Experimental and theoretical developments in extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy

To obtain accurate information from a structural tool it is necessary to have an understanding of the physical principles which govern the interaction between the probe and the sample under investigation. In this thesis a detailed study of the physical basis for Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) spectroscopy is presented. A single scattering formalism of EXAFS is introduced which allows a rigorous treatment of the central atom potential. A final state interaction formalism of EXAFS is also discussed. Multiple scattering processes are shown to be significant for systems of certain geometries. The standard single scattering EXAFS analysis produces erroneous results if the data contain a large multiple scattering contribution. The effect of thermal vibrations on such multiple scattering paths is also discussed. From symmetry considerations it is shown that only certain normal modes contribute to the Debye-Waller factor for a particular scattering path. Furthermore, changes in the scattering angles induced by thermal vibrations produces additional EXAFS components called modification factors. These factors are shown to be small for most systems.

A study of the physical basis for the determination of structural information from EXAFS data is also presented. An objective method of determining the background absorption and the threshold energy is discussed and involves Gaussian functions. In addition, a scheme to determine the nature of the scattering atom in EXAFS experiments is introduced. This scheme is based on the fact that the phase intercept is a measure of the type of scattering atom. A method to determine bond distances is also discussed and does not require the use of model compounds or calculated phase shifts. The physical basis for this method is the absence of a linear term in the scattering phases. Therefore, it is possible to separate these phases from the linear term containing the distance information in the total phase.

Phase imaging with partially coherent x rays

X-ray phase imaging with illumination by a partially coherent source with a setup similar to in-line holography is considered. Using the optical transform function, we consider the effects of partial coherence on this x-ray phase imaging for a weak phase object. The optimal contrast and the resolution of phase imaging are analyzed. As the coherence decreases, the imaging contrast and the optimal contrast frequency decrease, and the resolution degrades. It is shown that this contrast-enhanced phase-imaging method can be regarded as a linear bandpass filter and that the bandwidth and the image contrast are changeable. The frequency property of the imaging system can be improved if an incoherent x-ray source with the proper shape is used. (C) 1999 Optical Society of America.

Instability of solution of phase retrieval in direct diffraction phase-contrast imaging with partially coherent X-ray source

The theoretical model of direct diffraction phase-contrast imaging with partially coherent x-ray source is expressed by an operator of multiple integral. It is presented that the integral operator is linear. The problem of its phase retrieval is described by solving an operator equation of multiple integral. It is demonstrated that the solution of the phase retrieval is unstable. The numerical simulation is performed and the result validates that the solution of the phase retrieval is unstable.

Avaliação das alterações morfológicas, anatômicas e fitoquímicas em folhas de Mentha x Villosa (LAMIACEAE) cultivada em solo contaminado com petróleo e potencial de uso na fitorremediação.

A exploração, processamento, transporte, armazenamento e utilização do petróleo e seus derivados têm resultado em acidentes e vazamentos de proporções variadas e existe uma demanda crescente por soluções técnica, ambiental e economicamente viáveis. É nesse contexto que a fitorremediação ganha evidência e se mostra adequada por aliar um custo-benefício atraente. A fitorremediação utiliza espécies vegetais para extrair, conter, imobilizar ou degradar contaminantes do solo e da água. Além disso, a possibilidade de crescer espécies de valor comercial em solos contaminados que, de outra forma, não teriam qualquer uso, torna-se uma alternativa atraente. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de fitorremediação de Mentha x Villosa e as alterações fisiológicas e morfológicas em decorrência da contaminação dos solos por petróleo em quatro concentrações (0%, 2%, 4% e 6% p/p) com seis repetições. As variáveis analisadas foram: taxa de sobrevivência, biomassa total seca e fresca, dimensão foliar, densidade de estômatos e densidade de tricomas. Foram feitas análises de hidrcarbonetos totais de petróleo - HTPs presntes no solo no início do experimento e após 90 dias de cultivo. As plantas crescidas em solo contaminado tiveram uma taxa de sobrevivência de 100%. Houve uma tendência ao xeromorfismo nas plantas mantidas em solo contaminado. De acordo com a análise one-way ANOVA (Tukey, I.C. 95%), houve redução significativa da biomassa fresca em plantas crescidas na presença de petróleo em qualquer concentração quando compradas ao controle e, também, redução significativa entre as concentrações 2% versus 4% e 2% versus 6%. Entretanto plantas crescidas em 4% e em 6% não diferiam entre si. Como não houve diferença significativa da biomassa seca para nenhum par, conclui-se que as diferenças observadas em biomassa fresca decorrem da menor absorção e/ou retenção de água por plantas crescidas na presença de petróleo. A presença do petróleo em qualquer concentração resultou em aumento significativo da densidade dos estômatos quando comparada ao controle (0%), particularmente aos 90 dias. Entretanto, não houve diferença significativa entre as plantas crescidas em petróleo nas diferentes concentrações. Aos 30 dias observou-se aumento significativo da densidade dos tricomas apenas em plantas na concentração 6%, comparadas ao controle (0%) e às demais concentrações (2% e 4%). Aos 60 dias, um aumento significativo da densidade de tricomas foi observado em plantas crescidas em todas as concentrações de petróleo (2%, 4% e 6%), quando comparadas ao controle e aos 90 dias, tais diferenças foram mantidas. Mentha x Villosa mostrou ser uma planta com potencial para crescer em solo contaminado com petróleo, sendo que aos 90 dias foi observada uma remoção de 99,90% de HTPs no solo contaminado a 2% (p/p) e de 99,98% de remoção de HTPs no solo contaminado a 4% (p/p).

