Organic synthesis in the interstellar medium by low-energy carbon irradiation

We present a first principles molecular dynamics (FPMD) study of the interaction of low-energy neutral carbon projectiles with amorphous solid water clusters at 30 K. Reactions involving the carbon atom at an initial energy of 11 and 1.7 eV with 30-molecule clusters have been investigated. Simulations indicate that the formation of hydroxymethylene, an intermediate in formaldehyde production, dominates at the higher energy. The reaction proceeds by fragmenting a water molecule, binding the carbon to the OH radical, and saturating the C valence with a hydrogen atom that can arise from the originally dissociated water molecule, or through a chain of proton transfer events. We identified several possible pathways for the formation of HCOH. When the initial collision occurs at the periphery of the cluster, we observe the formation of CO and the evaporation of water molecules. At the lower energy water fragmentation is not favorable, thus leading to the formation of weakly bound carbon-water complexes. © 2013 American Chemical Society.

Factors affecting the photoelectrochemical fixation of carbon dioxide with semiconductor colloids

Carbon dioxide was reduced photocatalytically using aqueous CdS or ZnS colloids containing tetramethylammonium chloride to give the dimeric and tetrameric products namely, oxalate, glyoxylate, glycolate and tartrate. A model is presented to explain the role of the tetramethylammonium ions. Studies were also performed using ZnO, SiC, BaTiO₃ and Sr TiO₃, which in the absence of tetramethylammonium ions produced formate and formaldehyde. The relative quantum efficiencies of the six semiconductors were related to their band gaps and conduction band potentials. The role and effectiveness of several 'hole acceptor' (electron donor) compounds in this process is shown to be related to their redox potentials.

Photoreduction of carbon dioxide on zinc sulfide to give four-carbon and two-carbon acids

Aqueous solutions of CO₂ containing tetramethylammonium chloride were photolysed with visible light in the presence of colloidal ZnS to yield tartaric acid, glyoxylic acid, oxalic acid, formic acid and formaldehyde.

Shear Strength and Durability Testing of Adhesive Bonds in Cross-Laminated Timber

The paper addresses the quality of the interface and edge bonded joints in layers of cross-laminated timber (CLT) panels. The shear performance was studied to assess the suitability of two different adhesives, Polyurethane (PUR) and Phenol-Resorcinol-Formaldehyde (PRF), and to determine the optimum clamping pressure. Since there is no established testing procedure to determine the shear strength of the surface bonds between layers in a CLT panel, block shear tests of specimens in two different configurations were carried out, and further shear tests of edge bonded specimen in two configurations were performed. Delamination tests were performed on samples which were subjected to accelerated aging to assess the durability of bonds in severe environmental conditions. Both tested adhesives produced boards with shear strength values within the edge bonding requirements of prEN 16351 for all manufacturing pressures. While the PUR specimens had higher shear strength values, the PRF specimens demonstrated superior durability characteristics in the delamination tests. It seems that the test protocol introduced in this study for crosslam bonded specimens, cut from a CLT panel, and placed in the shearing tool horizontally, accurately reflects the shearing strength of glue lines in CLT.

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.

The impact of biofuels for road traffic on air quality : a modelling approach

The selection of the energy source to power the transport sector is one of the main current concerns, not only relative with the energy paradigm but also due to the strong influence of road traffic in urban areas, which highly affects human exposure to air pollutants and human health and quality of life. Due to current important technical limitations of advanced energy sources for transportation purposes, biofuels are seen as an alternative way to power the world’s motor vehicles in a near-future, helping to reduce GHG emissions while at the same time stimulating rural development. Motivated by European strategies, Portugal, has been betting on biofuels to meet the Directive 2009/28/CE goals for road transports using biofuels, especially biodiesel, even though, there is unawareness regarding its impacts on air quality. In this sense, this work intends to clarify this issue by trying to answer the following question: can biodiesel use contribute to a better air quality over Portugal, particularly over urban areas? The first step of this work consisted on the characterization of the national biodiesel supply chain, which allows verifying that the biodiesel chain has problems of sustainability as it depends on raw materials importation, therefore not contributing to reduce the external energy dependence. Next, atmospheric pollutant emissions and air quality impacts associated to the biodiesel use on road transports were assessed, over Portugal and in particular over the Porto urban area, making use of the WRF-EURAD mesoscale numerical modelling system. For that, two emission scenarios were defined: a reference situation without biodiesel use and a scenario reflecting the use of a B20 fuel. Through the comparison of both scenarios, it was verified that the use of B20 fuels helps in controlling air pollution, promoting reductions on PM10, PM2.5, CO and total NMVOC concentrations. It was also verified that NO2 concentrations decrease over the mainland Portugal, but increase in the Porto urban area, as well as formaldehyde, acetaldehyde and acrolein emissions in the both case studies. However, the use of pure diesel is more injurious for human health due to its dominant VOC which have higher chronic hazard quotients and hazard indices when compared to B20.

