Desenvolvimento de métodos de análise físico-química em águas usando um analisador multiparamétrico AQUAKEM

Trabalho Final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Development of 2-oxazoline-based hydrogels and porous polyester microparticles in scCO2

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa in partial fulfillment of the requirements for the obtention of the degree of Master of Science in Biotechnology

Far infrared optical properties of V and Cr doped Sb2Te3 /

The far infrared reflectance of Sb2Te3 , Sbi.97Vo.o3Te3 and Sbi.94Cr .o6Te3 was measured near normal incidence at different temperatures (between 45K and 300K). The direct current resistivities of the above samples were also measured between the temperatures of 4K and 300K. Also Kramers Kronig (KK) analyses were performed on the reflectance spectra to obtain the optical conductivities. In the doped samples, it was observed that a phonon at 62cm-1 softens to about 55cm-1 on decreasing the temperature from 295K to 45K. Also, it was observed that the plasma frequency of the doped samples is independent of doping. The scattering rate for the vanadium doped sample was seen to be greater than that for the chromium doped sample despite the fact that vanadium impurity density is less than that of chromium. The Drude-Lorentz model fits to the KK optical conductivity show that the samples used in this work are conventional metals. Definitive measurements of the temperature dependence of the scattering rate across the ferromagnetic transition await equipment changes allowing measurements at low temperature using the mercury cadmium telluride (MCT) detector.

Sample preparation and heavy metal determination by atomic spectrometry /

Microwave digestions of mercury in Standards Reference Material (SRM) coal samples with nitric acid and hydrogen peroxide in quartz vessels were compared with Teflon® vessel digestion by using flow injection cold vapor atomic absorption spectrometry. Teflon® vessels gave poor reproducibiUty and tended to deliver high values, while the digestion results from quartz vessel show good agreement with certificate values and better standard deviations. Trace level elements (Ag, Ba, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Pb, Sn, Ti, V and Zn) in used oil and residual oil samples were determined by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. Different microwave digestion programs were developed for each sample and most of the results are in good agreement with certified values. The disagreement with values for Ag was due to the precipitation of Ag in sample; while Sn, V and Zn values had good recoveries from the spike test, which suggests that these certified values might need to be reconsidered. Gold, silver, copper, cadmium, cobalt, nickel and zinc were determined by continuous hydride generation inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. The performance of two sample introduction systems: MSIS™ and gas-liquid separator were compared. Under the respective optimum conditions, MSIS^"^ showed better sensitivity and lower detection limits for Ag, Cd, Cu, Co and similar values for Au, Ni and Zn to those for the gas-liquid separator.

Arsenic and germanium determination by hydride generation in the D.C. plasma optical emission spectrometer

Modifications to the commercial hydride generator, manufactured by Spectrametrics, resulted in improved operating procedure and enhancement of the arsenic and germanium signals. Experiments with arsenic(III) and arsenic(V) showed that identical reiults could be produced from both oxidation states. However, since arsenic(V) is reduced more slowly than arsenic(III), peak areas and not peak heights must be measured when the arsine is immediately stripped from the system (approximately 5 seconds reaction). When the reduction is allowed to proceed for 20 seconds before the arsine is stripped, peak heights may be used. For a 200 ng/mL solution, the relative standard deviation is 2.8% for As(III) and 3.8% for As(V). The detection limit for arsenic using the modified system is 0.50 ng/mL. Studies performed on As(V) standards show that the interferences from 1000 mg/L of nickel(II), cobalt(II), iron(III), copper(II), cadmium(II), and zinc(II) can be eliminated with the aid of 5 M Hel and 3% L-cystine. Conditions for the reduction of germanium to the corresponding hydride were investigated. The effect of different concentrations of HCl on the reduction of germanium to the covalent hydride in aqueous media by means of NaBH 4 solutions was assessed. Results show that the best response is accomplished at a pH of 1.7. The use of buffer solutions was similarly characterized. In both cases, results showed that the element is best reduced when the final pH of the solution after reaction is almost neutral. In addition, a more sensitive method, which includes the use of (NH4)2S208' has been developed. A 20% increase in the germanium signal is registered when compared to the signal achieved with Hel alone. Moreover, under these conditions, reduction of germanium could be accomplished, even when the solution's pH is neutral. For a 100 ng/mL germanium standard the rsd is 3%. The detection limit for germanium in 0.05 M Hel medium (pH 1.7) is 0.10 ng/mL and 0.09 ng/mL when ammonium persulphate is used in conjunction with Hel. Interferences from 1000 mg/L of iron(III), copper(II), cobalt(II), nickel(II), cadmium(II), lead(II), mercury(II), aluminum(III), tin(IV), arsenic(III), arsenic(V) and zinc(II) were studied and characterized. In this regard, the use of (NH4)ZS20S and Hel at a pH of 1.7 proved to be a successful mixture in the sbppression of the interferences caused by iron, copper, aluminum, tin, lead, and arsenic. The method was applied to the determination of germanium in cherts and iron ores. In addition, experiments with tin(IV) showed that a 15% increase in the tin signal can be accomplished in the presence of 1 mL of (NH4)2S20S 10% (m/V).

