On-line monitoring of electrochemical degradation of paracetamol through a biomimetic sensor

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

Evaluation of glucose biosensors based on Prussian Blue and lyophilised, crystalline and cross-linked glucose oxidases (CLEC (R))

Glucose biosensors based on lyophilised, crystalline and cross-linked glucose oxidase (GOx, CLEC(R)) and commercially available lyophilised GOx immobilised on top of glassy carbon electrodes modified with electrodeposited Prussian Blue are critically compared. Two procedures were carried out for preparing the biosensors: (1) deposition of one layer of adsorbed GOx dissolved in an aqueous solution followed by deposition of two layers of low molecular weight Nafion(R) dissolved in 90% ethanol, and (2) deposition of two layers of a mixture of GOx with Nafion dissolved in 90% ethanol. The performance of the biosensors was evaluated in terms of linear response range for hydrogen peroxide and glucose, detection limit, and susceptibility to some common interfering species (ascorbic acid, acetaminophen and uric acid). The operational stability of the biosensors was evaluated by applying a steady potential of -50 mV versus Ag/AgCl to the glucose biosensor and injecting standard solutions of hydrogen peroxide and glucose (50 muM and 1.0 mM, respectively, in phosphate buffer) for at least 5 h in a flow-injection system. Scanning electron microscopy was used for visualisation of the Prussian Blue redox catalyst and in the presence of the different GOx preparations on the electrode surface. (C) 2001 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Estanho em amostras ambientais por espectrometria de fluorescência atômica (AFS)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effect of some surfactants on the chemiluminescent reactions of bis(2,4,6-trichlorophenyl)oxalate and bis(2-nitrophenyl)oxalate with hydrogen peroxide

The chemiluminescent reactions of bis(2,4,6-trichlorophenyl)oxalate (TCPO) and bis(2-nitrophenyl)oxalate (2-NPO) with hydrogen peroxide in acetonitrile/water micellar systems (anionic, cationic, and non-ionic) and gamma-cyclodextrin were studied in the presence of fluoranthene or 9,10-diphenylanthracene, imidazole, and two buffer solutions, HTRIS+/TRIS and H2PO4-/HPO42-. The relative chemiluminenscence (CL) intensity is higher in the presence of the cationic (DDAB, CTAC, DODAC, and OTAC), anionic (SDS), and non-ionic (Tween 80) surfactants. In the presence of some non-ionic surfactants (Brij 35, Brij 76, and Tween 20), the CL intensity was partially quenched compared with the reaction with no surfactant. The sensitivity for hydrogen peroxide determination in the range 0.01 x 10(-4) to 1.0 x 10(-4) mol L-1, considering the slope of the calibration curves (maximum peak height of CL vs. concentration), improved with the introduction of DDAH, CTAB, and SDS in HTRIS+/TRIS buffer.

Development of an enzymeless electroanalytical method for the indirect detection of creatinine in urine samples

The aim of this study is to develop a new enzymeless electroanalytical method for the indirect quantification of creatinine from urine sample. This method is based on the electrochemical monitoring of picrate anion reduction at a glassy carbon electrode in an alkaline medium before and after it has reacted with creatinine (Jaffe's reaction). By using the differential pulse voltammetry technique under the optimum experimental conditions (step potential, amplitude potential, reaction time, and temperature), a linear analytical curve was obtained for concentrations of creatinine ranging from 1 to 80 mu mol L-1, with a detection limit of 380 nmol L-1. This proposed method was used to measure creatinine in human urine without the interference of most common organic species normally present in biological fluids (e.g., uric acid, ascorbic acid, glucose, and phosphocreatinine). The results obtained using urine samples were highly similar to the results obtained using the reference spectrophotometric method (at a 95% confidence level). (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Compact and autonomous multiwavelength microanalyzer for in-line and in situ colorimetric determinations

