The direct determination of rare earth elements in basaltic and related rocks using ICP-MS: Testing the efficiency of microwave oven sample decomposition procedures

Tests are described showing the results obtained for the determination of REE and the trace elements Rb, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, Hf, Ta, Pb, Th and U with ICP-MS methodology for nine basaltic reference materials, and thirteen basalts and amphibolites from the mafic-ultramafic Niquelandia Complex, central Brazil. Sample decomposition for the reference materials was performed by microwave oven digestion (HF and HNO(3), 100 mg of sample), and that for the Niquelandia samples also by Parr bomb treatment (5 days at 200 degrees C, 40 mg of sample). Results for the reference materials were similar to published values, thus showing that the microwave technique can be used with confidence for basaltic rocks. No fluoride precipitates were observed in the microwave-digested solutions. Total recovery of elements, including Zr and Hf, was obtained for the Niquelandia samples, with the exception of an amphibolite. For this latter sample, the Parr method achieved a total digestion, but not so the microwave decomposition; losses, however, were observed only for Zr and Hf, indicating difficulty in dissolving Zr-bearing minerals by microwave acid attack.

Lacustrine sediments provide geochemical evidence of environmental change during the last millennium in southeastern Brazil

A 172 cm-long sediment core was collected from a small pristine lake situated within a centripetal drainage basin in a tropical karst environment (Ribeira River valley, southeastern Brazil) in order to investigate the paleoenvironmental record provided by the lacustrine geochemistry. Sediments derived from erosion of the surrounding cambisoils contain quartz, kaolinite, mica, chlorite and goethite. Accelerator mass spectroscopy (AMS) (14)C dating provided the geochronological framework. Three major sedimentary units were identified based on the structure and color of the sediments: Unit III from 170 to 140 cm (1030 +/- 60-730 +/- 60 yr BP), Unit II from 140 to 90 cm (730 +/- 60-360 +/- 60 yr BP) and Unit I from 90 to 0 cm (360 +/- 60-0 yr BP). Results of major and trace element concentrations were analysed through multivariate statistical techniques. Factor analysis provided three factors accounting for 72.4% of the total variance. F1 and F2 have high positive loadings from K, Ba, Cs, Rb, Sr, Sc, Th, light rare earth element (LREE), Fe, Cr, Ti, Zr, Hf and Ta, and high negative loadings from Mg, Co, Cu, Zn, Br and loss on ignition (LOI). F3, with positive loadings from V and non-metals As and Sb, accounts for a low percentage (9.7%) of the total variance, being therefore of little interpretative use. The profile distribution of F1 scores reveals negative values in Units I and III, and positive values in Unit II, meaning that K, Ba, Cs, Rb, Sr, Sc, Th, LREE, Fe, Cr, Ti, Zr, Hf and Ta are relatively more concentrated in Unit II, and Mg, Co, Cu, Zn and Br are relatively more abundant in Units I and III. The observed fluctuations in the geochemical composition of the sediments are consistent with slight variations of the erosion intensity in the catchment area as a possible response to variations of climatic conditions during the last millennium. (c) 2009 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Chemical and radiological characterization of clay minerals used in pharmaceutics and cosmetics

Since the early days, clays have been used for therapeutic purposes. Nowadays, they are used as active ingredients or as excipient in formulations for a variety of purposes. Despite their wide use, little information is available in literature on their content of trace elements and radionuclides. The purpose of this study was to determine the elements (As, Ba, Br, Cs, Co, Cr, Eu, Fe, Hf, Hg, La, Lu, Rb, Sb, Sc, Sm, Ta, Tb, Yb, Zn, and Zr) and the radionuclides ((238)U, (232)Th, (226)Ra, (228)Ra, (210)Pb and (40)K) in Brazilian clays as well as the health and radiological implications of the use of these clays in pharmaceutical formulations. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Polyaniline/layered zirconium phosphate nanocomposites: Secondary-like doped polyaniline obtained by the layer-by-layer technique

