[pt] A Terapia Fotodinâmica (PDT) consiste na irradiação com luz visível de um tecido após a aplicação de um fotossensibilizante. São produzidas diferentes espécies reativas, em especial oxigênio singleto, que desencadeiam uma série de eventos que resultam na inativação ou morte celular. O desenvolvimento de fotossensibilizantes e o estudo de sua distribuição aos locais das lesões são importantes para ampliar as aplicações de PDT. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades de ftalocianinas associadas a surfactantes que facilitassem a distribuição e atividade fotocatalítica desse tipo de fotossensibilizante. Foram utilizadas as propriedades espectroscópicas de absorção e fluorescência dos fotossensibilizantes. Numa primeira etapa, foi avaliada a ftalocianina de zinco (ZnPc) em formulações com diferentes surfactantes iônicos (SDS, CTAB, HPS) e não iônicos (Tween 20, Tween 80, Pluronic F-68, PF-127, Triton X-100). Encontrou-se que soluções concentradas de ZnPc e surfactante em DMF ou DMSO formam nanoemulsões instáveis em solução aquosa. No início, ZnPc apresenta-se monomérica nessas nanoemulsões, mas sofre agregação com o passar do tempo, diminuindo sua eficiência como sensibilizante. A cinética de agregação mostrou que HPS e CTAB formam as nanoemulsões mais estáveis, com tempos característicos de formação de agregados superiores a dois dias. Em seguida foi avaliado um novo derivado mentolado de ftalocianina, MentaZnPc, sintetizado por K. Oliveira e colaboradores, em micelas dos surfactantes acima, além dos polioxietilenos C12E9 e Brij 30, 35, 97 e 98. A presença dos grupos mentol como substituintes diminuiu a tendência de empilhamento e produziu maior solubilidade no compartimento hidrofóbico das micelas. Foram avaliados rendimentos quânticos de fluorescência, de produção de oxigênio singleto, usando DPBF como sonda, e fotobranqueamento dos fotossensibilizantes nos meios microheterogêneos. As melhores condições para a geração de 1O2 por ZnPc foram encontradas em nanoemulsões de HPS. Por outro lado, MentaZnPc apresentou ótimo rendimento quântico de oxigênio singleto em micelas não iônicas, especialmente em PF-127, já utilizado amplamente na indústria farmacêutica. / [en] Photodynamic Therapy (PDT) involves irradiation of a tissue with visible light after application of a photosensitizer. Different reactive species are produced, which initiate events that result in inactivation or cell death. The development of photosensitizers and the study of their delivery to sites of the lesions are important to broaden the applications of PDT. The objective of this study was to evaluate the properties of phthalocyanines associated with surfactants that facilitate the distribution and photocatalytic activity of this type of photosensitizer. The spectroscopic properties of absorption and fluorescence were used. In a first step, zinc phthalocyanine (ZnPc) was evaluated in formulations with different ionic (SDS, CTAB, HPS) and nonionic surfactants (Tween 20, Tween 80, Pluronic F-127 and F-127, Triton X-100). It was found that concentrated solutions of the surfactants with ZnPc in DMF or DMSO form unstable nanoemulsions in aqueous solution. At first, ZnPc is monomeric in the nanoemulsions, but aggregates in the course of time, reducing its efficiency as a sensitizer. The kinetics of aggregation showed that HPS and CTAB form the more stable nanoemulsions with aggregation lifetimes greater than two days. Then, a new menthol phthalocyanine derivative, MentaZnPc, synthesized by K. Oliveira et al., was evaluated in micelles of the surfactants above, and of several polyoxyethylenes. The presence of menthol groups as substituents decreased the stacking tendency and produced a greater solubility in the hydrophobic compartment of the micelles. Fluorescence, singlet oxygen quantum yields and photobleaching of the photosensitizers were evaluated in the microheterogeneous media. The best conditions for 1O2 generation by ZnPc were found in HPS nanoemulsions. MintZnPc presented an excellent singlet oxygen quantum yield in non-ionic micelles, especially in Pluronic F-127, which has been widely used in the pharmaceutical industry.