The crystal and molecular structure of 18-Crown-6 HgC12 and 18-Crown-6 Cdc12

Hg(18-Crown-6)C12 and Cd(18-Crown-6)C12 are isostructura1, space group Cl~ Z = 2. For the mercury compound, a = 10.444(2) A° , b = 11. 468(1) A° , c = 7.754(1) A° , a = 90.06(1)°, B = 82.20(1)°, Y = 90.07(1)°, Dobs = 1.87, Dca1c = 1.93, V = 920.05 13, R = 4.66%. For the cadmium compound, 000 a = 10.374(1) A, b = 11.419(2) A, c = 7.729(1) A, a = 89.95(1)°, B = 81.86(2)°, Y = 89.99(1)°, Dobs = 1.61, Dcalc = 1.64, V = 906.4613, R = 3.95%. The mercury and cadmium ions exhibit hexagonal bipyramidal coordination, with the metal ion located on a centre of symmetry in the plane of the oxygen atoms. The main differences between the two structures are an increase in the metal-oxygen distance and a reduction in the metalchloride distance when the central ion changes from Cd2+ to Hg2+. These differences may be explained in terms of the differences in hardness or softness of the metal ions and the donor atoms.

Mise à jour et étude de sources de variation des niveaux d’exposition au chlordane, au BPC, au toxaphène et au mercure chez les Inuits de l’Arctique canadien

La nourriture traditionnelle compose une part essentielle de la culture Inuit. Néanmoins, la contamination de cette nourriture par les organochlorés et les métaux lourds fait l’objet d’une attention toute particulière, car elle excède dans certains cas les recommandations canadiennes. Le but de ce travail est, d’une part de mettre à jour les estimés d’exposition au chlordane, au BPC, au toxaphène et au mercure, et d’autre part d’en explorer certaines sources de variation. Pour ce faire, de nouvelles données sur la concentration de ces contaminants parmi les plus importants aliments traditionnels ont été combinées aux relevés alimentaires assemblés dans l’Arctique canadien en 1998 et 1999, la quantité et le type de nourriture traditionnelle consommés étant supposés ne pas avoir changé. D’après l’ensemble des nouveaux estimés obtenus, les changements dans la banque de données sur les contaminants affectent plus les extrémités des distributions que les mesures de tendance centrale. Les estimés d’apports en organochlorés peuvent être considérés comme toujours actuels étant donné que les cinq types d’aliments pour lesquels il y a des nouvelles données disponibles représentent la majorité de l’exposition totale. En ce qui concerne le mercure, toutefois, des données additionnelles sont nécessaires à propos du caribou, du narval, du muktuk du béluga et de la truite de lac pour générer des niveaux d’exposition plus exacts. Les sources de variations de ces estimés d’exposition ont été explorées en évaluant les coefficients de variation propres aux apports alimentaires et ceux propres aux concentrations de contaminants dans les aliments traditionnels. Il s’avère que la variation attribuable aux méthodes de collecte de données alimentaires est plus élevée que celle attribuable à la mesure des contaminants dans les banques de données. De nouvelles méthodes pour mesurer les niveaux de consommation d’aliments traditionnels devraient être développées.

