Comparative study of amine solutions used in CO2 absorption/desorption cycles

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Desenvolvimento e procedimentos de validação de uma metodologia analítica por GC/MS/MS para a determinação de antidepressivos em sangue total

A depressão é uma das doenças de foro psiquiátrico que mais prevalece na nossa sociedade, subsistindo evidências epidemiológicas que indicam um aumento substancial da sua incidência nos últimos anos. Esta evidência é consubstanciada pelo aumento significativo do consumo de antidepressivos em Portugal. Este cenário pressupõe a necessidade de uma metodologia que permita analisar, com rigor e numa perspectiva de rotina, os antidepressivos que podem ser encontrados em amostras de sangue. No contexto do Serviço de Toxicologia Forense do Instituto Nacional de Medicina Legal, Delegação do Norte, torna-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia analítica para a determinação simultânea de 15 antidepressivos em sangue total e a sua validação relativamente a vários parâmetros analíticos. Os antidepressivos considerados foram Amitriptilina, Citalopram, Clomipramina, N-Desmetilclomipramina, Dotiepina, Fluoxetina, Imipramina, Maprotilina, Mianserina, Mirtazapina, Nortriptilina, Paroxetina, Sertralina, Trimipramina e Venlafaxina. A técnica utilizada para este efeito foi o GC/MS/MS, aplicando um procedimento extractivo prévio apropriado, baseado em procedimentos convencionais de extracção em fase sólida. A escolha desta técnica teve por base a possibilidade de identificar inequivocamente os compostos presentes na amostra, independentemente da complexidade da matriz, e de originar metodologias com uma sensibilidade elevada e com limites de detecção muito baixos. Os parâmetros analíticos considerados para validação da metodologia estabelecida foram selectividade/especificidade e capacidade de identificação; limites de detecção e de quantificação; linearidade e gama de trabalho; eficiência de extracção; arrastamento; exactidão (precisão, veracidade e incerteza de medição) e robustez. Com excepção da exactidão, um parâmetro que carece ainda de estudos complementares, todos os parâmetros estudados foram validados de acordo com os requisitos internos do Serviço. De uma forma geral, os resultados obtidos com o método desenvolvido revelaram-se selectivos e apresentaram respostas analíticas tanto para concentrações de antidepressivos em níveis terapêuticos como para níveis letais destas drogas. Os procedimentos extractivos revelaram-se eficazes e não foram verificados fenómenos de arrastamento em concentrações mais elevadas. O método foi ainda considerado robusto.

Determinação de germânio em alimentos por espectrometria de massa ligada a um plasma acoplada indutivamente (ICP-MS)

Nos dias de hoje existe uma grande preocupação da população em fazer uma alimentação mais saudável, uma alimentação que tenha nos seus alimentos elementos que não prejudiquem a saúde mas sim que a tornem mais forte. Um desses elementos que pode trazer benefício para a saúde é o Germânio, elemento de estudo no presente trabalho. Neste trabalho determinou-se a concentração de Germânio em alguns alimentos. Os alimentos usados foram: espargos, ginseng, cogumelos, rabanete, gengibre, aloé vera e alho. Para se fazer a decomposição das amostras foi usada uma solução de ácido nítrico concentrado (67%) e peróxido de hidrogénio (30%), de seguida as soluções resultantes foram analisadas por espectrometria de massa ligado a um plasma acoplado indutivamente (Inductive Coupled Plasma - Mass Spectrometry (ICP-MS)). Esta técnica permitiu estudar os três isótopos mais abundantes de germânio (Ge70, Ge72 e Ge74). Como principais resultados deste trabalho pode-se referir que o alimento que apresenta uma maior concentração de Germânio é o ginseng (243,0 ng/g), seguindo-se o alho (152,6 ng/g). Com concentrações bastante próximas ficaram os espargos, gengibre e cogumelos com um valor aproximado de 75 ng/g. As concentrações mais baixas formam encontradas no aloé vera e rabanete, com valores de 38,16 e 21,85ng/g respectivamente. Com estes resultados podemos concluir que para ter uma alimentação rica neste elemento deve-se ingerir ginseng e alho pois dos alimentos estudados são os mais ricos em Germânio.

