Orientador: Alexandre Secorun Borges / Banca: Márcio Rubens Graaf Kuchembuck / Banca: Ivan Roque de Barros Filho / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo determinar os elementos minerais no soro sangüíneo (magnésio, cobre, selênio, zinco, fósforo, cálcio, potássio, ferro) e no tecido hepático (cobalto, cobre, selênio, manganês, molibdênio e zinco) em seis diferentes momentos durante um período de dezesseis meses e verificar se houve variação entre eles. Foram utilizadas 25 novilhas mestiças Nelore, com idade média de 18 meses, que permaneceram durante todo o tempo do experimento no mesmo pasto de Brachiaria brizantha. Os animais ainda receberam mistura mineral comercial em cocho coberto e água à vontade e foram submetidos à coleta de fragmentos hepáticos e sangue para obtenção de soro. Análises da pastagem também foram realizadas nos mesmos momentos em que foram colhidas as amostras de soro e fígado (exceto em fevereiro 2003). A água e o sal mineral também foram analisadas. Os níveis médios dos elementos no tecido hepático foram, respectivamente para as seis diferentes colheitas: Co 0,27;0,27; 0,23;0,21; 0,23 e 0,24 ppm; Mn 9,07; 8,55; 8,67; 8,40; 7,90 e 7,25 ppm; Mo 4,18; 3,85; 3,68; 3,32; 3,54; 3,19 ppm; Zn 113,4; 101,94; 97,91; 92,46; 88,29 e 81,74 ppm; Cu 40,76; 36,33; 24,50; 24,70; 77,75 e 128,03 ppm e Se 0,86; 1,09; 0,72; 1,21; 0,91 e 0,75 ppm. Destes, os níveis de Co, Mn, Mo, Se e Zn foram considerados adequados para bovinos. Os níveis médios dos elementos no soro foram, para as quatro diferentes colheitas: Ca 118,72; 129,36; 125,19; 112,90; 96,76; 85,37 mg/L; P 109,28; 106,30; 117,03; 103,39; 115,78 e 107,75 mg/L; Mg 19,75; 23,62; 26,54; 20,96; 20,80 e 23,12 mg/L; K 139,64; 134,85; 114,19; 131,65; 130,57 e 116,60 mg/L; Cu 0,52; 0,73; 0,41; 0,59; 0,60 e 0,73 mg/L; Zn 1,19; 1,87; 1,38; 1,13;1,28 e 1,37 mg/L; Fe 2,52; 3,44; 2,21; 3,08; 3,00 e 2,89 mg/L e Se 1,19; 1,87; 0,19; 0,44, 0,40 e 0,51 mg/L...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of the present work was to determinate the mineral levels in beef cattle blood serum (magnesium, copper, selenium, zinc, phosphorus, calcium, potassium, iron) and liver (cobalt, copper, selenium, manganese, molibdenium and zinc) at six different moments throughout sixteen months, to verify the occurrence of variation among them. Twenty-five half-breed nelore heifers, all of them about 18 months old, stayed during the experiment in the same Brachiaria brizantha pasture. They also received commercial mineral mixture in appropriate feeders and free acess to water. Pasture were also analised at the same moments we did for serum and liver (except february 2003). Water and mineral mixture were analised as well. The average levels of the elements in the liver, respectively for the six different moments: Co 0.27,0.27, 0.23, 0.21, 0.23 and 0.24 ppm; Mn 9.07, 8.55, 8.67, 8.40, 7.90 and 7.25 ppm; Mo 4.18, 3.85, 3.68, 3.32, 3.54, 3.19 ppm; Zn 113.4, 101.94, 97.91, 92.46, 88.29 and 81.74 ppm; Cu 40.76, 36.33, 24.50, 24.70, 77.75 and 128.03 ppm and Se 0.86, 1.09, 0.72, 1.21, 0.91 and 0.75 ppm. The levels of Co, Mn, Mo, Se and Zn were considered appropriate for cattle. The average levels of the elements in the serum were, for the six different moments: Ca 118.72, 129.36, 125.19, 112.90, 96.76, 85.37 mg/L; P 109.28, 106.30, 117.03, 103.39, 115.78 and 107.75 mg/L; Mg 19.75, 23.62, 26.54, 20.96, 20.80 and 23.12 mg/L; K 139.64, 134.85, 114.19, 131.65, 130.57 and 116.60 mg/L; Cu 0.52, 0.73, 0.41, 0.59, 0.60 and 0,73 mg/L; Fe 2,52; 3,44; 2,21; 3,08; 3,00 and 2,89 mg/L; Se 1.19, 1.87, 0.19, 0.44, 0.40 and 0.51 mg/L and Zn 1.19, 1.87, 1.38, 1.13,1.28 and 1.37 mg/L. In the serum, Ca, P, Mg, Zn, Fe and Se levels were considered appropriate for beef cattle. There was correlation between the hepatic and serum levels of Cu...(Complete abstract, click electronic address below) / Mestre

