Floating liquid zones

The aim of our experiment on the Spacelab Dl Mission was to study the stability of long liquid columns under microgravity. Nominal configuration was a cylindrical liquid bridge anchored at the edges of two equal solid discs, 35 mm in diameter. Mechanical stimuli were applied through the discs and the liquid outer shape recorded for analysis. Nominal experiment procedures [1] were similar to those proposed for Spacelab-1 (1983), where by wetting problems allowed only partial success [2]. The same Fluid Physics Module, but with corrected end discs and a manually operated syringe for liquid injection, was used.

Diffusion of Zn into GaAs and AlGaAs from isothermal Liquid-phase epitaxy solutions

In this work we present results of zinc diffusion in GaAs using the liquid phase epitaxy technique from liquid solutions of Ga‐As‐Zn and Ga‐As‐Al‐Zn. Using silicon‐doped n‐GaAs substrates, working at a diffusion temperature of 850 °C, and introducing a dopant concentration ranging 1018–1019 cm−3, the most important findings regarding the diffusion properties are as follows: (a) zinc concentration in the solid depends on the square root of zinc atomic fraction in the liquid; (b) the diffusion is dominated by the interstitial‐substitutional process; (c) the diffusivity D varies as about C3 in the form D=2.9×10−67C3.05; (d) aluminum plays the role of the catalyst of the diffusion process, if it is introduced in the liquid solution, since it is found that D varies as (γAsXlAs)−1; (e) the zinc interstitial is mainly doubly ionized (Zn++i); (f) the zinc diffusion coefficient in Al0.85 Ga0.15 As is about four times greater than in GaAs; (g) by means of all these results, it is possible to control zinc diffusion processes in order to obtain optimized depth junctions and doping levels in semiconductor device fabrication.

Experimental analysis of the breakage of a liquid bridge under microgravity conditions

The experimental results obtained in experiment “STACO” made on board the Spacelab D-2 are re-visited, with image-analysis tools not then available. The configuration consisted of a liquid bridge between two solid supporting discs. An expected breakage occurred during the experiment. The recorded images are analysed and the measured behaviour compared with the results of a three dimensional model of the liquid dynamics, obtaining a much better fit than with linear models

Estudios de especiación de arsénico y acumulación de metales en muestras de interés medioambiental : Arsenic speciation and metal accumulation studies in environmental samples

