Assessment of exposure to airborne ultrafine particles in the urban environment of Lisbon, Portugal

The aim of this study was the assessment of exposure to ultrafine in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, and consisted of the determination of deposited alveolar surface area in an avenue leading to the town center during late spring. This study revealed differentiated patterns for weekdays and weekends, which could be related with the fluxes of automobile traffic. During a typical week, ultrafine particles alveolar deposited surface area varied between 35.0 and 89.2 μm2/cm3, which is comparable with levels reported for other towns such in Germany and the United States. These measurements were also complemented by measuring the electrical mobility diameter (varying from 18.3 to 128.3 nm) and number of particles that showed higher values than those previously reported for Madrid and Brisbane. Also, electron microscopy showed that the collected particles were composed of carbonaceous agglomerates, typical of particles emitted by the exhaustion of diesel vehicles. Implications: The approach of this study considers the measurement of surface deposited alveolar area of particles in the outdoor urban environment of Lisbon, Portugal. This type of measurements has not been done so far. Only particulate matter with aerodynamic diameters <2.5 (PM2.5) and >10 (PM10) μm have been measured in outdoor environments and the levels found cannot be found responsible for all the observed health effects. Therefore, the exposure to nano- and ultrafine particles has not been assessed systematically, and several authors consider this as a real knowledge gap and claim for data such as these that will allow for deriving better and more comprehensive epidemiologic studies. Nanoparticle surface area monitor (NSAM) equipments are recent ones and their use has been limited to indoor atmospheres. However, as this study shows, NSAM is a very powerful tool for outdoor environments also. As most lung diseases are, in fact, related to deposition of the alveolar region of the lung, the metric used in this study is the ideal one.

On the assessment of exposure to airborne ultrafine particles in urban environments

The aim of this study was to contribute to the assessment of exposure levels of ultrafine particles in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, by monitoring lung deposited alveolar surface area (resulting from exposure to ultrafine particles) in a major avenue leading to the town center during late spring, as well as in indoor buildings facing it. Data revealed differentiated patterns for week days and weekends, consistent with PM2.5 and PM10 patterns currently monitored by air quality stations in Lisbon. The observed ultrafine particulate levels may be directly correlated with fluxes in automobile traffic. During a typical week, amounts of ultrafine particles per alveolar deposited surface area varied between 35 and 89.2 μm2/cm3, which are comparable with levels reported for other towns in Germany and the United States. The measured values allowed for determination of the number of ultrafine particles per cubic centimeter, which are comparable to levels reported for Madrid and Brisbane. In what concerns outdoor/indoor levels, we observed higher levels (32 to 63%) outdoors, which is somewhat lower than levels observed in houses in Ontario.

Comparison of deposited surface area of airborne ultrafine particles generated from two welding processes

This article describes work performed on the assessment of the levels of airborne ultrafine particles emitted in two welding processes metal-active gas (MAG) of carbon steel and friction-stir welding (FSW) of aluminium in terms of deposited area in alveolar tract of the lung using a nanoparticle surface area monitor analyser. The obtained results showed the dependence from process parameters on emitted ultrafine particles and clearly demonstrated the presence of ultrafine particles, when compared with background levels. The obtained results showed that the process that results on the lower levels of alveolar-deposited surface area is FSW, unlike MAG. Nevertheless, all the tested processes resulted in important doses of ultrafine particles that are to be deposited in the human lung of exposed workers.

Determination of airborne nanoparticles from welding operations

The aim of this study is to assess the levels of airborne ultrafine particles emitted in welding processes (tungsten inert gas [TIG], metal active gas [MAG] of carbon steel, and friction stir welding [FSW] of aluminum) in terms of deposited area in pulmonary alveolar tract using a nanoparticle surface area monitor (NSAM) analyzer. The obtained results showed the dependence of process parameters on emitted ultrafine particles and demonstrated the presence of ultrafine particles compared to background levels. Data indicated that the process that resulted in the lowest levels of alveolar deposited surface area (ADSA) was FSW, followed by TIG and MAG. However, all tested processes resulted in significant concentrations of ultrafine particles being deposited in humans lungs of exposed workers.