Aspectos de aprendizagem em optimização

A optimização e a aprendizagem em Sistemas Multi-Agente são consideradas duas áreas promissoras mas relativamente pouco exploradas. A optimização nestes ambientes deve ser capaz de lidar com o dinamismo. Os agentes podem alterar o seu comportamento baseando-se em aprendizagem recente ou em objectivos de optimização. As estratégias de aprendizagem podem melhorar o desempenho do sistema, dotando os agentes da capacidade de aprender, por exemplo, qual a técnica de optimização é mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização é mais adequada em determinado cenário. Nesta dissertação são estudadas algumas técnicas de resolução de problemas de Optimização Combinatória, sobretudo as Meta-heurísticas, e é efectuada uma revisão do estado da arte de Aprendizagem em Sistemas Multi-Agente. É também proposto um módulo de aprendizagem para a resolução de novos problemas de escalonamento, com base em experiência anterior. O módulo de Auto-Optimização desenvolvido, inspirado na Computação Autónoma, permite ao sistema a selecção automática da Meta-heurística a usar no processo de optimização, assim como a respectiva parametrização. Para tal, recorreu-se à utilização de Raciocínio baseado em Casos de modo que o sistema resultante seja capaz de aprender com a experiência adquirida na resolução de problemas similares. Dos resultados obtidos é possível concluir da vantagem da sua utilização e respectiva capacidade de adaptação a novos e eventuais cenários.

Sistema para monitorização cardiovascular

Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema capaz de adquirir e monitorizar num computador o sinal do electrocardiograma (ECG) e de detectar o pico R do complexo QRS do referido sinal. Numa primeira fase foi efectuado um estudo do sistema cardiovascular, de forma a compreender a actividade eléctrica do coração e dos diversos sinais que constituem o ECG. Foi efectuado um estudo sobre o sinal ECG, tendo sido estudadas as suas características, bem como técnicas e componentes básicos de aquisição e condicionamento do sinal, sendo também analisados diversos sistemas que efectuam a aquisição de ECG. Numa segunda fase foram estudadas as Field Programmable Analog Array (FPAA), analisando o estado da arte desta tecnologia, bem como os dispositivos disponíveis comercialmente. Após esta análise foram seleccionados os dispositivos FPAA, bem como o restante hardware e software necessários para a realização desta Tese. Foi desenvolvido um sistema de condicionamento de sinal ECG, e de detecção de pico R do complexo QRS, apenas com componentes analógicos discretos tendo sido analisados os resultados obtidos antes de se avançar para a fase seguinte. Após a realização do sistema com componentes discretos, foi implementado um sistema em que grande parte do condicionamento do sinal ECG é efectuado por duas placas de desenvolvimento FPAA, de forma a diminuir a quantidade de componentes e a obter um sinal com melhor resolução. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com o sistema desenvolvido. Para monitorizar o sinal ECG e o pico R num computador, foi desenvolvido um sistema em que os sinais são convertidos pelo conversor A/D de um microcontrolador, e enviados por comunicação série para um computador, sendo os valores obtidos visualizados numa aplicação em ambiente MATLAB.