Les spéléothèmes (concrétions carbonatées se formant dans les zones karstiques) sont des archives paleo-climatiques reconnues, dont l’intérêt majeur est de pouvoir être datées précisément par la méthode Uranium-Thorium. En revanche, les traceurs traditionnellement utilisés pour reconstruire les climats passés à partir de ces objets géologiques ne sont pas directement quantifiables en termes de paramètres climatiques comme la température moyenne, ou la quantité de précipitation. Les variations des concentrations en éléments traces contenus dans les spéléothèmes ont pu être relié dans certains sites aux changements climatiques passés, mais des doutes existent sur la robustesse de leur signal au sein d’une même grotte et entre différents sites.Nous nous sommes appliqués à déterminer les variations au cours des 50 000 dernières années de plusieurs catégories d’éléments (alcalino-terreux, uranium, et terres rares) dans des stalagmites de deux grottes situées dans le sud de la France (les grottes de Villars en Dordogne et de Chauvet en Ardèche), par spectrométrie ICP-MS. Les spéléothèmes sélectionnés ont déjà été datés et ont enregistré les variations paleo-environnementales à travers les isotopes stables de la calcite. Trois périodes d’étude caractérisées par des changements particuliers sont étudiées: le stade isotopique 3 de la dernière période glaciaire (~50-30 ka), la dernière déglaciation (~20-10 ka) et la fin de l’Holocène (~2-0 ka).Le signal des variations des alcalino-terreux à Villars pendant le stade isotopique 3 est significatif et robuste. La variabilité du strontium notamment, qui provient de processus hydrologiques intra-karst, suit les événements climatiques rapides enregistrés dans l’hémisphère Nord. D’autre part, le comportement de nombreux éléments traces pendant la déglaciation est similaire entre les grottes de Villars et de Chauvet. Enfin, des changements du couvert végétal sont probablement à l’origine des changements synchrones enregistrés par les éléments traces et les isotopes stables de la calcite au cours des deux derniers millénaires à Villars.Par ailleurs, l’étude des coefficients de partition des alcalino-terreux, de l’uranium et des terres rares dans des conditions variées montre l’importante de la variabilité inter-site de leur partitionnement. / Calcareous deposits forming within caves, also known as speleothems, have become acknowledged paleoclimatic archives. One of their main interests is that they can be absolutely dated by Uranium-Thorium methods. However, traditionally used speleothem climatic proxies cannot be directly translated into environmental variables such as the mean annual temperature or the amount of annual rainfall. In some contexts, the variations of trace element concentrations in speleothem calcite could be linked to past climatic changes, but the robustness of trace element signals between speleothems of the same or nearby caves is still questionable.We determined by ICP-MS the concentrations of several families of chemical elements (alkaline-earth metals, uranium, rare-earth elements) in stalagmites from two caves located in Southern France (Villars cave in Dordogne and Chauvet Cave in Ardèche) spanning the last 50,000 years. The selected speleothems had already been dated and their stable isotope profiles had proven to record paleoenvironmental fluctuations occurring during three separate periods: the Marine Isotopic Stage 3 or MIS 3 (~50-30 ka), the Last Deglaciation (~20-10 ka), and the end of the Holocene (~2-0 ka).Variations of alkaline-earth metals recorded in two stalagmites from Villars Cave during MIS 3 are significant and robust. Notably, Sr concentrations follow the rapid climatic changes recorded in the Northern Hemisphere. Furthermore, several trace elements behave similarly during the Last Deglaciation in the Villars and the Chauvet Cave. Finally, changes of the vegetation cover above the cave are likely to have caused the synchronous fluctuations of the trace element and stable isotope contents that happened during the last two thousand years in Villars speleothems.Lastly, the partition coefficients of alkaline-earth metals, uranium and rare-earth elements were measured in different sites and conditions and proved to be very site-dependent.

