Virgin Olive Oil: Losses of Antioxidant Polar Phenolic Compounds due to Storage, Packaging, and Culinary Uses

Virgin olive oil is a high quality natural product obtained only by physical means. In addition to triacylglycerols it contains nutritionally important polar and non-polar antioxidant phenols and other bioactive ingredients. The polar fraction is a complex mixture of phenolic acids, simple phenols, derivatives of the glycosides oleuropein and ligstroside, lignans, and flavonoids. These compounds contribute significantly to the stability, flavor, and biological value of virgin olive. In the various stages of production, during storage and in the culinary uses, polar phenols and other valuable bioactive ingredients may be damaged. Oxidation, photo-oxidation, enzymic hydrolysis and heating at frying temperatures have a serious adverse effect. Due to the biological importance of the oil and its unique character, analytical methods have been developed to evaluate antioxidant activity or analyse complex phenol mixtures. These are based on radical scavenging assays and chromatographic techniques. Hyphenated methods are also used including liquid chromatography-mass spectrometry and liquid chromatography-nuclear magnetic resonance spectroscopy.

Factors affecting the photoelectrochemical fixation of carbon dioxide with semiconductor colloids

Carbon dioxide was reduced photocatalytically using aqueous CdS or ZnS colloids containing tetramethylammonium chloride to give the dimeric and tetrameric products namely, oxalate, glyoxylate, glycolate and tartrate. A model is presented to explain the role of the tetramethylammonium ions. Studies were also performed using ZnO, SiC, BaTiO₃ and Sr TiO₃, which in the absence of tetramethylammonium ions produced formate and formaldehyde. The relative quantum efficiencies of the six semiconductors were related to their band gaps and conduction band potentials. The role and effectiveness of several 'hole acceptor' (electron donor) compounds in this process is shown to be related to their redox potentials.

Photoreduction of carbon dioxide on zinc sulfide to give four-carbon and two-carbon acids

Aqueous solutions of CO₂ containing tetramethylammonium chloride were photolysed with visible light in the presence of colloidal ZnS to yield tartaric acid, glyoxylic acid, oxalic acid, formic acid and formaldehyde.

Toluene Dioxygenase Catalysed synthesis and reactions of cis-diol metabolites derived from 2 and 3-methoxy phenols

Using toluene dioxygenase as biocatalyst, enantiopure cisdihydrodiol and cis-tetrahydrodiol metabolites, isolated as their ketone tautomers, were obtained from meta and ortho methoxyphenols. Although these isomeric phenol substrates are structurally similar, the major bioproducts from each of these biotransformations were found at different oxidation levels. The relatively stable cyclohexenone cis-diol metabolite from meta methoxyphenol was isolated, while the corresponding metabolite from ortho methoxyphenol was rapidly bioreduced to a cyclohexanone cis-diol. The chemistry of the 3-methoxycyclohexenone cis-diol product was investigated and elimination, aromatization, hydrogenation, regioselective O-exchange, Stork−Danheiser transposition and O-methylation reactions were observed. An offshoot of this technology provided a two-step chemoenzymatic synthesis, from meta methoxyphenol, of a recently reported chiral fungal metabolite; this synthesis also established the previously unassigned absolute configuration.

Dual functional ionic liquids as antimicrobials and plasticisers for medical grade PVCs

Two ionic liquids, 1-ethylpyridinium docusate (IL1) and tri-n-butyl(2-hydroxyethyl)phosphonium docusate (IL2), were designed and synthesized with the explicit intention of imparting a combination of plasticization and antimicrobial efficacy when incorporated into medical grade poly(vinyl chloride)s (PVCs). The glass transition (T-g) of PVC can be reduced by >20 degrees C on addition of 15 wt% IL2. Both IL1 and IL2 leached to varying extents from the base PVC resins rendering the surface of the PVCs hydrophilic. The antimicrobial activity of both ILs is related to the presence and concentration of both cationic and anionic component of the ILs leached from the PVC and inversely proportional to the extent of PVC gelation. Blends of the PVCs with IL1 displayed antibacterial activity against almost all Gram-positive bacteria tested, including coagulase-negative Staphylococci (CoNS) and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), but not with IL2 at low concentration in contrast to our previous study when high concentrations of IL2 were used. The more hydrophilic IL1 when added to PVC retards biofilm formation.

