[pt] Neste trabalho estudamos a viabilidade do desenvolvimento de um sistema laser de cristal líquido colestérico (CLC) acoplado a fibra óptica visando sua aplicação como um sensor de temperatura. Sensores laser de CLC acoplados a fibra óptica são atrativos devido às enormes vantagens que as fibras ópticas apresentam e à resposta de cristais líquidos a vários estímulos externos. A emissão laser de CLC ocorre na banda de menor energia da banda de reflexão, e corresponde a um comprimento de onda determinado pelo passo e pelo índice de refração extraordinário. Esses parâmetros podem ser alterados pela mudança da temperatura externa, proporcionando variações no comprimento de onda do laser de CLC. Essas variações no comprimento de onda do laser de CLC podem ser usadas para monitorar a temperatura. Obtivemos emissão laser estável num sistema laser CLC acoplado à fibra óptica quando bombeado pelo segundo harmônico de um laser de Nd:YAG e desenvolvemos uma técnica para ancorar o cristal líquido nas extremidades das fibras ópticas. A dependência da emissão laser com a temperatura foi investigada em duas situações, posicionando o laser de CLC entre fibras ópticas e em células de vidro. Diversos cristais líquidos foram estudados a fim de se otimizar a resposta do laser com a temperatura. Variações discretas na dependência do comprimento de onda da emissão laser foram observadas no sistema que utilizava as células de vidro. Associamos esse comportamento à dependência do ancoramento das moléculas do cristal líquido na superfície do vidro com a temperatura. / [en] In this work, we have studied the viability of developing a cholesteric liquid crystal (CLC) laser system coupled into an optical fiber aiming its application as temperature sensor. Sensors made of CLC laser coupled to optical fibers are a very attractive proposition due to the enormous advantages of the optical fibers and the response of the liquid crystal to various external stimuli. The laser emission occurs at the low energy edge of the reflection band, and the corresponding wavelength is determined by the pitch and the extraordinary refractive index. These parameters can be altered by a change in the external temperature, leading to variations in the wavelength of the CLC laser emission, which can be used to monitor the external temperature. We obtained a stable laser emission in a CLC laser system coupled into an optical fiber when pumped by the second harmonic of a Nd:YAG laser. A technique to anchor the liquid crystal at the optical fibers ends was developed. The temperature dependence of the laser emission was investigated in two situations, placing the CLC laser between optical fibers and into the glass cells. Several liquid crystals were studied in order to optimize the laser response with temperature. Discrete variations in the temperature dependence of the laser emission wavelength were observed when the glass cell system was used. We associated this behavior to a temperature dependence of the surface anchoring of the liquid crystal molecules in the glass surface.

[pt] O presente trabalho representa um estudo analítico direcionado à síntese de complexos metálicos com aminoácidos no estado sólido. Foram sintetizados complexos binários e ternários dos aminoácidos: ácido aspártico, ácido guanidoacético, serina e glicina com os íons metálicos cobre (II), níquel (II) e cobalto (II). Embora muitos estudos destes complexos já tenham sido realizados em solução, verificou-se a existência de muitos questionamentos a respeito da química que rege o comportamento interativo dos ligantes com alguns metais de transição. A necessidade de controlar as condições de síntese tem direcionado o trabalho no sentido de criar uma metodologia específica para ser aplicada a esta importante classe de compostos: Aminoácidos. Assim, o presente trabalho tem como objetivo de desenvolver uma metodologia que permita sintetizar de forma sistemática diversos complexos de aminoácidos com metais de transição. A conjugação de gráficos dos diversos equilíbrios envolvidos nas sínteses permitiu que se estabelecesse uma metodologia gráfica para o controle de diversos parâmetros que interferem de forma significativa tanto no rendimento quanto na qualidade do produto final, reduzindo de forma sensível efeitos indesejáveis como a formação de hidróxidos e o excesso de água de hidratação presente. Para a caracterização dos compostos foram utilizadas diversas técnicas: espectroscopia de infravermelho, análise termogravimétrica, difração de raios X, análise elementar, espectrometria de absorção atômica e análise qualitativa. Paralelamente à técnica