Quantification of the bond-angle dispersion by Raman spectroscopy and the strain energy of amorphous silicon

A thorough critical analysis of the theoretical relationships between the bond-angle dispersion in a-Si, Δθ, and the width of the transverse optical Raman peak, Γ, is presented. It is shown that the discrepancies between them are drastically reduced when unified definitions for Δθ and Γ are used. This reduced dispersion in the predicted values of Δθ together with the broad agreement with the scarce direct determinations of Δθ is then used to analyze the strain energy in partially relaxed pure a-Si. It is concluded that defect annihilation does not contribute appreciably to the reduction of the a-Si energy during structural relaxation. In contrast, it can account for half of the crystallization energy, which can be as low as 7 kJ/mol in defect-free a-Si

Modificació de fibres de jute per l'elaboració de plàstics reforçats reciclables

El treball que s'ha dut a terme es centra en la recerca d'agents modificants per a fibres cel·lulòsiques capaços de reduir la polaritat de les funcions alcohol de la seva estructura per formació de funcions ester. Les fibres de jute se sotmeten a reacció en un sistema tancat provist d'atmòsfera de nitrogen a fi d'evitar reaccions laterals que no són del nostre interés.L'obtenció dels resultats perseguits està lligat a les condicions experimentals aplicades durant les reaccions. La influència de les diferents variables escollides facilitarà en major o menor grau la reacció entre les molècules d'agent d'acoblament i cel·lulosa vinculades. Una gran part de l'atenció es centrarà en l'estudi de l'etapa de modificació, sobretot en l'efectivitat dels reactius addicionats per la reacció amb els grups hidroxil. Un cop comparats els experiments realitzats tant amb clorur d'oleïl com amb anhídrid metacrílic, es conclou que la majoria de condicions provades permeten assolir valors de modificació prou significatius. L'excepció ve donada quan la temperatura utilitzada és de 20ºC, llavors les mateixes condicions que a una temperatura de 60ºC condueixen cap a resultats poc satisfactoris. La reactivitat per part dels dos agents d'acoblament utilitzats no ha estat la mateixa. Els resultats per condicions experimentals del mateix tipus han conduït cap a valors força diferents. Pel que fa a la determinació dels paràmetres òptims es conclou que les variables amb les que el grau de modificació millora considerablement són: una temperatura de 60ºC, 10% de catalitzador respecte la quantitat de clorur d'oleïl o anhídrid addicionada, relació OH reactiu estequiomètrica 1:1 i 40mL de solvent. Un cop modificada la fibra, se sotmet a reacció amb el monòmer estirè. Es comprova que el grau de polimerització segueix el valor de modificació prèviament obtingut, a menor quantitat de funcions alcohol lliures major interacció amb el monòmer estirè. Les propietats inicials de la fibra no es corresponen amb les obtingudes després del tractament, l'increment de la resistència a l'atac de microorganismes i a l'absorció d'humitat s'explica per una reducció de la presència de funcions alcohol polars i per la capa d'estirè polimeritzat per unió amb els dobles enllaços introduïts amb els agents d'acoblament. Pel que fa referència a les dues tècniques de caracterització més utilitzades, l'anàlisis elemental permet quantificar d'una manera precisa la reacció de la fibra amb els agents d'acoblament i la posterior reacció de la fibra modificada amb el monòmer estirè. La caracterització per espectroscopia d'infraroig permet comprovar qualitativament la reactivitat del clorur d'oleïl i qualitativament-quantitativament la de l'anhídrid metacrílic amb les funcions alcohol de la cel·lulosa present en les fibres de jute. Els pics més característics apareguts seran utilitzats per avaluar la reactivitat de la funció carbonílica del reactiu modificant amb l'estructura cel·lulòsica i del doble enllaç de la cel·lulosa modificada amb la matriu polimèrica.

Estabilitat conformacional de variants de la ribonucleasa A: pressió i temperatura com a inductors dels desplegament proteic