[pt] Métodos de análise para determinação de elementos-traço em amostras oleosas e pastosas são necessários, por exemplo, no caso do petróleo e em suas frações mais pesadas, para os quais os elementos-traço indicam características do tipo do petróleo, correlacionando-o com a localização geográfica da jazida. Além disso, a quantificação destes elementos tem utilidade nas interpretações geoquímicas relacionadas com maturidade térmica, correlação óleo-óleo e migração primária e secundária do óleo e na obtenção de informações que permitem a criação de estratégias para realizar o refino do óleo, prevenindo contaminação dos catalisadores, corrosão de equipamento e potencial dano ambiental. No caso de óleos e gorduras vegetais, a presença destes elementos, mesmo em baixas concentrações ((mi)g g-1), pode acelerar processos oxidativos que geram peróxidos, aldeídos, cetonas, ácidos e epóxidos, que além de causarem a rancidez prematura dos óleos produzem efeitos patológicos no sistema digestivo e potencializam a ação de alguns carcinogênicos. As técnicas espectrométricas baseadas no uso do plasma (ICP OES e ICP-MS) estão entre as mais utilizadas na determinação de elementos- traço nesses tipos de amostra. Porém, os procedimentos de preparação de amostra mais tradicionalmente usados são os que destroem a matriz das amostras, solubilizando-as em ácidos inorgânicos fortes. Neste trabalho, novas estratégias de preparação de amostras de petróleo, óleo diesel, asfaltenos, óleos comestíveis, manteiga e margarina foram desenvolvidas visando à utilização do tradicional procedimento de nebulização de solução para introdução de amostra no plasma. No caso do óleo diesel, a estratégia avaliada foi a de preparação de amostras na forma de emulsão com n-propanol. Nesse caso, um planejamento fatorial indicou que fatores importantes para a determinação de elementos refratários foram tanto a massa de amostra na composição da emulsão (até 25% em massa) quanto a acidificação da emulsão. As amostras de óleo cru, óleos vegetais e gorduras vegetais foram preparadas como microemulsão em n-propanol. Alternativamente, um procedimento de extração assistida por ultra-som foi desenvolvido. A emulsão de óleo cru com n-propanol mostrou ser um bom meio de estabilização dos analitos em solução. No caso da extração ácida assistida por ultra-som para óleo cru, um planejamento fatorial mostrou que os fatores importantes para a determinação de elementos-traço foram, o tempo de aquecimento da amostra, a concentração do ácido nítrico e a exposição ao ultra-som. Para as amostras de óleos e gorduras vegetais, a otimização das proporções de componentes na emulsão com n- propanol proporcionou boa estabilidade e homogeneidade das amostras de óleo de oliva e óleo de soja (6 % em massa de óleo) e para margarina e manteiga (5 % m/m de óleo). Para o método da extração ácida assistida por ultra-som, as condições otimizadas para a preparação da amostra permitiram também a análise por ICP-MS, cujos resultados são discutidos e comparados com os resultados obtidos por ICP OES. Para as amostras de asfaltenos, o procedimento proposto foi o de extração em HNO3 concentrado assistida por ultrasom. Nesse caso, os mesmos parâmetros otimizados para o óleo cru foram usados. Os parâmetros operacionais foram otimizados para obtenção dos parâmetros de mérito, sendo a aplicação dos métodos propostos confirmada por testes de recuperação além de comparação com resultados obtidos com procedimentos tradicionais para esse tipo de amostra. Assim, nessa tese, foram desenvolvidos métodos para a determinação de Cr, Mo, V e Ti em óleo diesel e em óleo combustível, Cd, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Ni, Ti, V e Zn em óleo cru, Fe, Ni e V em asfaltenos. Cd, Co, Cr, Cu, Mn e Ni foram determinados em óleos e gorduras comestíveis utilizando preparação de amostra como microemulsão em n-propanol. Já Al, Ca, Cd, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, V e Zn foram determinados após extração ácida assistida por / [en] Analytical methods for the determination of trace elements in oily and viscous samples are necessary, for example, in the case of crude oil and its heavy fractions, where trace elements indicate specific oil characteristics and the geographic location of the natural deposit. Moreover, the quantification of these elements is relevant for geochemical interpretations concerning thermal maturity, oil-oil correlations and primary and secondary oil migration. Knowledge on trace element characteristics of crude oil is also important in oil refining strategies to prevent contamination of catalysts as well as equipment corrosion, and to minimize environmental pollution. In the case of vegetal oils and fats, the presence of certain elements, even in low concentrations ((mi)g g-1); can speed up oxidative processes and premature rancidity of oils, which may cause pathological effects in the digestive system, including cancer. Spectrometric techniques based on inductively coupled plasma (ICP OES and ICPMS) are extensively used for determination of trace elements in such type of samples due to their sensitivities and multielemental features. In the case of oils and fats, the samples have to be generally decomposed by wet-ashing procedures with mineral acids, prior to the elemental determinations. In this work, new strategies for sample preparation of crude oil, diesel, asphaltenes, edible oils, butter and margarine have been developed, which allow the use of the traditional procedure for sample introduction into the ICP by solution nebulization. In the case of diesel oil, the proposed strategy was the preparation of samples as emulsions with n-propanol. Factorial design studies showed that the important factors for the quantitative determination of refractory metals were the sample amount in the emulsion (up to 25% in weight) and the acidification of the emulsion. Crude oil samples, vegetable oils and fats have been prepared as n-propanol microemulsions. Alternatively, an ultrasound-assisted trace metal extraction procedure was developed. The crude oil emulsions with n-propanol were found to be a good environment to keep the analytes in solution. In the case of the ultrasound-assisted acid extraction for crude oil, a factorial design