Concomitant osmotic and chaotropicity-induced stresses in Aspergillus wentii: compatible solutes determine the biotic window

Whereas osmotic stress response induced by solutes has been well-characterized in fungi, less is known about the other activities of environmentally ubiquitous substances. The latest methodologies to define, identify and quantify chaotropicity, i.e. substance-induced destabilization of macromolecular systems, now enable new insights into microbial stress biology (Cray et al. in Curr Opin Biotechnol 33:228–259, 2015a, doi:10.​1016/​j.​copbio.​2015.​02.​010; Ball and Hallsworth in Phys Chem Chem Phys 17:8297–8305, 2015, doi:10.​1039/​C4CP04564E; Cray et al. in Environ Microbiol 15:287–296, 2013a, doi:10.​1111/​1462-2920.​12018). We used Aspergillus wentii, a paradigm for extreme solute-tolerant fungal xerophiles, alongside yeast cell and enzyme models (Saccharomyces cerevisiae and glucose-6-phosphate dehydrogenase) and an agar-gelation assay, to determine growth-rate inhibition, intracellular compatible solutes, cell turgor, inhibition of enzyme activity, substrate water activity, and stressor chaotropicity for 12 chemically diverse solutes. These stressors were found to be: (i) osmotically active (and typically macromolecule-stabilizing kosmotropes), including NaCl and sorbitol; (ii) weakly to moderately chaotropic and non-osmotic, these were ethanol, urea, ethylene glycol; (iii) highly chaotropic and osmotically active, i.e. NH4NO3, MgCl2, guanidine hydrochloride, and CaCl2; or (iv) inhibitory due primarily to low water activity, i.e. glycerol. At ≤0.974 water activity, Aspergillus cultured on osmotically active stressors accumulated low-M r polyols to ≥100 mg g dry weight−1. Lower-M r polyols (i.e. glycerol, erythritol and arabitol) were shown to be more effective for osmotic adjustment; for higher-M r polyols such as mannitol, and the disaccharide trehalose, water-activity values for saturated solutions are too high to be effective; i.e. 0.978 and 0.970 (25 ºC). The highly chaotropic, osmotically active substances exhibited a stressful level of chaotropicity at physiologically relevant concentrations (20.0–85.7 kJ kg−1). We hypothesized that the kosmotropicity of compatible solutes can neutralize chaotropicity, and tested this via in-vitro agar-gelation assays for the model chaotropes urea, NH4NO3, phenol and MgCl2. Of the kosmotropic compatible solutes, the most-effective protectants were trimethylamine oxide and betaine; but proline, dimethyl sulfoxide, sorbitol, and trehalose were also effective, depending on the chaotrope. Glycerol, by contrast (a chaotropic compatible solute used as a negative control) was relatively ineffective. The kosmotropic activity of compatible solutes is discussed as one mechanism by which these substances can mitigate the activities of chaotropic stressors in vivo. Collectively, these data demonstrate that some substances concomitantly induce chaotropicity-mediated and osmotic stresses, and that compatible solutes ultimately define the biotic window for fungal growth and metabolism. The findings have implications for the validity of ecophysiological classifications such as ‘halophile’ and ‘polyextremophile’; potential contamination of life-support systems used for space exploration; and control of mycotoxigenic fungi in the food-supply chain.

Powder semiconductor photocatalysis in aqueous solution: An overview of kinetics-based reaction mechanisms

A brief, historical overview of 10 apparently different, although in some cases, upon inspection, closely related, popular proposed reaction mechanisms and their associated rate equations, is given and in which the rate expression for each mechanism is derived from basic principles, Appendix A. In Appendix B, each of the 5 main mechanisms are tested using datasets, comprising initial reaction rate vs. organic pollutant concentration, [P] and incident irradiance, ρ, data, reported previously for TiO2, where P is phenol, 4-chlorophenol and formic acid. The best of those tested, in terms of overall fit, simplicity, usefulness and versatility is the disrupted adsorption kinetic model proposed by Ollis. The usual basic assumptions made in constructing these mechanisms are reported and the main underlying concerns explored.

