Solubility and Diffusivity of Water in Lunar Basalt, and Chemical Zonation in Olivine-Hosted Melt Inclusions

I report the solubility and diffusivity of water in lunar basalt and an iron-free basaltic analogue at 1 atm and 1350 °C. Such parameters are critical for understanding the degassing histories of lunar pyroclastic glasses. Solubility experiments have been conducted over a range of fO₂ conditions from three log units below to five log units above the iron-wüstite buffer (IW) and over a range of pH₂/pH₂O from 0.03 to 24. Quenched experimental glasses were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and secondary ionization mass spectrometry (SIMS) and were found to contain up to ~420 ppm water. Results demonstrate that, under the conditions of our experiments: (1) hydroxyl is the only H-bearing species detected by FTIR; (2) the solubility of water is proportional to the square root of pH₂O in the furnace atmosphere and is independent of fO₂ and pH₂/pH₂O; (3) the solubility of water is very similar in both melt compositions; (4) the concentration of H₂ in our iron-free experiments is <3 ppm, even at oxygen fugacities as low as IW-2.3 and pH₂/pH₂O as high as 24; and (5) SIMS analyses of water in iron-rich glasses equilibrated under variable fO₂ conditions can be strongly influenced by matrix effects, even when the concentrations of water in the glasses are low. Our results can be used to constrain the entrapment pressure of the lunar melt inclusions of Hauri et al. (2011).

Diffusion experiments were conducted over a range of fO₂ conditions from IW-2.2 to IW+6.7 and over a range of pH₂/pH₂O from nominally zero to ~10. The water concentrations measured in our quenched experimental glasses by SIMS and FTIR vary from a few ppm to ~430 ppm. Water concentration gradients are well described by models in which the diffusivity of water (D^*_water) is assumed to be constant. The relationship between D^*_water and water concentration is well described by a modified speciation model (Ni et al. 2012) in which both molecular water and hydroxyl are allowed to diffuse. The success of this modified speciation model for describing our results suggests that we have resolved the diffusivity of hydroxyl in basaltic melt for the first time. Best-fit values of D^*_water for our experiments on lunar basalt vary within a factor of ~2 over a range of pH₂/pH₂O from 0.007 to 9.7, a range of fO₂ from IW-2.2 to IW+4.9, and a water concentration range from ~80 ppm to ~280 ppm. The relative insensitivity of our best-fit values of D^*_water to variations in pH₂ suggests that H₂ diffusion was not significant during degassing of the lunar glasses of Saal et al. (2008). D^*_water during dehydration and hydration in H₂/CO₂ gas mixtures are approximately the same, which supports an equilibrium boundary condition for these experiments. However, dehydration experiments into CO₂ and CO/CO₂ gas mixtures leave some scope for the importance of kinetics during dehydration into H-free environments. The value of D^*_water chosen by Saal et al. (2008) for modeling the diffusive degassing of the lunar volcanic glasses is within a factor of three of our measured value in our lunar basaltic melt at 1350 °C.

In Chapter 4 of this thesis, I document significant zonation in major, minor, trace, and volatile elements in naturally glassy olivine-hosted melt inclusions from the Siqueiros Fracture Zone and the Galapagos Islands. Components with a higher concentration in the host olivine than in the melt (MgO, FeO, Cr₂O₃, and MnO) are depleted at the edges of the zoned melt inclusions relative to their centers, whereas except for CaO, H₂O, and F, components with a lower concentration in the host olivine than in the melt (Al₂O₃, SiO₂, Na₂O, K₂O, TiO₂, S, and Cl) are enriched near the melt inclusion edges. This zonation is due to formation of an olivine-depleted boundary layer in the adjacent melt in response to cooling and crystallization of olivine on the walls of the melt inclusions concurrent with diffusive propagation of the boundary layer toward the inclusion center.