In the present work, nanocomposites of polyaniline (PANI) and layered alpha-Zr(HPO4)(2).H2O (alpha-ZrP) were prepared using two different approaches: (i) the in situ aniline polymerization in the presence of the layered inorganic material and (ii) the layer-by-layer (LBL) assembly using an aqueous solution of the polycation emeraldine salt (ES-PANI) and a dispersion of exfoliated negative slabs of alpha-ZrP. These materials were characterized spectroscopically using mainly resonance Raman scattering at four exciting radiations and electronic absorption in the UV-VIS-NIR region. Structural and textural characterizations were carried out using powder X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The polymer obtained by the in situ aniline polymerization is located primarily in the external surface of the inorganic material although aniline monomers were intercalated between alpha-ZrP interlayer regions before oxidative polymerization. Through resonance Raman spectroscopy, it was observed that the formed polymer has semiquinone units (ES-PANI) and also azo bonds (-N = N-), showing that this method results in a polymer with a different structure from the usual ""head-to-tail"" ES-PANI. The LBL assembly of pre-formed ES-PANI and exfoliated alpha-ZrP particles produces homogeneous films with reproducible deposition from layer to layer, up to 20 bilayers. Resonance Raman (lambda(0) = 632.8 nm) spectrum of PANI/ZrP LBL film shows an enhancement in the intensity of the polaronic band at 1333 cm(-1) (nu C-N center dot+) and the decrease of the band intensity at 1485 cm(-1) compared to bulk ES-PANI. Its UV-VIS-NIR spectrum presents an absorption tail in the NIR region assigned to delocalized free charge carrier. These spectroscopic features are characteristic of highly conductive secondary doped PANI suggesting that polymeric chains in PANI/ZrP LBL film have a more extended conformation than in bulk ES-PANI.

Effects of alloying elements on the cytotoxic response of titanium alloys

Titanium alloys, alloys, especially beta-type alloys containing beta-stabilizing elements, constitute a highly versatile category of metallic materials that have been under constant development for application in orthopedics and dentistry. This type of alloy generally presents a high mechanical strength-to-weight ratio, excellent corrosion resistance and low elastic modulus. The purpose of this study is to evaluate the cytotoxicity and adhesion of fibroblast cells on titanium alloy substrates containing Nb, Ta, Zr, Cu, Sn and Mo alloying elements. Cells cultured on polystyrene were used as controls. In vitro results with Vero cells demonstrated that the tested materials, except Cu-based alloy, presented high viability in short-term testing. Adhesion of cells cultured on disks showed no differences between the materials and reference except for the Ti-Cu alloy, which showed reduced adhesion attributed to poor metabolic activity. Titanium alloys with the addition of Nb, Ta, Zr, Sn and Mo elements show a promising potential for biomedical applications. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Contribuição ao estudo petrográfico e geoquímico dos carvões da jazida de Chico Lomã Santo Antônio da Patrulha

São apresentados os resultados dos estudos petrográfico e geoquímico dos carvões da jazida de Chico Lomã, localizada no município de Santo Antônio da Patrulha, no nordeste do Rio Grande da Sul, situada entre as jazidas de Morungava (limite oeste) e Santa Terezinha (limite leste). Na sondagem estudada - 02-TG-88-RS - foram identificadas 7 camadas e 5 leitos de carvão. Entre estes, apenas as camadas E e F apresentam suficiente extensão lateral para serem consideradas economicamente exploráveis. Os carvões são ricos em matéria mineral, constituída, principalmente, de argila. O grupo maceral mais freqüente é o da vitrinita. No que diz respeito aos microlitotipos, ocorre, em geral, o predomínio de carbominerita. Foram identificadas 3 associações de microlitotipos, determinando a existência das seguintes faciologias: ambiente telmático (predomínio de vitrita-clarita), limo-telmático (predomínio de carbargilita-vitrita) e límnico (predomínio de carbargilita-durita-trimacerita). Os carvões apresentam rank que varia de betuminoso alto volátil C/sub-betuminoso A a betuminoso alto volátil A (ASTM). A utilização tecnológica dos carvões das camadas E e F, na siderurgia, pode ser sugerida, mesmo considerando-se seu elevado teor em cinza, desde que sejam submetidos a processos de beneficiamento. Em relação aos argilo-minerais, constatou-se a presença de caolinita, aparentemente relacionada ao conteúdo da matéria orgânica, e do interestratificado ilita-montmorilonita, provavelmente de origem detrítica. Foram identificados 3 grupos de elementos traços : associados à fração orgânica (Co, Ge, Ni, V e Zr), elementos intermediários (Cr, Cu e Sr) e associados à fração inorgânica (B, Ba e Ga). Observou-se, também, que os elementos do primeiro grupo, de maneira geral, se enriquecem nos litotipos com maior conteúdo de vitrênio, ao contrário dos elementos do último grupo que tendem a se enriquecer no carvão fosco e nos folhelhos. Os estudos realizados indicam um paleoambiente de água doce, no qual, provavelmente, tenham ocorrido pequenas ingressões marinhas entre as fases de formação de turfa.