Nowadays, the attainment of microsystems that integrate most of the stages involved in an analytical process has raised an enormous interest in several research fields. This approach provides experimental set-ups of increased robustness and reliability, which simplify their application to in-line and continuous biomedical and environmental monitoring. In this work, a novel, compact and autonomous microanalyzer aimed at multiwavelength colorimetric determinations is presented. It integrates the microfluidics (a three-dimensional mixer and a 25 mm length "Z-shape" optical flow-cell), a highly versatile multiwavelength optical detection system and the associated electronics for signal processing and drive, all in the same device. The flexibility provided by its design allows the microanalyzer to be operated either in single fixed mode to provide a dedicated photometer or in multiple wavelength mode to obtain discrete pseudospectra. To increase its reliability, automate its operation and allow it to work under unattended conditions, a multicommutation sub-system was developed and integrated with the experimental set-up. The device was initially evaluated in the absence of chemical reactions using four acidochromic dyes and later applied to determine some key environmental parameters such as phenol index, chromium(VI) and nitrite ions. Results were comparable with those obtained with commercial instrumentation and allowed to demonstrate the versatility of the proposed microanalyzer as an autonomous and portable device able to be applied to other analytical methodologies based on colorimetric determinations.

An electrochemical gas sensor based on paper supported room temperature ionic liquids

A sensitive and fast-responding membrane-free amperometric gas sensor is described, consisting of a small filter paper foil soaked with a room temperature ionic liquid (RTIL), upon which three electrodes are screen printed with carbon ink, using a suitable mask. It takes advantage of the high electrical conductivity and negligible vapour pressure of RTILs as well as their easy immobilization into a porous and inexpensive supporting material such as paper. Moreover, thanks to a careful control of the preparation procedure, a very close contact between the RTIL and electrode material can be achieved so as to allow gaseous analytes to undergo charge transfer just as soon as they reach the three-phase sites where the electrode material, paper supported RTIL and gas phase meet. Thus, the adverse effect on recorded currents of slow steps such as analyte diffusion and dissolution in a solvent is avoided. To evaluate the performance of this device, it was used as a wall-jet amperometric detector for flow injection analysis of 1-butanethiol vapours, adopted as the model gaseous analyte, present in headspace samples in equilibrium with aqueous solutions at controlled concentrations. With this purpose, the RTIL soaked paper electrochemical detector (RTIL-PED) was assembled by using 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide as the wicking RTIL and printing the working electrode with carbon ink doped with cobalt(II) phthalocyanine, to profit from its ability to electrocatalyze thiol oxidation. The results obtained were quite satisfactory (detection limit: 0.5 mu M; dynamic range: 2-200 mu M, both referring to solution concentrations; correlation coefficient: 0.998; repeatability: +/- 7% RSD; long-term stability: 9%), thus suggesting the possible use of this device for manifold applications.

Entwicklung massenspektrometrischer Isotopenverdünnungstechniken für die zuverlässige Bestimmung von Elementspuren und Schwefelspezies in Erdölprodukten