A Revised Disrupted Langmuir-Adsorption Model of Photocatalysis

The increasingly popular disrupted Langmuir–adsorption (DLA) kinetic model of photocatalysis does not contain an explicit function for the dependence of rate on the irradiance, ρ, but instead has a term αρθ, where, α is a constant of the system, and θ is also a constant equal to 1 or 0.5 at low or high ρ values, respectively. Several groups have recently replaced the latter term with an explicit function of the form χ1(−1 + (1 + χ2ρ)1/2), where χ1 and χ2, are constants that can be related to a proposed reaction scheme. Here the latter schemes are investigated, and revised to create a more credible form by assuming an additional hole trapping step. The latter may be the oxidation of water or a surface saturated with O2–. Importantly, this revision suggests that it is only applicable for low quantum yield/efficiency processes. The revised disrupted Langmuir–adsorption model is used to provide good fits to the kinetic data reported for a number of different systems including the photocatalytic oxidation of nitric oxide (NO), phenol (PhOH), and formic acid (FA).

Polymer dissolution and blend formation in ionic liquids.

The ionic liqs. are for the dissoln. of various polymers and/or copolymers, the formation of resins and blends, and the reconstitution of polymer and/or copolymer solns., and the dissoln. and blending of functional additives and/or various polymers and/or copolymers. Thus, ≥1 ionic liq., which is a liq. salt complex that exists in the liq. phase between about -70 to 300°, is mixed with ≥2 differing polymeric materials to form a mixt., and adding a nonsolvent to the mixt. to remove the ionic liq. from the resin or blend. [on SciFinder(R)]

Re-inoculation of autoclaved soil as a non-sterile treatment for xenobiotic sorption and biodegradation studies

Autoclaved soil is commonly used for the study of xenobiotic sorption and as an abiotic control in biodegradation experiments. Autoclaving has been reported to alter soil physico-chemical and xenobiotic sorption characteristics such that comparison of autoclaved with non-autoclaved treatments in soil aging and bioavailability studies may yield misleading results. Experiments could be improved by using autoclaved soil re-inoculated with indigenous microorganisms as an additional or alternative non-sterile treatment for comparison with the sterile, autoclaved control. We examined the effect of autoclaving (3 x 1 h, 121°C, 103.5 KPa) on the physico-chemical properties of a silt loam soil (pH 7.2, 2.3% organic carbon) and the establishment of indigenous microorganisms reintroduced after autoclaving. Sterilisation by autoclaving significantly (p ≤ 0.05) decreased pH (0.6 of a unit) and increased concentrations of water-soluble organic carbon (WSOC; nontreated = 75 mg kg^-1; autoclaved = 1526 mg kg^-1). The initial first-order rate of ¹⁴C-2,4-dichloro-UL-phenol (2,4-DCP) adsorption to non-treated, autoclaved and re-inoculated soil was rapid (K₁ = 16.8-24.4 h^-1) followed by a slower linear phase (K₂). In comparison with autoclaved soil (0.038% day^-1), K₂ values were higher for re-inoculated (0.095% day^-1) and nontreated (0.181% day^-1) soil. This was attributed to a biological process. The Freundlich adsorption coefficient (K(f)) for autoclaved soil was significantly (p ≤ 0.05) higher than for re-inoculated or non-treated soil. Increased adsorption was attributed to autoclaving-induced changes to soil pH and solution composition. Glucose-induced respiration of autoclaved soil after re-inoculation was initially twice that in the non-treated control, but it decreased to control levels by day 4. This reduction corresponded to a depletion of WSOC. 2,4-DCP mineralisation experiments revealed that the inoculum of nonsterile soil (0.5 g) contained 2,4-DCP-degrading microorganisms capable of survival in autoclaved soil. The lag phase before detection of significant 2,4-DCP mineralisation was reduced (from 7 days to ≤3 days) by pre-incubation of re-inoculated soils for 7 and 14 days before 2,4-DCP addition. This was attributed to the preferential utilisation of WSOC prior to the onset of 2,4-DCP mineralisation. Cumulative ¹⁴CO₂ evolved after 21 days was significantly lower (p ≤ 0.05) from non-treated soil (25.3%) than re-inoculated soils (ca 45%). Experiments investigating sorption-biodegradation interactions of xenobiotics in soil require the physico-chemical properties of sterile and non-sterile treatments to be as comparable as possible. For fundamental studies, we suggest using re-inoculated autoclaved soil as an additional or alternative non-sterile treatment.