Controlo difuso de um AGV

Neste trabalho pretende-se introduzir os conceitos associados à lógica difusa no controlo de sistemas, neste caso na área da robótica autónoma, onde é feito um enquadramento da utilização de controladores difusos na mesma. Foi desenvolvido de raiz um AGV (Autonomous Guided Vehicle) de modo a se implementar o controlador difuso, e testar o desempenho do mesmo. Uma vez que se pretende de futuro realizar melhorias e/ou evoluções optou-se por um sistema modular em que cada módulo é responsável por uma determinada tarefa. Neste trabalho existem três módulos que são responsáveis pelo controlo de velocidade, pela aquisição dos dados dos sensores e, por último, pelo controlador difuso do sistema. Após a implementação do controlador difuso, procedeu-se a testes para validar o sistema onde foram recolhidos e registados os dados provenientes dos sensores durante o funcionamento normal do robô. Este dados permitiram uma melhor análise do desempenho do robô. Verifica-se que a lógica difusa permite obter uma maior suavidade na transição de decisões, e que com o aumento do número de regras é possível tornar o sistema ainda mais suave. Deste modo, verifica-se que a lógica difusa é uma ferramenta útil e funcional para o controlo de aplicações. Como desvantagem surge a quantidade de dados associados à implementação, tais como, os universos de discurso, as funções de pertença e as regras. Ao se aumentar o número de regras de controlo do sistema existe também um aumento das funções de pertença consideradas para cada variável linguística; este facto leva a um aumento da memória necessária e da complexidade na implementação pela quantidade de dados que têm de ser tratados. A maior dificuldade no projecto de um controlador difuso encontra-se na definição das variáveis linguísticas através dos seus universos de discurso e das suas funções de pertença, pois a definição destes pode não ser a mais adequada ao contexto de controlo e torna-se necessário efectuar testes e, consequentemente, modificações à definição das funções de pertença para melhorar o desempenho do sistema. Todos os aspectos referidos são endereçados no desenvolvimento do AGV e os respectivos resultados são apresentados e analisados.

Avaliação da necessidade em cal em andossolos da ilha Terceira - Açores

Dissertação de Mestrado, Engenharia Agronómica, 16 de Outubro de 2015, Universidade dos Açores.

Avaliação ecotoxicológica de solos contaminados por ibuprofeno

Os produtos farmacêuticos são substâncias químicas muito utilizados em medicina, veterinária e ainda na agricultura. Nos anos 90, foi descoberta a presença de fármacos em meio aquático, verificando-se que a sua remoção nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) não era completa. Durante as duas últimas décadas foi identificada a presença de mais de oitenta compostos no meio ambiente e actualmente são considerados poluentes emergentes. Podem contaminar solos e águas, depois de serem usados e excretados (inalterados ou metabolizados) por humanos e animais, ou quando são indevidamente lançados directamente no meio ambiente. Os estudos ecotoxicológicos efectuados com estes poluentes têm sido direccionados, sobretudo, para as águas, existindo uma ausência de trabalhos sobre solos. O Ibuprofeno (IB) é um anti-inflamatório não esteróide, utilizado também como analgésico e antipirético, sendo um dos produtos farmacêuticos mais vendidos em todo o mundo, o que justifica a sua forte presença no meio ambiente. Por isso, e dada a ausência de trabalhos ecotoxicológicos de solos contaminados por fármacos, o IB foi o produto farmacêutico selecionado para a realização deste trabalho. A ecotoxicidade pode ser avaliada através de bioensaios. Estes têm a capacidade de avaliar a toxicidade de uma determinada substância de forma global, usando organismos vivos que funcionam como bio-indicadores. O presente trabalho tem como objectivos avaliar o impacte causado nos solos pelo IB, testar a toxicidade de dois processos de descontaminação para remover o referido fármaco dos solos assim como avaliar a toxicidade provocada por águas residuais, de três unidades hospitalares e de uma indústria farmacêutica. Esta avaliação foi efectuada através de ensaios de toxicidade aguda de germinação e de alongamento de raiz de sementes de alface, variedade bola de manteiga (Lactuca sativa), em solo arenoso. Os ensaios de ecotoxicidade aguda em solos contaminados por IB foram realizados para uma gama de concentrações entre 0,1 e 1000 μg/L. Verificou-se uma redução do número de sementes germinadas e do comprimento médio da planta no solo contaminado com 0,5 e 20 μg/L de IB. No solo contaminado com 1000 μg/L de IB observou-se uma redução da germinação, acompanhada por uma indução de crescimento da raiz da espécie Lactuca sativa. Os dois tratamentos de descontaminação de solos, reagente de Fenton e Nanopartículas de ferro zero valente, revelaram toxicidade, tendo-se obtido uma percentagem de germinação entre 32,2 ± 3,5 e 48,5 ± 6,2 e inibição do crescimento da raiz do organismo teste em cerca de 85,0 %. Em relação às águas residuais hospitalares verificou-se uma redução da percentagem de germinação entre 31,1 ± 5,0 e 72,3 ± 12,4 e uma inibição do crescimento da raiz situada entre 13,0 ± 6,4 e 20,2 ± 10,0 %. Para a água residual industrial ocorreu uma inibição da percentagem de germinação de 60,5 ± 13,1, contudo nas plantas germinadas observou-se uma indução do crescimento da raiz de 14,9 ± 7,7 %.