Concentration profiles of some components in the melt inclusions exhibit multicomponent diffusion effects such as uphill diffusion (CaO, FeO) or slowing of the diffusion of typically rapidly diffusing components (Na₂O, K₂O) by coupling to slow diffusing components such as SiO₂ and Al₂O₃. Concentrations of H2O and F decrease towards the edges of some of the Siqueiros melt inclusions, suggesting either that these components have been lost from the inclusions into the host olivine late in their cooling histories and/or that these components are exhibiting multicomponent diffusion effects.

A model has been developed of the time-dependent evolution of MgO concentration profiles in melt inclusions due to simultaneous depletion of MgO at the inclusion walls due to olivine growth and diffusion of MgO in the melt inclusions in response to this depletion. Observed concentration profiles were fit to this model to constrain their thermal histories. Cooling rates determined by a single-stage linear cooling model are 150–13,000 °C hr^-1 from the liquidus down to ~1000 °C, consistent with previously determined cooling rates for basaltic glasses; compositional trends with melt inclusion size observed in the Siqueiros melt inclusions are described well by this simple single-stage linear cooling model. Despite the overall success of the modeling of MgO concentration profiles using a single-stage cooling history, MgO concentration profiles in some melt inclusions are better fit by a two-stage cooling history with a slower-cooling first stage followed by a faster-cooling second stage; the inferred total duration of cooling from the liquidus down to ~1000 °C is 40 s to just over one hour.

Based on our observations and models, compositions of zoned melt inclusions (even if measured at the centers of the inclusions) will typically have been diffusively fractionated relative to the initially trapped melt; for such inclusions, the initial composition cannot be simply reconstructed based on olivine-addition calculations, so caution should be exercised in application of such reconstructions to correct for post-entrapment crystallization of olivine on inclusion walls. Off-center analyses of a melt inclusion can also give results significantly fractionated relative to simple olivine crystallization.

All melt inclusions from the Siqueiros and Galapagos sample suites exhibit zoning profiles, and this feature may be nearly universal in glassy, olivine-hosted inclusions. If so, zoning profiles in melt inclusions could be widely useful to constrain late-stage syneruptive processes and as natural diffusion experiments.

Aplicações de métodos de classificação e calibração multivariada acoplados com técnicas espectroscópicas em amostras ambientais e alimentos

Este trabalho de pesquisa descreve dois estudos de caso de métodos quimiométricos empregados para a quantificação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos HPAs (naftaleno, fluoreno, fenantreno e fluoranteno) em água potável usando espectroscopia de fluorescência molecular e a classificação e caracterização de sucos de uva e seus parâmetros de qualidade através de espectroscopia de infravermelho próximo. O objetivo do primeiro estudo é a aplicação combinada de métodos quimiométricos de segunda ordem (N-PLS, U-PLS, U-PLS/RBL e PARAFAC) e espectrofluorimetria para determinação direta de HPAs em água potável, visando contribuir para o conhecimento do potencial destas metodologias como alternativa viável para a determinação tradicional por cromatografia univariada. O segundo estudo de caso destinado à classificação e determinação de parâmetros de qualidade de sucos de uva, densidade relativa e teor de sólidos solúveis totais, foi medida por espectroscopia de infravermelho próximo e métodos quimiométricos. Diversos métodos quimiométricos, tais como HCA, PLS-DA, SVM-DA e SIMCA foram investigados para a classificação amostras de sucos de uva ao mesmo tempo que métodos de calibração multivariada de primeira ordem, tais como PLS, iPLS e SVM-LS foram usadas para a predição dos parâmetros de qualidade. O princípio orientador para o desenvolvimento dos estudos aqui descritos foi a necessidade de metodologias analíticas com custo, tempo de execução e facilidade de operação melhores e menor produção de resíduos do que os métodos atualmente utilizados para a quantificação de HPAs, em água de torneira, e classificação e caracterização das amostras de suco de uva e seus parâmetros de qualidade

Avaliação da biodegradação de compósitos de poliéster e amido com fibra de coco verde em solo simulado e ambiente marinho