Monitoring exposure to airborne ultrafine particles in Lisbon, Portugal

The aim of this study is to contribute to the assessment of exposure levels of ultrafine particles (UFP) in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, by monitoring lung-deposited alveolar surface area (resulting from exposure to UFP) in a major avenue leading to the town centre during late Spring, as well as in indoor buildings facing it. This study revealed differentiated patterns for week days and weekends, consistent with PM(2.5) and PM(10) patterns currently monitored by air quality stations in Lisbon. The observed ultrafine particulate levels could be directly related with the fluxes of automobile traffic. During a typical week, UFP alveolar deposited surface area varied between 35.0 and 89.2 µm(2)/cm(3), which is comparable with levels reported for other towns such in Germany and United States. The measured values allowed the determination of the number of UFP per cm(3), which are comparable to levels reported for Madrid and Brisbane. In what concerns outdoor/indoor levels, we observed higher levels (32-63%) outdoor, which is somewhat lower than levels observed in houses in Ontario.

Exposure to airborne ultrafine particles from cooking in Portuguese homes

Cooking was found to be a main source of submicrometer and ultrafine aerosols from gas combustion in stoves. Therefore, this study consisted of the determination of the alveolar deposited surface area due to aerosols resulting from common domestic cooking activities (boiling fish, vegetables, or pasta, and frying hamburgers and eggs). The concentration of ultrafine particles during the cooking events significantly increased from a baseline of 42.7 μm2/cm3 (increased to 72.9 μm2/cm3 due to gas burning) to a maximum of 890.3 μm2/cm3 measured during fish boiling in water, and a maximum of 4500 μm2/cm3 during meat frying. This clearly shows that a domestic activity such as cooking can lead to exposures as high as those of occupational exposure activities.

Sensor óptico de glicose baseado em cristais líquidos

A presente dissertação tem como finalidade apresentar uma investigação teórica e experimental sobre um sensor polarimétrico, portátil e de baixo custo, baseado num cristal líquido para a medição da concentração de glicose existente numa amostra. Devido ao crescente número de pessoas que sofrem de Diabetes, existe grande interesse em desenvolver sensores portáteis que permitam medir a concentração de glicose de forma rápida, precisa e indolor. Dos vários métodos não invasivos existentes para a medição de concentração de glicose, o método utilizado tem como base a medição da rotação da polarização da luz. Recentemente os sensores polarimétricos baseados em cristais líquidos, têm adquirido grande ênfase devido às suas características únicas que, em comparação com outros moduladores electroópticos, funcionam com tensões mais baixas, apresentam menor consumo energético e maior ângulo de rotação. No entanto também existem diversas desvantagens, nomeadamente a falta de documentação sobre a realização de testes e resultados obtidos em sensores polarimétricos. Têm como desvantagem adicional o facto do comportamento do polarímetro ser fortemente dependente do tipo de cristal líquido e da tensão a este aplicado. A presente dissertação descreve o desenvolvimento de um sensor polarimétrico que inclui a componente óptica, a componente electrónica de detecção e acondicionamento do sinal, a comunicação sem fios com um PC, e, por fim, a componente de análise e interface com o utilizador. Neste sensor polarimétrico poderão ser efectuadas leituras de temperatura das amostras para efeitos de correcção do cálculo da concentração da glicose. O dispositivo permite ainda a gravação dos dados obtidos e identificação dos mesmos. Os resultados obtidos demonstram que o dispositivo é capaz de medir concentrações com 10mg/ml de glicose, com uma percentagem de erro de 15%, para uma amostra com um percurso óptico de apenas 1 cm.

Membrane selectivity versus sensor response in hydrogenated amorphous silicon CHEMFETs using a semi-empirical model

Toxic amides, such as acrylamide, are potentially harmful to Human health, so there is great interest in the fabrication of compact and economical devices to measure their concentration in food products and effluents. The CHEmically Modified Field Effect Transistor (CHEMFET) based onamorphous silicon technology is a candidate for this type of application due to its low fabrication cost. In this article we have used a semi-empirical modelof the device to predict its performance in a solution of interfering ions. The actual semiconductor unit of the sensor was fabricated by the PECVD technique in the top gate configuration. The CHEMFET simulation was performed based on the experimental current voltage curves of the semiconductor unit and on an empirical model of the polymeric membrane. Results presented here are useful for selection and design of CHEMFET membranes and provide an idea of the limitations of the amorphous CHEMFET device. In addition to the economical advantage, the small size of this prototype means it is appropriate for in situ operation and integration in a sensor array.