Relation entre les espèces de mercure, le sélénium et les thiols dans les eaux de surface du parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec)

Les thiols et le sélénium peuvent jouer un rôle important dans la méthylation du mercure des environnements aquatiques. Pour démontrer la présence des thiols et du sélénium et leur relation avec le mercure dans certains écosystèmes d'eau douce québécois, une campagne d’échantillonnage fut réalisée durant l’été 2010, dans le parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec). Il existe une corrélation significative entre le sélénium et le mercure total dans l’eau des lacs du parc. Cependant, les concentrations de sélénium sont très faibles dans les lacs, les étangs de castor et les ruisseaux. Par ailleurs, les lacs du parc national du Mont-Tremblant ont des concentrations relativement élevées de méthylmercure avec une moyenne de 0,33 ng L-1 et des maximums allant jusqu’à 3,29 ng L-1. Les étangs de castor peuvent aussi être considérés comme des lieux de contamination au méthylmercure, avec une concentration moyenne de 0,95 ng L-1. Toutefois, la présence d’une colonie de castors sur le bassin versant d’un lac ne semble pas influencer les concentrations de mercure que l’on y retrouve. Deux thiols sont détectables dans l’eau de surface des Laurentides, soit le glutathion et l’acide thioglycolique. La concentration de ce dernier thiol est corrélée significativement avec celle du mercure total et du méthylmercure. Les thiols peuvent jouer un rôle important dans les processus de méthylation en favorisant le transport du mercure inorganique à l’intérieur des bactéries sulfato-réductrices. Afin de mieux comprendre l’action antagoniste entre le sélénium et le mercure, des études devraient être réalisées au niveau des tissus des organismes vivants dans ces zones pauvres en sélénium.

Interaction entre le mercure élémentaire et les sédiments lacustres

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Impact des barrages de castors sur la variabilité spatiale et saisonnière des concentrations en mercure et en nutriments dans les ruisseaux des Laurentides

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mercure, arsenic et sélénium au Burkina Faso : bioaccumulation, transfert trophique dans les systèmes aquatiques et évaluation de bioaccessibilité chez les humains