Filmes finos dielétricos para a tecnologia do silício : processamento térmico e caracterização

O rápido avanço tecnológico coloca a tecnologia do Si diante de um grande desafio: substituir o dielétrico de porta utilizado por mais de 40 anos em dispositivos MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), o óxido de silício (SiO2), por um material alternativo com maior constante dielétrica. Nesse contexto, vários materiais têm sido investigados. Nesta tese concentramos nossa atenção em três candidatos: o óxido de alumínio (Al2O3), o silicato de zircônio (ZrSixOy) e o aluminato de zircônio (ZrAlxOy). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas de análise com feixes de íons ou raios-X e de microscopia de força atômica. No caso do Al2O3, investigamos a difusão e reação de oxigênio através de filmes relativamente espessos (35 nm) quando submetidos a tratamento térmico em atmosfera oxidante, e os efeitos que esses processos provocam em filmes finos (6,5 nm) de Al2O3 depositados sobre uma estrutura SiO2/Si. Observamos que o processo de difusão-reação em filmes de Al2O3 é diferente do observado em filmes de SiO2: no primeiro caso, oxigênio difunde e incorpora-se em todo o volume do filme, enquanto que em filmes de SiO2, oxigênio difunde através do filme, sem incorporar-se em seu volume, em direção à interface SiO2/Si, onde reage. Além disso, quando oxigênio atinge a interface Al2O3/Si e reage com o Si, além da formação de SiO2, parte do Si migra em direção ao Al2O3, deslocando parte dos átomos de Al e de O. Modelos baseados em difusão e reação foram capazes de descrever qualitativamente os resultados experimentais em ambos os casos. A deposição de filmes de Al2O3 sobre Si por deposição química de camada atômica a partir de vapor também foi investigada, e uma nova rotina de deposição baseada em préexposição dos substratos de Si ao precursor de Al foi proposta. As estruturas ZrSixOy/Si e ZrAlxOy/Si (ligas pseudobinárias (ZrO2)z(SiO2)1-z e (ZrO2)z(Al2O3)1-z depositadas sobre Si) foram submetidas a tratamentos térmicos em oxigênio ou vácuo com o objetivo de investigar possíveis instabilidades. Os tratamentos térmicos não provocaram instabilidades na distribuição de Zr, mas migração e incorporação de Si no filme dielétrico foram observadas durante os dois tratamentos para ambos os materiais.

Síntese de co- e terpolimeros de etileno-propileno através de catalisadores metalocênicos homogêneos e heterogêneos

Neste trabalho, estudaram-se reações de co- e terpolimerização com sistemas metalocênicos, cocatalisadas por metilaluminoxano (MAO). A estrutura destes complexos foi analisada com respeito aos efeitos estéricos e eletrônicos. A otimização da geometria destes complexos foi realizada através de cálculos de campo de força, e os aspectos eletrônicos dos complexos neutros foram analisados por espectroscopia de UV-visível e fotoeletrônica de raios-X (XPS). A performance catalítica destes complexos foi avaliada com relação à atividade, incorporação de propileno, massa molar média e sua distribuição em diferentes condições de polimerização. O sistema catalítico Et(4-Ph-7MeInd)2ZrCl2/MAO foi testado pela primeira vez na literatura aberta para a reação de copolimerização de etileno-propileno obtendo-se altas atividades, alta incorporação de propileno e microestrutura tipo bloco nos copolímeros. A heterogeneização dos sistemas metalocênicos foi avaliada através de três rotas básicas: imobilização diretamente sobre sílica, sobre sílica modificada com MAO e sobre sílica modificada com compostos atuando como espaçadores horizontais. Estes três métodos foram comparados com relação às características finais dos copolímeros. Na etapa de modificação da sílica com MAO, inicialmente estudaram-se as condições de preparação do sistema catalítico, concentração de Zr e Al e temperatura, que poderiam levar a mudanças no produto final. Através de técnicas de análise de superfície como XPS, DRIFTS (Espectroscopia de Infravermelho por refletância difusa) e UV-DRS (Espectroscopia de UV-Visível por refletância difusa) foi possível o estudo das espécies formadas na superfície da sílica modificada com MAO. Os sistemas catalíticos suportados na sílica modificada com espaçadores horizontais mostraram ser mais ativos que o sistema suportado diretamente sobre sílica incorporando distintos teores de propileno. As modificações na superfície da sílica com relação ao teor final de grupos hidroxilas e energia de ligação dos elétrons 3d5/2 do átomo de Zr também foram analisadas. Foi feito o estudo cinético da co- e terpolimerização de etileno-propileno para alguns sistemas metalocênicos estudados. No caso da terpolimerização foi realizado o estudo teórico e experimental da reação de terpolimerização para a síntese de EPDM com o sistema catalítico Et(Ind)2ZrCl2/MAO e 2-etilideno-5-norbornadieno (ENB) como termonômero. Finalmente, este modelo foi adaptado às reações de copolimerização realizadas na primeira etapa do trabalho. As razões de reatividade foram determinadas para os precursores catalíticos Me2Si(2-MeInd)2ZrCl2, Et(IndH4)2ZrCl2, Me2Si(IndH4)2ZrCl2 and Et(4-Ph-7-MeInd)2ZrCl2 e também para os respectivos sistemas suportados em sílica modificada por MAO. Também realizou-se a determinação do coeficiente de transferência de massa convectivo para o etileno e o propileno nas reais condições de polimerização. As razões de reatividade e os parâmetros de transferência de massa foram usados no modelo da reação de copolimerização para sistemas metalocênicos homogêneos e suportado. Este modelo permitiu o discernimento das reações que controlam as características finais dos copolímeros sintetizados.