[pt] Durante as últimas décadas tem-se acentuado o desenvolvimento de técnicas de fluorescência e suas aplicações em biociências e biotecnologia. Dada sua alta sensibilidade de detecção, tais técnicas têm-se tornado ferramentas importantes em muitas áreas de pesquisa tais como diagnósticos médicos, análise genética, mapeamento estrutural de células, estudos de fármacos, caracterização de complexos de fármacos com metais, análise da interação de fármacos com proteínas, lipídeos e DNA. Os anestésicos locais são fármacos que bloqueiam reversivelmente a condução nervosa quando aplicados a uma região circunscrita do corpo. Entretanto, possuem uma variedade de efeitos nos sistemas biológicos que não somente os efeitos de anestesia. Os antibióticos fluorquinolonas são agentes antimicrobianos sintéticos utilizados clinicamente há mais de 30 anos. Além de sua atividade antibacteriana, algumas fluorquinolonas vêm sendo aplicadas no desenvolvimento de drogas anticancerígenas e anti-HIV. O pH local de muitos meios biológicos tem grande influência nas propriedades espectroscópicas de muitos fármacos. Suas constantes de ionização, pKa, podem ser obtidas experimentalmente através de medidas espectroscópicas tais como absorbância, intensidade de fluorescência e parâmetros da fluorescência resolvida no tempo. Neste trabalho estudamos a partir da técnica de fluorescência estacionária e fluorescência resolvida no tempo os anestésicos locais dibucaína e tetracaína. Estudamos também os antibióticos norfloxacina e levofloxacina e seus respectivos complexos com ouro. Determinamos os tempos de vida de fluorescência e descrevemos ainda como as propriedades espectrais de fluorescência que se alteram em função do pH. Nos estudos de decaimento da fluorescência, desenvolvemos expressões para os fatores pré-exponenciais e as intensidades fracionárias de fluorescência como função do pH para amostras fluorescentes que sofrem transição ácido-base. Mostramos que os valores de pKa são aparentemente deslocados e obtivemos as expressões para o deslocamento. Determinamos as constantes de ionização, pKa, a partir da fluorescência estacionária e de parâmetros associados aos tempos de vida e testamos as expressões teóricas nos resultados experimentais. Os valores obtidos foram coerentes para as constantes de ionização dos fármacos dibucaína, levofloxacina e norfloxacina. Acredita-se que a ação dos anestésicos locais deve-se à interação das moléculas do anestésico com lipídeos e/ou proteínas de membrana. Uma análise desta interação mostra-se necessária para se investigar a difusão do anestésico na membrana e seu efeito na organização e dinâmica dos lipídeos e proteínas que constituem a membrana. Investigamos a interação da dibucaína e tetracaína com membranas enriquecidas em Na,K-ATPase e a incorporação do fármaco à membrana. Determinamos as constantes de associação. O valor obtido para a dibucaína foi de 0.91 × 10(3) M(-1) e para a tetracaína 0.77 × 10(3) M(-1). Estudamos a acessibilidade dos triptofanos por supressão de fluorescência do triptofano pela dibucaína, obtivemos uma acessibilidade de 90% para os triptofanos e uma constante de supressão dinâmica de 4.3 × 10(4) M(-1). / [en] During the last decades the development of fluorescence techniques and their applications in bioscience and biotechnology has been accentuated. Due to high sensitivity, such techniques have become important tools in many research areas such as medical diagnosis, genetic analysis, structural mapping of cells, drug investigation, characterization of drug-metal complexes, analysis of drugs interaction with proteins, lipids and DNA. The local anesthetics are drugs that reversibly block the nervous impulse when applied to a limited region of the body. However, they possess a variety of additional effects in the biological systems. The fluoroquinolone derived antibiotics are synthetic antimicrobial agents that have been used clinically for more than 30 years. In addition to their antibacterial activity, some fluoroquinolones have been applied in the development of anticancer drugs and anti-HIV. The local pH of many biological environments has great influence in the spectroscopic properties of many drugs, including local anesthetics and fluoroquinolones. The ionization constants of the drugs, pKa, can be experimentally obtained via spectroscopic parameters such as absorbance, fluorescence intensity, and time-resolved fluorescence parameters. In this work we studied the local anesthetics dibucaine and tetracaine using steady state and time resolved fluorescence techniques. We also studied the antibiotics norfloxacin and levofloxacin and their complexes with gold. We determined the fluorescence lifetimes and described how the spectral fluorescence properties alter as a function of the pH. In the studies of fluorescence decay, we developed expressions for the pre-exponential factors and the fractional fluorescence intensities as a function of the pH for a fluorophore undergoing an acid-base transition. We showed that the pKa values are apparently shifted and obtained the expressions for the pK shifts. We determined the ionization constants, pKa from steady state fluorescence and from parameters associated with the lifetimes, and we tested the theoretical expressions using the experimental results. The observed pK shifts for dibucaine, levofloxacin and norfloxacin were found to agree with the theoretical expressions. The action of local anesthetics is believed to involve the interaction of the anesthetic molecules with lipids and/or membrane proteins. An analysis of this interaction is necessary to examine the anesthetic diffusion in the membrane and its effect in the organization and dynamics of the membrane lipids and proteins. We investigated the interaction of dibucaine with Na,K-ATPase enriched membranes, and the incorporation of the drug in the membrane. We determined the binding constants. The obtained values were 0.91 × 10(3) M(-1) for dibucaine and 0.77 × 10(3) M(-1) for tetracaine. We also studied the accessibility of the tryptophan residues using the fluorescence quenching by dibucaine. We obtained a dynamic quenching constant of 4.3 × 10(4) M(-1).

