienten, R2 zwischen 0.9765 und 0.9816). Die absolute und analytische Wiederfindung lagen zwischen 98 und 118 %. Die für das TDM erforderlichen unteren Nachweisgrenzen wurden erreicht. Für Olanzapin betrug sie 5 ng/ml. Die Methode wurde an Patienten für das TDM getestet. Sie erwies sich für das TDM als sehr gut geeignet. Nach retrospektiver Auswertung von Patientendaten konnte erstmalig ein möglicher therapeutischer Bereich für Quetiapin (40-170 ng/ml) und Ziprasidon (40-130 ng/ml) formuliert werden. Mit einem Massenspektrometer als Detektor war die Messung von acht Neuroleptika und ihren Metaboliten möglich. 12 Substanzen konnten in einem Lauf bestimmt werden: Amisulprid, Clozapin, N-Desmethylclozapin, Clozapin-N-oxid, Haloperidol, Risperidon, 9-Hydroxyrisperidon, Olanzapin, Perazin, N-Desmethylperazin, Quetiapin und Ziprasidon. Nach Vorreinigung mit C8-Material (20 µm 10x4.0 mm I.D.) erfolgte die Trennung auf Synergi MAX-RP C12 (4 µm 150 x 4.6 mm). Die Validierung der HPLC-MS-Methode belegten einen linearen Zusammenhang zwischen Konzentration und Detektorsignal (R2= 0,9974 bis 0.9999). Die Impräzision lag zwischen 0.84 bis 9.78%. Die für das TDM erforderlichen unteren Nachweisgrenzen wurden erreicht. Es gab keine Hinweise auf das Auftreten von Ion Suppression durch Matrixbestandteile. Die absolute und analytische Wiederfindung lag zwischen 89 und 107 %. Es zeigte sich, dass die HPLC-MS-Methode ohne Modifikation erweitert werden kann und anscheinend mehr als 30 verschiedene Psychopharmaka erfasst werden können. Mit den entwickelten flüssigchromatographischen Methoden stehen neue Verfahren für das TDM von Antipsychotika und Antidepressiva zur Verfügung, die es erlauben, mit einer Methode verschiedene Psychopharmaka und ihre aktiven Metabolite zu messen. Damit kann die Behandlung psychiatrischer Patienten insbesondere mit Antipsychotika verbessert werden.

Entwicklung und Anwendung massenspektrometrischer Methoden zur Spurenanalytik iodhaltiger Verbindungen und aliphatischer Amine in der marinen Umwelt

In der marinen Grenzschicht beeinflussen reaktive Iodspezies wie z.B. I2 sowie aliphatische Amine eine Vielzahl atmosphärischer Prozesse, vor allem bei der Partikelneubildung spielen sie eine entscheidende Rolle. Allerdings stellt die Quantifizierung dieser Verbindungen im Spurenbereich immer noch eine große analytische Herausforderung dar. rnAus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit das GTRAP-AMS (Gaseous compound trapping in artificially generated particles – aerosol mass spectrometry) entwickelt, um gasförmiges I2 und aliphatische Amine zu bestimmen. Hierbei wird ein Flugzeit-Aerosolmassenspektrometer (ToF-AMS), das ursprünglich für die on-line Charakterisierung von Aerosolen entwickelt wurde, mit einer GTRAP-Einheit gekoppelt. Im Fall von I2 werden mit Hilfe eines pneumatischen Zerstäubers a-Cyclodextrin/NH4Br-Partikel erzeugt, die mit dem gasförmigen I2 innerhalb der GTRAP-Einheit eine Einschlussverbindung bilden und dieses dadurch selektiv in die Partikelphase aufnehmen. Für die on-line Bestimmung gasförmiger aliphatischer Amine dagegen wurde Phosphorsäure als partikulärer Reaktionspartner eingesetzt. Nach Optimierung des GTRAP-AMS Systems wurde sowohl für I2 als auch für die aliphatischen Amine eine Nachweisgrenze im sub-ppb-Bereich für eine Zeitauflösung zwischen 1 und 30 min erhalten. Als erstes wurde das GTRAP-AMS System zur Charakterisierung von Permanentdenudern eingesetzt, um deren I2-Aufnahmefähigkeit und Wiederverwendbarkeit im Vergleich zu den herkömmlichen einmal verwendbaren a-Cyclodextrin Denudern zu testen.rnIm Anschluss daran wurde das GTRAP-AMS für die Bestimmung zeitlich aufgelöster I2- Emissionsraten ausgewählter Makroalgen unter dem Einfluss von Ozon eingesetzt. Die Kenntnis der Emissionsraten iodhaltiger Verbindungen der wichtigsten weltweit vorkommenden Makroalgen ist für die Modellierung der Iodchemie in der marinen Grenzschicht von besonderer Bedeutung. Die Resultate zeigen, dass verschiedene Makroalgen sowohl unterschiedliche zeitlich aufgelöste I2-Emissionsprofile als auch Gesamtemissionsraten liefern. Im Vergleich zu den iodorganischen Verbindungen ist die Gesamtemissionsrate an I2 allerdings eine bis zwei Größenordnungen größer. Dies und die deutlich kürzere atmosphärische Lebensdauer von I2 im Vergleich zu den iodorganischen Verbindungen führen dazu, dass I2 die dominierende iodhaltige Verbindung für die Bildung reaktiver Iodatome in der marinen Grenzschicht ist. rnDa über dem tropischen Atlantischen Ozean bislang jedoch nur ein geringer Anteil der IO-Konzentration durch die Oxidation von iodorganischen Verbindungen erklärt werden kann, wurden weitere Quellen für I2 erforscht. Deshalb wurden Kammerexperimente mit Mikrolagen durchgeführt, um deren Einfluss auf die I2-Freisetzung in die Atmosphäre zu untersuchen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Anwesenheit von Mikroalgen (z.B. Coscinodiscus Wailesii) im Meerwasser zu einer erhöhten Freisetzung von I2 aus dem Meerwasser in die Atmosphäre führen kann. rnDes Weiteren wurden auch Versuche zu abiotischen Bildungswegen von I2 durchgeführt. Die Ergebnisse der Atmosphärensimulationsexperimente haben gezeigt, dass partikuläre Iodoxide durch organische Verbindungen zu I2 reduziert werden können, welches im Anschluss von der Partikelphase in die Gasphase übergehen kann und dort wieder für Gasphasenprozesse zur Verfügung steht.rn

