Aplicação da calibração multivariada de ordem superior na resolução de espectros de fluorescência molecular para a quantificação de levofloxacino

Levofloxacino é uma fluorquinolona sintética de 3 geração. É eficaz contra uma variedade de infecções, incluindo o trato respiratório superior e inferior, trato urinário, obstétrico, ginecológico, e infecções dermatológicas. Com o objetivo de quantificar o levofloxacino em medicamentos e amostras de pacientes saudáveis e ter a resolução de seu espectro, foram realizados estudos preliminares em medicamento utilizando espectrofluorescência molecular com concentrações na faixa de 28,8 108 ng/mL e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) na faixa de concentração de 2,9 10,8 g/mL; e também quantificação em urina de paciente em tratamento com o medicamento, usando os dois métodos citados. Após isso, foram feitos estudos conclusivos utilizando espectrofluorescência molecular e os métodos univariado e PLS para determinação de levofloxacino na faixa de concentração de 0 250 ng/mL e PARAFAC combinado com o método da adição de padrão, para quantificação de levofloxacino em urina de paciente saudável, na faixa de concentração de 0 150 ng/mL, com diluição da amostra em três níveis (100 x, 500 x e 1000x). O método de ordem zero se mostrou mais eficiente na determinação de levofloxacino em medicamento que o de primeira ordem, seus desvios padrão foram 2,0% e 7,9%, respectivamente. Já o PARAFAC com o método de adição de padrão apresentou melhores resultados com a urina, pois possibilitou a quantificação do antibiótico em uma amostra complexa, de forma mais precisa e exata com o aumento da diluição da urina, sem necessidade de tratamento prévio.

Dynamics of fluorescence fluctuations in green fluorescent protein observed by fluorescence correlation spectroscopy

We have investigated the pH dependence of the dynamics of conformational fluctuations of green fluorescent protein mutants EGFP (F64L/S65T) and GFP-S65T in small ensembles of molecules in solution by using fluorescence correlation spectroscopy (FCS). FCS utilizes time-resolved measurements of fluctuations in the molecular fluorescence emission for determination of the intrinsic dynamics and thermodynamics of all processes that affect the fluorescence. Fluorescence excitation of a bulk solution of EGFP decreases to zero at low pH (pKa = 5.8) paralleled by a decrease of the absorption at 488 nm and an increase at 400 nm. Protonation of the hydroxyl group of Tyr-66, which is part of the chromophore, induces these changes. When FCS is used the fluctuations in the protonation state of the chromophore are time resolved. The autocorrelation function of fluorescence emission shows contributions from two chemical relaxation processes as well as diffusional concentration fluctuations. The time constant of the fast, pH-dependent chemical process decreases with pH from 300 μs at pH 7 to 45 μs at pH 5, while the time-average fraction of molecules in a nonfluorescent state increases to 80% in the same range. A second, pH-independent, process with a time constant of 340 μs and an associated fraction of 13% nonfluorescent molecules is observed between pH 8 and 11, possibly representing an internal proton transfer process and associated conformational rearrangements. The FCS data provide direct measures of the dynamics and the equilibrium properties of the protonation processes. Thus FCS is a convenient, intrinsically calibrated method for pH measurements in subfemtoliter volumes with nanomolar concentrations of EGFP.

Fluorescence correlation spectroscopy: Diagnostics for sparse molecules

The robust glow of molecular fluorescence renders even sparse molecules detectable and susceptible to analysis for concentration, mobility, chemistry, and photophysics. Correlation spectroscopy, a statistical-physics-based tool, gleans quantitative information from the spontaneously fluctuating fluorescence signals obtained from small molecular ensembles. This analytical power is available for studying molecules present at minuscule concentrations in liquid solutions (less than one nanomolar), or even on the surfaces of living cells at less than one macromolecule per square micrometer. Indeed, routines are becoming common to detect, locate, and examine individual molecules under favorable conditions.