indicated that the important factors for the determination of trace elements have been the sample heating time, the nitric acid concentration and the ultrasound exposure time. For vegetable oils and fats, the optimization of the npropanol emulsion components provided good stability and homogeneity olive and soy oils (6 % of oil in weight) and for margarine and butter (5 % of oil in weight). For the ultrasound-assisted acid extraction, the optimized conditions for sample preparation also allowed the analysis of the extracts by ICP-MS, which results were compared with the ones obtained by ICP OES. For asphaltene samples, the proposed procedure was the ultrasound- assisted acid extraction in concentrated HNO3 using similar conditions employed for crude oil. The figures of merit for the proposed methods were achieved under optimized experimental and instrumental conditions and validations were performed by analysis of certified reference materials (when available), recovery tests, and by comparison of results obtained using traditional sample preparation procedures for this type of sample. Methods for the determination of Cr, Mo, V and Ti in fuel and diesel oils, for Cd, Co, Cr, Fe, Mn, Mg, Ni, Ti, V and Zn in crude oil and for Fe, Ni and V in asphaltenes have been developed. Cd, Co, Cr, Cu, Mn and Ni in edible oils and fats have been determined using the microemulsification in n-propanol, while Al, Ca, Cd, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, V and Zn have been determined after acid extraction in HNO3. The analyses were carried out by using the external calibration method with internal standardization by Sc (in the case of ICP OES). The ultrasound-assisted acid extraction method for t

A presente dissertação é um estudo da evolução ambiental do Reservatório de Salto Grande (RSG), Americana, SP, realizado a partir de análises granulométrica, geomagnética, geoquímica (especiação fósforo e carbono, elementos traço, compostos organoclorados e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos) e biológica (tecamebas) de amostras de um testemunho sedimentar de 233 cm. Com base nos resultados obtidos, foi possível: 1) avaliar a toxicidade dos sedimentos, de acordo com os valores-guia de qualidade de sedimentos (VGQS) TEL e PEL, fator de enriquecimento (EF) e índice de geoacumulação (Igeo) e 2) identificar cinco fácies sedimentares, ao longo do testemunho. Fácies 1, situada na base do testemunho, é constituída por lama, com baixas concentrações de elementos traço, compostos organoclorados e HPAs, presença de material radicular e ausência de tecamebas. Essa sequência sedimentar pode ser atribuída às unidades de solos e sedimentos depositados na planície aluvial do Rio Atibaia e representa a fase Préreservatório. A partir de 177 cm de profundidade rumo ao topo, passam ocorrer mais quatro fácies, indicativas dos 65 anos de existência do RSG. A Fácies 2 (transição de solo e início do reservatório) caracteriza-se pela presença de lama, com tênue estratificação plana paralela e surgimento de tecamebas (Arcella gibbosa, A. megastoma, Difflugia corona, D. oblonga, D. gramen e Centropyxis discoide aculeata). Nessa fácies não foram detectados sedimentos contaminados, segundo VGQS. Contudo, foi constatado aumento expressivo de HPAs, provavelmente relacionado a queimadas ocorridas no entorno do reservatório. Fácies 3 (Reservatório) é marcada por sucessão de camadas de lama escura, intercaladas com lama clara, associadas às variações sazonais de produtividade do reservatório. Na porção final da Fácies 2 e toda a Fácies 3, ocorrem as maiores concentrações dos elementos traço (principalmente Cu, e Cr), parâmetros geomagnéticos, PCBs, DDT e HPAs, bem como o primeiro e maior declínio das populações de tecamebas. Nessa fácies 3 os VGQS indicam a presença de sedimentos fortemente contaminados. Fácies 4 continua a apresentar sucessão de camadas escuras e claras, contudo, as concentrações dos elementos traço, parâmetros geomagnéticos, PCBs, DDT e HPAs diminuem sensivelmente e os valores de densidade e diversidade das tecamebas aumentam. Valores de Cu diminuem mas, continuam expressivos, indicando sedimentos contaminados. As oscilações da concentração de Cu podem estar relacionadas ao uso de algicidas à base de CuSO4, que são utilizados no RSG para controlar a floração de cianobactérias e macrófitas. Fácies 5, correspondente ao período mais recente da história do RSG, caracteriza-se pela presença de lama preta, contaminada por Cu, pobre em tecamebas e baixas concentrações de DDT e HPAs. As curvas de evolução dos fluxos de fósforo inorgânico, Mn e Zn apresentaram forte similaridade com as curvas de crescimento demográfico da cidade de Americana e com as variações do regime de chuvas local. Estes resultados sugerem que as variações do aporte de nutrientes no reservatório encontram relação direta com as mudanças no escoamento de água pluvial na bacia de drenagem do Atibaia e com os influxos industriais e domésticos no RSG / This works presents an environmental evolution of the Reservatório de Salto Grande (RSG), Americana, accomplished through the grain-size, geochemical (phosphorous, carbon, trace elements, organochlorines and polycyclic aromatic hydrocarbons), and biological (thecamoebians) analyses from sample of a sediment core. Based on the results it was possible to: 1) evaluate the sediments according to the Sediment Quality Guideline Values for metals and associated (SQGV), enrichment factors, and geoaccumulation index and 2) identify five sedimentary facies through the core. Facies 1 located at the base of the core is composed of muddy sediments with low concentrations of trace elements, organochlorines and PAHs, presence of small trees roots and absence of thecamoebians. This sedimentary sequence could be attributed to soil units and sediments deposited in the alluvial basin of the Atibaia river and represents the pre-reservoir succession. From 177 cm through the top of the core more 4 facies are identified, all correlated with the time span of 65 years since the inundation of the RSG. Facies 2 (transition between soil portion and the reservoir inundation) is characterized by the presence of a homogeneous mud and a thin parallel planar stratification and by the appearance of