Preparação de catalisadores heterogéneos para a produção de biodiesel

A produção de biodiesel como combustível para motores diesel, aumentou fortemente nos últimos anos e espera-se que cresça mais e mais num futuro próximo. O aumento do consumo de biodiesel exige processos de produção optimizados que permitam grandes capacidades de produção, operações simplificadas, rendimentos altos, bem como a utilização de matérias-primas mais económicas. Por isso, o desenvolvimento de processos de produção de baixo custo exige a especificação de catalisadores heterogéneos eficientes na promoção da reacção de transesterificação, permitindo a imediata separação da glicerina pura, não necessitando de uma purificação dispendiosa deste subproduto. Os xerogéis de carbono surgem então como materiais promissores para aplicação como catalisadores heterogéneos para a produção de biodiesel, devido às suas excelentes propriedades ao nível da sua textura e superfície química. Neste trabalho o principal objectivo foi a preparação de um xerogel de carbono, com o intuito de posteriormente ser aplicado na produção de biodiesel por catálise heterogénea. Amostras de xerogel de carbono foram preparadas pelo método sol-gel e oxidadas em fase líquida sendo posteriormente caracterizados os seus grupos funcionais e a sua área específica. Os resultados obtidos mostram que é possivel obter um xerogel de carbono com área superficial alta, tendo sido atingido um valor máximo para a amostra número dois (803 m2/g). Os resultados atingidos ao nível da preparação do catalisador permitem concluir que as condições de operação influenciam a estrutura final do xerogel de carbono. Quanto à caracterização da química superficial do xerogel, foi possível verificar que a diferença do número de acidez entre as amostras oxidadas e não oxidadas do mesmo lote é alta, o que permite afirmar que a oxidação do material de carbono incrementa a concentração de grupos oxigénio à superfície do xerogel. O valor máximo para o número de acidez foi obtido com a amostra número três (Amostra oxidada - 916 μmol/g, Amostra não oxidada - 207 μmol/g). Apesar de terem sido realizados ensaios para a produção de biodiesel os resultados obtidos foram nulos. A escolha das condições de reacção para a catálise heterogénea com este tipo de material poderá não ter sido a mais indicada, assim como a quantidade e o tipo de grupos funcionais introduzidos no catalisador não terem acidez suficiente para permitir uma catálise efectiva.