A fi d'analitzar la contribució de la regió C-terminal proposada com a iniciadora del plegament (CFIS 106-118) a l'estabilitat de l'RNasa A, els residus alifàtics d'aquesta regió es van substituir, mitjançant mutagènesi dirigida, per altres residus en els quals la cadena lateral alifàtica era rogressivament escurçada. La major part de les substitucions projectades suposaven delecions no disruptives de grups metil(è). A més, es va reemplaçar la Tyr115 per un Trp, de manera que, potencialment, s'introduïa una única sonda fluorescent, no desestabilitzant, per tal de seguir els canvis conformacionals que es poguessin generar en la regió durant el procés de legament/desplegament de la proteïna. Tant els paràmetres cinètics, com els espectres d'FTIR i CD, determinats per cadascuna de les ribonucleases variants, indiquen que els reemplaçaments aminoacídics efectuats presenten, en general, poc o cap efecte en l'estructura nativa i en l'activitat de l'enzim. Es va emprar l'espectroscòpia d'absorció a l'ultraviolat de quarta derivada, la fluorescència (per la variant amb Trp) i l'espectroscòpia d'infraroig per transformada de Fourier, per tal de seguir i caracteritzar, en condicions d'equilibri, les transicions conformacionals de cada variant en funció de la pressió i de la temperatura. Els resultats es van comparar amb els que es van obtenir per la proteïna salvatge. Per determinar més a fons les característiques del procés de desplegament de la variant Y115W, les transicions de desnaturalització induïdes per urea d'aquesta variant i de la proteïna salvatge, van ésser examinades per mitjà d'electroforesi en gradient d'urea i espectroscòpia de fluorescència. Curiosament, els canvis conformacionals que resulten de la desnaturalització per pressió són molt semblants als que s'obtenen per temperatura. Enfront d'un augment gradual tant de pressió com de temperatura, l'estructura terciària i els elements d'estructura secundària de les proteïnes estudiades es perden de manera conjunta i reversible. Aquestes variacions estructurals que es promouen descriuen un procés de desplegament molt cooperatiu i en dos estats. Atès que ambdues tècniques (UV i FTIR) utilitzen cadascuna un règim de concentració proteica molt diferent, els resultats indiquen que el procés de desplegament per pressió i per temperatura és intramolecular. Els resultats obtinguts suggereixen que la hidrofobicitat i el volum de les cadenes laterals del CFIS, juntament amb les interaccions de van der Waals entre elements d'estructura secundària intervenen de manera molt notable en l'estabilització de la proteïna. Entre els diferents aminoàcids alifàtics que pertanyen al CFIS C-terminal, la Val108 és el residu més important per tal de preservar la integritat estructural de l'estat natiu. Els reemplaçaments en aquesta posició causen petites alteracions conformacionals i una gran desestabilització de la proteïna (per exemple, el punt mig de la transició de desnaturalització per pressió i per temperatura de la variant V108G disminueix uns 592 MPa i 25ºC, respectivament, respecte a la proteïna salvatge). D'acord amb els resultats obtinguts, la variant Y115W ofereix una sonda útil per tal de seguir la cinètica de plegament/desplegament de l'RNasa A.

Analytical methodologies based on X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF) and Inductively Couple Plasma Spectroscopy (ICP) for the assessment of metal dispersal around mining environments

La investigació que es presenta en aquesta tesi es centra en l'aplicació i millora de metodologies analítiques existents i el desenvolupament de nous procediments que poden ser utilitzats per a l'estudi dels efectes ambientals de la dispersió dels metalls entorn a les zones mineres abandonades. En primer lloc, es van aplicar diferents procediments d'extracció simple i seqüencial per a estudiar la mobilitat, perillositat i bio-disponibilitat dels metalls continguts en residus miners de característiques diferents. Per altra banda, per a estudiar les fonts potencials de Pb en la vegetació de les zones mineres d'estudi, una metodologia basada en la utilització de les relacions isotòpiques de Pb determinades mitjançant ICP-MS va ser avaluada. Finalment, tenint en compte l'elevat nombre de mostres analitzades per a avaluar l'impacte de les activitats mineres, es va considerar apropiat el desenvolupament de mètodes analítics d'elevada productivitat. En aquest sentit la implementació d'estratègies quantitatives així com l'aplicació de les millores instrumentals en els equips de XRF han estat avaluades per a aconseguir resultats analítics fiables en l'anàlisi de plantes. A més, alguns paràmetres de qualitat com la precisió, l'exactitud i els límits de detecció han estat curosament determinats en les diverses configuracions de espectròmetres de XRF utilitzats en el decurs d'aquest treball (EDXRF, WDXRF i EDPXRF) per a establir la capacitat de la tècnica de XRF com a tècnica alternativa a les clàssiques comunament aplicades en la determinació d'elements en mostres vegetals.

Electronic structure of point defects in controlled self-doping of the TiO2 (110) surface: Combined photoemission spectroscopy and density functional theory study

Point defects in metal oxides such as TiO2 are key to their applications in numerous technologies. The investigation of thermally induced nonstoichiometry in TiO2 is complicated by the difficulties in preparing and determining a desired degree of nonstoichiometry. We study controlled self-doping of TiO2 by adsorption of 1/8 and 1/16 monolayer Ti at the (110) surface using a combination of experimental and computational approaches to unravel the details of the adsorption process and the oxidation state of Ti. Upon adsorption of Ti, x-ray and ultraviolet photoemission spectroscopy (XPS and UPS) show formation of reduced Ti. Comparison of pure density functional theory (DFT) with experiment shows that pure DFT provides an inconsistent description of the electronic structure. To surmount this difficulty, we apply DFT corrected for on-site Coulomb interaction (DFT+U) to describe reduced Ti ions. The optimal value of U is 3 eV, determined from comparison of the computed Ti 3d electronic density of states with the UPS data. DFT+U and UPS show the appearance of a Ti 3d adsorbate-induced state at 1.3 eV above the valence band and 1.0 eV below the conduction band. The computations show that the adsorbed Ti atom is oxidized to Ti2+ and a fivefold coordinated surface Ti atom is reduced to Ti3+, while the remaining electron is distributed among other surface Ti atoms. The UPS data are best fitted with reduced Ti2+ and Ti3+ ions. These results demonstrate that the complexity of doped metal oxides is best understood with a combination of experiment and appropriate computations.