Se ha estudiado la determinación de especies de arsénico y de contenidos totales de arsénico y metales pesados, específicamente cadmio, cromo, cobre, níquel, plomo y cinc, en muestras de interés medioambiental por su elevada capacidad acumuladora de metales, concretamente algas marinas comestibles y plantas terrestres procedentes de suelos contaminados por la actividad minera. La determinación de contenidos totales se ha llevado a cabo mediante espectrometría de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP‐AES), así como por espectrometría de fluorescencia atómica con generación de hidruros (HG‐AFS), para bajos contenidos de arsénico. Las muestras fueron mineralizadas en medio ácido y calentamiento en horno de microondas. Los métodos fueron validados a través de su aplicación a materiales de referencia de matriz similar a la de las muestras, certificados en contenidos totales de los elementos seleccionados. Los resultados obtenidos mostraron su elevada capacidad de bioabsorción, especialmente en relación a los elevados contenidos de arsénico encontrados en algunas especies de algas pardas (Phaeophytas). En las plantas, se calcularon los factores de translocación, acumulación y biodisponibilidad de los elementos estudiados, permitiendo identificar a la especie Corrigiola telephiifolia como posible acumuladora de plomo e hiperacumuladora de arsénico. La determinación de especies de arsénico hidrosolubles en las muestras objeto de estudio, se llevó a cabo por cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) acoplado a ICP‐AES, HG‐ICP‐AES y HG‐AFS, incluyendo una etapa previa de foto‐oxidación. Los métodos desarrollados, mediante intercambio aniónico y catiónico, permitieron la diferenciación de hasta once especies de arsénico. Para el análisis de las muestras, fue necesaria la optimización de métodos de extracción, seleccionándose la extracción asistida por microondas (MAE) con agua desionizada. Asimismo, se realizaron estudios de estabilidad de arsénico total y de las especies hidrosolubles presentes en las algas, tanto sobre la muestra sólida como en sus extractos acuosos, evaluando las condiciones de almacenamiento adecuadas. En el caso de las plantas, la aplicación del diseño factorial de experimentos permitió optimizar el método de extracción y diferenciar entre las especies de arsénico presentes en forma de iones sencillos de mayor movilidad y el arsénico más fuertemente enlazado a componentes estructurales. Los resultados obtenidos permitieron identificar la presencia de arseniato (As(V)) y arsenito (As(III)) en las plantas, así como de ácido monometilarsónico (MMA) y óxido de trimetilarsina (TMAO) en algunas especies. En la mayoría de las algas se encontraron especies tóxicas, tanto mayoritarias (arseniato) como minoritarias (ácido dimetilarsínico (DMA)), así como hasta cuatro arsenoazúcares. Los resultados obtenidos y su estudio a través de la legislación vigente, mostraron la necesidad de desarrollar una reglamentación específica para el control de este tipo de alimentos. La determinación de especies de arsénico liposolubles en las muestras de algas se llevó a cabo mediante HPLC, en modo fase inversa, acoplado a espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo (ICP‐MS) y con ionización por electrospray (ESI‐MS), permitiendo la elucidación estructural de estos compuestos a través de la determinación de sus masas moleculares. Para ello, fue necesaria la puesta a punto de métodos extracción y purificación de los extractos. La metodología desarrollada permitió identificar hasta catorce especies de arsénico liposolubles en las algas, tres de ellas correspondientes a hidrocarburos que contienen arsénico, y once a arsenofosfolípidos, además de dos especies desconocidas. Las masas moleculares de las especies identificadas fueron confirmadas mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC‐MS) y espectrometría de masas de alta resolución (HR‐MS). ABSTRACT The determination of arsenic species and total arsenic and heavy metal contents (cadmium, chromium, cooper, nickel, lead and zinc) in environmental samples, with high metal accumulator capacity, has been studied. The samples studied were edible marine algae and terrestrial plants from soils polluted by mining activities. The determination of total element contents was performed by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP‐AES), as well as by hydride generation atomic fluorescence spectrometry (HG‐AFS) for low arsenic contents. The samples studied were digested in an acidic medium by heating in a microwave oven. The digestion methods were validated against reference materials, with matrix similar to sample matrix and certified in total contents of the elements studied. The results showed the high biosorption capacity of the samples studied, especially regarding the high arsenic contents in some species of brown algae (Phaeophyta division). In terrestrial plants, the translocation, accumulation and bioavailability factors of the elements studied were calculated. Thus, the plant species Corrigiola telephiifolia was identified as possible lead accumulator and arsenic hyperaccumulator. The determination of water‐soluble arsenic species in the samples studied was carried out by high performance liquid chromatography (HPLC) coupled to ICP‐AES, HG‐ICP‐AES and HG‐AFS, including a prior photo‐oxidation step. The chromatographic methods developed, by anion and cation exchange, allowed us to differentiate up to eleven arsenic species. The sample analysis required the optimization of extraction methods, choosing the microwave assisted extraction (MAE) with deionized water. On the other hand, the stability of total arsenic and water‐soluble arsenic species in algae, both in the solid samples and in the water extracts, was studied, assessing the suitable storage conditions. In the case of plant samples, the application of a multivariate experimental design allowed us to optimize the extraction method and differentiate between the arsenic species present as simple ions of higher mobility and the arsenic more strongly bound to structural components. The presence of arsenite (As(III)) and arsenate (As(V)) was identified in plant samples, as well as monomethylarsonic acid (MMA) and trimethylarsine oxide (TMAO) in some cases. Regarding algae, toxic arsenic species were found in most of them, both As(V) and dimethylarsinic acid (DMA), as well as up to four arsenosugars. These results were discussed according to the current legislation, showing the need to develop specific regulations to control this kind of food products. The determination of lipid‐soluble arsenic species in alga samples was performed by reversed‐phase HPLC coupled to inductively coupled plasma and electrospray mass spectrometry (ICP‐MS and ESI‐MS), in order to establish the structure of these compounds by determining the corresponding molecular masses. For this purpose, it was necessary to develop an extraction method, as well as a clean‐up method of the extracts. The method developed permitted the identification of fourteen lipid‐soluble arsenic compounds in algae, corresponding to three arsenic‐hydrocarbons and eleven arsenosugarphospholipids, as well as two unknown compounds. Accurate mass measurements of the identified compounds were performed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC‐MS) and high resolution mass spectrometry (HR‐MS).