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

Desenvolvimento de metodologia para a determinação de aflatoxinas em amostras de amendoim usando espectrofluorimetria e análise dos fatores paralelos (PARAFAC)

Desenvolvimento de metodologia para a determinação de aflatoxinas em amostras de amendoim usando espectrofluorimetria e análise dos fatores paralelos (PARAFAC). 2012. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro , Rio de Janeiro, 2012. Neste trabalho de pesquisa são descritos dois estudos de caso que se baseiam na determinação de aflatoxinas B1, B2, G1 e G2 em amostras de amendoim, utilizando a técnica de espectroscopia de fluorescência molecular. O primeiro estudo tem o objetivo de avaliar a metodologia empregada para a quantificação de aflatoxinas totais em amendoins, utilizando o método clássico de validação fazendo-se o uso da calibração univariada. Os principais parâmetros de desempenho foram avaliados visando certificar a possibilidade de implementação desta metodologia em laboratórios. O segundo estudo está focado na separação e quantificação destas aflatoxinas com a aplicação combinada da espectrofluorimetria e de um método quimiométrico de segunda ordem (PARAFAC) utilizando a calibração multivariada. Esta técnica pode ser empregada como uma alternativa viável para a determinação de aflatoxinas B1, B2, G1 e G2 isoladamente, tradicionalmente é feito por cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência. Porém, como estes analitos apresentam uma larga faixa de sobreposição espectral e as aflatoxinas (B1 e G1) possuem intensidade de sinal de fluorescência bem abaixo das demais, a separação e quantificação das quatro aflatoxinas foi inviável. O estudo foi retomado com a utilização das aflatoxinas B2 e G2 e os resultados alcançados foram satisfatórios. O método utilizado para a quantificação de aflatoxinas totais apresentou bons resultados, mostrando-se como uma importante ferramenta para a determinação destes analitos. Alem disso, comtempla perfeitamente o que é requerido pela legislação brasileira para a análise de aflatoxinas B1, B2, G1 e G2, que tem como exigência em laudos finais de análise a declaração do somatório, em g/kg, destas aflatoxinas, ou seja, sem a necessidade de quantifica-las separadamente

BROAD-BAND EXCITATION AND EMISSION OF SURFACE-PLASMONS

The well known advantages of using surface plasmons, in particular the high sensitivity to surface adsorbates, are nearly always compromised in practice by the use of monochromatic excitation and the consequent lack of proper spectroscopic information. This limitation arises from the angle/wavelength selective nature of the surface plasmon resonance. The work described here uses an elegant broadband excitation/decay scheme in a substrate(silica)-grating profiled photoresist-Ag film geometry. Laser radiation of wavelength 488 nm, incident through the silica substrate, excites by near-field coupling a broad band of surface plasmons at the photoresist-Ag interface within the spectral range of the photoresist fluorescence. With a judicious choice of grating period this mode can cross-couple to the mode supported at the Ag-air interface. This latter mode can, in turn, couple out to light by virtue of the same grating profile. The spectral distribution of the light emitted due to this three-step process has been studied as a function of the angle of emission and depth of the grating profiled surface for each polarization. It is found that the optimum emission efficiency occurs with a groove depth in the region of 65 nm. This is considerably greater than the optimum depth of 40 nm required for surface plasmon-photon coupling at a Ag-air interface or, in other words, for the last step of the process in isolation.