Estudo e desenvolvimento de um sensor de chuva piezoelétrico para automóveis

A presença de sistemas eletrónicos nos veículos automóveis tem vindo a aumentar de forma considerável nos últimos 30 anos, tornando possível o aumento dos padrões de eficiência, segurança e conforto dos mesmos. Os sistemas de acionamento automático dos limpa-para-brisas, baseados em sensores de chuva óticos, têm registado um crescimento quase exponencial nos últimos 10 a 15 anos; no ano 2000, apenas 5 % dos veículos novos produzidos na Europa estavam equipados com este sistema, hoje é um equipamento amplamente difundido na oferta automóvel existente. O presente trabalho consistiu no estudo de uma solução para deteção de chuva em veículos automóveis com a aplicação de um sensor piezoelétrico, tendo em vista a obtenção de uma solução mais versátil e aplicável em vários pontos do veículo. As reduzidas dimensões, a elevada sensibilidade do sensor e a facilidade de aplicação nas superfícies de ensaio foram fatores que motivaram a escolha deste tipo de equipamento como elemento sensorial. As hipóteses definidas para o procedimento laboratorial basearam-se nas conclusões obtidas em estudos anteriormente desenvolvidos no campo dos sensores de chuva para automóveis e nas capacidades dos materiais piezoelétricos para medição de pluviosidade. Os sensores foram instalados sob as superfícies do veículo que apresentavam, simultaneamente, uma maior exposição à pluviosidade, quando este está em movimento, e um menor risco de sofrer danos. Os resultados obtidos permitiram concluir que a utilização deste tipo de sensores permite detetar elevados níveis de pluviosidade e em superfícies com considerável capacidade de deformação elástica. A sua implementação futura em veículos automóveis exige mais algum trabalho de melhoria dos processos de fixação dos sensores e do condicionamento de sinal utilizados.

On the use of IEEE 802.15.4/Zigbee for time-sensitive wireless sensor network applications

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Direct Color Sensor, Optical Amplifier and Demux Device Integrated on a Single Monolithic SiC Photodetector

A pi'n/pin a-SiC:H voltage and optical bias controlled device is presented and its behavior as image and color sensor, optical amplifier and demux device is discussed. The design and the light source properties are correlated with the sensor output characteristics. Different readout techniques are used. When a low power monochromatic scanner readout the generated carriers the transducer recognizes a color pattern projected on it acting as a direct color and image sensor. Scan speeds up to 10(4) lines per second are achieved without degradation in the resolution. If the photocurrent generated by different monochromatic pulsed channels is readout directly, the information is demultiplexed. Results show that it is possible to decode the information from three simultaneous color channels without bit errors at bit rates per channel higher than 4000 bps. Finally, when triggered by light of appropriated wavelength, it can amplify or suppress the generated photocurrent working as an optical amplifier (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Urubu: energy scavenging in wireless sensor networks

For the past years wireless sensor networks (WSNs) have been coined as one of the most promising technologies for supporting a wide range of applications. However, outside the research community, few are the people who know what they are and what they can offer. Even fewer are the ones that have seen these networks used in real world applications. The main obstacle for the proliferation of these networks is energy, or the lack of it. Even though renewable energy sources are always present in the networks environment, designing devices that can efficiently scavenge that energy in order to sustain the operation of these networks is still an open challenge. Energy scavenging, along with energy efficiency and energy conservation, are the current available means to sustain the operation of these networks, and can all be framed within the broader concept of “Energetic Sustainability”. A comprehensive study of the several issues related to the energetic sustainability of WSNs is presented in this thesis, with a special focus in today’s applicable energy harvesting techniques and devices, and in the energy consumption of commercially available WSN hardware platforms. This work allows the understanding of the different energy concepts involving WSNs and the evaluation of the presented energy harvesting techniques for sustaining wireless sensor nodes. This survey is supported by a novel experimental analysis of the energy consumption of the most widespread commercially available WSN hardware platforms.