Mechanical properties and structure of gel systems

Understanding the origins of the mechanical properties and its correlation withrnthe microstructure of gel systems is of great scientific and industrial interest. Inrngeneral, colloidal gels can be classified into chemical and physical gels, accordingrnto the life time of the network bonds. The characteristic di↵erences in gelationrndynamics can be observed with rheological measurements.rnAs a model system, a mixture of sodium silicate and low concentration sulfuric acidrnwas used. Nano-sized silica particles grow and aggregate to a system-spanning gelrnnetwork. The influence of the finite solubility of silica at high pH on the gelationrnwas studied with classical and piezo rheometer. The storage modulus of therngel grew logarithmically with time with two distinct growth laws. A relaxationrnat low frequency was observed in the frequency dependent measurements. I attributernthese two behaviors as a sign of structural rearrangements due to the finiternsolubility of silica at high pH. The reaction equilibrium between formation andrndissolution of bonds leads to a finite life time of the bonds and behavior similar tornphysical gel. The frequency dependence was more pronounced for lower water concentrations,rnhigher temperatures and shorter reaction times. With two relaxationrnmodels, I deduced characteristic relaxation times from the experimental data. Besidesrnrheology, the evolution of silica gels at high pH on di↵erent length scales wasrnstudied by NMR and dynamic light scattering. The results revealed that the primaryrnparticles existed already in sodium silicate and aggregated after the mixingrnof reactants due to a chemical reaction. Throughout the aggregation process thernsystem was in its chemical reaction equilibrium. Applying large oscillatory shearrnstrain to the gel allowed for modifying the gel modulus. The e↵ect of shear andrnshear history on the rheological properties of the gel were investigated. The storagernmodulus of the final gel increased with increasing strain. This behavior can be explained with (i) shear-induced aggregate compaction and (ii) combination ofrnbreakage and new formation of bonds.rnIn comparison with the physical gel-like behavior of the silica gel at high pH, typicalrnchemical gel features were exhibited by other gels formed from various chemicalrnreactions. Influences of the chemical structure modification on the gelation wererninvestigated with the piezo-rheometer. The external stimuli can be applied to tunernthe mechanical properties of the gel systems.

Aza-Michael addition of amines to activated alkenes catalyzed by Silica supported perchloric acid under a solvent-free condition

An efficient aza-Michael addition of amines to a series of ,-unsaturated ketones, carboxylic esters, nitriles and chalcones has been carried out using perchloric acid supported over silica gel (HClO4-SiO2) at room temperature in high yields under solvent-free reaction conditions.

Novel silica membrane material for molecular sieve applications

Development of new silica membranes properties, e.g., molecular sieving properties, has been increasingly gaining importance in the last few years. A novel unsupported silica membrane, referred to as hydrophobic metal-doped silica, was developed by cobalt-doping within the organic templated silica matrix. The novel material was prepared by the acid-catalyzed hydrolysis and condensation process of tetraethylorthosilicate (TEOS) and methyltriethoxysilane (MTES), which is the precursor for methyl ligand covalently bounded to the silica matrix. The synthesis and surface properties of the novel unsupported silica membrane as well as the unsupported blank silica and modified silica membranes were revealed by surface and microstructural techniques, such as water contact angle measurement, FTIR, X-ray, Solid-state 29Si MAS NMR, TGA and N2 and CO2 adsorption measurements. The results showed that the thermal stability of the organic templated silica matrix was enhanced by cobalt-doping process. A hydrophobic microporous silica membrane material with high thermal stability up to ∼560 °C in oxidizing atmosphere and a narrow pore size distribution centered at 1.1 nm was obtained. Therefore, a novel precursor material for molecular sieve silica membranes applications has been achieved and developed.