EFFECTS OF ENVIRONMENTAL ANTIOXIDANTS ON PRO-ANGIOGENIC ROS SIGNALLING IN ENDOTHELIAL COLONY FORMING CELLS IN VITRO

Introduction. Endothelial colony-forming cells (ECFCs) hold great cytotherapeutic potential for ischaemic disease. Whilst increasing evidence supports a key role for reactive oxygen species (ROS), specifically those derived from Nox NADPH oxidases, in the underlying angiogenic processes of these and other endothelial cells, such studies investigating the role of redox signalling may be hampered by the standard inclusion of antioxidant agents in endothelial cell media, such as phenol red. Aims. To study the effects of antioxidants present in culture media on pro-angiogenic function of ECFCs in vitro. Methods. Human ECFCs isolated from umbilical cord blood were maintained in media with and without antioxidant components (EGM2 and phenol red-free DMEM, respectively) prior to treatment with pro-oxidant PMA and assessment of their in vitro migratory capacity using a scratch-wound assay to measure pro-angiogenic activity. Results. Our previous work in our group indicated that PMA (500nM) increased ECFC migration in a both a superoxide and NADPH oxidase-dependent manner (control 18.6±2.8, PMA 32.7±6.6% wound closure; n=6, P<0.05), as indicated by attenuation with PEG-SOD and VAS2870. However, inconsistencies in the data generated under varying experimental conditions led us to hypothesise that antioxidant agents in the standard ECFC media may be influencing these effects. Indeed, a direct comparison of cell migration between ECFCs incubated in EGM2 DMEM demonstrated a clear trend towards higher migration in the latter (EGM2 9.0±4.5, DMEM 22.7±6.4%; n=3, P=NS). Similar to our previous EGM2 studies, cell migration was potentiated by PMA (control 11.6±1.6, PMA 25.1±2.8%; n=3, P<0.05), but at a lower dose (100nM), which is consistent with a reduction in media antioxidants. Notably, this response was attenuated by VAS2870 (PMA 37.6±7.3, PMA+VAS2870 10.3±2.9%; n=6, P<0.05), underlining a likely role for Nox NADPH oxidases. Conclusion. Taken together, these data indicate that ECFC migration is sensitive to different endothelial cell growth media, which appears to be dependent upon their antioxidant content. Although further experiments, such as quantification of cellular superoxide generation by dihydroethidium fluorescence may be required to confirm a specific role for antioxidants, such blunting of ROS signalling in vitro is clearly an important consideration which may significantly impact upon data interpretation.

Synthesis and biological activities of polyphenolic hybrids - evaluation of anti-cancer, anti-inflammatory and antioxidant activities