Identifying yeats belonging to the Brettanomyces/Dekkera genera through the use of selective-differential media

The purpose of this work was to compare and optimise different selective and differential media to aid in isolating spoilage yeasts belonging to the Brettanomyces/Dekkera genera. Growth media containing selective and differential factors were employed. These were inoculated with strains of yeast representing Spanish oenological microbiota. Lastly, some of these isolation media were successfully applied in 24 types of wine with a high ethylphenol content, all of which were from the Haro Oenological Station (La Rioja, Spain). p-coumaric acid was determined using High performance liquid chromatography-photodiode-array detection-electrospray ionization mass spectrometry (HPLC-DAD-ESI/MS); 4-ethylphenol by using Solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS); and the rest of the analysis was carried out using official OIV methodology. Actidione is the most effective selective factor for isolating Brettanomyces/Dekkera yeast genera. Other secondary selective factors (selective carbon sources, sorbic acid and ethanol as a microbicide agent) may be used successfully to eliminate potential false positivities; however, they slow growth and delay the time to obtain results.

Convective instabilities in two superposed horizontal liquid layers heated laterally.

This work is devoted to the theoretical study of the stability of two superposed horizontal liquid layers bounded by two solid planes and subjected to a horizontal temperature gradient. The liquids are supposed to be immiscible with a nondeformable interface. The forces acting on the system are buoyancy and interfacial tension. Four different flow patterns and temperature profiles are found for the basic state. A linear perturbative analysis with respect to two- and three-dimensional perturbations reveals the existence of three kinds of patterns. Depending on the relative height of both liquids several situations are predicted: either wave propa- gation from cold to the hot regions, or waves propagating in the opposite direction or still stationary longitu- dinal rolls. The behavior of three different pairs of liquids which have been used in experiments on bilayers under vertical gradient by other authors have been examined. The instability mechanisms are discussed and a qualitative interpretation of the different behaviors exhibited by the system is provided. In some configurations it is possible to find a codimension-two point created by the interaction of two Hopf modes with different frequencies and wave numbers. These results suggest to consider two liquid layers as an interesting prototype ? nard-Marangoni problem.

The breaking of axisymmetric slender liquid bridges

Liquids held by surface tension forces can bridge the gap between two solid bodies placed not too far apart from each other. The equilibrium conditions and stability criteria for static, cylindrical liquid bridges are well known. However, the behaviour of an unstable liquid bridge, regarding both its transition toward breaking and the resulting configuration, is a matter for discussion. The dynamical problem of axisymmetric rupture of a long liquid bridge anchored at two equal coaxial disks is treated in this paper through the adoption of one-dimensional theories which are widely used in capillary jet problems

Stability of slender, axisymmetric liquid bridges between unequal disks

The stability of slender, axisymmetric liquid bridges held by surface tension forces between two coaxial, parallel solid disks having different radii is studied by using standard perturbation techniques. The results obtained show that the behaviour of such configurations becomes similar to that of liquid bridges between equal disks when subject to small axial gravity forces.

Stability limits of minimum volume and breaking axisymmetric liquid bridges between unequal disks

This paper deals with the stability limits of minimum volume and the breaking of axisymmetric liquid columns held by capillary forces between two concentric,circular solid disk of different radii. The problem has been analyzed both theoreti-cally and experimentally. A theoretical analysis concerning the breaking of liquid bridges has been performed by using a one-dimensional slice model already used in liquid bridge problems. Experiments have been carried out by using milli-metric liquid bridges, and minimum volume stability limits as well as the volumes of the drops resulting after breaking have been measured for a large number of liquid bridge configurations. Experimental results being in agreement with theoretical prediction.

On the use of liquid bridges as accelerometers

The shape of the interface of a drop of liquid held by surface tension forces between two solid disks,a liquid bridge, depends on the geometry of the supporting disks, the volume of liquid and the external forces acting on the drop. Therefore, once the geometry of the supporting disks and the volume of liquid are fixed, and assuming that the value of the surface tension is known, a way to measure such external forces could be by measuring the deformation of the liquid bridge interface.

An experimental study of the breakage of liquid bridges at stability limit of minimum volume

An experimental apparatus to study the breaking process of axisymmetric liquid bridges has been developed, and the breaking sequences of a large number of liquid bridge configurations at minimum-volume stability limit have been analyzed. Experimental results show that very close to the breaking moment the neck radius of the liquid bridge varies as t1/3, where t is the time to breakage, irrespective of the value of the distance between the solid disks that support the liquid column.

Liquid-phase combinatorial synthesis.