de síntese para obtenção de compostos na forma de pó, um controle mais adequado das condições de trabalho permitiu a obtenção de cristais. Estes compostos foram caracterizados por análise de raios X e espectroscopia de infravermelho. A conclusão deste trabalho mostrou que é de fundamental importância que se faça um rigoroso controle da composição dos produtos finais, com especial atenção para os compostos que apresentam alta capacidade de absorver água, uma vez que esta é uma variável que altera bastante o perfil do espectro de infravermelho e mascara os resultados das demais técnicas de caracterização. O sucesso na aplicação da metodologia gráfica na síntese de complexos produziu diversos compostos na forma de pó e outros na forma de cristais. Em alguns casos foram obtidos ligantes novos no processo de cristalização, sugerindo que haja interações entre os ligantes envolvidos. / [en] An analytical study about the synthesis of metal complexes of amino acids in solid state was performed in this work. Binary and ternary complexes of the amino acids aspartic acid, guanidinoacetic acid, serine and glycine with the metal ions copper (II), nickel (II) and cobalt (II) were synthesized. Although several studies of these complexes in solution have been done before, many questions about the interactions between the ligands and some transition metals ions, still remained unanswered. The necessity of controlling the synthesis conditions directed this study toward the development of an specific methodology to be applied to this important class of compounds: the amino acids. With the aim of adding knowledge to the research about the synthesis of compounds in the solid state, a methodology was developed that allows the systematic synthesis of metal complexes with amino acids. The association of graphs of the several equilibria involved in the synthesis lead to the elaboration of a graphical methodology to control the various parameters that interfere in both yield and quality of the final product, reducing unwilling effects such as hydroxide formation and the presence of excess of water. For the characterization of the compounds, several techniques were used: infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, atomic absorption spectrometry and qualitative analysis. With a more accurate control of the work conditions, crystals were obtained. These compounds were characterized by X-ray diffraction and infrared spectroscopy. The results of this work showed that a rigorous control of the composition of the final products is of crucial importance, with special attention to the compounds that are able to absorb water, since this is a variable that affects the infrared spectrum and masks the results of the characterization techniques. The success of the application of the graphical methodology in the synthesis of complexes produced various compounds in the form of powder or crystal. In some cases new ligands were obtained during the crystallization process, suggesting that interactions between the ligands occurred.

[pt] A estearamidopropil dimetilamina (SAPDMA) é um surfactante presente em diversos cosméticos do mercado, principalmente em condicionadores e máscaras capilares. Devido ao seu caráter pseudo-catiônico, essa amidoamina alquílica neutraliza as cargas negativas presentes no cabelo, diminuindo o frizz e deixando-os macios e fáceis de pentear. Além disso, essa molécula é uma ótima substituta aos catiônicos tradicionais, por apresentar menor toxicidade aquática e maior biodegradabilidade. Porém, a SAPDMA é uma molécula não-iônica e insolúvel em água pura, tornando-se positivamente carregada apenas quando em menores valores de pH. Atualmente, sabe-se que diferentes ácidos podem originar formulações com diferentes propriedades físico-químicas, porém este fenômeno ainda não é totalmente compreendido. Este trabalho visa avaliar sistemas com 8 ácidos diferentes, e compreender como essa escolha tem impacto nas estruturas coloidais formadas pelo surfactante. Além disso, também tem como objetivo entender como a presença de álcool graxo influencia na formação da fase líquido-cristalina lamelar, alterando as propriedades finais desses diferentes sistemas. As técnicas de caracterização adotadas neste estudo foram a microscopia óptica convencional e de polarização, o espalhamento de luz dinâmico (DLS), o espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS) e a reologia. Os resultados mostram o impacto da escolha dos ácidos nas estruturas coloidais, implicando diferenças que não dependem exclusivamente da variação de pH, mas também das diferentes interações entre a SAPDMA