L’extraction aurifère est l’une des activités humaines qui a fortement accru l’émission de contaminants métalliques dans l’environnement. Le mercure (Hg), l’arsenic (As) et le sélénium (Se) sont 3 polluants métalliques de grande toxicité environnementale. En milieu aquatique, ils peuvent subir des transformations menant à des composés capables de bioaccumulation et de bioamplification. Il peut en résulter des concentrations 106 fois celle mesurée dans l’eau chez les poissons et les organismes situés en haut des chaînes alimentaires posant de ce fait de graves menaces pour la santé de ces organismes ainsi que leurs consommateurs y compris les humains. Cette étude a évalué les teneurs en Hg, As et Se dans les milieux aquatiques au Burkina Faso, une région d’Afrique sub-saharienne soumise à une exploitation minière intensive. Le risque potentiel pour les organismes aquatiques et les humains a été évalué en considérant les effets des interactions antagonistes Se/Hg et As/Se. La bioaccumulation et le transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques sont également décrits. L’exposition au Hg de poissons par les humains a été également évalué au laboratoire par mesure de la bioaccessibilité comme équivalent de la biodisponibilité par simulation de la digestion humaine. En général, les milieux aquatiques étudiés étaient peu affectés par ces 3 métal(loïd)s bien que certaines espèces de poisson issus des réservoirs les plus profonds indiquent des teneurs de Hg au dessus de 500 ngHg/g (poids frais) recommandé par l’OMS. Ces niveaux sont susceptibles de présenter des risques toxicologiques pour les poissons et pour leurs consommateurs. En considérant l’antagonisme Se/Hg, 99 % des échantillons de poisson seraient moins exposés à la toxicité du Hg dû à la présence simultanée du sélénium dans le milieu et pourraient être consommés sans risque. Cependant, les effets potentiels de l’antagonisme As/Se pourraient réduire les effets bénéfiques du Se et ramener cette proportion à 83 %. L’application des mesures de signatures en isotopes stables d’azote (δ15N) et de carbone (δ13C) des organismes aquatiques a permis le traçage des voies de transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques. On y observe des chaînes trophiques très courtes (3 - 4 niveaux trophiques) et des poissons majoritairement benthiques. L’approche isotopique n’a cependant pas permis de détecter les variations saisonnières des niveaux de contamination en Hg des poissons. L’exploration des contenus stomacaux des poissons a permis de mieux expliquer la baisse des concentrations en Hg et Se observées chez certains poissons au cours de la saison sèche en lien avec la variation de la composition des proies que l’analyse isotopique n’a pas cerné. L’étude suggère que l’analyse de contenus stomacaux ainsi que l’étude de la dynamique des communautés d’invertébrés couplées à celle des métaux pourraient améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes étudiés. Enfin, l’évaluation expérimentale de l’exposition au Hg indique que les modes de traitement avant consommation ainsi que l’usage de composés alimentaires tels le thé, le café lors de repas de poisson par certaines communautés humaines ont un impact sur la bioaccessibilité du Hg de poisson. Ces résultats, sous réserve de validation par des modèles animaux, suggèrent la prise en compte des habitudes alimentaires des communautés dans l’élaboration adéquat des avis de consommation de poisson.

La neurotoxicité développementale associée au méthylmercure, au plomb et aux biphényles polychlorés : l’attention et le traitement visuel à l’étude

L’influence des contaminants environnementaux (CE) a été largement étudié en contexte d’exposition aigüe et d’intoxication. Qu’en est-il d’une exposition chronique à plus faibles doses sur le développement cognitif et sensoriel des enfants? Les études longitudinales de la présente thèse ont été réalisées au Nunavik. Bien que géographiquement éloignée des centres industriels, la communauté inuite est exposée aux CE via leur transport par les courants atmosphériques et océaniques ainsi que par leur bioaccumulation dans le poisson et les mammifères marins. Puisque l’alimentation autochtone traditionnelle, notamment la chair de béluga, est encore fréquemment consommée par la communauté, une proportion substantielle d’enfants inuits est exposée in utero aux CE. Ceux-ci sont également continuellement exposés à ces agents neurotoxiques durant leur développement postnatal. Or, la variation considérable dans l’adoption de l’alimentation traditionnelle au sein de la communauté représente une opportunité pour étudier la relation entre les niveaux d’exposition aux CE et le développement cognitif et sensoriel des enfants. Bien que certains déficits aient déjà été mis en lien avec l’exposition chronique aux CE dans la littérature, la présente thèse s’intéressa à cette relation plus spécifiquement chez les enfants inuits vivant dans le Grand Nord et plus exposés aux CE en raison de leur alimentation. Par ailleurs, les protocoles qui ont été développés pour cette thèse permettront d’évaluer des aspects qui ont été peu étudiés en lien avec les CE, soit l’attention visuospatiale et le traitement visuel cérébral précoce. Dans le premier volet de cette thèse, la relation entre trois CE et l’attention visuospatiale a été étudiée à l’aide d’une version adaptée de la tâche de Posner (M.I. Posner et al., 1980). Cette tâche psychophysique a été administrée à des enfants inuits (âge moyen = 11.2 ans) dont les niveaux d’exposition au mercure (Hg), au plomb (Pb) et aux biphényles polychlorés (BPCs) ont été documentés durant les périodes pré et postnatale. Les expositions in utero au Pb et aux BPCs ont été significativement associées à de l’impulsivité et de l’inattention, respectivement, alors que l’exposition postnatale au Pb a été associée à des temps de réaction plus longs. Bien qu’aucune relation spécifique avec l’attention visuospatiale n’ait été trouvée, les résultats de cette étude suggèrent que l’exposition aux CE est associée à une diminution des capacités attentionnelles générales chez les enfants résidant au Nunavik. Dans le second volet, le traitement cérébral précoce de l’information visuelle a été examiné à l’aide de potentiels évoqués visuels auprès d’enfants de la même communauté (âge moyen = 10.9 ans). La concentration de Hg dans le sang de cordon ombilical mesurée à la naissance a été associée à une réduction de l’amplitude et à une augmentation de la latence de la composante N75. L’exposition prénatale au Pb a quant à elle été associée à un délai dans la latence de la composante N150. Les résultats obtenus suggèrent ainsi que l’exposition aux métaux lourds, en particulier durant la période gestationnelle, serait associée à des altérations dans le développement visuel. Les résultats présentés dans cette thèse soutiennent l’hypothèse selon laquelle le cerveau en développement est vulnérable lors d’une exposition chronique aux CE, et cela même à des niveaux de concentration inférieurs aux limites recommandées par les organismes de santé publique. Les résultats permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur les déficits cognitifs et sensoriels associés aux CE.