Análise de tensões residuais pela técnica de difração de raios X em processos de soldagem MIG

Nesse trabalho foram realizados experimentos para determinar as tensões residuais introduzidas no Aço A36, que é uma liga de baixo carbono e que é muito utilizado em vários setores da produção industrial, quando esta é submetida à soldagem do tipo MIG (Metal Gas Inert). A escolha desse tipo de soldagem foi para manter constantes os parâmetros que pudessem influenciar nos resultados. Nessa análise foi verificada a distribuição das tensões residuais na zona termicamente afetada, a distribuição da tensão em relação a profundidade. Para isso usamos uma remoção eletrolítica e um corte transversal pelo processo de eletroerosão. Nesse trabalho foi usado o método do sen2, devido a sua facilidade para a análise dos dados do Programa PSD. O resultado das mediadas realizadas na região do cordão de solda, zona termicamente afetada (ZTA) e metal base próxima da ZTA, mostrou uma variação da distribuição da tensão em relação à profundidade do material e na distância do ponto de soldagem. No ponto de soldagem um aumento da tensão em relação à profundidade do material. Os fatores que influenciaram na introdução dessas tensões no processo de soldagem, foram causados pelo gradiente de temperatura, pelo resfriamento heterogêneo do material e também pelo resfriamento rápido da superfície

Estudo da enzima Horseradish peroxidase (HRP) no descoramento dos corantes têxteis Azul Drimaren X-3LR, Azul Drimaren X-BLN, Rubinol Drimaren X-3LR e Azul Drimaren CL-R

O presente trabalho avaliou o potencial da enzima HRP no descoramento dos corantes têxteis: Azul Drimaren X-3LR (DMBLR), Azul Drimaren X-BLN (DMBBLN), Rubinol Drimaren X-3LR (DMR) e Azul Drimaren CL-R (RBBR). Parâmetros como concentração do corante, temperatura, concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) e tempo de reação foram otimizados. Os ensaios de descoramento dos corantes foram realizados a partir desses resultados. As melhores condições reacionais determinadas para os corantes estudados foram: concentração do corante = 120 mg L-1, temperatura = 35C, concentração de H2O2 = 0,55 mM e tempo de reação = 1 hora. Os percentuais de descoramento dos corantes DMBLR, DMBBLN, DMR e RBBR, após o tratamento enzimático foi de 99, 77, 94 e 97%, respectivamente. O tempo reacional de 5 minutos foi suficiente para os corantes DMBLR e RBBR apresentarem elevada porcentagem de descoramento, 96% para ambos. Já os corantes DMBBLN e DMR só apresentaram elevado grau de descoramento após 1 hora de reação, sendo o corante DMBBLN o mais recalcitrante, apresentando uma melhora de 10% na porcentagem de descoramento, após 24 horas de reação. Além do grau de descoramento, também foi avaliada a toxicidade dos corantes antes e após o tratamento enzimático utilizando Daphnia pulex e Artemia salina como bioindicadores de toxicidade. Resultados toxicológicos utilizando Daphnia pulex não foram conclusivos, indicando que esse bioindicador não foi adequado para avaliar a toxicidade dos corantes estudados no meio reacional utilizado. Com o uso da Artemia salina na avaliação toxicológica foi observado uma redução da toxicidade para os corantes DMBLR, DMR e RBBR após tratamento enzimático, e um aumento da toxicidade não significativo para o corante DMBBLN. Os resultados obtidos no trabalho ressaltam a eficiência da enzima HRP no descoramento dos corantes têxteis estudados, sem a geração de produtos tóxicos e prejudiciais ao meio ambiente