e os ânions envolvidos. A tendência do sistema é formar a fase líquido-cristalina lamelar, mas dependendo do ácido utilizado, as lamelas podem apresentar diferentes morfologias, com alterações em sua curvatura. Dessa forma, a escolha do ácido pode impactar na formação, ou não, de vesículas, além de ter enorme papel na estabilidade dos sistemas e nas propriedades sensoriais dos produtos, as quais são fundamentais para atender as necessidades dos consumidores. Sabe-se que, por um lado, as bicamadas fornecem maior viscosidade para o sistema do que as vesículas, sendo essa uma propriedade de enorme importância para aplicação em cosméticos. Porém, por outro lado, as bicamadas mais maleáveis, as quais podem se fechar mais facilmente formando as vesículas, são uma melhor opção em sistemas de emulsões, já que conseguem estabilizar melhor as gotas de óleo dispersas. Este estudo mostra a importância de se compreender melhor esses sistemas e o impacto do ácido utilizado, para que melhores formulações possam ser elaboradas pelas indústrias de cosméticos, que já fazem uso desse surfactante em diversos produtos consumidos pela sociedade. Segundo o nosso colaborador direto, Dr. Heitor de Oliveira (Coty Inc., Darmstadt/Alemanha), este estudo foi fundamental para que o grupo de P(e)D o qual ele gerencia pudesse otimizar e gerar redução de custos em um grupo de fórmulas de condicionadores capilares, considerados como best seller entre as marcas Clairol NNE e Wella Koleston, ambas pertencentes ao grupo Coty Inc.. As respectivas fórmulas já se encontram em fase de teste final para produção. / [en] Stearamidopropyl dimethylamine (SAPDMA) is a surfactant and it has been widely used in the cosmetics industries, particularly in hair conditioners and masks. Because of its pseudo-cationic nature, this alkyl amidoamine neutralizes the negative charges of hair strands, decreasing frizz, providing greater softness and combing force reduction. Besides that, alkyl amidoamines are excellent substitutes for traditional cationic surfactants, because they present less toxicity and improved biodegradability. However, SAPDMA is insoluble in water, as it behaves as a non-ionic molecule. At low pH values, SAPDMA becomes positively charged and, consequently, soluble in water. Currently, it is known that different acids can induce different colloid structures in formulations containing SAPDMA, which have particular physico-chemical properties. From the best of our knowledge, this phenomenon it not completely understood yet. This study intends to understand how 8 different acids can impact on colloidal structures formed by SAPDMA. In addition, we also aim to understand how fatty alcohols change the final properties of these different systems. The techniques employed to characterize all systems were conventional and polarized optical microscopy, dynamic light scattering (DLS), small angle X ray scattering (SAXS) and rheology. The results revealed that the chosen acids impact differently on the colloidal structures and that the observed differences are not limited only to pH variations, but also to different interactions between SAPDMA and the anions involved, the respective conjugated bases. The systems tendency is to form lamellar liquid-crystalline phase, but depending on the chosen acid, bilayers may have different morphologies, with changes in its curvature. So, the acid choice can impact on the formation, or not, of vesicles, besides it has a huge role in systems stability as well as the sensorial properties of the products, which are key to address the consumer needs that we aim to comply with. On one hand, bilayers can provide increased viscosity that is a property of enormous importance for application in cosmetics. On the other hand, malleable bilayers can easily close and form vesicles, which are better choice for emulsion systems, since they can easier stabilize dispersed oil droplets. This study shows the importance of better understanding systems containing SAPDMA and the impact that different acids have on them. Hence, better formulations could be developed by cosmetic industries, which already use this pseudo-cationic surfactant in several products consumed by society. Accordingly to our direct collaborator Dr. Heitor de Oliveira (Coty Inc., Darmstadt/Germany), this study was essential for the R(and)D group which he manages in order to optimize and generate cost reduction in a group of conditioner formulas considered as best seller within the brands Clairol NNE as well as Wella Koleston, both from Coty Inc.. The respective formulas are already in the final teste phase for production.