Polietilenos produzidos com zirconocenos suportados hídricos

Neste trabalho foi estudada a combinação dos catalisadores Cp2ZrCl2 e (nBuCp)2ZrCl2 em reações de (co)polimerização com eteno-1-hexeno, em presença de metiluminoxano. Os zirconocenos foram combinados em três razões molares 1:1, 1:3 e 3:1. Nestas razões foram estudados 3 sistemas homogêneos e 6 heterogêneos. Os catalisadores foram imobilizados sobre a sílica em diferente ordem de adição sobre o suporte. A ordem de imobilização afeta o teor de metal fixado, tendo sido verificado um maior teor de metal e maior atividade nos sistemas onde o Cp2ZrCl2 foi imobilizado primeiro. Foi observado, pela modelagem molecular usando o método EHMO, que o Cp2ZrCl2 apresenta maior afinidade pelo plano AIS da sílica e que o (nBuCp)2ZrCl2 tem bem menor afinidade por este plano, no qual são gerados os sítios ativos. A temperatura, pressão, teor de comonômero e razão Al/Zr influenciam a atividade das reações de polimerização. Os (co)polímeros obtidos foram avaliados quanto à massa molar média, polidispersão, temperatura de fusão, cristalinidade e teor de comonômero. Os sistemas híbridos suportados produziram copolímeros com similar temperatura de fusão, em relação aos homogêneos, mas com menor cristalinidade. A incorporação do comonômero na cadeia polimérica levou à diminuição da massa molar média, temperatura de fusão e cristalinidade, nos copolímeros obtidos a partir da variação do teor de comonômero e da razão Al/Zr. Os (co)polímeros gerados pelos sistemas estudados não apresentaram bimodalidade na distribuição de massa molar. Nas razões molares 1:3 e 3:1, com os sistemas homogêneos, foram obtidos copolímeros com larga distribuição de massa molar. A modelagem molecular dos resultados obtidos, em reações de homopolimerização, permitiu sugerir a existência de vários sítios ativos, gerados pela influência de um catalisador sobre o outro, quando utilizados sistemas híbridos e também pela influência da presença do suporte.

Caracterização elétrica de estruturas metal/dielétrico high-k/Si

Foram estudadas as propriedades elétricas de estruturas MOS envolvendo materiais com Zr e Hf: Al/HfO2/Si, Al/HfAlO/Si, Al/ZrO2/Si e Al/ZrAlO/Si depositadas por JVD (Jet Vapor Deposition) submetidas a diferentes doses de implantação de nitrogênio e tratamentos térmicos; Au/HfO2/Si e Au/HfxSiyOz/Si preparadas por MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) e Au/HfxSiyOz/SiO2/Si preparadas por sputtering reativo em O2 submetidas a tratamentos térmicos distintos. Para isso, além das medidas de C-V e I-V padrão, foi desenvolvido o método da condutância para estudo da densidade de estados na interface dielétrico/Si, o qual mostrou-se mais viável para as estruturas com dielétricos alternativos. A inclusão de Al na camada de dielétrico, bombardeamento por íons de nitrogênio, e tratamentos térmicos rápidos em atmosferas de O2 e N2 foram responsáveis por mudanças nas propriedades das amostras. Diversos mecanismos físicos que influenciam as propriedades elétricas dessas estruturas foram identificados e discutidos. Foi constatado que as interfaces com menores densidades de estados foram as das amostras preparadas por MOCVD e sputtering reativo.