Desenvolvimento de um sensor óptico para determinação de Norfloxacina

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e a caracterização de sensores ópticos com base em membranas de poli(cloreto de vinilo), PVC, para determinação de Norfloxacina em amostras do sector da aquacultura. Estes sensores basearam-se na reacção colorimétrica entre um metal imobilizado em PVC e a Norfloxacina. O metal foi escolhido com base em ensaios prévios de reacção colorimétrica entre a Norfloxacina e várias espécies metálicas, nomeadamente, Fe(III), Al(III), Pb(II), Aluminon, Mo(II), Mn(II), Ni(II), Cu(II), Co(II), Sn(II) e V(V). A reacção mais intensa foi obtida com o Fe(III). Neste sentido, numa primeira fase foram desenvolvidos sensores baseados em Fe(III). O efeito de alguns parâmetros experimentais na resposta desses sensores foi avaliado de modo univariado. Incluem-se aqui o efeito do pH, avaliado entre 2,00 e 6,00, e o da concentração de Fe(III), variada entre cerca de 1,00x10-5 M e 2,00x10-4 M. Os melhores valores foram obtidos a pH 3, para o qual se verificou um comportamento linear entre cerca de 1,00x10-5 M e 1,70x10-4 M de Fe(III). Utilizando as condições seleccionadas anteriormente, procedeu-se à caracterização do complexo sob ponto de vista químico. Os valores obtidos apontaram para a necessidade de um excesso de Fe(III) de, pelo menos, 10 vezes, no sentido de garantir a máxima extensão de complexação. O complexo referido apresentou, nestas condições, um comportamento linear ao longo do intervalo de concentrações de cerca de 7,00x10-5 M a 7,00x10-4 M em NOR. O complexo formado foi estável ao longo de 90 minutos. As condições óptimas para análise desse complexo numa superfície sólida foram obtidas após avaliação do efeito da quantidade de Fe(III) e do tipo e quantidade de solvente mediador (o-nitrofenil octil éter, di-n-octilftalato, dibutilftalato, bis(etilhexil)sebacato, bis(etilhexil)ftalato). O bis(etilhexil)sebacato foi o solvente mediador escolhido e a relação de quantidade entre o PVC e o solvente mediador foi igual a 1:2. O procedimento de preparação do sensor sólido e subsequente optimização foi aplicado a outras espécies metálicas, para além do Fe(III), tais como, Cu(II), Mn(II) e aluminon. A conjugação de todos estes metais permitiu desenvolver um array de sensores para despistagem de Norfloxacina em águas de aquacultura. Algumas membranas sensoras foram aplicadas com sucesso no controlo de Norfloxacina em amostras de águas ambientais dopadas. Os resultados obtidos com membranas de Fe(III) e Cu(II) foram exactos, tendo-se registado valores de concentração próximos dos reais. O método proposto permitiu, por isso, a despistagem rápida e eficaz da presença de um antibiótico em águas ambientais, permitindo ainda o seu doseamento a um baixo custo. Numa perspectiva de rotina, e tendo em vista a despistagem deste antibiótico, este método revelou-se mais rápido e mais barato do que os demais métodos descritos na literatura para este efeito.

Characterization of airborne particles generated from metal active gas welding process

This study is focused on the characterization of particles emitted in the metal active gas welding of carbon steel using mixture of Ar + CO2, and intends to analyze which are the main process parameters that influence the emission itself. It was found that the amount of emitted particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent on the distance to the welding front and also on the main welding parameters, namely the current intensity and heat input in the welding process. The emission of airborne fine particles seems to increase with the current intensity as fume-formation rate does. When comparing the tested gas mixtures, higher emissions are observed for more oxidant mixtures, that is, mixtures with higher CO2 content, which result in higher arc stability. These mixtures originate higher concentrations of fine particles (as measured by number of particles by cm 3 of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more severe worker's exposure.

Monitorização do adoçante ciclamato de sódio através de sensor óptico

O presente trabalho pretendeu desenvolver e testar um sensor óptico para detectar ciclamato de sódio, um adoçante artificial utilizado nas bebidas em geral. A primeira abordagem neste sentido baseou-se na preparação de um sensor óptico através da formação de complexos corados entre o ciclamato e várias espécies metálicas, nomeadamente Hg(II), Ba(II), Fe(II), Ag(II), Pb(II), Cd(II), Mn (II), Ni(II), Cu(II), Co(II), Sn(II) e Mg(II). Perante a ausência de resultados satisfatórios optou-se por explorar a acção do ciclamato de sódio na transferência/partilha de um corante entre duas fases líquidas imiscíveis. As fases líquidas utilizadas foram a água e o clorofórmio. Testaram-se várias famílias de corantes mas só uma classe se mostrou com as características apropriadas para o objectivo pretendido. Dentro dessa família de corantes, seleccionou-se aquele que, à partida, garantiu o melhor desempenho. O sensor foi testado em diferentes condições de pH e também na presença de potenciais interferentes de forma a estabelecer as melhores condições de utilização. O método mostrou-se bastante simples de executar, rápido na obtenção de resultados e com boas características para ser avaliado visualmente, mas sempre de acordo com os critérios de objectividade que um trabalho deste tipo requer. Além o disso permitiu ser calibrado de uma forma rápida e simples, características essenciais para a aplicação deste método na despistagem de ciclamato em análises de rotina. O método desenvolvido foi ainda aplicado à análise de vinho dopado com diferentes concentrações de ciclamato de sódio. Destes testes verificou-se a necessidade de optimização do método através da introdução de outras substâncias na fase não aquosa diminuindo a vulnerabilidade do sensor a outros interferentes. Como conclusão, o método correspondeu às expectativas, mostrando-se viável para aplicação à análise de vinhos, ainda com uma margem significativa de desenvolvimento no sentido de o tornar mais fiável e preciso.