[pt] No presente trabalho foram desenvolvidos métodos analíticos para a determinação seletiva de azaarenos básicos. Extração em fase sólida (SPE, do inglês solid phase extraction) em combinação com cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência (HPLC-FD, do inglês high performance liquid chromatography with fluorescence detector) foram utilizados como um método sensível para a determinação de seis azaarenos básicos (7,8-benzoquinolina - 78BQ, 7,9-dimetilbenzo[c]acridina - 79DMBA, 9-amino-1,2,3,4-tetrahidroacridina - 9ATHA, 9-metilacridina - 9MA, acridina - A, e dibenzo[a,j]acridina - DBA) em amostras de querosene de aviação (QAV) e querosene comercial. O procedimento de extração foi realizado em uma única etapa usando um cartucho de ácido propilsulfônico. Para HPLC, foram utilizados separação em fase reversa (C18) e um programa de detecção com os comprimentos de onda ótimos de excitação e de emissão. Um gradiente de eluição com acetonitrila (ACN) e tampão fosfato (pH 6,5) permitiu uma separação rápida e eficiente dos azaarenos em menos de 15 min. Os valores de LOD e LOQ, baseados na razão sinal-ruído de 3:1 e 10:1, respectivamente, ficaram entre 0,0013 e 0,021 e entre 0,0044 e 0,072 ng injetados. As curvas analíticas mostraram comportamento linear na faixa de trabalho estudada, LOQ a 250 ug L(-1), (r2 > 0,99). Para uma amostra de QAV fortificada com 6,0 ug L(-1), as recuperações foram de 92 a 107%, exceto para a 9ATHA, que apresentou um valor de recuperação menor (68%). Finalmente, o método proposto foi aplicado para a quantificação dos seis azaarenos básicos em uma amostra de querosene doméstico e em três amostras de QAV. A presença de 78BQ e DBA foi confirmada nas amostras de QAV. Em seguida, estudos para o desenvolvimento de métodos por eletroforese capilar foram avaliados para a quantificação dos azaarenos básicos em QAV. Em cromatografia eletrocinética capilar micelar, as condições selecionadas para a separação dos analitos, na fase preliminar de estudo, foram: tampão borato 20 mmol L(-1) contendo 40 mmol L(-1) de SDS, 20% de metanol e 2 mol L(-1) de uréia, pH 9,5; condições instrumentais: 30 kV, 30 °C e 10 s de injeção hidrodinâmica por pressão de 50 mbar. No caso de eletroforese capilar de zona (CZE), as condições selecionadas para a separação e a préconcentração dos analitos em linha foram: tampão fosfato 50 mmol L-1 contendo 25% de ACN, pH 2,65; condições instrumentais: 25 kV, 25 °C e 150 s de injeção hidrodinâmica por pressão de 50 mbar; amostra dissolvida em tampão fosfato 1 mmol L(-1) contendo 20% de ACN. Um capilar de sílica fundida com 64,5 cm de comprimento (56 cm efetivos), 50 (u)m de diâmetro interno e 150 (u)m de caminho óptico foi utilizado. Os valores de LOD e LOQ para o método CZE ficaram entre 0,68 e 3,2 e entre 1,1 e 7,7 (u)g L(-1), respectivamente. Os resultados obtidos até o momento indicam, com perspectivas positivas, que é possível aplicar CZE com pré-concentração em linha para a determinação dos azaarenos básicos em QAV. Entretanto, um estudo mais detalhado para melhorar a resolução e a sensibilidade e diminuir o tempo de análise ainda se faz necessário. Além disso, o procedimento de extração dos analitos da amostra de QAV deve ser ajustado para, além de proporcionar bons resultados de recuperação, ser compatível com o método de análise desenvolvido. Finalmente, um método alternativo foi desenvolvido, usando a aquisição de espectros de fluorescência por varredura sincronizada e a análise dos dados por mínimos quadrados parciais (PLS) para a determinação simultânea dos mesmos seis azaarenos em QAV. Foram utilizadas 40 amostras sintéticas, contendo os seis analitos em estudo, na faixa de 10 a 100 (u)g L(-1) em Metanol:HCl 0,01 mol L(-1). Os espectros de varredura sincronizada foram obtidos com (delta)(lambda) = 30, 120 e 150 nm. Na construção dos modelos de regressão PLS foram empregadas 20 amostras para calibração e 20 para a previsão (et / [en] In this work, analytical methods were developed for the selective determination of basic azaarenes. Solid phase extraction (SPE) in combination with high performance liquid chromatography with fluorescence detection (HPLCFD) has been used for the sensitive method determination of six basic azaarenes (7,8-benzoquinoline - 78BQ, 7,9-dimethylbenz[c]acridine - 79DMBA, 9-amino- 1,2,3,4-tetrahydroacridine - 9ATHA, 9-methylacridine - 9MA, acridine - A, and dibenz[a,j]acridine - DBA) in jet fuel samples. The extraction process was performed in a single step using a propyl sulfonic acid cartridge (PRS). The HPLC system consisted of C18 column with a selected detection program of optimum excitation ((lambda) exc) and emission ((lambda)em) wavelengths. A gradient elution with ACN and phosphate buffer (pH 6.5) allowed an efficient and fast separation of the azaarenes within 15 min. The LOD and LOQ values, based on signal-to-noise ratio 3:1 and 10:1, respectively, were between 0.0013 and 0.021 and from 0.0044 to 0.072 ng per injection. The calibration curves showed linear behavior in range from LOQ to 250 mg L(-1) (r(2) > 