Polimerização de propeno com catalisadores metalocênicos via suportação in-situ utilizando SMAO como suporte

Os catalisadores metalocênicos Me2Si(Ind)2ZrCl2 e Me2Si(2-Me-Ind)2ZrCl2 foram suportados in-situ sobre SMAO e empregados na polimerização de propeno na presença de alquilalumínios tais como TEA, IPRA ou TIBA. Os resultados obtidos demonstraram que o tipo e a concentração de alquilalumínio presente no meio reacional influenciaram tanto a atividade catalítica quanto as propriedades dos polímeros gerados. Os polímeros obtidos com o catalisador suportado in-situ apresentaram propriedades distintas das obtidas no polímero gerado através da polimerização homogênea, além de morfologia controlada, confirmando que de fato a polimerização ocorreu sobre a superfície do SMAO. Através da deconvolução das curvas de GPC foi constatado o aumento do número de tipos de sítios ativos no sistema catalítico suportado in-situ, resultado que também confirmou a heterogeneização do catalisador sobre o suporte. Com o auxílio de cálculos teóricos e da deconvolução das curvas de GPC foi possível propor estruturas para os sítios ativos dos sistemas homogêneo metaloceno/MAO e heterogêneo (suportado in-situ) metaloceno/SMAO/alquilalumínio. Quando eteno foi utilizado como monômero, o comportamento do sistema catalítico metaloceno/SMAO/alquilalumínio suportado in-situ foi distinto do obtido com propeno. O catalisador Me2Si(Ind)2ZrCl2 suportado ex-situ sobre SMAO através de técnicas convencionais de suportação foi avaliado por EXAFS e foi constatado que a vizinhança eletrônica do zircônio é influenciada pela razão Zr/SMAO. Os resultados obtidos por EXAFS foram correlacionados com a variação na atividade catalítica na polimerização de eteno em função da alteração na razão Zr/SMAO.

Effect of the Oxygen on the Mechanical Properties of Ti-Mo Systems Alloys

Titanium alloys normally contain oxygen, nitrogen, or carbon as impurities, and although this concentration is low, these impurities cause changes in the mechanical properties of Ti alloys. Oxygen is a strong alpha-phase stabilizer and its addition causes solid-solution strengthening, shape memory effect, and superelasticity. The most promising alloys are those with Nb, Zr, Ta, and Mo as alloying elements. In this paper, the preparation, processing, and characterization of Ti-Mo alloys (5 and 10 wt%) used as biomaterials are presented, along with the influence of oxygen on their mechanical properties. The addition of oxygen causes an increase in the elasticity modulus of the Ti-5Mo alloy due to an increase in the alpha' phase volume fraction, which possesses a higher modulus than the alpha '' phase. Ti-10Mo possesses a mixture between alpha '' and beta phases, oxygen enters these two structures and causes a dominating effect.

Alkaloids extracted from Pterogyne nitens induce apoptosis in malignant breast cell line

In the present study, two alkaloids isolated from Pterogyne nitens, a plant native to Brazil, have been shown to induce apoptosis in human breast cancer cells. These compounds, pterogynine (PGN) and pterogynidine (PGD), were tested for their effect on a human infiltrating ductal carcinoma cell line (ZR-7531). The cell line was treated with each alkaloid at several concentrations. Time-dependence (with or without recuperation time) and concentration-dependence (in the range 0.25-10 mM) were investigated in cytotoxicity and apoptosis assays. The annexin assay indicated an apparently higher percentage of death by necrosis of malignant cells after 24 h exposure to both P. nitens extracts than the Hoechst assay. Thus, our results in the two tests demonstrated that the Hoechst assay can discriminate between late apoptotic cells and necrosis, whereas the flow cytometry-based annexin V assay cannot. We concluded that PGN and PGD have effective antineoplastic activity against human breast cancer cells in vitro, by inducing programmed cell death.

Wear resistance of experimental titanium alloys for dental applications

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

Structural Evaluation of Mechanically Alloyed (67-x)Ti-xZr-22Si-11B Powders

The present work reports on the structural evaluation of mechanically alloyed Ti-xZr-22Si-11B (x = 5, 7, 10, 15 and 20 at-%) powders. Milled powders and hot-pressed alloys were characterized by X-ray diffraction, electron scanning microscopy, and electron dispersive spectrometry. The Si and B atoms were preferentially dissolved into the Ti and Zr lattices during ball milling of Ti-xZr-22Si-11B (x = 7, 10, 15 and 20 at-%) powders, and extended solid solutions were achieved. The displacement of Ti peaks was more pronounced to the direction of lower diffraction angles with increasing Zr amounts in mechanically alloyed Ti-Zr-Si-B powders, indicating that the Zr atoms were also dissolved into the Ti lattice.