La production de thiols biogéniques par les microorganismes aquatiques

Les thiols à faible masse moléculaire (FMM) peuvent affecter la biodisponibilité du mercure et mener à une plus grande production de méthylmercure par les microorganismes méthylants. Les résultats d’une étude réalisée au sein de la matrice extracellulaire du périphyton de la zone littorale d’un lac des Laurentides ont démontré que les concentrations en thiols à FMM retrouvées dans cette matrice sont jusqu’à 1000 fois supérieures à celles de la colonne d’eau avoisinante. Ces thiols sont significativement corrélés à la chlorophylle a du périphyton, suggérant une production par les algues. Le mercure de la matrice extracellulaire, plus spécifiquement dans la fraction colloïdale mobile, est aussi corrélé aux thiols d’origine algale. Ces résultats suggèrent qu’une accumulation de thiols s’opère dans l’espace extracellulaire du périphyton et qu’ils peuvent favoriser le transfert du mercure vers les microorganismes produisant le méthylmercure. Les résultats d’une seconde étude menée sur les méthodes de préservation d’échantillons d’eau pour la conservation des thiols à FMM ont démontré que la température optimale d’entreposage était de -80 °C et que la lyophilisation menait à une sous-estimation des concentrations mesurées. Les taux de dégradation étaient plus rapides lors de la conservation à -20 °C et variables selon la chimie de l’eau utilisée et les espèces de thiols observées. Suivant ces résultats, nous proposons un cadre de recherche pour de futures études sur la spéciation du mercure dans le périphyton et nous suggérons des précautions lors de la manipulation et de la conservation des thiols à FMM d’échantillons naturels.

Fabrication Of Potentiometric Sensors For The Determination Of Certain Metal Ions

In this study Fabrication of Potentiometric sensors for the determination of certain metal ions, presents the synthesis and characterization of seven ionophores, their use in the fabrication of potentiometric sensors and the results and discussion of fourteen sensors developed for the determination of five transition metal ions. As part of the present investigations a total of fourteen potentiometric sensors have been developed and fabricated. A three fold approach has been taken in developing he sensors, PVC plasticized membrane sensor, carbon paste electrode and chemically modified carbon paste electrode. All the sensors are highly useful in the determination of metal ions such as manganese, nickel, copper, mercury and lead. A through analytical study has been carried out with respect to each other developed. Based on these studies, optimum conditions have been developed for the quantitative determinations of the selected metal ions using the sensors. Systematic application studies have also been carried out for all the developed sensors and the results revealed that the presently developed sensors are far superior than most of the sensors reported.