1 X N dynamic optical coupler based on Dammann gratings

We present two novel 1XN dynamic optical couplers that are based on Dammann gratings to achieve dynamic optical coupled technology. One is presented by employing a specially designed Dammann grating that consists of the Dammann-grating area and the blank area. The other is developed by using two complementary even-numbered Dammann gratings. The couplers can achieve the function conversion between a beam splitter and a combiner according to the modulation of the gratings. We have experimentally demonstrated 1X8 dynamic optical couplers at the wavelength of 1550 nm. The experimental results and the analyses are reported in detail.

Isotope shift measurements using k x-rays in Sn, Sm, and W

Electronic Kαl x-ray isotope shifts have been measured for Sn 116-124, Sm 148-154, W 182-184, W 184-186, and W 182-186 using a curved crystal Cauchois spectrometer. The analysis of the measurements has included the electrostatic volume effect, screening by the transition electron as well as the non-transition electrons, normal and specific mass shifts, dynamical nuclear qudrupole polarization, and a radiative correction effect of the electron magnetic moment in the nuclear charge radii are obtained. Where other experimental data are available, the agreement with the present measurements is satisfactory. Comparisons with several nuclear model predictions yield only partial agreement.

Caracterização de alterações epigenéticas no gene JARID1C e desequilíbrios genéticos como causas do retardo mental ligado ao x de etiologia idiopática

O retardo mental (RM) é caracterizado por um funcionamento intelectual significantemente abaixo da média (QI<70). A prevalência de RM varia entre estudos epidemiológicos, sendo estimada em 2-3% da população mundial, constituindo assim, um dos mais importantes problemas de saúde pública. Há um consenso geral de que o RM é mais comum no sexo masculino, um achado atribuído às numerosas mutações nos genes encontrados no cromossomo X, levando ao retardo mental ligado ao X (RMLX). Dentre os genes presentes no cromossomo X, o Jumonji AT-rich interactive domain IC (JARID1C) foi recentemente identificado como um potencial candidato etiológico do RM, quando mutado. O JARID1C codifica uma proteína que atua como uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão recente como a identificação do gene JARID1C, é a descoberta de que mudanças no número de cópias de sequências de DNA, caracterizadas por microdeleções e microduplicações, poderiam ser consideradas como razões funcionalmente importantes de RMLX. Atualmente, cerca de 5-10% dos casos de RM em homens são reconhecidos por ocorrerem devido a estas variações do número de cópias no cromossomo X. Neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C, através do rastreamento dos éxons 9, 11, 12, 13, 15 e 16, em 121 homens de famílias com RM provavelmente ligado ao X. Paralelamente, realizamos a análise da variação do número de cópias em 16 genes localizados no cromossomo X através da técnica de MLPA no mesmo grupo de pacientes. Esta metodologia consiste em uma amplificação múltipla que detecta variações no número de cópias de até 50 sequências diferentes de DNA genômico, sendo capaz de distinguir sequências que diferem em apenas um nucleotídeo. O DNA genômico foi extraído a partir de sangue periférico e as amostras foram amplificadas pela técnica de PCR, seguida da análise por sequenciamento direto. Foram identificadas três variantes na sequência do gene JARID1C entre os pacientes analisados: a variante intrônica 2243+11 G>T, que esteve presente em 67% dos pacientes, a variante silenciosa c.1794C>G e a mutação inédita nonsense c.2172C>A, ambas presentes em 0,82% dos indivíduos investigados. A análise através do MLPA revelou uma duplicação em um dos pacientes envolvendo as sondas referentes ao gene GDI1 e ao gene HUWE1. Este trabalho expande o estudo de mutações no gene JARID1C para a população brasileira ereforça a importância da triagem de mutações neste gene em homens portadores de RM familiar de origem idiopática, assim como, é primeiro relato científico relativo à investigação de variações no número de cópias de genes localizados no cromossomo X em homens brasileiros com RM, através da técnica de MLPA.

