Spectroscopie de luminescence à température et pression variables pour des complexes des lanthanides et de l'or

Ce travail est axé vers la compréhension détaillée des propriétés de luminescence de composés de certains métaux lourds. La première partie de ce mémoire décrit la caractérisation spectroscopique d'un radical de type nitronyle nitroxyde, 2-(2-pyridinyl)-4,4,5,5-tétraméthyl-4,5-dihydro-1H-imidazolyl-1-oxyl-3-oxyde, abrégé (NIT2-Py), et de ses complexes avec les cations Tb(III), [Tb(hfac)3NIT2-Py], et Y(III), [Y(hfac)3NIT2-Py]. La variation de la température affecte les spectres de luminescence qui montrent de la structure vibronique résolue. Les maxima de ces transitions vibroniques se rapprochent au fur et à mesure que la température augmente. Ces variations des maxima en fonction de la température ne correspondent pas à des variations de fréquences vibrationnelles et sont de l'ordre de 200 cm-1 entre 80 K et 240 K. La variation de la température n'a pas d'influence significative sur la structure moléculaire, comme atteste la variation mineure des maxima des spectres Raman entre 80 K et 300 K. La comparaison des spectres expérimentaux à des spectres calculés montre que ces variations peuvent être reproduites par l'utilisation d'une combinaison de fréquences vibrationnelles. Le paramètre dont la variation est très significative est la résolution du spectre de luminescence, représentée par la largeur à mi-hauteur des transitions vibroniques qui forment le spectre de luminescence. La deuxième partie de ce mémoire décrit les propriétés de luminescence d'une série de complexes d’or(I). Elles sont comparées aux changements structuraux à pression et température variable. Les interactions aurophiles ont une grande influence sur la luminescence. La variation de la température et de la pression est une approche efficace pour varier la luminescence. Les effets observés dans les spectres d'émission de ces complexes dépendent des changements de structure induits par variation de la température et de la pression. Ces petites variations structurales mènent à des changements importants, à titre d'exemple à un déplacement du maximum de la bande de luminescence de 60 cm-1/ kbar vers les faibles énergies pour un des complexes de l'or(I) étudiés au cours de ce projet.

Spectroscopie Raman de complexes de fer(II) et fer(III) à transition de spin

Les transitions de spin provoquent des changements de propriétés physiques des complexes de métaux du bloc d les subissant, notamment de leur structure et propriétés spectroscopiques. Ce mémoire porte sur la spectroscopie Raman de composés du fer(II) et du fer(III), pour lesquels on induit une transition de spin par variation de la température ou de la pression. Trois complexes de fer(II) de type FeN4(NCS)2 avec des comportements de transition de spin différents ont été étudiés : Fe(Phen)2(NCS)2 (Phen : 1,10-Phénanthroline), Fe(Btz)2(NCS)2 (Btz : 2,2’-bi-4,5-dihydrothiazine) et Fe(pyridine)4(NCS)2. Un décalage de l’ordre de 50 cm-1 est observable pour la fréquence d’étirement C-N du ligand thiocyanate des complexes FeN4(NCS)2, lors de la transition de spin induite par variation de la température ou de la pression. Il est possible d’utiliser cette variation de fréquence afin de tracer un profil de transition. Quatre complexes isomères de type FeL222(CN)2 (L222 : 2,13- diméthyl-6,9-dioxa-3,12,18-triazabicyclo[12.3.1]-octadéca-1(18),2,12,14,16-pentaène) ont également été étudiés. Un taux de décalage de l’ordre d’environ 0,03 cm-1/K est observé pour plusieurs bandes du complexe FeL222(CN)2. La bande à 1415 cm-1 disparaît à plus haute température au profit d’une bande à 1400 cm-1. Pour le complexe de chiralité R,R’, les bandes à 1008 cm-1 et 1140 cm-1 se déplacent vers des fréquences plus élevées à partir de 223 K. Les transitions de spin sont observées dans certains complexes de fer(III). Dans cette famille de composés, le complexe Fe(EtDTC)3 (EtDTC : N,N-diéthyldithiocarbamate) a été étudié . Aucun changement n’a été observé dans l’intensité des bandes d’étirement fer-soufre sur les spectres à température variable. Cependant, la bande Fe-S associée à la forme bas-spin à 530 cm-1 augmente en intensité au profit de la bande associée à la forme haut-spin à 350 cm-1 lors des mesures à haute pression, passant d’un rapport d’amplitude de 50% à pression ambiante à 80% à 21 kbar. Un dédoublement de la bande d’étirement C-N du ligand dithiocarbamate à 1495 cm-1 est également observé à des pressions supérieures à 5 kbar. Une comparaison des changements des fréquences de vibration de tous les complexes est effectuée.