Einer der Hauptschwerpunkte der Arbeit lag in der Entwicklung einer spezies-spezifischen und einer spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA von Schwefelspezies in Petroprodukten. Es wurden hierzu Indikatoren, ausgehend von elementarem 34S-angereichertem Schwefel, im Mikromaßstab synthetisiert. Für die spezies-spezifische GC-ICP-Q-MSIVA wurde die erstmalige Synthese von 34S-markiertem Thiophen, Dibenzothiophen und 4-Methyldibenzothiophen verwirklicht. Als Indikatorsynthese für die spezies-unspezifische GC-ICP-Q-MSIVA erfolgte die erstmalige Darstellung von 34S-angereichertem Dimethyldisulid. Mit Hilfe der synthetisierten Verbindungen wurden spezies-spezifische und spezies-unspezifische massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalysen von Schwefelspezies in Petroprodukten durchgeführt. Vor allen GC-ICP-Q-MSIVA-Analysen erfolgte eine umfangreiche Speziesidentifizierung durch Aufstockexperimente mit kommerziell erhältlichen Standards und mit einem mit der GC gekoppelten Elektronenstoß (EI)-MS. Beide ICP-Q-MS Methoden zeichnen sich durch sehr niedrige Nachweisgrenzen (7 ng S/g) aus, welche auch eine Anwendbarkeit auf tiefentschwefelte Kraftstoffe garantieren. Mit der spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA ist neben einer Speziesanalyse auch eine Gesamtschwefelanalyse durch Aufsummierung aller in der Probe vorhandenen Spezies möglich. Es wurde im Rahmen dieser Arbeit auch der Einfluss möglicher Empfindlichkeitsänderungen des ICP-Q-MS durch koeluierende Kohlenwasserstoffe überprüft, wobei diese erwartungsgemäß auf das Ergebnis der spezies-spezifischen und spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA keinerlei Einfluss haben. Der zweite Hauptschwerpunkt der Arbeit lag auf der Ausarbeitung routinefähiger, schneller und zuverlässiger Methoden zur Gesamtelementspurenanalytik von Schwefel und Schwermetallen in Erdölen und Petroprodukten. Für die Gesamtschwefelanalyse wurde eine MSIVA nach thermaler Verdampfung mit 34S-markierten Dibenzothiophen als Indikator entwickelt. Die neu entwickelte Methode erlaubt eine sehr schnelle Bestimmung des Gesamtschwefelgehalts, wobei die eigentliche Messung des Isotopenverhältnisses innerhalb von Sekunden nach der Injektion der Probe erfolgt. Weiterhin zeichnet sich die Methode durch Robustheit und eine niedrige Nachweisgrenze (40 ng S/g) aus. Für die Analyse von Schwermetallen wurden erstmals Möglichkeiten einer direkten MSIVA von Erdölproben ohne zeitraubenden, kontaminationsträchtigen Aufschluss bzw. die schwierige Erzeugung einer Mikroemulsion zwischen hydrophober Probe und wässrigem Indikator entwickelt. Um eine homogene Verteilung des Indikators in der hydrophoben Probe zu ermöglichen, musste ausgehend von den zur Verfügung stehenden wässrigen Indikatorlösungen, eine Überführung des Indikators in ein organisches Lösungsmittel erfolgen. Hierzu wurde der jeweilige Metallindikator unter Komplexierung aus wässrigen Metallindikatorlösungen extrahiert. Für die Analyse der mit diesen Indikatorlösungen in organischer Phase versetzten Proben wurden zwei alternative Methoden ausgearbeitet. Bei der mit der Laserablation (LA) kombinierten ICP-SF-MSIVA wird die isotopenverdünnte Probe aus einer eigens für diesen Zweck entwickelten Probenhalterung ablatiert und so dem ICP-SF-MS zugeführt wird. Bei zeitlich sich verändernden Intensitäten der gemessenen Isotope werden aber reproduzierbare und konstante Isotopenverhältnisse erhalten. Im Falle einer homogenen Verteilung der Metallspuren wurde eine hervorragende Übereinstimmung mit Vergleichsmethoden und einem Referenzmaterial festgestellt. Im Falle einer heterogenen partikulären Verteilung der Metallspuren, wie sie z.B. bei Eisenspuren in den Erdölen vorlag, ist die Anwendbarkeit der LA-ICP-SF-MSIVA aufgrund des kleinen Probenvolumens (20 µL) jedoch begrenzt. Als Alternative zur LA-ICP-SF-MSIVA wurde ein System unter Verwendung der Fließinjektion für die Zuführung der isotopenverdünnten Probe zum ICP-SF-MS ausgearbeitet. Die isotopenverdünnte Probe wird hierbei in einen Eluentenstrom von Toluol injiziert und mit Hilfe einer Total-Consumption-Zerstäuber/Sprühkammer-Einheit vollständig bei einer Flussrate von 10 µL/min in das Plasma eingebracht. Neben einer nochmaligen Verkürzung der Analysenzeit und Vereinfachung der Probenvorbereitung bietet diese Methode zusätzlich stark verbesserte Nachweisgrenzen (z.B. Ni 0,9 ng/g). Leider sind mit diesem Verfahren bis jetzt nur Ni und Mo zuverlässig bestimmbar. Das in dieser Arbeit ausgearbeitete Methodenpaket erlaubt erstmals eine breite Einführung der ICP-MSIVA als zuverlässige Methode in die Routineanalytik der Petroindustrie. Durch die bewiesene Zuverlässigkeit, den geringen Zeitaufwand und die Robustheit der Methoden steht ihrem routinemäßigen Einsatz, außer einer weitergehenderen Automatisierung einzelner Verfahrensteile, prinzipiell nichts entgegen.