0.99). For the spiked concentration of 6.0 (u)g L(-1), the recoveries were from 92 to 107% for jet fuel samples, except for 9ATHA, which presented a lower recovery value (68%). Finally, the proposed method was applied to the quantification of those six basic azaarenes in a commercial kerosene sample and in three jet fuel samples. The presence of 78BQ and DBA was confirmed in the jet fuel samples. Capillary electrophoresis methods were evaluated for the quantification of the basic azaarenes in jet fuel samples. In MECC, the best conditions for the separation of the analytes, in the preliminary phase of study, have been: 20 mmol L(-1) borate buffer with 25% of methanol and 40 mmol L(-1) SDS (pH 9.5) as the background solution; instrumental conditions: 30 kV, 30 °C and hydrodynamic injection (50 mbar) for 10 s. In CZE, the best conditions for the separation of the analytes have been: 50 mmol L(-1) phosphate buffer with 25 % of acetonitrile (pH 2.65) as the background solution; instrumental conditions: 25 kV, 25 °C and hydrodynamic injection (50 mbar) for 150 s; sample solvent: 1 mmol L(-1) phosphate buffer with 20 % of acetonitrile. A fused-silica capillary of 50 mm ID x 64.5 cm (56 cm effective length) x 150 mm path length has been used. The LOD and LOQ values were between 0.68 and 3.2 and from 1.1 to 7.7 (u)g L(-1), respectively. The previous results showed positive perspectives to apply CZE with on-line pre-concentration for the determination of the basic azaarenes in jet fuel. However, a more detailed study to improve the resolution and sensitivity and to reduce the analysis time is still necessary. Moreover, the procedure of the analytes extraction from the kerosene sample must be adjusted for providing good results of recovery and to be compatible with the developed method of analysis. Finally, an alternative method was developed, using fluorescence spectra acquisition by synchronous scan and partial least square regression (PLS), for determination of the same basic azaarenes. 40 synthetic mixtures were used in the range of 10 to 100 (u)g L(-1). The synchronous scan spectra were obtained using (lambda)(delta) = 30,120 and 150 nm. In the PLS models, 20 samples were used for calibration and 20 for test. The clean-up procedure was adapted from the HPLC-FD method employing Methanol:HCl 0,01 mol L(-1) as the final solvent of the extraction. The extracts were analyzed by HPLC and the results were used as reference values. The LOD and LOQ values, calculated from the net analytical signal (NAS), were between 0.045 and 2.0 and from 0.15 to 6.6 (u)g L(-1), respectively. The relative standard errors of prediction (%RSEP) were from 3.0 to 10% for the sample test set. For the spiked jet fuel sample the %RSEP were between 4.9 and 11% for four of the six studied analytes, since it

[pt] O petróleo é uma mistura complexa de diversos compostos, sendo os hidrocarbonetos seus principais constituintes, chegando a atingir 98% da composição total. Entre os hidrocarbonetos, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) destacam-se por serem, em geral, resistentes à biodegradação e persistentes no ambiente, sendo potencialmente carcinogênicos ao homem e aos organismos. A presença destes compostos nos ecossistemas, de origem natural ou proveniente de fontes antropogênicas, e seus efeitos podem ser monitorados utilizando organismos do próprio ambiente. Nos ecossistemas aquáticos, a determinação de metabólitos de HPA na bílis de peixes que habitam o ambiente pode ser usada como indicadora de exposição ambiental recente. Assim, o desenvolvimento e a validação de métodos usualmente empregados na determinação de metabólitos de HPA em bílis de peixes têm contribuição e aplicação na elaboração de diagnósticos ambientais sobre a contaminação por petróleo e derivados nos sistemas aquáticos. Este trabalho otimizou, validou e comparou dois métodos para a determinação de 1- hidroxipireno em bílis de peixes. Um método usando a cromatografia a liquido de alta eficiência com detector de fluorescência (HPLC-F) e o outro usando a espectroscopia de fluorescência convencional. Os métodos foram validados com base nos parâmetros linearidade, sensibilidade, limite de detecção, limite de quantificação, repetitividade, reprodutibilidade e incluindo os cálculos das incertezas associadas. Nos dois casos, as fontes de contribuição mais significativas para a incerteza dos métodos foram as soluções-padrão. A incerteza padrão combinada associada ao método utilizando a cromatografia a líquido foi menor que a associada ao método utilizando fluorescência molecular. Entretanto, o método em fluorescência, apesar de ser semi-quantitativo e de apresentar incerteza maior, tem tempo de análise e custos de operação e manutenção menores, sendo indicado para análises preliminares. / [en] Petroleum is a complex mixture of several compounds. Among its principal components there are hydrocarbons which account to up to 98% of the total composition. Among the hydrocarbons, there are polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), which are more