A utilização de polímeros biodegradáveis é uma das formas de minimizar o grande volume de descartes de materiais poliméricos que tendem a aumentar cada vez mais causando dano ao meio ambiente. Existem vários métodos de avaliação de biodegradação de polímeros que podem contribuir para o desenvolvimento de novos materiais biodegradáveis. Nessa dissertação foi avaliada a biodegradação do compósito de matriz de polímero comercial à base de poliéster e amido e fibra de coco verde. Foram usados dois métodos, em solo simulado e em ambiente marinho. A biodegradação dos compósitos foi avaliada através das análises de: Perda de massa, Microscopia ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Espectroscopia na região do Infravermelho (FTIR). Além disso, foi realizada uma comparação entre desempenho de biodegradação do material nos dois ambientes. A velocidade de biodegradação no ambiente marinho é maior do que no solo simulado

Acoplamento de técnicas espectrométricas com métodos quimiométricos de classificação e calibração multivariada em alimentos

Este trabalho de pesquisa descreve três estudos de utilização de métodos quimiométricos para a classificação e caracterização de óleos comestíveis vegetais e seus parâmetros de qualidade através das técnicas de espectrometria de absorção molecular no infravermelho médio com transformada de Fourier e de espectrometria no infravermelho próximo, e o monitoramento da qualidade e estabilidade oxidativa do iogurte usando espectrometria de fluorescência molecular. O primeiro e segundo estudos visam à classificação e caracterização de parâmetros de qualidade de óleos comestíveis vegetais utilizando espectrometria no infravermelho médio com transformada de Fourier (FT-MIR) e no infravermelho próximo (NIR). O algoritmo de Kennard-Stone foi usado para a seleção do conjunto de validação após análise de componentes principais (PCA). A discriminação entre os óleos de canola, girassol, milho e soja foi investigada usando SVM-DA, SIMCA e PLS-DA. A predição dos parâmetros de qualidade, índice de refração e densidade relativa dos óleos, foi investigada usando os métodos de calibração multivariada dos mínimos quadrados parciais (PLS), iPLS e SVM para os dados de FT-MIR e NIR. Vários tipos de pré-processamentos, primeira derivada, correção do sinal multiplicativo (MSC), dados centrados na média, correção do sinal ortogonal (OSC) e variação normal padrão (SNV) foram utilizados, usando a raiz quadrada do erro médio quadrático de validação cruzada (RMSECV) e de predição (RMSEP) como parâmetros de avaliação. A metodologia desenvolvida para determinação de índice de refração e densidade relativa e classificação dos óleos vegetais é rápida e direta. O terceiro estudo visa à avaliação da estabilidade oxidativa e qualidade do iogurte armazenado a 4C submetido à luz direta e mantido no escuro, usando a análise dos fatores paralelos (PARAFAC) na luminescência exibida por três fluoróforos presentes no iogurte, onde pelo menos um deles está fortemente relacionado com as condições de armazenamento. O sinal fluorescente foi identificado pelo espectro de emissão e excitação das substâncias fluorescentes puras, que foram sugeridas serem vitamina A, triptofano e riboflavina. Modelos de regressão baseados nos escores do PARAFAC para a riboflavina foram desenvolvidos usando os escores obtidos no primeiro dia como variável dependente e os escores obtidos durante o armazenamento como variável independente. Foi visível o decaimento da curva analítica com o decurso do tempo da experimentação. Portanto, o teor de riboflavina pode ser considerado um bom indicador para a estabilidade do iogurte. Assim, é possível concluir que a espectroscopia de fluorescência combinada com métodos quimiométricos é um método rápido para monitorar a estabilidade oxidativa e a qualidade do iogurte

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-imidazol a partir da modificação química da poliacrilonitrila