Liquid crystalline cellulose derivatives for mirrorless lasing

In this thesis cholesteric films made of liquid crystalline cellulose derivatives with improved optical properties were prepared. The choice of the solvent, hydrogen bond influencing additives, the synthetic realization of a very high degree of substitution on the cellulosic polymer and the use of mechanical stirring at the upper concentration limit of the liquid crystalline range were the basis for an improved alignment of the applied cellulose tricarbamates. In combination with a tuned substrate treatment and film preparation method, cholesteric films were obtained, with optical properties that were theoretically predicted and only known from low molecular weight liquid crystals so far. Subsequent polymerization allowed a permanent fixing of the alignment and the fabrication of free standing and insensitive films.rnThe incorporation of inorganic nanorods into the cholesteric host material was mediated with tailored block copolymers, available via controlled radical polymerization methods. In addition to the shape match between the rodlike mesogens of the host and the nanorods it was possible to increase the miscibility of both materials. Nevertheless, the size of the nanorods, in comparison to the mesogens, in these densely packed liquid crystalline phases as well as their long equilibration times were the reasons for phase separation. Nanorods are, in principle, valuable substitutes for organics, but their utilization in cellulosic CLC was not to be combined with a high quality alignment of the cholesteric structure.rnA swelling process of polymerized films in a dye solution or dissolving dyes in non-polymerized CLC was used for incorporation of the organic chromophores. With the first method the CLC could be aligned and polymerized without any disturbance due to dye molecules. The optical properties of dye and CLC were matched, with regard to mirrorless lasing devices. The dye was optically excited and laser emission supported by the cholesteric cavity was obtained. The polarization and wavelength of the emitted radiation as well as its bandwidth, the obtained interference pattern and threshold behavior of the emission proofed the feedback mechanism that was not believed to be realizable in liquid crystalline polymers. rnUtilization of a microfluidic co-flow injection device enabled us to transfer the properties of cellulosic CLC from the planar film shape to spherical micrometer sized particles. The pure material yielded particles with distorted mesogen alignment similar to films prepared by capillary flow. Dilution of the CLC with a solvent that migrated into the carrier phase during particle preparation provided the basis for particles with well ordered areas. rnAlthough cellulose derivatives were known for their liquid crystalline behavior for decades and synthesized in mass production, their application as feedback material was affected by bad optical properties. In comparison to low molar mass compounds, the low degree of order in the CLC phase was the cause. With the improved material, defined lasing emission was shown and characterized. Derivatives of cellulose are desirable materials, because, as a renewable resource, they are available in large amounts for a low price and need only simple derivatization reactions. The fabrication of CLC films with tunable lasing emission, for which this thesis can provide a starting point, is in good agreement with today's requirements of modern technology and its miniaturization.rn

Entwicklung eines Pikoliter-Tropfengenerators für die Massenspektrometrische Spuren- und Speziesanalytik