thecamoebians (Arcella gibbosa, A. megastoma, Difflugia corona, D. oblonga, D. gramen, Centropyxis discoide aculeata). In this facies no contaminants were registered according to SQGV standards. But a high concentration of PAHs was detected possibly indicative of vegetation burning. Facies 3 (Reservoir) is marked by a succession of dark mud interleaved by whitish mud likely associated to seasonal variation of primary productivity in the reservoir. At the top portion of facies 2 and the whole extension of facies 3 were found the highest concentration of trace elements (Cu, and Cr), geomagnetic parameters, PCBs, DDT and PAHs, and the first and major decline of thecamoebians populations. In this facies SQGV are indicative of highly contaminated sediments. Facies 4 continuously shows the same succession of mud and the concentrations of trace elements, geomagnetic parameters, PCBs, DDT and PAHs show a sensitive decrease, and the values of richness and abundance of thecamoebians show an increase. Although the values of Cu diminish, they still remain expressive, indicative of sediment contamination. The oscillations of Cu concentrations may be related to the use of algaecides composed of CuSO4 in order to control populations of cyanobacteria and macrophytes. Facies 5 corresponds to the last centimeters of the core and to recent periods of the history of RSG, characterized by the presence of a black mud contaminated with Cu poor in species of thecamoebians and low concentrations of PCBs, DDT and PAHs. The curves of inorganic phosphorous, Mn and Zn showed a similar pattern to the curves of demographic growth and rain fall in the city of Americana. These results suggest that the variations of nutrients income are related to the change in water flow regimes in the Atibaia river watershed and to industrial and domestic input in the RSG

O projeto BIOTA “Diversidade, dinâmica e conservação de florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas permanentes" vem sendo conduzido para o conhecimento dos processos geradores, mantenedores e reguladores da biodiversidade nas principais formações vegetacionais do Estado. Uma parcela permanente de 10 ha foi instalada na unidade de conservação correspondente à Floresta Ombrófila Densa (Mata Atlântica) para a caracterização completa do ecossistema. A investigação de elementos químicos nesse ecossistema altamente ameaçado foi desenvolvida nesta Tese de Doutoramento. Diversos processos são responsáveis pela manutenção de ecossistemas naturais. À ciclagem mineral corresponde o caminhamento dos elementos químicos, que fluem entre os compartimentos bióticos (folha e serrapilheira) e abióticos (atmosfera e solo). A complexidade desse mecanismo regulatório está relacionada com a deficiência, a toxicidade, a fitodisponibilidade e as interações dos elementos químicos, além das condições ambientais de crescimento como luminosidade, temperatura e umidade. Devido à sua adaptabilidade, as plantas absorvem elementos químicos, acumulando-os nos seus tecidos. A acumulação é ativa, ou seja, independentemente do meio, as plantas mantêm as concentrações de determinados elementos. Essa característica corrobora o uso desses organismos para a quantificação da qualidade do ambiente a partir dos estudos de biomonitoração de poluição atmosférica. A análise por ativação neutrônica instrumental – INAA foi a técnica analítica empregada para a biomonitoração devido ao seu nível metrológico elevado e sua capacidade de determinação simultânea de diversos elementos. Para a comparabilidade dos resultados gerados, a qualidade do procedimento analítico, a representatividade das amostras e o efeito da contaminação com particulados de terra aderida à superfície das folhas foram também estudados. Os compartimentos solo, serrapilheira e folha tiveram sua composição química avaliada por INAA. De modo geral, foram detectadas concentrações totais de elementos químicos mais elevadas nos solos de vales (baixa altitude) do que nas regiões de alta altitude (solos mais desenvolvidos). Essa variabilidade não foi determinante das concentrações encontradas nas folhas, indicando a composição química elementar intrínseca das plantas. As concentrações nas folhas também não se alteraram significativamente (nível de 95% de confiança) de acordo com os resultados provenientes de quatro épocas de coleta diferenciadas. Foram identificadas espécies acumuladoras dos nutrientes Ca, Co, K, Na, Se e Zn, dos elementos traços Br, Ba, Cs, Hg, Rb, Sc, Sr e dos lantanídeos Ce, La e Sm. A utilização das espécies arbóreas para a biomonitoração da parcela permanente proporcionou o conhecimento das concentrações naturais dos elementos químicos. O trecho de Mata Atlântica avaliado foi considerado de baixo nível de poluição, pois a maior parte das espécies estudadas apresentou concentrações dos elementos químicos dentro da faixa esperada, com exceção das espécies naturalmente acumuladoras. Elementos traços como As, Cd, Cr e Ni ficaram abaixo dos limites de detecção. O trabalho concentrou esforços para o estabelecimento de padrões de referência para estudos de impacto ambiental considerando a composição química da parcela permanente da Mata Atlântica. O reservatório de elementos químicos no ecossistema foi estimado, evidenciando-se a importância desse conhecimento para a conservação da biodiversidade. / The BIOTA Project “Diversity, dynamic and conservation of forests from the São Paulo State: 40 ha of permanent parcels" has been conducted to provide the knowledge on the generation, sustainability and regulation processes of the biodiversity of the State. A long-term plot (permanent parcel) was installed in the conservation unit corresponding to the Dense Ombrophilous Forest (Atlantic Forest) for the environmental characterization of the ecosystem. The investigation of chemical elements in this highly threatened forest was performed in this Doctorate Thesis. Several processes are responsible for the sustainability of the natural ecosystems. Mineral cycling defines the pathway of chemical elements from non-biotic compartments (soil and atmosphere) to biotic compartments (leaf and litter). The complexity of this regulatory mechanism is related to the deficiency, toxicity, phytoavailability and the interactions of the