Polímeros contendo anéis heterocíclicos, como o imidazol, possuem um grande interesse comercial e científico devido ao seu emprego em diversas áreas. Esses polímeros podem ser obtidos pela modificação química de polímeros comerciais como a poliacrilonitrila. Geralmente, esse tipo de reação é realizada por aquecimento convencional (térmico). Entretanto, mais recentemente, a irradiação por micro-ondas também começou a ser utilizada como fonte de energia para esse fim. Nesta Dissertação foi estudada, comparativamente, a modificação química da poliacrilonitrila comercial com etilenodiamina sob ativação de P2S5, empregando como fonte de aquecimento: o método convencional (térmico) e irradiação de micro-ondas, geradas em forno de micro-ondas doméstico e em reator de micro-ondas (Discover CEM), para produzir o copolímero de poliacrilonitrila e 2-vinil-imidazol. As reações foram efetuadas em diferentes tempos reacionais, em diferentes temperaturas no reator de micro-ondas e em diferentes potências do forno doméstico. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e por ressonância magnética de núcleo de hidrogênio (NMR-1H). A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso em todos os métodos empregados, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Os melhores resultados obtidos foram: em 48 h de aquecimento térmico, 20 min de irradiação de micro-ondas em forno doméstico e 20 min a 80C em reator de micro-ondas, no entanto todas as análises indicaram uma derivatização abaixo de 10 %

Miscibility and Hydrogen Bonding in Blends of Poly(4-vinylphenol)/Poly(vinyl methyl ketone)

The miscibility and phase behavior of poly(4-vinylphenol) (PVPh) with poly(vinyl methyl ketone) (PVMK) was investigated by differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). It was shown that all blends of PVPh/PVMK are totally miscible. A DSC study showed the apparition of a single glass transition (T-g) over their entire composition range. When the amount of PVPh exceeds 50% in blends, the obtained T(g)s are found to be significantly higher than those observed for each individual component of the mixture, indicating that these blends are capable of forming interpolymer complexes. FTIR analysis revealed the existence of preferential specific interactions via hydrogen bonding between the hydroxyl and carbonyl groups, which intensified when the amount of PVPh was increased in blends. Furthermore, the quantitative FTIR study carried out for PVPh/PVMK blends was also performed for the vinylphenol (VPh) and vinyl methyl ketone (VMK) functional groups. These results were also established by scanning electron microscopy study (SEM).

Avaliação do copolímero de acrilonitrila e 2-vinil-2-oxazolina na eficiência de inibição de corrosão química em meio salino

Processos corrosivos geram perdas incalculáveis para a sociedade. Existe, portanto, uma incessante busca por métodos cada vez mais econômicos, eficientes e que não gerem impacto ao meio-ambiente. Polímeros heterocíclicos são macromoléculas de elevada performance que vêm sendo estudados como inibidores de corrosão por atenderem as premissas citadas acima. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos 2-vinil-2-oxazolina no teor teórico de 20%. O copolímero obtido e a poliacrilonitrila não modificada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e avaliados como inibidores de corrosão para alumínio e aço carbono em meio salino em temperatura de 60C. As concentrações utilizadas foram de 20, 50, 100 e 200 ppm e os períodos de checagem: 1, 2, 3 e 4 semanas. Os polímeros estudados apresentaram atividade inibitória de corrosão apenas para o aço carbono. Para o alumínio, o ensaio em branco apresentou a menor taxa de corrosão dentre todos os ensaios realizados

TCNQ脂类衍生物及其铜复合物的合成与红外光谱研究

首次合成了7，7，8，8-四氰基对苯醌二甲烷的脂类衍生物：TCNQ（C2H4COOR）2（R=CH3，C2H5，C3H7）及其铜电子转移复合物。通过元素分析确定这些化合物的组成，对这些化合成物在4000～400cm^-1范围内的主要红外光谱吸收峰进行了归属，并讨论了取代基对TCNQ类衍生物红外光谱的影响及其规律。