Human biomonitoring : biomarkers, individual susceptibility, and nutrigenetics

Tese de doutoramento, Biologia (Genética), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Accessing Planktothrix species diversity and associated toxins using quantitative real-time PCR in natural waters

Tese de Doutoramento em Biologia apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, 2015.

Avaliação da Qualidade do Ar Interior de Ginásios

A prática de exercício físico é considerado condição essencial para a manutenção de uma boa saúde. A faixa etária de frequentadores de ginásios inclui utentes desde os 8 aos 80 anos, incluindo assim os grupos mais sensíveis à poluição do ar interior. Embora exista legislação específica para ginásios, nomeadamente para as condições de implementação, a mesma é reduzida e não contempla a qualidade do ar interior (QAI). O objetivo geral deste estudo consistiu na avaliação da QAI de quatro ginásios existentes na área metropolitana do Porto. O período de amostragem realizou-se entre 2 de Maio e 20 de Junho 2014 e, após a caracterização dos ginásios, foram monitorizados os seguintes parâmetros: partículas ultrafinas (< 100 nm), matéria particulada suspensa no ar de frações PM1, PM2,5, PM4 e PM10, dióxido de carbono, monóxido de carbono, ozono, compostos orgânicos voláteis, formaldeído, temperatura ambiente e humidade relativa durante 24 h/dia em salas com diferentes actividades (sala de musculação e cardiofitness e sala de aulas de grupo). Os resultados da avaliação dos parâmetros físicos e químicos foram comparados com os limiares de proteção e margem de tolerância do Decreto-Lei nº 118/2013 de 20 de Agosto, a Portaria nº 353-A/2013 de 4 de Dezembro e o Diploma que regula a construção, instalação e funcionamento dos ginásios. Os poluentes com maiores níveis de excedência são o dióxido de carbono, compostos orgânicos voláteis e as partículas PM2,5. As excedências devem-se essencialmente à sobrelotação das salas, excesso de atividade física e ventilação insuficiente. A localização da instalação dos ginásios é também um fator de extrema importância, sendo recomendado que este se situe em local pouco influenciado pelo tráfego automóvel, assim como, afastado de locais de possível interferência devido às atividades presentes, como é o caso da restauração existente em centros comerciais.

Toxicity assessment of refill liquids for electronic cigarettes.

We analyzed 42 models from 14 brands of refill liquids for e-cigarettes for the presence of micro-organisms, diethylene glycol, ethylene glycol, hydrocarbons, ethanol, aldehydes, tobacco-specific nitrosamines, and solvents. All the liquids under scrutiny complied with norms for the absence of yeast, mold, aerobic microbes, Staphylococcus aureus, and Pseudomonas aeruginosa. Diethylene glycol, ethylene glycol and ethanol were detected, but remained within limits authorized for food and pharmaceutical products. Terpenic compounds and aldehydes were found in the products, in particular formaldehyde and acrolein. No sample contained nitrosamines at levels above the limit of detection (1 μg/g). Residual solvents such as 1,3-butadiene, cyclohexane and acetone, to name a few, were found in some products. None of the products under scrutiny were totally exempt of potentially toxic compounds. However, for products other than nicotine, the oral acute toxicity of the e-liquids tested seems to be of minor concern. However, a minority of liquids, especially those with flavorings, showed particularly high ranges of chemicals, causing concerns about their potential toxicity in case of chronic oral exposure.

Investigations towards the synthesis of isotope labelled analogues of tocopherols and tocotrienols /

Vitamin E is considered as the most effective lipophilic chain breaking antioxidant. a-Tocopherol and its analogues have been studied thoroughly with regards to its biokinetics and bioavailabily. Deuterated tocopherols have been synthesized and utilized in such studies. Tocotrienols are arousing more and more interest because of their high efficiency as antioxidants. However, to date, there is no effective synthetic method reported for deuterated tocotrienols. This thesis is focused on the investigation of the synthetic methods of deuterated tocotrienols and their analogues: 5-trideuteromethyl-a-tocotrienol, 5- trideuteromethyl-p-tocotrienol, tocotrienol acetate, silyl tocotrienol ether, etc. Several synthetic procedures for the preparation of poly-deuterated tocopherols are known. Mainly the deuterium is introduced by use of labelled formaldehyde and deuterated hydrogen chloride under Lewis acid catalysis. However, these methods are not effective in tocotrienols due to exchange of protons for deuterium at other sites under the acidic conditions. We developed several different approaches to generate polydeuterated tocotrienols by using both morpholinomethylation followed by reduction with NaCNBDs as deuterated reducing reagents and transmetalation strategy. The 5-trideuteromethyl-a-tocotrienol was finally obtained in a satisfactory yield of 60%. In addition, this thesis also discussed the study of structural comparison and the chemical property difference of tocopherols and tocotrienols, which provides hints to explain the reactivity difference of them towards oxidation at the C3-C4 positions.Furthermore, the methodology of halogenation and dehydrohalogenation of tocotrienol was explored to prepare a hexaene tocotrienol derivative as a florescent reporter of tocopherol.