resistant to biodegradation, quite persistent in the environment and potentially carcinogenic to humans and marine organisms. The presence of these compounds on ecosystems, from natural origin or from anthropogenic sources, and their efluorescênciaects, can be monitored using living organisms of the environment. In aquatic ecosystems, the determination of PAH metabolites, in fish bile from the environment can be used as an indicator of recent environmental exposure. Thus, the development and validation of methods usually employed in the determination of PAH metabolites in the bile of fish have assistance in the preparation and implementation of diagnoses on the environmental contamination by petroleum and derivatives in aquatic systems. In this work two methods for the determination of 1- hydroxypyrene in fish bile were improved, validated and compared. A method using the high liquid chromatography with fluorescence detector (HPLC-F) and the other using fixed fluorescence spectroscopy. The methods were validated based on parameters linearity, sensitivity, limit of detection, limit of quantification, repeatability, reproducibility. In addition, calculations of the uncertainties associated to the 1-hydroxypyrene measurement were made. In both cases, the sources of most significant contribution to the methods uncertainty were the standard solutions. The combined standard uncertainty associated with the method using the liquid chromatography was lower than that associated with the method using molecular fluorescence. The fluorimetric method can be used as a semi-quantitative tool and presented greater uncertainty. However, this method has lower analysis time and costs of operation and maintenance, being quite suitable for preliminary analysis.

[pt] O presente trabalho apresenta uma análise experimental da combustão turbulenta de sprays de etanol, mediante o uso de técnicas de diagnóstico laser, em queimadores tipo obstáculo. São empregadas a fluorescência induzida por plano laser (PLIF) do radical hidroxila (OH), para mapear a frente de chama, a velocimetria por imagens de partículas (PIV), para determinar o campo de velocidades das gotas do spray e Shadowgraphy, para obter o diâmetro e velocidade de gota. Uma caracterização da estrutura do escoamento de ar a jusante do corpo rombudo é realizada com PIV estéreo para diferentes números de Reynolds. Os resultados mostram uma similitude do escoamento na zona de recirculação. As maiores flutuações turbulentas de velocidades são encontradas na região de vórtice e indicam anisotropia no tensor de Reynolds. Os resultados de Shadowgraphy revelam que as gotas do spray não são perfeitamente esféricas em regiões perto do atomizador. O diâmetro médio Sauter (SMD) foi medido em varias posições na região de recirculação. As gotas de maior diâmetro apresentaram as maiores velocidades e as pequenas são ligeiramente desviadas pela zona de recirculação nas regiões mais afastadas da linha central. Os experimentos reativos realizados com diversos valores de vazão de etanol e ar indicam que a frente de chama é descolada do queimador, sua forma é determinada principalmente pela vazão de etanol e a intensidade de luminescência é aumentada com a velocidade do ar. Em alguns casos o escoamento de ar muda a forma do spray. Uma quantidade de gotas apreciável sempre consegue atravessar a frente de chama. O campo de velocidade das gotas é influenciado pelo incremento da velocidade do escoamento anular de ar. / [en] This work presents an experimental analysis of turbulent combustion of ethanol sprays through the use of laser diagnostic techniques in a bluff-body burner. Are employed the planar laser-induced fluorescence (PLIF) of the hydroxyl (OH), to map the flame front, the particle image velocimetry (PIV) to determine the velocity field of the spray droplets and Shadowgraphy to obtain the droplet diameter and velocity. A characterization of the structure of the air flow downstream of the bluff-body is performed with stereo PIV at different Reynolds numbers. The results evidence flow similarity in the recirculation zone. The largest turbulent velocity fluctuations are found in the vortex region, which implies the anisotropy of the Reynolds stresses. The results of Shadowgraphy indicate that the spray droplets are not perfectly spherical near the atomizer. The evolution of Sauter mean diameter (SMD) is measured at various positions at the recirculation region. The largest diameter droplets have the highest velocity and the smaller are slightly deviated by recirculation zone in the far furthest from the centerline. The reactive experiments are performed with different ethanol and air flow rates and indicate that the flame front is detached from the burner, the shape is determined by the ethanol flow rate and the luminescence intensity increases with the air velocity. In some case the air flow changes the shape of the spray. An appreciable number of droplets always passe through the flame front. The velocity of the droplets is influenced by the increase of speed air velocity.