A concept termed liquid-phase combinatorial synthesis (LPCS) is described. The central feature of this methodology is that it combines the advantages that classic organic synthesis in solution offers with those that solid-phase synthesis can provide, through the application of a linear homogeneous polymer. To validate this concept two libraries were prepared, one of peptide and the second of nonpeptide origin. The peptide-based library was synthesized by a recursive deconvolution strategy [Erb, E., Janda, K. D. & Brenner, S. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 11422-11426] and several ligands were found within this library to bind a monoclonal antibody elicited against beta-endorphin. The non-peptide molecules synthesized were arylsulfonamides, a class of compounds of known clinical bactericidal efficacy. The results indicate that the reaction scope of LPCS should be general, and its value to multiple, high-throughput screening assays could be of particular merit, since multimilligram quantities of each library member can readily be attained.

Minimização de resíduos do processamento do café solúvel através do reaproveitamento da borra para extração de óleo utilizando solvente renovável

O principal resíduo da indústria de café solúvel é a borra de café, gerada após a extração de sólidos solúveis com água, sendo usualmente queimada em caldeiras para geração de energia para a própria indústria. Entretanto, este co-produto pode conter de 15 a 20 % de óleo, componente de grande interesse na indústria alimentícia. Em paralelo, na indústria de produção de óleos vegetais o solvente frequentemente utilizado é o hexano. Contudo, por este ser um derivado de combustíveis fósseis, alternativas para sua substituição por solventes mais amigáveis ao meio ambiente, que podem ser obtidos por via biotecnológica, estão sendo estudadas. Deste modo, o objetivo principal desta dissertação de mestrado foi a viabilização técnica do emprego de solventes alcoólicos no processo de extração de óleo de borra de café proveniente da indústria de processamento de café solúvel. Foram realizadas extrações sólido-líquido em um estágio para estudar a influência das variáveis de processo temperatura (60 a 90 °C), tipo de solvente (etanol, ET ou isopropanol, IPA) e a hidratação do solvente (absoluto ou azeotrópico) nas características das fases extrato e rafinado, em termos de rendimento de extração de óleo, de ácidos clorogênicos (ACG), de carboidratos totais, teor de proteínas e índice de solubilidade de nitrogênio (ISN) da fase rafinado. Pré-tratamento enzimático ao processo de extração também foi realizado para investigar a sua atuação sobre o rendimento de extração de óleo e ACG, além do ISN das fases rafinado obtidas na temperatura de 70 °C. De forma geral, pode-se inferir que a temperatura favorece a extração de compostos lipídicos, mas a hidratação do solvente prejudica a extração destes compostos pelo aumento da polaridade do solvente. Do mesmo modo, como o ET é mais polar que o IPA, o primeiro solvente proporcionou a obtenção de menores rendimentos de extração de óleo. A temperatura de processo também influenciou a extração de ACG, a qual foi beneficiada a temperaturas mais baixas pelo aumento da polaridade dos solventes utilizados. De tal forma, que a 60 °C, nos experimentos utilizando etanol azeotrópico obteve-se os menores rendimentos de extração de óleo, porém maior rendimento de extração de ACG. O pré-tratamento enzimático apresentou diferenças significativas nas características das fases extrato e rafinado. No entanto, somente os experimentos com etanol absoluto resultaram em rendimentos de extração de óleo economicamente viáveis. De fato, será relevante um estudo mais aprofundado das variáveis de pré-tratamento enzimático para obter resultados mais expressivos em relação à extração de compostos lipídicos. Diante dos dados experimentais obtidos, conclui-se que é tecnicamente viável o emprego de solventes alcoólicos no processo de extração de óleo de borra de café. Entretanto, nota-se que as condições de processo devem ser avaliadas minuciosamente com o objetivo de se obter altos rendimentos de extração de óleo com maior teor de ACG.