Origin, seasonality and chemical characteristics of rainwater in Aveiro

Este trabalho teve como objectivo caracterizar quimicamente a água da chuva recolhida na cidade de Aveiro, localizada a sudoeste da Europa, no período de Setembro de 2008 a Setembro de 2009. Para matrizes diluídas como a da água da chuva, as metodologias analíticas a utilizar para se conseguir uma rigorosa caracterização química são de grande importância e ainda não estão uniformizadas. Assim, para caracterizar a fracção orgânica, primeiramente foram comparadas duas metodologias de filtração (0.22 e 0.45 μm) e foram estudados dois procedimentos de preservação da água da chuva (refrigeração e congelação), utilizando a espectroscopia de fluorescência molecular. Além disso, foram comparados dois procedimentos de isolamento e extracção da matéria orgânica dissolvida (DOM) da água da chuva, baseados na sorção nos sorbentes DAX-8 e C-18, utilizando as espectroscopias de ultravioleta-visível e fluorescência molecular. Relativamente aos resultados das metodologias de filtração e preservação, é recomendada a filtração por 0.45 μm, assim como, as amostras de água da chuva deverão ser mantidas no escuro a 4ºC, no máximo até 4 dias, até às análises espectroscópicas. Relativamente à metodologia de isolamento e extracção da DOM, os resultados mostraram que o procedimento de isolamento baseado na C-18 extraiu a DOM que é representativa da matriz global, enquanto que o procedimento da DAX-8 extraiu preferencialmente a fracção do tipo húmico. Como no presente trabalho pretendíamos caracterizar a fracção do tipo húmico da DOM da água da chuva, foi escolhida a metodologia de isolamento e extracção baseada na sorção no sorvente DAX-8. Previamente ao isolamento e extracção da DOM da água da chuva, toda a fracção orgânica das amostras de água da chuva foi caracterizada pelas técnicas de ultravioleta-visível e de fluorescência molecular. As amostras mostraram características semelhantes às de outras águas naturais, e a água da chuva do Verão e Outono apresentou maior conteúdo da matéria orgânica dissolvida cromofórica que a do Inverno e Primavera. Posteriormente, a fracção do tipo húmico de algumas amostras de água da chuva, isolada e extraída pelo procedimento baseado na DAX-8, foi caracterizada utilizando as técnicas espectroscópicas de ultravioleta-visível, fluorescência molecular e ressonância magnética nuclear de protão. Todos os extractos continham uma mistura complexa de compostos hidroxilados e ácidos carboxílicos, com uma predominância da componente alifática e um baixo conteúdo da componente aromática. A fracção inorgânica da água da chuva foi caracterizada determinando a concentração das seguintes espécies iónicas: H+, NH4 +, Cl-, NO3 -, SO4 2-. Os resultados foram comparados com os obtidos na chuva colectada no mesmo local entre 1986-1989 e mostraram que de todos os iões determinados a concentração de NO3 - foi a única que aumentou (cerca do dobro) em 20 anos, tendo sido atribuído ao aumento de veículos e emissões industriais na área de amostragem. Durante o período de amostragem cerca de 80% da precipitação esteve associada a massas de ar oceânicas, enquanto a restante esteve relacionada com massas que tiveram uma influência antropogénica e terrestre. De um modo geral, para as fracções orgânica e inorgânica da água da chuva analisadas, o conteúdo químico foi menor para as amostras que estiveram associadas a massas de ar marítimas do que para as amostras que tiveram contribuições terrestres e antropogénicas.