Microtomografia com Raio X e processamento de imagem na obtenção da porosidade do concreto

O objetivo principal desse trabalho foi utilizar métodos não destrutivos (END), como a microtomografia com Raio X e técnicas de obtenção e processamento de imagens, para obtenção da porosidade do concreto. Foram utilizados dois métodos. Em um método as imagens foram obtidas por meio de microtomografia por Raio X e no outro foi utilizado um escâner comercial para obtenção das imagens. Essas imagens foram processadas por meio de técnicas de processamento de pixel e morfologia matemática. Os resultados obtidos para a porosidade foram comparados com resultado obtido por meio do método proposto pela NBR 9778 (2005) (Absorção de água, índice de vazios e massa específica em argamassa e concreto endurecido). As imagens microtomográficas das amostras de concreto foram obtidas num sistema Skyscan 1172 com 256 tons de cinza, ajustadas em contraste, binarizadas e filtradas. No outro método foi utilizado um Escâner Comercial com resolução de 2400 dpi para adquirir as imagens, sendo também utilizadas técnicas de processamento de pixel e morfologia matemática para processá-las. Os resultados dos valores da porosidade mostraram compatibilidade entre os dois métodos apresentados e o método proposto pela NBR 9778 (2005). Observou-se que os resultados obtidos por microtomografia foram mais confiáveis, mas o método utilizando o escâner comercial se apresentou como um método aceitável por seus resultados e principalmente por seu baixo custo e facilidade de operação.

Caracterização de concreto reforçado com fibras pela técnica de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X

Nesta dissertação de Mestrado do programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Materiais é apresentado um estudo para a caracterização do concreto reforçado com fibras de polipropileno e de aço pela análise das imagens de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X (μCT). Foram produzidos corpos de prova de concreto para determinar a sua resistência mecânica à compressão. As imagens foram obtidas no sistema Skyscan, modelo 1174, reconstruídas e analisadas. Foi possível observar na análise das imagens a estrutura da fibra de aço dispersa na matriz do concreto e quantificá-las pelo programa de análise de imagens Ctan e perceber um ganho na resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras. Não foi feito a quantificação das amostras de fibras de polipropileno dispersas na matriz de concreto, mas foi observada a presença de aglomerados dessa fibra que resultaram na perda da resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras.

The structure of liquid argon as determined by x-ray diffraction

X-ray diffraction measurements and subsequent data analyses have been carried out on liquid argon at five states in the density range of 0.91 to 1.135 gm/cc and temperature range of 127 to 143°K. Duplicate measurements were made on all states. These data yielded radial distribution and direct correlation functions which were then used to compute the pair potential using the Percus-Yevick equation. The potential minima are in the range of -105 to -120°K and appear to substantiate current theoretical estimates of the effective pair potential in the presence of a weak three-body force.

The data analysis procedure used was new and does not distinguish between the coherent and incoherent absorption factors for the cell scattering which were essentially equal. With this simplification, the argon scattering estimate was compared to the gas scattering estimate on the laboratory frame of reference and the two estimates coincided, indicating the data normalized. The argon scattering on the laboratory frame of reference was examined for the existence of the peaks in the structure factor and the existence of an observable third peak was considered doubtful.

Numerical studies of the effect of truncation, normalization, the subsidiary peak phenomenon in the radial distribution function, uncertainties in the low angle data relative to errors in the direct correlation function and the distortion phenomenon are presented.

The distortion phenomenon for this experiment explains why the Mikolaj-Pings argon data yielded pair potential well depths from the Percus-Yevick equation that were too shallow and an apparent slope with respect to density that was too steep compared to theoretical estimates.

The data presented for each measurement are: empty cell and cell plus argon intensity, absorption factors, argon intensity, smoothed argon intensity, smoothed argon intensity corrected for distortion, structure factor, radial distribution function, direct correlation function and the pair potential from the Percus-Yevick equation.