[pt] Neste trabalho se apresenta um estudo experimental e numérico de escoamentos turbulentos quimicamente reativos em um queimador tipo obstáculo. O objetivo principal é estudar uma chama turbulenta não pré-misturada de configuração geométrica simples. Esta chama, que queima gás natural e ar, é estabilizada por um queimador tipo obstáculo. Inicialmente um estudo bibliográfico do estado da arte de experimentos e da comparação entre experimentos e modelagem neste tipo de queimador é apresentado. Na sequência, a formulação matemática, clássica, de dinâmica dos fluidos computacional é exposta, seguida da apresentação da técnica de medição empregada nos experimentos, a fluorescência induzida por plano laser (PLIF). A discussão dos resultados obtidos neste trabalho é divida em três etapas. Na primeira, comparam-se os resultados de modelagem computacional usando quatro modelos de turbulência e dois modelos de combustão com dados experimentais encontrados na literatura. Esta comparação coloca em evidência o conjunto de modelos que possui melhor capacidade preditiva no que diz respeito a este tipo de configuração. A segunda etapa consiste na apresentação dos resultados experimentais obtidos, os quais permitem caracterizar, em três regimes de combustão distintos, a presença de uma espécie química existente durante o processo de combustão, no caso, o radical hidroxila (OH). Esta caracterização é realizada pelo exame tanto da estrutura instantânea da chama turbulenta quanto da média. Por fim, comparam-se os resultados da modelagem com aqueles obtidos no presente aparato experimental. Esta comparação coloca em evidência as deficiências dos modelos clássicos de combustão empregados e indica a necessidade de serem realizadas medidas simultâneas de velocidade e de concentração de espécies químicas que possibilitem o desenvolvimento de novos modelos de combustão em escoamento turbulento. / [en] This work presents an experimental and numerical study of turbulent chemically reactive flows in a bluff body type burner. The main objective of the present work is to study a non-premixed turbulent flame on a simple geometric configuration. This flame, which burns natural gas and air, is stabilized downstream to a bluff-body. Initially, literature is reviewed on the previous experimental and modeling studies which have been performed on this kind of burner. Then, the mathematical formulation of computational fluid dynamic problem is presented. This is followed by the introduction of the experimental measurements techniques which involve planar laser induced fluorescence (PLIF). The discussion of results obtained in this work is divided in three sections. First, a comparison is made between numerical simulations, using four different turbulent models and two different combustion models, and experimental data found in the literature. Is allows to assess capacity of the different models to predict the reactive flow configuration studied. The second section presents the experimental results obtained for three combustion regimes, which are characterized by laser induced fluorescence emission of the hydroxil radical species (OH). This characterization involves the analysis the instantaneous and the average structure of the turbulent flame. Finally, the modeling results are compared to the experimental data obtained. This comparison in evidences the necessity to perform the simultaneous measurement of velocity and chemical species concentration in order to allow for the development of new models of combustion in turbulent flows.

[pt] Neste trabalho é apresentada a implementação e aplicação de uma técnica experimental ótica, já descrita na literatura, para a medição instantânea do campo de velocidades gerado em escoamento bifásico líquido- gás. O trabalho concentrou-se no regime de escoamento em golfadas. Água e ar foram utilizados como fluidos de trabalho nos testes. A técnica implementada combina Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV - Particle Image Velocimetry), com Fluorescência Induzida por Laser (LIF - Laser Induced Fluorescence) e Iluminação Pulsada de Fundo (PST - Pulsed Shadow Technique), o que permite determinar simultaneamente o campo instantâneo de velocidade na água gerado pela passagem da bolha de ar, assim como a forma e velocidade da bolha. Processamento digital de imagens foi utilizado para extrair as informações sobre o campo de velocidade do líquido e as características da bolha. A técnica implementada foi aplicada no escoamento gerado pela passagem de uma bolha de gás em uma coluna de líquido estagnado. A técnica PIV foi utilizada para determinar o campo de velocidades na fase líquida iluminando-se o escoamento com um plano de luz laser pulsada. O uso de partículas fluorescentes em conjunto com filtros óticos posicionados em frente a uma câmera digital permitiram suprimir a reflexão intensa proveniente das interfaces líquido-gás e das paredes do tubo. Entretanto, esta técnica não é capaz de determinar a exata posição da interface líquido-gás. O uso da iluminação pulsada de fundo proveniente de um painel de LED`s permite a visualização da interface gáslíquido com boa definição. Uma única câmera digital posicionada ortogonalmente ao plano de luz laser e em oposição ao painel de LED`s foi usada para o registro das imagens. Os resultados obtidos revelaram com excelente resolução os detalhes do escoamento na esteira, filme na parede e nariz de uma bolha ascendente, comprovando a eficácia da técnica implementada. / [en] This work presents the implementation of a non-intrusive optical technique for measuring the hydrodynamic characteristics of liquid- gas, two-phase flows. The work was limited to the study of air-water slug flows. The technique implemented, already described in the literature, combines Particle Image Velocimetry - PIV, Laser Induced Fluorescence - LIF, and pulsed background illumination, known as Pulsed Shadow Technique - PST. The combination of these techniques allows the simultaneous measurement of the instantaneous flow field generated in the liquid by the passage of the air bubble, together with the shape and velocity of the bubble. The technique was employed in the study of an air bubble rising in a stagnant liquid layer. The PIV technique was employed in the determination of the instantaneous flow field in the liquid using fluorescent particles illuminated by a pulsed laser sheet. An optical high-pass filter was used to block the light scattered by the air-water interfaces and by the pipe walls, allowing the digital camera employed to only capture the particle positions. A LED panel furnished back illumination at a wave length that passed through the high-pass filter and allowed an accurate determination of the bubble shape. A digital image processing procedure was employed to determine the bubble shape, velocity and liquid flow field. The results obtained revealed, with excellent resolution, the details of the liquid flow at the wake, wall film and nose of the rising bubble, thereby attesting to the quality of the technique implemented.