Matéria húmica de sapal: variações estruturais e complexação com o cobre

No presente trabalho foram estudadas as variações na composição, estrutura e comportamento das substâncias húmicas sedimentares (SHS), promovidas pela presença de duas espécies de plantas da família Chenopodiacea, presentes nos sapais da Ria de Aveiro: a Halimione portulacoides e a Arthrocnemum fruticosum. Para além das variações espaciais horizontais, foram investigadas as variações ao longo de um perfil de profundidades. Desta forma, para além da camada superficial (0-10 cm) de sedimentos com diferentes espécies de plantas e sem plantas, também foram investigadas camadas de sedimentos intermédia (20-25 cm) e profunda (45-50 cm). Para a extracção das SHS recorreu-se a uma pequena modificação do método proposto pela International Humic Substances Society (IHSS) para extracção e purificação de substâncias húmicas de solos. As SH extraídas foram caracterizadas através dos métodos espectroscópicos de absorção no ultravioleta visível, de fluorescência molecular síncrona, de absorção no infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e de RMN 13C em estado sólido. Estas técnicas de caracterização foram complementadas pela análise elementar e termogravimetria. Em algumas amostras, foram ainda determinados o conteúdo em alguns metais por ICP-AES e o conteúdo funcional ácido por titulações potenciométricas. Após exaustiva caracterização das amostras de AH, procedeu-se ao estudo da sua capacidade de complexação com o cobre, recorrendo a titulações monitorizadas por fluorescência molecular síncrona. Os resultados revelaram que a colonização de sedimentos por plantas vasculares superiores conduz a uma alteração profunda no ambiente sedimentar e que esta é reflectida na diagénese das substâncias húmicas sedimentares, tendo-se observado variações a uma pequena escala espacial. O estudo deste tipo de variações nunca tinha sido efectuado em trabalhos anteriores. Nos ácidos fúlvicos detectaram-se diferenças na composição e estrutura das amostras correspondentes às camadas superiores de sedimentos, reflectindo a presença de diferentes colonizações vegetais. Relativamente aos ácidos húmicos, foi possível classificá-los em dois tipos distintos. Os AH do tipo I correspondem aos sedimentos superficiais e intermédios dos locais com plantas. Neste tipo de AH verificou-se uma incorporação de polissacarídeos e estruturas peptídicas, em estados de humificação pouco desenvolvidos. Os AH do tipo II correspondem aos sedimentos mais profundos de todos os locais e aos intermédios do local sem plantas e caracterizam-se por um maior grau de humificação e polimerização, um maior conteúdo aromático e de estruturas conjugadas e um maior conteúdo de grupos carboxílicos. Essas diferenças estruturais conduzem a diferentes comportamentos ácido/base e de complexação com o cobre. Assim, os AH do tipo I, que apresentam sinais espectroscópicos mais baixos associados a grupos carboxílicos e fenólicos, têm menor conteúdo de grupos funcionais ácidos e menor capacidade de complexação com o cobre quando se consideram ligandos característicos de unidades aromáticas conjugadas. Relativamente aos valores de log K dos complexos de AHS com o cobre, as amostras representativas da camada superficial dos sedimentos com plantas apresentaram valores superiores aos das restantes amostras de AH estudadas, cujos valores de log K são similares entre si. Atendendo aos resultados de análise elementar e espectroscópica, este facto pode estar associado à presença de compostos de azoto não peptídicos. Quanto a outros ligandos para o cobre, nomeadamente os representativos de estruturas peptídicas contendo o aminoácido triptofano e estruturas aromáticas simples, não foi possível obter resultados conclusivos. Dado que os ácidos húmicos do tipo I demonstraram um maior conteúdo peptídico e menor conteúdo aromático, o estudo destes ligandos torna-se importante para compreender melhor o efeito da presença de plantas nos sedimentos de sapal sobre o comportamento dos ácidos húmicos sedimentares como ligandos para o cobre. Refere-se ainda que foram detectadas certas especificidades na variação das características do sedimento e das substâncias húmicas com a profundidade nos diferentes locais estudados que não podem ser explicadas meramente com a presença de material vegetal oriundo de diferentes espécies de plantas, requerendo um conhecimento mais aprofundado das comunidades bentónicas e do ambiente físico-químico do sedimento.

Estudo dos principais fatores que influenciam na solubilização dos hpas em águas

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) constitute a family of compounds characterized by having two or more condensed aromatic rings and for being a class of substances that are widely distributed in the environment as a complex mixture, being very persistent in the environment due to its low solubility in water. The application of chemometric methods to analytical chemistry has provided excellent results in studying the solubility of PAHs in aqueous media in order to understand the mechanisms involved in environmental contamination. The method consists in analyzing the solubilization of PAHs from diesel oil in water varying parameters such as stirring time, volume of oil added and pH, using a full factorial design of two levels and three factors. PAHs were extracted with n-hexane and analyzed by fluorescence spectroscopy because they have molecular characteristics fluorescent due to the large number of condensed rings and links, and gas chromatography coupled to a mass spectrometer (GC-MS). The results of fluorescence analysis showed that only the stirring time and pH influenced the solubility of PAHs in diesel fuel. How is a non-selective technique for the study of fluorescence was performed on form and semi-quantitative. And for the chromatographic analysis the results showed that the solubility of the different PAHs is influenced differently so that you can classify them into groups by the results of the effects

Aplicação da parafina e do óleo de linhaça como hidrofobizantes da vermiculita, para remoção de derivados de óleo diesel resentes em água produzida sintética