chemical elements, in addition to environmental growth conditions like luminosity, temperature and humidity. Due to its adaptability, plants are able to uptake and accumulate chemical elements in their tissues. This accumulation is an active process in which the plants tend to maintain the concentrations of some chemical elements independently of the environmental conditions. Such characteristic corroborates the use of these organisms for quantifying the environmental quality by biomonitoring studies of atmospheric pollution. Instrumental neutron activation analysis – INAA was the analytical technique employed for biomonitoring due to its high metrological level and its capability for simultaneous determination of several chemical elements. For the comparability of the results, the quality of analytical procedure, the representativeness of samples and the effect of contamination with earth particles adhered to the leaf surface were also studied. The chemical composition of the soil, litter and leaf compartments was evaluated by INAA. The concentrations of some elements were higher for the soils of the valleys and considerably lower for the soils at higher altitudes. Such variability was not observed for the concentrations found in leaves, indicating the intrinsic chemical composition in plants. The concentrations in leaf did not change significantly (at the 95% confidence level) as demonstrated by the results from four different periods of sampling. Some tree species were able to accumulate the nutrients Ca, Co, K, Na, Se and Zn, the trace elements Br, Ba, Cs, Rb, Sc and Sr and the lanthanides Ce, Eu, La, Sm, Tb and Yb. The use of plants species for biomonitoring the long-term plot provided knowledge on the background concentrations of chemical elements. The Atlantic Forest can be considered to have a low status of pollution since most plants have shown concentrations within the expected range with exception of the accumulator species. Concentrations of some trace elements like As, Cd, Cr and Ni were below the detection limits. This work concentrated efforts to establish reference standards for studies on environmental impact considering the chemical composition in the long-term plot of the Atlantic Forest. The reservoir of chemical elements in the ecosystem was estimated, evidencing the importance of such knowledge for the biodiversity conservation.

O diabetes mellitus é umas das principais endocrinopatias da espécie canina. Esta doença é caracterizada pela deficiência relativa ou absoluta de insulina. A formação da catarata é uma complicação freqüente do cão diabético, resultando em cegueira. A lente do paciente diabético está sujeita ao aumento do estresse oxidativo em razão da dificuldade em regular os níveis glicêmicos gerando hiperglicemia crônica. Os elementos químicos estão envolvidos em diversos processos no organismo. Portanto, alterações como deficiência ou excesso dos elementos químicos podem contribuir para as complicações do diabetes mellitus, incluindo a catarata. A cápsula da lente, importante estrutura na cirurgia de catarata, está associada com uma diminuição da espessura, tornando-se mais fina como o avanço da catarata. O objetivo deste estudo foi determinar, por meio do uso da fluorescência de raios X (XRF), a concentração dos elementos químicos cálcio, ferro, cobre e zinco e analisar a topografia dos elementos traços ferro, cobre e zinco. Por meio dos mapas de distribuição determinou-se as regiões de intensa atuação dos elementos constituintes e traços, e seu papel efetivo para a lesão. E por meio da microscopia de força atômica (MFA) determinar as propriedades biomecânicas associadas à catarata em cães. A fluorescência de raios X mostrou-se eficiente para a determinação da concentração elementar de cálcio, ferro, cobre e zinco em cataratas de cães portadores de diabetes mellitus. As análises quantitativas mostraram um aumento na concentração e redução na concentração de ferro e cobre nas lentes de cães diabéticos. Estes resultados concordam com hipóteses discutidas na literatura. A microscopia de força atômica proporcionou medidas elasticidade rápidas e precisas em amostras de cápsula anterior da lente de cães, com mínima preparação da amostra. Os valores de elasticidade local apresentaram-se ligeiramente superiores para lentes diabéticas. / Diabetes mellitus is one of the principal endocrinopathies in canine. The disease is characterized by absolute or relative deficiency of insulin. The formation of cataract is frequent complication in diabetic dogs, leading to blindness. The lens of diabetic patient is subjected to increased oxidative stress due to the difficulty in regulating blood glucose levels causing chronic hyperglycemia. The chemical elements are involved in several functions in the organism. Therefore, alterations like deficiency or excess of chemical elements may contribute to the complications of diabetes mellitus including cataract. The lens capsule, an important structure of cataract surgery is associated to a decrease in thickness, becoming thinner with the advance of the cataract. The objective of this work was to determine, through the use of X ray fluorescence (XRF), the concentration of chemical elements such as calcium, iron, cooper and zinc and analyze the topography of the trace elements iron, cooper and zinc. By the means of elementary distribution maps we could determine the regions of the intense action of the constituent elements and trace and its effective role in relation to the lesion. By means of atomic force microcopy (AFM), we could determine the biochemical properties associated to the cataract in dogs. X ray fluorescence showed efficient for the determination of the elementary concentration of calcium, iron, cooper and zinc in cataracts in dogs carrying diabetes mellitus. Quantitative analysis showed an increase in calcium and a reduction in iron and copper concentration in lenses of diabetic animals. These results are in accordance to the hypothesis discussed in the literature. The atomic force microscopy provided measures of rapid and accurate elasticity in samples of anterior capsules of lenses in dogs, with minimum preparation of samples. The values of local elasticity showed slightly superior for diabetic lenses.