Sintonia de controladores baseada em Sistemas de Inferência Difusa

Este trabalho de pesquisa e desenvolvimento tem como fundamento principal o Conceito de Controlo por Lógica Difusa. Utilizando as ferramentas do software Matlab, foi possível desenvolver um controlador com base na inferência difusa que permitisse controlar qualquer tipo de sistema físico real, independentemente das suas características. O Controlo Lógico Difuso, do inglês “Fuzzy Control”, é um tipo de controlo muito particular, pois permite o uso simultâneo de dados numéricos com variáveis linguísticas que tem por base o conhecimento heurístico dos sistemas a controlar. Desta forma, consegue-se quantificar, por exemplo, se um copo está “meio cheio” ou “meio vazio”, se uma pessoa é “alta” ou “baixa”, se está “frio” ou “muito frio”. O controlo PID é, sem dúvida alguma, o controlador mais amplamente utilizado no controlo de sistemas. Devido à sua simplicidade de construção, aos reduzidos custos de aplicação e manutenção e aos resultados que se obtêm, este controlador torna-se a primeira opção quando se pretende implementar uma malha de controlo num determinado sistema. Caracterizado por três parâmetros de ajuste, a saber componente proporcional, integral e derivativa, as três em conjunto permitem uma sintonia eficaz de qualquer tipo de sistema. De forma a automatizar o processo de sintonia de controladores e, aproveitando o que melhor oferece o Controlo Difuso e o Controlo PID, agrupou-se os dois controladores, onde em conjunto, como poderemos constatar mais adiante, foram obtidos resultados que vão de encontro com os objectivos traçados. Com o auxílio do simulink do Matlab, foi desenvolvido o diagrama de blocos do sistema de controlo, onde o controlador difuso tem a tarefa de supervisionar a resposta do controlador PID, corrigindo-a ao longo do tempo de simulação. O controlador desenvolvido é denominado por Controlador FuzzyPID. Durante o desenvolvimento prático do trabalho, foi simulada a resposta de diversos sistemas à entrada em degrau unitário. Os sistemas estudados são na sua maioria sistemas físicos reais, que representam sistemas mecânicos, térmicos, pneumáticos, eléctricos, etc., e que podem ser facilmente descritos por funções de transferência de primeira, segunda e de ordem superior, com e sem atraso.

Desenvolvimento e mensuração do diâmetro transversal do cerebelo fetal por ressonância magnética

A ressonância magnética fetal é um método eficaz na avaliação pré-natal da morfologia normal do cérebro e no diagnóstico de patologias do sistema nervoso central, sendo um importante complemento clínico à ecografia. O cerebelo é uma das estruturas menos afetadas em casos de restrição de crescimento fetal, tornando-se um bom indicador na avaliação do desenvolvimento fetal e da idade gestacional. Deste modo, a avaliação biométrica fetal é fundamental no diagnóstico pré-natal do desenvolvimento cerebral. Objetivo – Avaliação do diâmetro transversal do cerebelo (estrutura anatómica de referência do sistema nervoso central) do feto e posterior comparação com um estudo internacional reconhecido nesta matéria. Material e métodos – A amostra foi constituída por 84 gestantes que realizaram ressonância magnética fetal numa clínica de imagiologia médica da região Centro. A medição considerada para a avaliação do desenvolvimento fetal foi o diâmetro transversal do cerebelo. Resultados – Os resultados obtidos para o diâmetro transversal do cerebelo por ressonância magnética fetal vieram a demonstrar a ausência de diferenças médias estatisticamente significativas (p>0,05) em função do número de semanas de gestação, face aos valores teóricos aferidos no estudo de Garel. Conclusão – Com base nos resultados obtidos, para o diâmetro transversal do cerebelo podemos concluir que o parâmetro analisado é coerente com a publicação de Catherine Garel – Le développement du cerveau foetal atlas IRM et biometrie.

Sensors for the detection and quantification of bacterial contamination in water for human use

The deterioration of water quality by Cyanobacteria cause outbreaks and epidemics associated with harmful diseases in Humans and animals because of the toxins that they release. Microcystin-LR is one of the hepatotoxins most widely studied and the World Health Organization, recommend a maximum value of 1mgL 1 in drinking water. Highly specific recognition molecules, such as molecular imprinted polymers are developed to quantify microcystins in waters for human use and shown to be of great potential in the analysis of these kinds of samples. The obtained results were auspicious, the detection limit found, 1.5mgL 1, being of the same order of magnitude as the guideline limit recommended by the WHO. This technology is very promising because the sensors are stable and specific, and the technology is inexpensive and allows for rapid on-site monitoring.