[pt] O escoamento em um queimador tipo corpo rombudo é estudado experimentalmente. Este queimador, representativo daqueles que podem ser encontrados em fornos industriais, propicia um amplo acesso óptico, fornecendo assim as condições necessárias para um estudo detalhado da combustão em escoamentos turbulentos. São realizadas medições simultâneas da luminosidade emitida pela fluorescência induzida do radical químico Hidroxila (OH) e do campo de velocidade do escoamento aplicando as técnicas de Fluorescência Induzida por Plano Laser (PLIF) e Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV), respectivamente. A análise de incerteza das medições realizada mostrou que nos casos reativos as incertezas experimentais associadas às técnicas PIV e PLIF, são de 6 por cento e 25 por cento, respectivamente. O estudo de dois casos quimicamente inertes, um com o escoamento dominado pelo jato e outro pela esteira, serve de base para o cálculo das incertezas nas medições e na análise da estrutura do escoamento. Em seguida são estudados diversos regimes de combustão utilizando diferentes vazões de combustível gás natural e ar. As características da frente de chama e as estruturas do escoamento a jusante da superfície do queimador são analisadas através da distribuição da fluorescência de OH e dos campos de velocidade medidos. A imagem média permite verificar a posição do escoamento em que a chama se estabiliza, além de indicar a superfície de estequiometria e a altura média de ancoramento da chama. Os valores de RMS da fluorescência de OH indicam a flutuação da frente de chama, tanto na posição quanto na intensidade. Uma análise do tensor de Reynolds do escoamento é realizada à luz da hipótese de Boussinesq, ou seja, é investigada a pertinência do mecanismo de conexão entre a taxa de deformação média do escoamento e as tensões de Reynolds, a fim de examinar o desvio em relação à isotropia da turbulência. Os resultados dos casos reativos são semelhantes aos inertes. Assim sendo, a hipótese de Boussinesq parece ser aplicável nos casos em que o escoamento é dominado pelo jato, mas não quando ocorre interrupção deste na região de esteira. Os resultados apresentados contribuem para formação de um banco de dados que possibilitará a validação de novos modelos computacionais destinados a realização de simulações numéricas, visando a otimizar a combustão e propiciar a construção de queimadores mais eficientes que possibilitem a economia de combustível e a diminuição nas emissões de poluentes e material particulado. / [en] Turbulent non-premixed flames stabilized on a bluff-body burner are studied. This burner is representative of industrial furnace applications, provides ample optical access, allowing for the required conditions to perform a detailed combustion study in turbulent flowfield. Measurements of the fluorescence luminosity emitted by OH radical and the velocity field are achieved applying, Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) and Particle Image Velocimetry (PIV) techniques, respectively. An uncertainty analysis is presented considering specifically the reactive case, which yields experimental uncertainties associated to the PIV and PLIF techniques of 6 per cent and 25 per cent, respectively. The study of two chemically inert cases, the first dominated by jet and the second dominated by wake, supports the uncertainty calculations and the flowfield structure analysis. Subsequently, several combustion regimes using Natural Gas and air are studied. The flame front characteristics and flowfield structures are analyzed using the OH fluorescence distribution and measured velocity field. The mean images allow the determination of the flame stabilization position in the flowfield, and also indicate the stoichiometry surface and the mean lift-off height. The RMS values of fluorescence signal quantify the flame front fluctuation, both in position and intensity. The measured components of the Reynolds stress tensor are analyzed with respect to the Boussinesq hypothesis, i.e., the relation between mean strain rate and Reynolds stress tensor, in order to examine the tensor deviation from the isotropy. The Boussinesq hypothesis seems to be valid in cases where the jet is dominant and not valid when jet bursts in the wake region. The presented results are the first step towards the construction of a database to validate computational models aimed at optimizing the combustion process and designing more efficient burners.