[pt] O presente estudo investiga a estrutura e a potencial aplicação de nanopartículas formadas por copolímeros que possuem um bloco neutro e outro bloco aniônico combinados a um surfactante catiônico. Em água, os blocos aniônicos se complexam eletrostaticamente às micelas de surfactante, interconectando-as e formando um núcleo concentrado, que pode até apresentar estrutura líquido-cristalina. Os blocos neutros são hidrofílicos e por isso formam uma casca que estabiliza as nanopartículas em água. Devido à formação do núcleo concentrado de micelas, espera-se que estas nanopartículas sejam capazes de incorporar uma maior quantidade de moléculas hidrofóbicas em comparação a micelas de surfactante puro na mesma concentração. Os resultados indicam que quanto mais longo é o bloco aniônico, mais alta é a incorporação das moléculas hidrofóbicas. Por outro lado, o bloco neutro tem um papel importante para aumentar a estabilidade das nanopartículas em meio aquoso. A incorporação de moléculas hidrofóbicas no núcleo das nanopartículas causa alterações na organização das micelas, levando à formação de diferentes estruturas líquido-cristalinas ou a alterações nas distâncias de correlação. Com base nas propriedades das nanopartículas, foi proposta uma formulação aquosa capaz de incorporar uma quantidade significativa de um filtro solar orgânico. Com os resultados obtidos para esta formulação, foi possível demonstrar sua eficácia em evitar a degradação de cabelos por irradiação ultravioleta, o que torna este sistema um candidato de alto potencial para aplicação na indústria de cosméticos. / [en] The present study investigates the structure and potential application of core-shell nanoparticles formed by block copolymers (consisted of an anionic and a neutral blocks) and a cationic surfactant. In water, the anionic blocks electrostatically complex to the surfactant micelles, interconnecting them and forming a concentrated nucleus, which may form even liquid-crystalline structures. Because the neutral blocks are hydrophilic, they form a shell which stabilizes the nanoparticles in water. The concentrated nuclei of micelles are expected to uptake a higher amount of hydrophobic molecules than the regular micelles of pure surfactant in the same concentration. The longer is the anionic block forming the nucleus, the higher is the uptake of hydrophobic substances. On the other hand, the neutral block plays a key role to increase nanoparticle stability in aqueous medium. The uptake of hydrophobic molecules increased the ordering of the micelles in the nucleus, leading either to the formation of different liquid-crystalline structures or to variations in the correlation distances. Taking these results in to account, we proposed an aqueous formulation with a considerable uptake capacity of an organic sunscreen. The results obtained for this formulation demonstrate its efficacy to avoid hair degradation by ultraviolet radiation exposition, which make this system a potential candidate for applications in the cosmetic industry.

[pt] O minério de ferro é um material policristalino oriundo de processos naturais complexos durante tempos geológicos, que dão origem a características intrínsecas e comportamento industrial variado. A grande maioria dos minérios de ferro brasileiro é essencialmente hematítico. A hematita pode ser classificada como lobular, lamelar, granular, microcristalina ou martita. Na industria mineral, esta caracterização é tradicionalmente realizada por operadores humanos a partir de observação de amostras de microscópio ótico, sujeita a grandes variações. Assim, é relevante desenvolver um procedimento que permita a discriminação dos diferentes tipos de hematita e a medida de características tais como o tamanho do cristal. Esta tese propõe um sistema que mede e classifica automaticamente tipos texturais de hematita baseado no processamento e na análise de imagens de microscopia ótica, em campo claro, polarização linear e polarização circular. Foram desenvolvidos rotinas para aquisição, registro,, segmentação, reconhecimento e análise morfológica de cristais hematita. A segmentação automática de cristais de hematita foi baseada no calculo da distância espectral, a fim de controlar o crescimento de regiões partindo das sementes. Os resultados da identificação dos cristais obtidos, tanto nas imagens obtidas com polarização linear quanto com polarização circular, foram muito promissores. Atributos de tamanho e forma dos cristais identificados foram obtidos. Estes dados foram usados como conjunto de treinamento para classificadores supervisionados, permitindo reconhecer as classes de hematita granular, lamelar e lobular. Taxas de acertos globais próximas a 98 por cento forma obtidas, tanto para autovalidação, quanto para avaliação cruzada. / [en] Iron ore is a polycrytalline material created by complex natural process during geological period, wich give rise to intrinsic characteristics and varied industrial behavior. The vast majority of the Brazilian iron ores belong essentially to the hematitic type. Hematite can be classified as lobular, lamelar, granular micro-crystalline or martite. In the mineral industry, the characterion of iron ore and its agglomerates is traditionally developed by human operatorsform the observation of samples under the optical microscop, wich may suffer large variations. Thus, it is important to develop a procedure that allows the discrimation of the different hematite types and the measurement of characteristics suchs crystal size. The present thesis proposes a system for the automatic classification of hematite textural types, based of digital on processing and analysis of optical microscopy images, in bright field, linear and circular polarized light. Routines were developed for the acquisition, registration, recognition and morphological analysis of hematite crytals. The automatic segmentation of hematite crystals was based on calculating the spectral distance, in order to control the region expansion form the seeds. The results regarding the identification of the obtained cystals were very promising. Size and shape attributes were obtained and used as a training set for supervised classifiers, leading to the recognition of granular, lamelar and lobular hematite classes. Global sucess rates close to 98 percent were obtained concerning self-validation as well crossed validation.