La dynamique chromatinienne induite par le pic de LH dans les cellules de granulosa chez la souris

La régulation transcriptionnelle des gènes est un processus indispensable sans lequel la diversité phénotypique des cellules ainsi que l’adaptation à leur environnement serait inexistant. L’identification des éléments de régulation dans le génome est d’une importance capitale afin de comprendre les mécanismes gouvernant l’expression des gènes spécifiques à un type cellulaire donné. Ainsi, suite au pic de LH, le follicule ovarien entre dans un programme intensif de différentiation cellulaire, orchestré par des modifications majeures du profile transcriptionnel des cellules de granulosa, déclenchant ultimement l’ovulation et la lutéinisation, processus indispensables à la fertilité femelle. L’hypothèse supportée par cette étude stipule qu’une réorganisation de la structure chromatinienne survient aux régions régulatrices d’une panoplie de gènes dans les heures suivant le pic de LH et qu’en isolant et identifiant ces régions, il serait possible de retrouver des éléments essentiels aux processus d’ovulation et de lutéinisation. Ainsi, en utilisant un protocole standard de superovulation chez la souris, les éléments de régulation se modifiant 4h suivant l’administration de hCG ont été isolés et identifiés dans les cellules de granulosa en utilisant la méthode FAIRE (Formaldehyde-Assisted Isolation of Regulatory Elements) combinée à un séquençage haut débit. Cette étude a démontré que suite au stimulus ovulatoire, les cellules de granulosa subissent une reprogrammation majeure des éléments de régulation, qui est corrélée avec une modification drastique de leurs fonctions biologiques. De plus, cette étude a mis en évidence une association majoritaire des éléments de régulation à des régions intergéniques distales et à des introns, indiquant que ces régions ont une importance capitale dans la régulation transcriptionnelle dans les cellules de granulosa. Cette étude a également permis d’identifier une panoplie de régulateurs transcriptionnels reconnus pour être essentiels à la fonction ovarienne, ainsi que leur sites de liaison dans le génome, démontrant que la méthode FAIRE est une méthode assez puissante pour permettre la prédiction d’événements moléculaires précis ayant un sens physiologique réel.

Développement d’une approche quantitative pour l’étude du poumon équin : fixation et échantillonnage pour l’application des principes de la stéréologie

La présente étude visait à développer un protocole de fixation et d'échantillonnage pour le poumon équin suivant les directives publiées sur l’utilisation d’une approche stéréologique de type « design-based ». Les poumons gauches de chevaux contrôles et atteints du souffle ont été fixés avec du formaldéhyde 10% pendant 48h à une pression constante de 25-30 cm d’H2O. Les poumons ont été sectionnés en 20-21 tranches d’une épaisseur d'environ 2,5 cm chacune; de 10-11 tranches ont été sélectionnées de façon aléatoire et systématique pour la mesure du volume de référence avec la méthode de Cavalieri. Un protocole d’échantillonnage systématique, aléatoire et uniforme utilisant le principe du « smooth fractionator » et un poinçon à biopsie de 17 mm ont été utilisés pour échantillonner une fraction représentative de chaque poumon. Les méthodes d’échantillonnage de sections verticales, uniformes et aléatoires (VUR) et d’échantillonnage isotropique, uniforme et aléatoire (IUR) ont toutes deux été effectuées pour comparer le nombre de voies respiratoires en coupe perpendiculaire obtenues à partir de chaque méthode. L'architecture globale et la qualité des tissus fixés ont également été évaluées. Des spécimens pulmonaires équins ont été échantillonnés avec succès selon un protocole visant à produire des données morphométriques valides. Les tissus ont été fixés avec un minimum d'artéfacts et contenaient une quantité suffisante de voies respiratoires en coupe perpendiculaire dans les deux types d’échantillons. En conclusion, un protocole de fixation et d'échantillonnage adapté au poumon équin permettant l'utilisation d'une approche stéréologique de type « design-based » a été élaboré pour l’étude du remodelage des voies respiratoires.

Mechanical Properties of Short-Isora-Fiber-Reinforced Natural Rubber Composites: Effects of Fiber Length, Orientation, and Loading; Alkali Treatment;and Bonding Agent

A series of short-isora-fiber-reinforced natural rubber composites were prepared by the incorporation of fibers of different lengths (6, 10, and 14 mm) at 15 phr loading and at different concentrations (10, 20, 30, and 40 phr) with a 10 mm fiber length. Mixes were also prepared with 10 mm long fibers treated with a 5% NaOH solution. The vulcanization parameters, processability, and stress-strain properties of these composites were analyzed. Properties such as tensile strength, tear strength, and tensile modulus were found to be at maximum for composites containing longitudinally oriented fibers 10 mm in length. Mixes containing fiber loadings of 30 phr with bonding agent (resorcinol-formaldehyde [RF] resin) showed mechanical properties superior to all other composites. Scanning electron microscopy (SEM) studies were carried out to investigate the fiber surface morphology, fiber pullout, and fiber-rubber interface. SEM studies showed that the bonding between the fiber and rubber was improved with treated fibers and with the use of bonding agent.