Avaliação de técnicas cromatográficas acopladas a espectrometria de massas para análise de morfolina em manga

A constante preocupação com o aumento do uso de agrotóxicos nas lavouras e os riscos gerados pelos resíduos destes compostos fazem com que os órgãos responsáveis pela fiscalização de alimentos no Brasil controlem a presença dessas substâncias nos produtos que chegam à mesa do consumidor. Atualmente, um dos grandes problemas na produção de alimentos é a utilização de substâncias proibidas em lavouras, muitas das quais não possuem estudos nem limites máximos de resíduos (LMR) estabelecidos, assim como a utilização de substâncias já registradas, mas em quantidades ou métodos de manejo incorretos. Ambos os casos podem resultar em sérios problemas à saúde humana. O objetivo deste estudo foi a avaliação da determinação de morfolina em amostras de manga utilizando técnicas como a Extração em Fase Sólida e a Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (SPE-GC-MS), assim como a Microextração em Sorvente Empacotado e Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (MEPS-GC-MS). Um segundo objetivo deste estudo consistiu em desenvolver, validar e avaliar uma metodologia analítica capaz de identificar quantitativamente a morfolina em amostras de manga por Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência acoplada a Espectrometria de Massas em tandem (UHPLC-MS/MS). Para análise por GC-MS fez-se necessária a etapa de derivatização do analito, de forma que o mesmo aumentasse sua volatilidade e diminuísse a polaridade. A comparação entre as técnicas SPE e MEPS não foi possível devido ao efeito de matriz causado pela contaminação do liner e da coluna cromatográfica. Já a metodologia validada por UHPLC-MS/MS seguiu os critérios exigidos pelo Manual de Garantia da Qualidade Analítica, do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA). O método foi aplicado em mangas de diferentes variedades obtidas no comércio local. Não foram encontrados resíduos de morfolina em nenhuma das amostras investigadas, de acordo com a metodologia proposta. Os resultados apresentados neste trabalho estabelecem metodologias eficientes, rápidas e de baixo custo na determinação de morfolina em amostras de manga.

Diagnóstico da exposição fetal ao álcool através de biomarcadores em mecônio

A grande prevalência do consumo de álcool por mulheres em idade reprodutiva aliada à gravidez não planejada expõe a gestante a um elevado risco de se alcoolizar em algum momento da gestação, principalmente no início do período gestacional em que a maioria delas ainda não tomou ciência do fato. Assim, torna-se extremamente relevante o desenvolvimento de métodos de detecção precoce de recém-nascidos em risco de desenvolvimento de problemas do espectro dos transtornos relacionados à exposição fetal ao álcool. O objetivo desse estudo foi desenvolver, validar e avaliar a eficácia de um método de quantificação de ésteres etílicos de ácidos graxos (FAEEs) no mecônio de recém-nascidos para avaliação da exposição fetal ao álcool. Os FAEEs avaliados foram: palmitato de etila, estearato de etila, oleato de etila e linoleato de etila.O método consistiu no preparo das amostras pela extração líquido-líquido utilizando água, acetona e hexano, seguida de extração em fase sólida empregando cartuchos de aminopropilsilica. A separação e quantificação dos analitos foi realizada por cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas. Os limites de quantificação (LQ) variaram entre 50-100ng/g. A curva de calibração foi linear de LQ até 2000ng/g para todos os analitos. A recuperação variou de 69,79% a 106,57%. Os analitos demonstraram estabilidade no ensaio de pós-processamento e em solução. O método foi aplicado em amostras de mecônio de 160 recém-nascidos recrutados em uma maternidade pública de Ribeirão Preto-SP. O consumo de álcool materno foi reportado utilizando questionários de rastreamento validados T-ACE e AUDIT e relatos retrospectivos da quantidade e frequência de álcool consumida ao longo da gestação. A eficácia do método analítico em identificar os casos positivos foi determinada pela curva Receiver Operating Characteristic (ROC). O consumo alcoólico de risco foi identificado pelo T-ACE em 31,3% das participantes e 50% reportaram o uso de álcool durante a gestação. 51,3% dos recém-nascidos apresentaram FAEEs em seu mecônio, sendo que 33,1% apresentaram altas concentrações para a somatória dos FAEEs (maior que 500ng/g), compatível com um consumo abusivo de álcool. O oleato de etila foi o biomarcador mais prevalente e o linoleato de etila foi o biomarcador que apresentou as maiores concentrações. Houve uma variabilidade no perfil de distribuição dos FAEEs entre os indivíduos, e discordâncias entre a presença de FAEEs e o consumo reportado pela mãe. A concentração total dos FAEEs nos mecônio mostrou-se como melhor indicador da exposição fetal ao álcool quando comparado com o uso de um único biomarcador. O ponto de corte para esta população foi de aproximadamente 600ng/g para uso tipo binge (três ou mais doses por ocasião) com sensibilidade de 71,43% e especificidade de 84,37%. Este estudo reforça a importância da utilização de métodos laboratoriais na identificação da exposição fetal ao álcool.