Os compostos polifenólicos constituem uma classe de metabolitos secundários de plantas, mas existe também uma enorme quantidade de derivados sintéticos ou semi-sintéticos contendo múltiplas unidades fenólicas. Estes compostos apresentam importantes características biológicas, que dependem das suas estruturas básicas. Certos derivados desta família de compostos, tais como flavonoides, cromonas e cumarinas contribuem para os benefícios da dieta humana, e partilham o núcleo de benzopiran-(2 e 4)-ona ou benzofuran-3-ona. A presente dissertação inclui uma introdução geral e três capítulos que descrevem as novas rotas sintéticas estabelecidas para a preparação de novos híbridos de diversos compostos polifenólicos, assim como a sua elucidação estrutural e termina com a presentação dos resultados da avaliação biológica desses mesmos compostos. No segundo capítulo discute-se a preparação de híbridos de pirimidina- e imidazolidina-polifenóis, especialmente a síntese diastereoseletiva de novos híbridos benzofuran-3-ona-hidantoína e derivados de uracilo. A rota sintética envolve a ação de carbodiimidas sobre os ácidos cromona-(2- e 3)-carboxílicos num só passo ou em dois passos sequenciais, catalisada por uma base orgânica ou inorgânica. O terceiro capítulo descreve reações do tipo adições conjugadas 1,4 - hetero-ciclisações em cascata de compostos 1,3-dicarbonílicos em ácido cromona-3-carboxílico catalisadas por uma base orgânica, que originaram novas cromonas, cromanonas e flavonas polissubstituídas. As bispiranonas [bispiran-2 e 4)-onas] foram elaboradas numa reacção de acoplamento da 4-hidroxicumarina ou da lactona do ácido triacético com o ácido cromona-3-carboxílico ou precursores formil-funcionalizados (ω-formil-2’-hydroxy acetofenonas e cromona-3-carbaldeídos) utilizando organocatálise básica. Finalmente, alargou-se o estudo das adições conjugadas 1,4 para uma variedade de 4-hidroxipiran-2-onas e cetonas α,β-insaturadas para originar novos análogos de warfarina. Obteve-se uma variedade de estruturas complexas por hibridação das unidades de 4-hidroxicumarina ou da lactona do ácido triacético com os novos derivados de cromonas polissubstituídas. Todos as reações foram executadas em condições suaves e ambientalmente favoráveis, utilizando a 4-pirrolidinopiridina como organocatalisador básico. As estruturas dos novos híbridos polifenólicos foram caracterizados por técnicas espectroscópicas de alta resolução, incluindo espectroscopia de ressonância magnética nuclear (1D e 2D) e por difractometria de raios-X, que nos permitiram resolver o complexidade estrutural dos compostos sintetizados. O quarto capítulo apresenta os resultados da avaliação biológica obtidos com os híbridos polifenólicos sintetizados neste trabalho, mostrando a possibilidade de seu envolvimento na terapia do cancro. A maioria dos compostos foram avaliados quanto ao seu efeito sobre a citotoxicidade e proliferação de células leucémicas e ao seu envolvimento na regulação de via pró-inflamatória NF-kB, na qual, os híbridos de biscumarinas exibiram actividades elevadas (IC50 = 6-19 μM para inibição de NF-kB depois de 8 horas de incubação e IC50 = 15-39 μM para efeitos citotóxicos em células cancerosas, após 24 horas de incubação). Uma inibição moderada das enzimas HDAC e Cdc25 foi induzida pelos derivados de benzofuran-3-ona-hidantoína. Catorze dos novos derivados polifenólicos polissubstituídos, tendo como estrutura básica a benzopiran-4-ona, foram avaliados pela sua actividade quimiopreventiva do cancro mediada pela indução de sinalização citoprotectora Nrf2 (fator 2 relacionado com o fator nuclear da proteína E2) e capacidade para inibir a proliferação das células de cancro da mama. Os derivados da classe das cromanonas foram identificados como os indutores mais potentes da actividade Nrf2. As concentrações necessárias para aumentar a actividade de luciferase em 10 vezes (C10) foram de 2,8-21,3 μM. Todos os novos híbridos polifenólicos que apresentam atividade citotóxica e anti-proliferativa não afectam o crescimento de células saudáveis periféricas do sangue (PBMC) (IC50 > 50 μM), indicando a sua seletividade para as células cancerosas e sugerindo que alguns deles são estruturalmente interessantes para posteriores análises. A avaliação da atividade antioxidante utilizando os testes do radical livre DPPH e o poder redutor do ião férrico FRAP foram realizados em algumas estruturas híbridas polifenólicas.

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.