Este trabalho teve como objetivo estudar a bioconcentração de elementos-traço no músculo e a presença de micronúcleos nos eritrócitos de Cathorops spixii, coletados no Complexo Estuarino-Lagunar de Cananéia-Iguape, nos setores norte e sul, no verão e inverno de 2009, verificando a influência sazonal e antrópica em cada área. As análises dos elementos traços foram realizadas por Ativação Neutrônica e Espectrometria de Absorção Atômica. Em geral, os peixes apresentaram níveis seguros para consumo humano, exceto para o As, sobretudo nos peixes capturados em Cananéia. Recomenda-se a revisão dos índices de As em relação aos produtos marinhos e mais estudos da relação entre salinidade e bioacumulação deste elemento. Pb e Hg apresentaram maiores concentrações nos peixes de Iguape, independentemente da época do ano, enquanto que As e Cr foram mais elevados em Cananéia. As variações sazonais, nas duas regiões, mostraram que o Hg, Cd e Co apresentaram maiores concentrações no verão, enquanto que o As e o Cr foram maiores no inverno. A expressão de micronúcleo foi baixa, sendo ligeiramente maior na região norte, local mais exposto aos contaminantes devido ao aporte de água do Rio Ribeira de Iguape por meio do canal do Valo Grande, que trás consigo resíduos dos municípios localizados no vale do Ribeira. C. spixii mostrou ser um bom biomonitor ambiental, com potencial para integrar programas de monitoramento em ambientes costeiros e estuarinos em nível nacional. / The aim of this work was study the bioaccumulation of trace elements in the muscle and the presence of micronuclei in the erythrocytes of Cathorops spixii, collected in the Cananéia-Iguape Estuarine-Lagoon Complex, in the sectors north and south, in the summer and winter of 2009, in order to verify the anthropogenic and seasonal influences in each area. Trace elements were analyzed by Neutronic Activation and Atomic Absorption Spectrometry techniques. In general, the fishes had levels safe for human consumption, except for As, especially in fish caught in Cananéia. It is recommended the review of the legislation besides the study of the relationship between salinity and bioaccumulation of this element. Pb and Hg showed higher concentrations in the fishes from Iguape, regardless of the season, while As and Cr were higher in those captured in Cananéia. Seasonal variations in both regions showed higher concentrations of Hg, Cd and Co in the summer, while As and Cr were higher in the winter. The expression micronuclei was low, being slightly higher in the northern region, the most exposed to the contaminants due to the inflow of water from Ribeira de Iguape River, through the Valo Grande Channel, which brings with it waste of municipalities located in the Ribeira Valley. C. spixii proved to be a good environmental biomonitor with potential to integrate monitoring programs in coastal and estuarine environments at the national level.