Vibrational spectroscopy of a compound with a CS7 ring

The product of the Asinger reaction between elemental sulfur, n-butylamine and acetophenone is 8-(n-butylaminophenylmethyliden)-1,2,3,4,5,6,7-heptathiocane which contains a CS7 ring. A combination of infrared, Raman and inelastic neutron scattering spectroscopies with periodic density functional theory calculations is used to provide a complete assignment of the vibrational spectra of this unusual species. The similarity between the Raman spectra of the compound and that of elemental sulfur is particularly striking. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Characterization and identification of mixed-metal phosphates in soils: the application, of Raman spectroscopy

The development of protocols for the identification of metal phosphates in phosphate-treated, metal-contaminated soils is a necessary yet problematical step in the validation of remediation schemes involving immobilization of metals as phosphate phases. The potential for Raman spectroscopy to be applied to the identification of these phosphates in soils has yet to be fully explored. With this in mind, a range of synthetic mixed-metal hydroxylapatites has been characterized and added to soils at known concentrations for analysis using both bulk X-ray powder diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Mixed-metal hydroxylapatites in the binary series Ca-Cd, Ca-Pb, Ca-Sr and Cd-Pb synthesized in the presence of acetate and carbonate ions, were characterized using a range of analytical techniques including XRD, analytical scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR), inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES) and Raman spectroscopy. Only the Ca-Cd series displays complete solid solution, although under the synthesis conditions of this study the Cd-5(PO4)(3)OH end member could not be synthesized as a pure phase. Within the Ca-Cd series the cell parameters, IR active modes and Raman active bands vary linearly as a function of Cd content. X-ray diffraction and extended X-ray absorption fine structure spectroscopy (EXAFS) suggest that the Cd is distributed across both the Ca(1) and Ca(2) sites, even at low Cd concentrations. In order to explore the likely detection limits for mixed-metal phosphates in soils for XRD and Raman spectroscopy, soils doped with mixed-metal hydroxylapatites at concentrations of 5, 1 and 0.5 wt.% were then studied. X-ray diffraction could not confirm unambiguously the presence or identity of mixed-metal phosphates in soils at concentrations below 5 wt.%. Raman spectroscopy proved a far more sensitive method for the identification of mixed-metal hydroxylapatites in soils, which could positively identify the presence of such phases in soils at all the dopant concentrations used in this study. Moreover, Raman spectroscopy could also provide an accurate assessment of the degree of chemical substitution in the hydroxylapatites even when present in soils at concentrations as low as 0.1%.

Analysis of red and yellow ochre samples from Clearwell Caves and Catalhoyuk by vibrational spectroscopy and other techniques

Ochre samples excavated from the neolithic site at Qatalhoyuk, Turkey have been compared with "native" ochres from Clearwell Caves, UK using infrared spectroscopy backed up by Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (with energy-dispersive X-rays (EDX) analysis), powder X-ray diffraction, diffuse reflection UV-Vis and atomic absorption spectroscopies. For the Clearwell Caves ochres, which range in colour from yellow-orange to red-brown, it is shown that the colour is related to the nature of the chromophore present and not to any differences in particle size. The darker red ochres contain predominantly haematite while the yellow ochre contains only goethite. The ochres from Qatalhoyuk contain only about one-twentieth of the levels of iron found in the Clearwell Caves ochres. The iron oxide pigment (haematite in all cases studied here) has been mixed with a soft lime plaster which also contains calcite and silicate (clay) minerals. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Rapid characterisation of archaeological midden components using FT-IR spectroscopy, SEM-EDX and micro-XRD

Samples taken from middens at the Neolithic site of Catalhoyuk in Turkey have been analysed using IR spectroscopy backed up by powder XRD and SEM-EDX. Microcomponents studied include fossil hack-berries (providing evidence of ancient diet and seasonality), mineral nodules (providing evidence of post-depositional change) and phytoliths (mineralised plant cells, providing evidence of usage of plant species). Finely laminated ashy deposits have also been investigated allowing chemical and mineralogical variations to be explored. It is found that many layers which appear visually to be quite distinctive have, in fact, very similar mineralogy. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.