Spectroscopie de complexes plans carrés de platine(II) et de palladium(II) en fonction de la température et de la pression : structure et énergie

Les interactions entre des complexes de platine (II) ou de palladium (II) ont une grande influence sur une grande gamme de propriétés chimiques et physiques. Ces propriétés peuvent être étudiées par plusieurs méthodes spectroscopiques comme la spectroscopie Raman, d’absorption, d’émission et de réflectivité diffuse. L’empilement de molécules a un effet important sur les propriétés spectroscopiques de plusieurs composés des éléments de transition. La spectroscopie est très utile pour comprendre les effets intermoléculaires majeurs de plusieurs composés inorganiques. Les complexes plan-carré de platine(II) et de palladium(II) sont très intéressants à cause de leur grande quantité d’effets intermoléculaires et intramoléculaires. Des mesures avec des variations de pression (entre 1 bar et 40 kbar) et de température (entre 80 K et 300 K) ont été effectuées sur ces complexes. La structure à l’état fondamental des composés de platine(II) et de palladium(II) a un effet important sur la spectroscopie de luminescence. Des complexes avec des donneurs axiaux mènent à un effet de déplacement du maximum d’émission vers de plus basses énergies avec l’augmentation de pression. Des complexes similaires sans composante axiale ont un maximum d’émission qui se déplace vers des plus hautes énergies. Ces effets sont explorés à l’aide de plusieurs composés incluant une série de complexes pinceur qui ont démontré des déplacements entre -1 cm-1/kbar et -30 cm-1/kbar. Le changement du type d’émission causé par un changement de pression ou de température est aussi observable. Un complexe de platine(II) montre un changement d’une transition centrée sur le ligand à pression ambiante à une transition de type transfert de charge à plus haute pression. La combinaison de l’information cristallographique et spectroscopique donne de l’information quantitative sur les variations de la structure et des niveaux électroniques de plusieurs complexes.

Synthesis and Raman spectroscopic study of Mg/Al,Fe hydrotalcites with variable cationic ratios

Hydrotalcites of formula Mg6 (Fe,Al)2(OH)16(CO3).4H2O formed by intercalation with the carbonate anion as a function of divalent/trivalent cationic ratio have been successfully synthesised. The XRD patterns show variation in the d-spacing attributed to the size of the cation. Raman and infrared bands in the OH stretching region are assigned to (a) brucite layer OH stretching vibrations (b) water stretching bands and (c) water strongly hydrogen bonded to the carbonate anion. Multiple (CO3)2- symmetric stretching bands suggest that different types of (CO3)2- exist in the hydrotalcite interlayer. Increasing the cation ratio (Mg/Al,Fe) resulted in an increase in the combined intensity of the 2 Raman bands at around 3600 cm-1, attributed to Mg-OH stretching modes, and a shift of the overall band profile to higher wavenumbers. These observations are believed to be a result of the increase in magnesium in the structure. Raman spectroscopy shows a reduction in the symmetry of the carbonate, leading to the conclusion that the anions are bonded to the brucite-like hydroxyl surface and to the water in the interlayer. Water bending modes are identified in the infrared spectra at positions greater than 1630 cm-1, indicating the water is strongly hydrogen bonded to both the interlayer anions and the brucite-like surface.