Cerebral hemodynamics during graded Valsalva maneuvers

The Valsalva maneuver (VM) produces large and abrupt changes in mean arterial pressure (MAP) that challenge cerebral blood flow and oxygenation. We examined the effect of VM intensity on middle cerebral artery blood velocity (MCAv) and cortical oxygenation responses during (phases I-III) and following (phase IV) a VM. Healthy participants (n = 20 mean +/- SD: 27 +/- 7 years) completed 30 and 90% of their maximal VM mouth pressure for 10 s (order randomized) whilst standing. Beat-to-beat MCAv, cerebral oxygenation (NIRS) and MAP across the different phases of the VM are reported as the difference from standing baseline. There were significant interaction (phase * intensity) effects for MCAv, total oxygenation index (TOI) and MAP (all P < 0.01). MCAv decreased during phases II and III (P < 0.01), with the greatest decrease during phase III (-5 +/- 8 and -19 +/- 15 cm.s(-1) for 30 and 90% VM, respectively). This pattern was also evident in TOI (phase III: -1 +/- 1 and -5 +/- 4%, both P < 0.05). Phase IV increased MCAv (22 +/- 15 and 34 +/- 23 cm.s(-1)), MAP (15 +/- 14 and 24 +/- 17 mm Hg) and TOI (5 +/- 6 and 7 +/- 5%) relative to baseline (all P < 0.05). Cerebral autoregulation, indexed, as the % MCAv/%MAP ratio, showed a phase effect only (P < 0.001), with the least regulation during phase IV (2.4 +/- 3.0 and 3.2 +/- 2.9). These data illustrate that an intense VM profoundly affects cerebral hemodynamics, with a reactive hyperemia occurring during phase IV following modest ischemia during phases II and III.

Optical and surface properties of hybrid TiO2/ormosil planar waveguide prepared by the sol-gel process

Two kinds of silanes, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GLYMO) and 3-trimethoxysililpropylmethacrylate (TMSPM), were used to prepare ormosil waveguide films by the sol-gel method. Thirty percent Ti(OBu)(4) and 70% silane were contained in the precursor sets. The properties of films were measured by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), UV/VIS/NIR spectrophotometer (UV-vis), atomic force microscopy (AFM), m-line and scattering-detection method. The films from GLYMO and TMSPM precursors exhibit similar thickness (2.58 mu m for GLYMO, 2.51 mu m for TMSPM) and refractive index (1.5438 for GLYMO, 1.5392 for TMSPM, lambda=632.8 nm), but the film from TMSPM precursor has higher propagation loss (1.024 dB/cm, lambda=632.8 nm) than the film prepared from GLYMO (0.569 dB/cm, lambda=632.8 nm). Furthermore, the film prepared from TMSPM is easy to be opaque and cracks during coating whereas the same phenomenon was not found for the film prepared with GLYMO. It is confirmed that GLYMO is a better precursor than TMSPM for waveguide film preparation. (C) 2005 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

Effect of water content in sol on optical properties of hybrid sol-gel derived TiO2/SiO2/ormosil film

Sol-gel derived TiO2/SiO2/ormosil hybrid planar waveguides have been deposited on soda-lime glass slides and silicon substrates, films were heat treated at 150 degreesC for 2 h or dried at room temperature. Different amounts of water were added to sols to study their impacts on microstructures and optical properties of films. The samples were characterized by m-line spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), UV/VIS/NIR spectrophotometer (UV-vis), atomic force microscopy (AFM), thermal analysis instrument and scattering-detection method. The refractive index was found to have the largest value at the molar ratio H2O/OR = 1 in sol (OR means -OCH3, -OC2H5 and -OC4H9 in the sol), whereas the thickest film appears at H2O/OR = 1/2. The rms surface roughness of all the films is lower than 1.1 nm, and increases with the increase of water content in sol. Higher water content leads to higher attenuation of film. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of F- ions on spectroscopic properties of Yb3+-doped zinc-tellurite glasses

this paper is retracted

Modificação química do poli(cloreto de vinila) com nucleófilos nitrogenados assistida por micro-ondas