[pt] O tema da dissertação, Caracterização de Áreas Contaminadas Através de Ensaios in Situ, aponta o estado-da-arte dos sensores que estão sendo adaptados ao conepenetrômetro, permitindo a detecção e o registro do poluente no subsolo e lençol freático.Talvez como uma conseqüência da atual conscientização da sociedade para o caráter emergencial no enfrentamento dos problemas relacionados à contaminação do subsolo,tem-se exigido uma significativa demanda de serviços especializados na caracterização dos agentes e processos de contaminação e nos procedimentos de remediação. A pesquisa apresenta técnicas de ensaio in situ para a caracterização de áreas contaminadas em função do contaminante que se quer detectar. O primeiro grande grupo abrange as tecnologias utilizadas na detecção dos hidrocarbonetos, em seguida estão agrupadas as técnicas de detecção dos compostos orgânicos voláteis e, finalmente, o terceiro grande grupo enfoca as técnicas utilizadas na detecção de metais pesados.Neste trabalho ensaios foram feitos em duas etapas: com o LIDAR-PUC e com o Fluorímetro, e são apresentados seus resultados, bem como as conclusões da pesquisa e algumas sugestões para estudos futuros, destacando-se as potencialidades e limitações de cada ensaio realizado. / [en] The subject of the research, Characterization of Contaminated Areas by in Situ Tests, shows the state-of-art of the sensors that are being adapted to the conepenetrometer system, allowing for the detection and register of the polluent in the subsurface and water table.Perhaps as a consequence of the new conscientization of the society about the emergencial character in facing problems related to subsurface contamination, it has been claimed such a significative demand forward specialized services in characterization of agents and contamination processes, besides remediation procedures.In situ sampling techniques for the characterization of contaminated areas related to the targeted polluents are presented in this study. The first group covers technologies used in the detection of hydrocarbons, furthermore there are some techniques for the detection of volatiles organic compounds and, finally, the third group focuses the techniques used in the detection of heavy metals. In this work tests were done in two parts: with the LIDAR- PUC and with the Fluorimeter, and their results are presented as well the conclusions of the research and some suggestions for future works, principally the potentialities and limitations of each test done.

[pt] Clorpromazina (CPZ), flufenazina (FPZ) e trifluperazina (TFP) são derivados de fenotiazinas que, sob irradiação UV, geram fotoprodutos. Observouse que CPZ desenvolve três fotoprodutos fluorescentes em diferentes condições. A promazina (PZ) se forma da fotólise de CPZ pela quebra da ligação com o cloro. A saída do cloro é um dos principais caminhos para a formação de outros fotoprodutos, sendo também um requisito para formação de dímeros e trímeros de CPZ. O segundo produto fluorescente é a espécie sulfóxida, que se desenvolve em presença de oxigênio somente em meio ácido e tem pico de fluorescência em (aproximadamente) 370 nm. A terceira espécie, com pico triplo de emissão e máximo em 352 nm, se desenvolve predominantemente em ausência de oxigênio. Observou-se que as taxas de formação dos fotoprodutos fluorescentes são maiores em meio ácido. FPZ e TFP apresentaram o mesmo fotoproduto fluorescente (emissão (aproximadamente) 410 nm), espécie que se desenvolve em presença de O2 com as mesmas características da espécie sulfóxida. A fluorescência do fotoproduto da TFP foi testada como sensor de radiação UV e para detecção de pequenas quantidades de oxigênio. Estudando as interações com membranas contendo a enzima Na(+), K(+)-ATPase, mostrou-se que as fenotiazinas alteram a estrutura lipídica da membrana, já que aumentam a anisotropia de fluorescência da sonda de membrana DPH. Os resultados da interação das fenotiazinas com resíduos de triptofano da proteína mostraram supressão de fluorescência de mais da metade dos triptofanos, sem transferência de energia. A estrutura local do sítio de ATP na proteína Na(+), K(+)-ATPase, marcado com a sonda fluorescente FITC, não foi afetada pela interação com as fenotiazinas, sugerindo que a localização do sítio de ligação das fenotiazinas com a enzima fica longe do sítio de ATP. / [en] Chlorpromazine (CPZ), fluphenazine (FPZ) and trifluoperazine (TFP) are phenothiazine derivatives, which generate photoproducts under UV irradiation. We observed that CPZ develops three fluorescent fotoproducts under different conditions. Promazine (PZ) that forms from the CPZ photolysis. The chlorine loss is one of the main pathways for photoproduct formation and it seems to be a requirement for development of CPZ dimers or trimers. The sulfoxide species with fluorescence peak at (aprroxomately) 370 nm develops in the presence of oxygen only in acid conditions. Another fluorescent species with structured emission and maximum at 352 nm develops primarily in the absence of oxygen. It was observed that the development rates of all fluorescent photoproduct are greater under acidic conditions. FPZ and TFP presented the same fluorescent photoproduct (emission (approximately) 410 nm), which develops in the presence of O2 with the same characteristics as the sulfoxide derivative. The fluorescence of the TFP photoproduct was tested as a UV sensor and a sensor for detection of small amounts of oxygen. Studying the interactions with Na+, K+-ATPase enriched membranes, phenothiazines were shown to modify the membrane lipid structure since they increased the fluorescence anisotropy of the membrane probe DPH. The results of phenothiazine interaction with tryptophan residues of the enzyme showed fluorescence quenching of (approximately) 50% of the tryptophan residues, without energy transfer. The local structure of the Na(+), K(+)-ATPase ATP binding site, labeled with FITC, was not affected by the interaction with the phenothiazines, suggesting that the phenothiazine sites are far from the ATP binding site.