Die Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung einer alternativen Probenzuführungstechnik für flüssige Proben in der Massenspektrometrie. Obwohl bereits einige Anstrengungen zur Verbesserung unternommen wurden, weisen konventionelle pneumatische Zerstäuber- und Sprühkammersysteme, die in der Elementspurenanalytik mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) standardmäßig verwendet werden, eine geringe Gesamteffizienz auf. Pneumatisch erzeugtes Aerosol ist durch eine breite Tropfengrößenverteilung gekennzeichnet, was den Einsatz einer Sprühkammer bedingt, um die Aerosolcharakteristik an die Betriebsbedingungen des ICPs anzupassen.. Die Erzeugung von Tropfen mit einer sehr engen Tropfengrößenverteilung oder sogar monodispersen Tropfen könnte die Effizienz des Probeneintrags verbessern. Ein Ziel dieser Arbeit ist daher, Tropfen, die mittels des thermischen Tintenstrahldruckverfahrens erzeugt werden, zum Probeneintrag in der Elementmassenspektrometrie einzusetzen. Das thermische Tintenstrahldruckverfahren konnte in der analytischen Chemie im Bereich der Oberflächenanalytik mittels TXRF oder Laserablation bisher zur gezielten, reproduzierbaren Deposition von Tropfen auf Oberflächen eingesetzt werden. Um eine kontinuierliche Tropfenerzeugung zu ermöglichen, wurde ein elektronischer Mikrokontroller entwickelt, der eine Dosiereinheit unabhängig von der Hard- und Software des Druckers steuern kann. Dabei sind alle zur Tropfenerzeugung relevanten Parameter (Frequenz, Heizpulsenergie) unabhängig voneinander einstellbar. Die Dosiereinheit, der "drop-on-demand" Aerosolgenerator (DOD), wurde auf eine Aerosoltransportkammer montiert, welche die erzeugten Tropfen in die Ionisationsquelle befördert. Im Bereich der anorganischen Spurenanalytik konnten durch die Kombination des DOD mit einem automatischen Probengeber 53 Elemente untersucht und die erzielbare Empfindlichkeiten sowie exemplarisch für 15 Elemente die Nachweisgrenzen und die Untergrundäquivalentkonzentrationen ermittelt werden. Damit die Vorteile komfortabel genutzt werden können, wurde eine Kopplung des DOD-Systems mit der miniaturisierten Fließinjektionsanalyse (FIA) sowie miniaturisierten Trenntechniken wie der µHPLC entwickelt. Die Fließinjektionsmethode wurde mit einem zertifizierten Referenzmaterial validiert, wobei für Vanadium und Cadmium die zertifizierten Werte gut reproduziert werden konnten. Transiente Signale konnten bei der Kopplung des Dosiersystems in Verbindung mit der ICP-MS an eine µHPLC abgebildet werden. Die Modifikation der Dosiereinheit zum Ankoppeln an einen kontinuierlichen Probenfluss bedarf noch einer weiteren Reduzierung des verbleibenden Totvolumens. Dazu ist die Unabhängigkeit von den bisher verwendeten, kommerziell erhältlichen Druckerpatronen anzustreben, indem die Dosiereinheit selbst gefertigt wird. Die Vielseitigkeit des Dosiersystems wurde mit der Kopplung an eine kürzlich neu entwickelte Atmosphärendruck-Ionisationsmethode, die "flowing atmospheric-pressure afterglow" Desorptions/Ionisations Ionenquelle (FAPA), aufgezeigt. Ein direkter Eintrag von flüssigen Proben in diese Quelle war bislang nicht möglich, es konnte lediglich eine Desorption von eingetrockneten Rückständen oder direkt von der Flüssigkeitsoberfläche erfolgen. Die Präzision der Analyse ist dabei durch die variable Probenposition eingeschränkt. Mit dem Einsatz des DOD-Systems können flüssige Proben nun direkt in die FAPA eingetragen, was ebenfalls das Kalibrieren bei quantitativen Analysen organischer Verbindungen ermöglicht. Neben illegalen Drogen und deren Metaboliten konnten auch frei verkäufliche Medikamente und ein Sprengstoffanalogon in entsprechend präpariertem reinem Lösungsmittel nachgewiesen werden. Ebenso gelang dies in Urinproben, die mit Drogen und Drogenmetaboliten versetzt wurden. Dabei ist hervorzuheben, dass keinerlei Probenvorbereitung notwendig war und zur Ermittlung der NWG der einzelnen Spezies keine interne oder isotopenmarkierte Standards verwendet wurden. Dennoch sind die ermittelten NWG deutlich niedriger, als die mit der bisherigen Prozedur zur Analyse flüssiger Proben erreichbaren. Um im Vergleich zu der bisher verwendeten "pin-to-plate" Geometrie der FAPA die Lösungsmittelverdampfung zu beschleunigen, wurde eine alternative Elektrodenanordnung entwickelt, bei der die Probe länger in Kontakt mit der "afterglow"-Zone steht. Diese Glimmentladungsquelle ist ringförmig und erlaubt einen Probeneintrag mittels eines zentralen Gasflusses. Wegen der ringförmigen Entladung wird der Name "halo-FAPA" (h-FAPA) für diese Entladungsgeometrie verwendet. Eine grundlegende physikalische und spektroskopische Charakterisierung zeigte, dass es sich tatsächlich um eine FAPA Desorptions/Ionisationsquelle handelt.