Nesse trabalho foram realizadas reações de substituição nucleofílica (SN2), utilizando aquecimento térmico convencional e por irradiação de micro-ondas (MO), de alguns átomos cloro em amostras comerciais de poli(cloreto de vinila) (PVC), por grupos nitrila e também por grupos azida. Os grupos nitrila e azida foram substituidos na matriz em diferentes teores (10% e 20%). As reações do PVC com azida foram eficazes, apresentado percentuais de derivatização muito próximos dos valores desejados. Já no estudo com a nitrila não foi obtido o resultado esperado. Os copolímeros PVC azido substituídos foram modificados com propargilato de etila, sob catálise de iodeto de cuproso (CuI), para a obtenção de heterocíclicos do tipo triazólicos. Todos os copolímeros obtidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e os teores de nitrogênio incorporado foram determinados por análise elementar (AE). Através da análise dos dados obtidos, foi comprovado que a utilização da irradiação micro-ondas, quando comparada ao aquecimento convencional, é um processo mais seletivo e diminui, significativamente, os tempos de reação

Preparação e caracterização de microesferas poliméricas à base de poli(ácido metacrílico-co-divinilbenzeno) obtidas por polimerização por precipitação

Neste trabalho foi feito um estudo sobre a preparação e caracterização de microesferas poliméricas à base de poli(ácido metacrílico-co-divinilbenzeno) por polimerização por precipitação. As partículas foram sintetizadas e analisadas em diferentes condições de reação. Partículas esféricas políméricas foram sintetizadas na faixa de 1,66 - 8,41 m, assim como partículas no estado de microgel. As partículas foram caracterizadas pelas técnicas de espalhamento de luz dinâmica (DLS), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), adsorção de nitrogênio pelos métodos BET (Brunauer, Emmett e Teller) e BJH (Barret, Joyner e Halenda), microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, e testes de razão de inchamento. A análise das partículas foi feita para verificar a influência da mudança na composição de comonômeros, grau de reticulação, relação de monômeros totais/diluentes em massa/volume (g/100 mL), e quanto à relação volumétrica de diluentes. Verificou-se que houve um aumento no tamanho das partículas e da resistência térmica com a diminuição da fração molar de MAA (ácido metacrílico). Na preparação de partículas com fração molar de 50% de MAA, e relação volumétrica acetonitrila/tolueno de 75/25, quanto maior a relação de monômeros totais/diluentes (g/100 mL), maior o tamanho e o rendimento das partículas. Com a mudança da relação volumétrica de diluentes, houve mudança nas características de porosidade, tamanho das partículas, e grau de inchamento das partículas, sendo que na relação volumétrica acetonitrila/tolueno de 50/50, houve formação de microgel

Preparação e avaliação de resinas biocidas impregnadas com iodo a partir de resinas comerciais de estireno e divinilbenzeno

Neste trabalho, foram empregadas duas resinas comerciais de caráter fortemente básico. Ambas tendo como base copolímeros de estireno e divinilbenzeno (DVB), sendo que a VPOC 1950 contém em sua composição grupos quaternários de amônio do tipo 1, que apresentam três grupos metila e a VPOC 1960 grupos quaternários de amônio do tipo 2, que apresentam um grupo etanoíla e dois grupos metila. As resinas comerciais citadas foram escolhidas por apresentarem grande capacidade de troca iônica, estabilidade e grupos funcionais de interesse para a impregnação com iodo. As resinas foram impregnadas com iodo por meio de três metodologias distintas, uma solução metanólica de iodo 0,08 mol/L com e sem iodeto de potássio 0,14 mol/L, e iodo 0,08 mol/L em heptano. As resinas foram caracterizadas por área específica, volume do poro, grau de inchamento, microscopia ótica, espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise elementar, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura e determinação do iodo fixado por iodometria. A avaliação da atividade biocida foi realizada através do método da contagem em placas, utilizando-se uma cepa de Escherichia coli ATCC11775 em concentrações de 103 a 107 células/mL. Todas as resinas impregnadas mostraram atividade bactericida significante devido à presença de iodo correlacionada às características da resina, tais como: grupos funcionais, tamanho e formato dos poros. Para efeito de comparação, foram realizados ensaios bactericidas com as resinas de partida para comprovação ou não da ação bactericida ser atribuída somente ao iodo