Simulation and development of a mock circulation loop with variable compliance

Heart disease is attributed as the highest cause of death in the world. Although this could be alleviated by heart transplantation, there is a chronic shortage of donor hearts and so mechanical solutions are being considered. Currently, many Ventricular Assist Devices (VADs) are being developed worldwide in an effort to increase life expectancy and quality of life for end stage heart failure patients. Current pre-clinical testing methods for VADs involve laboratory testing using Mock Circulation Loops (MCLs), and in vivo testing in animal models. The research and development of highly accurate MCLs is vital to the continuous improvement of VAD performance. The first objective of this study was to develop and validate a mathematical model of a MCL. This model could then be used in the design and construction of a variable compliance chamber to improve the performance of an existing MCL as well as form the basis for a new miniaturised MCL. An extensive review of literature was carried out on MCLs and mathematical modelling of their function. A mathematical model of a MCL was then created in the MATLAB/SIMULINK environment. This model included variable features such as resistance, fluid inertia and volumes (resulting from the pipe lengths and diameters); compliance of Windkessel chambers, atria and ventricles; density of both fluid and compressed air applied to the system; gravitational effects on vertical columns of fluid; and accurately modelled actuators controlling the ventricle contraction. This model was then validated using the physical properties and pressure and flow traces produced from a previously developed MCL. A variable compliance chamber was designed to reproduce parameters determined by the mathematical model. The function of the variability was achieved by controlling the transmural pressure across a diaphragm to alter the compliance of the system. An initial prototype was tested in a previously developed MCL, and a variable level of arterial compliance was successfully produced; however, the complete range of compliance values required for accurate physiological representation was not able to be produced with this initial design. The mathematical model was then used to design a smaller physical mock circulation loop, with the tubing sizes adjusted to produce accurate pressure and flow traces whilst having an appropriate frequency response characteristic. The development of the mathematical model greatly assisted the general design of an in vitro cardiovascular device test rig, while the variable compliance chamber allowed simple and real-time manipulation of MCL compliance to allow accurate transition between a variety of physiological conditions. The newly developed MCL produced an accurate design of a mechanical representation of the human circulatory system for in vitro cardiovascular device testing and education purposes. The continued improvement of VAD test rigs is essential if VAD design is to improve, and hence improve quality of life and life expectancy for heart failure patients.

Numerical methods for the variable-order fractional advection-diffusion equation with a nonlinear source term

In this paper, we consider a variable-order fractional advection-diffusion equation with a nonlinear source term on a finite domain. Explicit and implicit Euler approximations for the equation are proposed. Stability and convergence of the methods are discussed. Moreover, we also present a fractional method of lines, a matrix transfer technique, and an extrapolation method for the equation. Some numerical examples are given, and the results demonstrate the effectiveness of theoretical analysis.

Stability and convergence of a new explicit finite-difference approximation for the variable-order nonlinear fractional diffusion equation

In this paper, we consider the variable-order nonlinear fractional diffusion equation View the MathML source where xRα(x,t) is a generalized Riesz fractional derivative of variable order View the MathML source and the nonlinear reaction term f(u,x,t) satisfies the Lipschitz condition |f(u1,x,t)-f(u2,x,t)|less-than-or-equals, slantL|u1-u2|. A new explicit finite-difference approximation is introduced. The convergence and stability of this approximation are proved. Finally, some numerical examples are provided to show that this method is computationally efficient. The proposed method and techniques are applicable to other variable-order nonlinear fractional differential equations.

Latent variable models in statistical genetics

Understanding the complexities that are involved in the genetics of multifactorial diseases is still a monumental task. In addition to environmental factors that can influence the risk of disease, there is also a number of other complicating factors. Genetic variants associated with age of disease onset may be different from those variants associated with overall risk of disease, and variants may be located in positions that are not consistent with the traditional protein coding genetic paradigm. Latent Variable Models are well suited for the analysis of genetic data. A latent variable is one that we do not directly observe, but which is believed to exist or is included for computational or analytic convenience in a model. This thesis presents a mixture of methodological developments utilising latent variables, and results from case studies in genetic epidemiology and comparative genomics. Epidemiological studies have identified a number of environmental risk factors for appendicitis, but the disease aetiology of this oft thought useless vestige remains largely a mystery. The effects of smoking on other gastrointestinal disorders are well documented, and in light of this, the thesis investigates the association between smoking and appendicitis through the use of latent variables. By utilising data from a large Australian twin study questionnaire as both cohort and case-control, evidence is found for the association between tobacco smoking and appendicitis. Twin and family studies have also found evidence for the role of heredity in the risk of appendicitis. Results from previous studies are extended here to estimate the heritability of age-at-onset and account for the eect of smoking. This thesis presents a novel approach for performing a genome-wide variance components linkage analysis on transformed residuals from a Cox regression. This method finds evidence for a dierent subset of genes responsible for variation in age at onset than those associated with overall risk of appendicitis. Motivated by increasing evidence of functional activity in regions of the genome once thought of as evolutionary graveyards, this thesis develops a generalisation to the Bayesian multiple changepoint model on aligned DNA sequences for more than two species. This sensitive technique is applied to evaluating the distributions of evolutionary rates, with the finding that they are much more complex than previously apparent. We show strong evidence for at least 9 well-resolved evolutionary rate classes in an alignment of four Drosophila species and at least 7 classes in an alignment of four mammals, including human. A pattern of enrichment and depletion of genic regions in the profiled segments suggests they are functionally significant, and most likely consist of various functional classes. Furthermore, a method of incorporating alignment characteristics representative of function such as GC content and type of mutation into the segmentation model is developed within this thesis. Evidence of fine-structured segmental variation is presented.