Produced water has lately aroused interest due to their high degree of salinity, suspended oil particles, chemicals added in various manufacturing processes, heavy metals and radioactivity sometimes. Along with oil and due to its high volume production, water production is one of the pollutants of most concern in the process of oil extraction. PAHs due to their ubiquity and their characteristics carcinogenic or mutagenic and teratogenic even have attracted the attention of every scientific society. Formed from the incomplete combustion of organic matter may be natural or anthropogenic. Some materials have been researched with the goal of cleaning up environmental matrices that may be contaminated by hydrocarbons. Among these materials researched various clays have been employed, of which highlights the vermiculite. The family of phyllosilicates, vermiculite for its potential and its high hydrophobic surface area has been a tool widely used in the decontamination of water in processes of oil spills. However, when it loses its capacity expanded hydrophobic having the necessity of using a hidrofobizante to make it organophilic. Among the numerous hidrofobizantes researched and used the linseed oil was the pioneer. In this study sought to evaluate the capacity of removal of PAHs using the vermiculite hydrofobized with linseed oil and wax also, for it was made use of the 24 full factorial design as the main tool for the experiments. We also evaluated the clay grain size (-20 +48 and -48 +80 #), the percentage of hidrofobizante applied (5 and 10%) and salinity of the water produced synthesized in our laboratory (35,000 and 55,000 ppm). The molecular fluorescence spectroscopy due to its sensitivity and speed was used to verify the adsorption capacity of clay, as well as gas chromatography served as an auxiliary technique to identify and quantify the PAHs in solution. In order to characterize the vermiculite was made use of X-ray fluorescence and X-ray diffraction. The infrared and thermogravimetry were essential to note hydrophobization and the amount of coating of clay. According to the fluorescence analysis showed that the test 12 was the best result in about 98% adsorption of fluorescent compounds, however the high salinity, the smallest particle size, the highest percentage of hidrofobizante and the use of linseed oil showed greater efficiency in the removal capacity of these hydrocarbons, in accordance with the trend followed by the analysis of the major factors of the factorial design. To verify the adsorption capacity of clay using a fixed volume of water produced synthetically, used as the test base 12, at their respective levels and factors. Thus, it was observed that after adding about 1 ½ liters of water solution produced synthetically, about 300 times its volume in mass, the vermiculite was able to adsorb 80% of fluorescent species present in solution

Estrutura cromossômica e caracterização cariotípica no complexo de espécies Synbranchus marmoratus (Teleostei, Synbranchiformes, Synbranchidae)

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Genética) - IBB

Interação entre as substâncias húmicas de sedimentos e metais potencialmente tóxicos: um estudo na Bacia Hidrográfica do Turvo/Grande

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Substâncias húmicas aquáticas: caracterização e interação com íons crômio e proposta de um indicador de matéria orgânica lábil

Pós-graduação em Química - IBILCE

Fractionation of aquatic humic substances and dynamic of chromium species in an aquatic body influenced by sugarcane cultivation

This study had as main objectiveto evaluate the influence of AHS obtained from an area under sugarcane cultivation on the dynamics of chromium species (Cr(III) and Cr(VI)). Was studied complexing capacity (CC) with the AHS of chromium species and these were characterized using UV/Vis spectrophotometry, molecular fluorescence, elemental analysis and infrared. AHS with and without fractionation showed a greater aromaticity degree and a predominance of humic acids, and the E4/E6 and E2/E4 ratios suggested aromatic rings and a greater contribution from plants, which indicates lignin structures. The highest CCs were observed for the AHS fractionated, being fraction with molecular-size < 10 kDa and 10-30 kDa showed the highest ability to complex Cr(III) and Cr(VI) ions, respectively. These results are corroborating with C/H/N and UV/Vis data, where we can conclude that the AHS without fractionation had the greatest aromaticity and a predominance of humic acids in their structure.

Estudo da estruturacromossômica de Astyanax bockmanni (Teleostei, Characiformes) em diferentes populações: enfoque em cromossomos B

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Zoologia) - IBB