Calcium carbonate content and concentration of phosphorus components in sediments of ODP Leg 171B sites

Quantifying phosphorus (P) concentrations in marine sediments is necessary for constraining the oceanic record of phosphorus burial and helps to constrain P sedimentary geochemistry. To understand P geochemistry in the sediments, we must determine the geochemical forms of P as well as the transformations occurring between these P components with depth and age. Although several records now exist of P geochemistry in the western and eastern equatorial Pacific (Filippelli and Delaney, 1995, doi:10.2973/odp.proc.sr.138.144.1995; 1996, doi:10.1016/0016-7037(96)00042-7), the western equatorial Atlantic (Delaney and Anderson, 1997, doi:10.2973/odp.proc.sr.154.124.1997), the California Current (Delaney and Anderson, in press), and the Benguela Current (Anderson et al., 2001, doi:10.1029/2000GB001270), most of these are Neogene records. Relatively little data exist from sediments of the Paleogene or Cretaceous, time periods when carbon isotope records indicate major carbon shifts and when the nature of P geochemistry has not been well constrained. Samples from several sites at various water depths, oceanographic regions, and ages are needed to understand how P geochemistry and burial in sediments reflect ocean history. We determined P geochemistry and reactive P concentrations in Atlantic sediments of Eocene to Cretaceous age. These are the first records of P geochemistry with good age control from this period. Blake Nose sites are ideal for investigating P geochemistry, as the sediments are shallowly buried at a range of water depths and sedimentation rates. We determined P concentrations and geochemistry, along with calcium carbonate contents, in mid-Cretaceous to upper Eocene sediments drilled on Blake Nose (Ocean Drilling Program Leg 171B) in a depth transect of four sites (Sites 1052, 1051, 1050, and 1049; water depths: 1345, 1983, 2300, and 2656 m, respectively).

Biogeochemical measurements of cold seep sediments inhabit by vesicomyid clams in the Japan Deep Sea Trench

Vesicomyidae clams harbor sulfide-oxidizing endosymbionts and are typical members of cold seep communities associated with tectonic faults where active venting of fluids and gases takes place. We investigated the central biogeochemical processes that supported a vesicomyid clam colony as part of a locally restricted seep community in the Japan Trench at 5346 m water depth, one of the deepest seep settings studied to date. An integrated approach of biogeochemical and molecular ecological techniques was used combining in situ and ex situ measurements. During the cruise YK06-05 in 2006 with the RV Yokosuka to the Japan Trench, we investigated a clam colony inhabited by Abyssogena phaseoliformis (former known as Calyptogena phaseoliformis) and Isorropodon fossajaponicum (former known as Calyptogena fossajaponica). The targeted sampling and precise positioning of the in situ instruments were achieved with the manned research submersible Shinkai 6500 (JAMSTEC, Nankoku, Kochi, Japan). Sampling was first performed close to the rim of the JTC colony and then at the center. Immediately after sample recovery onboard, the sediment core was sub-sampled for ex situ rate measurements or preserved for later analyses. In sediment of the clam colony, low sulfate reduction (SR) rates (max. 128 nmol ml**-1 d**-1) were coupled to the anaerobic oxidation of methane (AOM). They were observed over a depth range of 15 cm, caused by active transport of sulfate due to bioturbation of the vesicomyid clams. A distinct separation between the seep and the surrounding seafloor was shown by steep horizontal geochemical gradients and pronounced microbial community shifts. The sediment below the clam colony was dominated by anaerobic methanotrophic archaea (ANME-2c) and sulfate-reducing Desulfobulbaceae (SEEP-SRB-3, SEEP-SRB-4). Aerobic methanotrophic bacteria were not detected in the sediment and the oxidation of sulfide seemed to be carried out chemolithoautotrophically by Sulfurovum species. Thus, major redox processes were mediated by distinct subgroups of seep-related microorganisms that might have been selected by this specific abyssal seep environment. Fluid flow and microbial activity was low but sufficient to support the clam community over decades and to build up high biomasses. Hence, the clams and their microbial communities adapted successfully to a low-energy regime and may represent widespread chemosynthetic communities in the Japan Trench.