Lanthanide oxide and phosphate nanoparticles for thermometry and bimodal imaging

Nesta tese relatam-se estudos de fotoluminescência de nanopartículas de óxidos e fosfatos dopados com iões trivalentes de lantanídeos, respectivamente, nanobastonetes de (Gd,Eu)2O3 e (Gd,Yb,Er)2O3 e nanocristais de (Gd,Yb,Tb)PO4, demonstrando-se também aplicações destes materiais em revestimentos inteligentes, sensores de temperatura e bioimagem. Estuda-se a transferência de energia entre os sítios de Eu3+ C2 e S6 dos nanobastonetes Gd2O3. A contribuição dos mecanismos de transferência de energia entre sítios para o tempo de subida 5D0(C2) é descartada a favor da relaxação directa 5D1(C2) 5D0(C2) (i.e., transferência de energia entre níveis). O maior tempo de decaimento do nível 5D0(C2) nos nanobastonetes, relativamente ao valor medido para o mesmo material na forma de microcristais, é atribuído, quer à existência de espaços livres entre nanobastonetes próximos (factor de enchimento ou fracção volúmica), quer à variação do índice de refracção efectivo do meio em torno dos iões Eu3+. A dispersão de nanobastonetes de (Gd,Eu)2O3 em três resinas epoxi comerciais através da cura por UV permite obter nanocompósitos epoxi- (Gd,Eu)2O3. Relatam-se estudos cinéticos e das propriedades térmicas e de fotoluminescência destes nanocompósitos. Estes, preservam as típicas propriedades de emissão do Eu3+, mostrando o potencial do método de cura por UV para obter revistimentos inteligentes e fotoactivos. Considera-se um avanço significativo a realização de uma nanoplataforma óptica, incorporando aquecedor e termómetro e capaz de medir uma ampla gama de temperaturas (300-2000 K) à escala nano, baseada em nanobastonetes de (Gd,Yb,Er)2O3 (termómetros) cuja superfície se encontra revestida com nanopartículas de ouro. A temperature local é calculada usando, quer a distribuição de Boltzmann (300-1050 K) do rácio de intensidades da conversão ascendente 2H11=2!4I15=2/4S3=2!4I15=2, quer a lei de Planck (1200-2000 K) para uma emissão de luz branca atribuída à radiação do corpo negro. Finalmente, estudam-se as propriedades de fotoluminescência correspondentes às conversões ascendente e descendente de energia em nanocristais de (Gd,Yb,Tb)PO4 sintetizados por via hidrotérmica. A relaxividade (ressonância magnética) do 1H destes materiais são investigadas, tendo em vista possíveis aplicações em imagem bimodal (luminescência e ressonância magnética nuclear).

The impact of biofuels for road traffic on air quality : a modelling approach

The selection of the energy source to power the transport sector is one of the main current concerns, not only relative with the energy paradigm but also due to the strong influence of road traffic in urban areas, which highly affects human exposure to air pollutants and human health and quality of life. Due to current important technical limitations of advanced energy sources for transportation purposes, biofuels are seen as an alternative way to power the world’s motor vehicles in a near-future, helping to reduce GHG emissions while at the same time stimulating rural development. Motivated by European strategies, Portugal, has been betting on biofuels to meet the Directive 2009/28/CE goals for road transports using biofuels, especially biodiesel, even though, there is unawareness regarding its impacts on air quality. In this sense, this work intends to clarify this issue by trying to answer the following question: can biodiesel use contribute to a better air quality over Portugal, particularly over urban areas? The first step of this work consisted on the characterization of the national biodiesel supply chain, which allows verifying that the biodiesel chain has problems of sustainability as it depends on raw materials importation, therefore not contributing to reduce the external energy dependence. Next, atmospheric pollutant emissions and air quality impacts associated to the biodiesel use on road transports were assessed, over Portugal and in particular over the Porto urban area, making use of the WRF-EURAD mesoscale numerical modelling system. For that, two emission scenarios were defined: a reference situation without biodiesel use and a scenario reflecting the use of a B20 fuel. Through the comparison of both scenarios, it was verified that the use of B20 fuels helps in controlling air pollution, promoting reductions on PM10, PM2.5, CO and total NMVOC concentrations. It was also verified that NO2 concentrations decrease over the mainland Portugal, but increase in the Porto urban area, as well as formaldehyde, acetaldehyde and acrolein emissions in the both case studies. However, the use of pure diesel is more injurious for human health due to its dominant VOC which have higher chronic hazard quotients and hazard indices when compared to B20.