[pt] O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um método analítico para determinação simultânea de elementos na faixa de concentração de traços em óleos através das técnicas de espectrometria de massas (ICPMS) e espectrometria de emissão ótica (ICPOES), ambas com plasma indutivamente acoplado, após procedimento de digestão em equipamento de mineralização que trabalha sob altas temperaturas (300 °C) e pressões (100 bar). A digestão dos petróleos foi realizada em frascos fechados de quartzo de volume de 90 mL utilizando-se uma mistura de ácido nítrico e peróxido de hidrogênio concentrado, de elevada pureza. Foram avaliadas as melhores condições de digestão dos petróleos, possíveis interferentes resultantes das matrizes formadas durante o processo de digestão e as condições operacionais para a determinação simultânea dos elementos de interesse. O teor de carbono residual foi determinado para avaliar a extensão do processo de digestão e possíveis interferências em ambas às técnicas utilizadas. O efeito da concentração residual de ácido nítrico na intensidade dos sinais analíticos foi estudado, bem como o desempenho de diferentes padrões internos para corrigi- lo. Curvas analíticas com lineariadades r2 > 0,999 foram obtidas para a maioria do elementos determinados e limites de detecção (LDM-3(sigma)): < 1 (mi) g kg-1 para Sb, Be, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Hg, Ni, Ag, Na, Sr, Ti, V, Zn, ETR, EGP, e na faixa de 1 a 10 (mi)g kg-1, para Al, Ba, Cd, Pb, K, Se. O método foi validado através da quantificação de elementos certificados nas amostras de referência NIST 1634c e NIST 1084a, obtendo-se repetitividades e exatidões melhores que 5% para a maioria deles. / [en] An analytical procedure was developed for the determination of trace elements in crude oil by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICPOES) after sample digestion in a high pressure asher system operating at 100 bar and a temperature of 300 °C. Wet digestion was performed in closed quartz vessels of 90 mL volume using high purity nitric acid and hydrogen peroxide. Best conditions for the digestion of petroleum samples were studied and possible interferences caused by the resulting matrix were evaluated, as well as best measuring conditions for the analytes of interest. Residual carbon content was determined in order to assess the completeness of digestion and interferences caused by this element in both techniques. The effect of residual acid concentration on the analytical signals were studied, as well as the performance of different internal standards for its correction. Linear analytical curves (r2 >0.999) were obtained and method detection limits (MDL - 3(sigma)) of 1 (mi)g kg-1 for Sb, Be, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Hg, Ni, Ag, Na, Sr, Ti, V, Zn, ETR, EGP, and in the range of 1 to 10 (mi)g kg-1 for Al, Ba, Cd, Pb, K and Se were obtained. Method validation was performed by quantification of certified elements in two standard reference materials (NIST: 1634c; 1084a) resulting in repeatabilities and accuracies of better than 5 % for most of the elements studied.

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La phytoremédiation est un concept pour la dépollution et de réhabilitation des sols et/ou de friches industrielles contaminés par des éléments traces métalliques (ETMs), utilisant les végétaux pour absorber ou immobiliser les contaminants en présence des organismes microbiens de la rhizosphère. Cette technique a pour conséquence une production de biomasse plus ou moins contaminée qu’il est nécessaire de traiter et également de valoriser. Cependant, la présence d’ETMs peut être problématique dans une approche de conversion en bioraffinerie. Pour répondre à cette question, deux espèces ont été étudiées : une plante herbacée hyperaccumulatrice (Noccaea caerulescens) et un ligneux (Salix viminalis). Deux prétraitements ont été sélectionnés pour cette étude : les prétraitements par explosion vapeur et organosolv, en appliquant différentes conditions opératoires, afin (1) de suivre la distribution des ETMs au cours du traitement, (2) de purifier la matière lignocellulosique et (3) d’évaluer l’effet des ETMs sur les étapes ultérieures d’hydrolyse enzymatique et de fermentation. Pour le prétraitement organosolv la majeure partie des ETMs est récupérée dans le résidu solide cellulosique alors que par explosion à la vapeur, les ETMs sont extraits en grande partie dans les effluents aqueux du traitement. La présence d’ETMs dans les pâtes cellulosiques et les hydrolysats ne montre pas d’effet significatif sur la cinétique d’hydrolyse enzymatique et de fermentation. Concernant spécifiquement Noccaea caerulescens des teneurs relativement importantes en pectines ont été observées, ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour la valorisation de cette plante par la production d’un biopolymère d’intérêt industriel. Finalement, les résultats obtenus montrent qu’il serait possible de combiner réhabilitation des sols et valorisation en bioraffinerie de biomasses issues de phytotechnologies soit pour la production du bioéthanol ou la production de molécules plateforme / Phytoremediation is a concept for the depollution and rehabilitation of soils and/or industrial wastelands contaminated by metal trace elements (MTEs), using plants to absorb or immobilize contaminants in the presence of microbial organisms in the rhizosphere. This technique results in a more or less contaminated biomass production that must be treated and also recovered. However, the presence of MTEs can be an issue in a biorefinery conversion approach. To address this question, two species were studied: an hyperaccumulator herbaceous plant (Noccaea caerulescens) and a woody plant (Salix viminalis). Two pre-treatments were selected for this study: steam explosion and organosolv pre-treatments, applying different operating conditions, in order to (1) monitor the distribution of MTEs during the process, (2) purify lignocellulosic material and (3) evaluate the effect of MTEs on subsequent enzymatic hydrolysis and fermentation steps. For organosolv pretreatment, most of the MTEs are recovered in the solid cellulosic residue while by steam explosion, MTEs are mostly extracted in the aqueous effluents of the treatment. The presence of MTEs in cellulosic pastes and hydrolysates does not show a significant effect on the kinetics of enzymatic hydrolysis and fermentation. Concerning specifically Noccaea caerulescens, the plant contains relatively high levels of pectins, which opens up interesting prospects for the valorization of this plant through the production of a biopolymer of industrial interest. Finally, the results obtained show that it would be possible to combine soil rehabilitation and biorefinery valorization of biomasses from phytotechnologies for either bioethanol production or the production of platform molecules