Development of a toolbox for the reduction of hordeins in barley malt beers

Gluten sensitive consumers and people suffering from coeliac disease account for up to 6% of the general population (Catassi et al., 2013). These consumers must avoid foods which contain gluten and related proteins found in wheat, rye or barley. Beer is produced from barley malt and therefore contains hordeins, (gluten like proteins). Beers labelled as gluten-free must contain below 10 mg/kg hordeins (10 mg/kg hordeins = 20 mg/kg gluten under current regulations) to be considered safe for gluten sensitive consumers. Currently there are a limited number of methods available for reducing beer hordeins, the studies outlined in this thesis provide a range of tools for the beverage industry to reduce the hordein content of beer It is well known, that during malting and brewing hordeins are reduced, but they still remain in beer at levels above 10 mg/kg. During malting, hordeins are broken down to form new proteins in the growing plant. Model malting and brewing systems were developed and used to test, how the modification of the malting process could be used to reduce beer hordeins. It was shown, that by using a controlled malting and brewing regime, a range of barley cultivars produced beer with significant differences in levels of hordeins. Beer hordeins ranged from 10 mg/kg to 60 mg/kg. Another study revealed that when malting was prolonged, to maximise breakdown of proteins, beer hordeins can be reduced by up to 44%. The natural breakdown of hordein during malting enhanced in a further study, when a protease was added to support the hordein degradation during steeping and germination. The enzyme addition resulted in a 46% reduction in beer hordeins 2 when compared to the control. All of the malt treatments had little or no impact on malt quality. The hordein levels can also be reduced during the beer stabilisation process. Levels of beer hordein were tested after stabilisation using two different concentrations of silica gel and tannic acid. Silica gel was very effective in reducing beer hordeins, 90% of beer hordeins were removed compared to the control beer. Beer hordeins could be reduced to below 10 mg/kg and the beer qualities such as foam, colour and flavour were not affected. Tannic acid also reduced beer hordein by up to 90%, but it reduced foam stability and affected beer flavours. A further study described treatment of beer with microbial transglutaminase (mTG), to create bonds between hordein proteins, which increased particle size and allowed removal during filtration. The addition of the mTG led to a reduction of the beer hordein by up to 96% in beer, and the impact on the resulting beer quality was minimal. These studies provide the industry with a toolbox of methods leading to the reduction of hordein in the final beer without negatively affecting beer quality.

Thermogravimetric analysis, PXRD, EDX and XPS study of chrysocolla (Cu,Al)2H2Si2O5(OH)4·nH2O : structural implications

Selected chrysocolla mineral samples from different origins have been studied by using PXRD, SEM, EDX and XPS. The XRD patterns show that the chrysocolla mineral samples are non-diffracting and no other phases are present in the minerals, thus showing the chrysocolla samples are pure. SEM analyses show the chrysocolla surfaces are featureless. EDX analyses enable the formulae of the chrysocolla samples to be calculated. The thermal decomposition of the mineral chrysocolla has been studied using a combination of thermogravimetric analysis and derivative thermogravimetric analysis. Five thermal decomposition mass loss steps are observed for the chrysocolla from Arizona (a) at 125 ◦C with the loss of water, (b) at 340 ◦C with the loss of hydroxyl units, (c) at 468.5 ◦C with a further loss of hydroxyls, (d) at 821 ◦C with oxygen loss and (e) at 895 ◦C with a further loss of oxygen. The thermal analysis of the chrysocolla from Congo shows mass losses at 125, 275.3, 805.6 and 877.4 ◦C and for the Nevada chrysocolla, mass loss steps at 268, 333, 463, 786.0 and 817.7 ◦C are observed. The thermal analysis of spertiniite is very different from that of chrysocolla and thermally decomposes at around 160 ◦C. XPS shows that there are two different copper species present, one which is bonded to oxygen and one to a hydroxyl unit. The O 1s is broad and very symmetrical suggesting two O species of equal number. The bond energy of 102.9 eV for the Si 2p suggests that it is in the form of a silicate. The bond energy is much higher for silicas around ∼103.5 eV. The reported value for silica gel has Si 2p at 103.4 eV. The combination of TG, PXRD, EDX and XPS adds to our fundamental knowledge of the structure of chrysocolla.