Occupational exposure to particulate matter in 2 Portuguese waste-sorting units

Objectives - This study intended to characterize work environment contamination by particles in 2 waste-sorting plants. Material and Methods - Particles were measured by portable direct-reading equipment. Besides mass concentration in different sizes, data related with the number of particles concentration were also obtained. Results - Both sorting units showed the same distribution concerning the 2 exposure metrics: particulate matter 5 (PM5) and particulate matter 10 (PM10) reached the highest levels and 0.3 μm was the fraction with a higher number of particles. Unit B showed higher (p < 0.05) levels for both exposure metrics. For instance, in unit B the PM10 size is 9-fold higher than in unit A. In unit A, particulate matter values obtained in pre-sorting and in the sequential sorting cabinet were higher without ventilation working. Conclusions - Workers from both waste-sorting plants are exposed to particles. Particle counting provided additional information that is of extreme value for analyzing the health effects of particles since higher values of particles concentration were obtained in the smallest fraction.

Reading performance in children with visual function anomalies

Aims - To compare reading performance in children with and without visual function anomalies and identify the influence of abnormal visual function and other variables in reading ability. Methods - A cross-sectional study was carried in 110 children of school age (6-11 years) with Abnormal Visual Function (AVF) and 562 children with Normal Visual Function (NVF). An orthoptic assessment (visual acuity, ocular alignment, near point of convergence and accommodation, stereopsis and vergences) and autorefraction was carried out. Oral reading was analyzed (list of 34 words). Number of errors, accuracy (percentage of success) and reading speed (words per minute - wpm) were used as reading indicators. Sociodemographic information from parents (n=670) and teachers (n=34) was obtained. Results - Children with AVF had a higher number of errors (AVF=3.00 errors; NVF=1.00 errors; p<0.001), a lower accuracy (AVF=91.18%; NVF=97.06%; p<0.001) and reading speed (AVF=24.71 wpm; NVF=27.39 wpm; p=0.007). Reading speed in the 3rd school grade was not statistically different between the two groups (AVF=31.41 wpm; NVF=32.54 wpm; p=0.113). Children with uncorrected hyperopia (p=0.003) and astigmatism (p=0.019) had worst reading performance. Children in 2nd, 3rd, or 4th grades presented a lower risk of having reading impairment when compared with the 1st grade. Conclusion - Children with AVF had reading impairment in the first school grade. It seems that reading abilities have a wide variation and this disparity lessens in older children. The slow reading characteristics of the children with AVF are similar to dyslexic children, which suggest the need for an eye evaluation before classifying the children as dyslexic.

Categorical data clustering using a minimum message length criterion

Research on cluster analysis for categorical data continues to develop, new clustering algorithms being proposed. However, in this context, the determination of the number of clusters is rarely addressed. We propose a new approach in which clustering and the estimation of the number of clusters is done simultaneously for categorical data. We assume that the data originate from a finite mixture of multinomial distributions and use a minimum message length criterion (MML) to select the number of clusters (Wallace and Bolton, 1986). For this purpose, we implement an EM-type algorithm (Silvestre et al., 2008) based on the (Figueiredo and Jain, 2002) approach. The novelty of the approach rests on the integration of the model estimation and selection of the number of clusters in a single algorithm, rather than selecting this number based on a set of pre-estimated candidate models. The performance of our approach is compared with the use of Bayesian Information Criterion (BIC) (Schwarz, 1978) and Integrated Completed Likelihood (ICL) (Biernacki et al., 2000) using synthetic data. The obtained results illustrate the capacity of the proposed algorithm to attain the true number of cluster while outperforming BIC and ICL since it is faster, which is especially relevant when dealing with large data sets.