Neste trabalho, foi desenvolvido equipamento portátil e procedimentos analíticos automáticos para determinação de cátions e anions em águas usadas para consumo humano e suprimento. Os procedimentos foram baseados no processo de multicomutação em fluxo e detecção fotométrica empregando fotômetro feito no laboratório. Os sistemas de fluxo foram construídos empregando válvulas solenóide, com interface independente de comutação acionadas por computador usando apenas um canal de bombeamento. O sistema proposto foi controlado por um computador rodando um software escrito em QuickBasic 4.5. Os dói fotômetros baseados em LED foram desenvolvidos usando como detectores de radiação foto-transistores e foto-diodos. Nos dois casos a fonte de radiação (LED) e o foto-detector foram acoplados a cela de fluxo obtendo assim, uma unidade compacta. O fotômetro foi projetado para usar um foto-transistor para determinações seqüenciais de nitrato, nitrito, ferro(II), ferro(III) em águas de rios.O fotômetro proposto usa um foto-diodo para determinação de cloreto por turbidimetria, fosfato e amonium por fotometria. A sistema de fluxo foi desenhado associando-se os processos de multicomutação e multisite garantindo redução de reagente e de efluente. O sistema sistema foi empregado para determinação de cloreto, fosfato e amônio em águas de rios. Os dois sistemas propostos apresentaram excelente performance incluindo boa precisão, freqüência analítica e baixo consumo de reagente. Além disso, o sistema baseado em multisite apresentou baixo volume de efluente gerado. As dimensões reduzidas de ambos os fotômetros e do modulo de analise em fluxo, permitiram a portabilidade, o que possibilita sua aplicação em condições de campo. / In this work it was developed a portable apparatus and automatic analytical procedures for the determination of cations and anions in waters used for human consumption and industrial provisioning. The procedures were based on the multicommutation process in flow analysis and detection was performed using a homemade photometer. The flow systems were designed employing a set of solenoid valves, which were assembled to work as independent commutation units, thus under computer control several solutions were handled using a single pumping channel. The proposed system was controlled by computer running a software wrote in QuickBasic 4.5. The two LED based photometers were developed using as light detection a phototransistor and a photodiode. In both cases, the radiation source (LED) and the photodector were coupled to the flow cell in order to obtain compact unit. The photometer designed using a phototransistor was employed for the sequential determination of nitrate, nitrite, iron(II) and iron(III) in river water. The photometer designed using a photodiode was employed in the system used for the determination of chloride by turbidimetry, phosphate and ammonium by photometry. The flow system was designed associating the multisite and multicommutation process intending reduction of the reagent consumption and waste generation. The useful of the system was proved performing the determination of chloride, ammonium and phosphate in river water. The two proposed systems presented very overall performance including precision and accuracy, analytical frequency and low reagent consumption. Furthermore, the system based on multisite approach presented a very low volume of waster generation. The reduced dimensions of both photometer and flow system module allow their portability, thus we can suggest that the proposed systems are reliable for work in field condition.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-11T12:22:39Z No. of bitstreams: 1 gilvaniakerciadeoliveira.pdf: 3723488 bytes, checksum: b7f5da15fa56d19b7ab5b00c40f91aec (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:35:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gilvaniakerciadeoliveira.pdf: 3723488 bytes, checksum: b7f5da15fa56d19b7ab5b00c40f91aec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gilvaniakerciadeoliveira.pdf: 3723488 bytes, checksum: b7f5da15fa56d19b7ab5b00c40f91aec (MD5) Previous issue date: 2012-04-20 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A cromatografia de íons é a técnica analítica mais utilizada para realizar a determinação de íons em amostras ambientais. Mas, atualmente, a cromatografia líquida de alta eficiência com pareamento iônico (ion-pair HPLC) tem sido usada para fazer este tipo de análise devido a estabilidade e a eficiência da coluna de fase reversa (FR). ion-pair HPLC é uma técnica mais complexa que a cromatografia de fase reversa, uma vez que o equilíbrio entre o reagente de pareamento iônico (RPI) e a fase estacionário (FE) é lento, a separação é mais sensível às variações de temperatura e pH. Além disso, variações na concentração do RPI também afeta a separação do analito. No ion-pair HPLC, vários parâmetros devem ser otimizados tais como: composição e pH da fase móvel, tipo de RPI (modificação permanente ou dinâmca da FE) e concentração do RPI. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia analítica para separação e quantificação dos ânions cloreto, nitrito, nitrato e sulfato em amostras de água superficial por ion-pair HPLC. O método de separação dos ânions foi otimizado utilizando uma coluna de FR octadecilsilano (C18) com detecção indireta na região do ultravioleta. Durante a execução deste trabalho a composição e o fluxo da fase móvel por eluição isocrática foram estudados, assim com o comprimento de onda de detecção. Foram testados quatros RPI diferentes para compor a fase móvel. A melhor condição de separação dos íons foi alcançada com a utilização do reagente brometo de cetiltrimetilamônio com modificação permanente da FE. Concluído o processo de separação dos ânions a metodologia foi aplicada na análise das amostras de água do Rio Paraibuna (Juiz de Fora, MG). O método apresentou boa exatidão e boa precisão. Os níveis de concentração encontrados nas amostras de água do Rio Paraibuna ficaram a baixo do limite permitido pela legislação brasileira para água utilizada para consumo humano, indicando baixos níveis de contaminação. / The ion chromatography (IC) is the most widely used analytical technique to perform ion analysis in environmental samples. Nowadays, the ionpair high performance liquid chromatography (ion-pair HPLC) has been used to perform this kind of analysis due to the stability and efficiency of reverse phase (RP) column. The ion-pair HLPC is more complex than the reverse phase chromatography, since the equilibrium between the ion-pairing reagent (IPR) and stationary phase (SP) is slow, the separation is more sensitive to variations in temperature and pH. A variation in the concentration of IPR also affects the separation of the analytes. In ion-pair HPLC, several parameters must be optimized such as: mobile phase (MP) composition, type IPR, the concentration of the IPR in MP and pH of the MP. The present work aims to develop an analytical methodology for the separation and quantification of anions (chloride, nitrite, nitrate and sulfate) in surface water samples from Paraibuna River by ion-pair HPLC. The method of analysis of anions was optimized using RP chromatography column octadecylsilane (C18) with indirect detection in the ultraviolet region (UV). During the execution of this work the composition and flow rate of the MP for isocratic elution were studied as well with the wavelength for detection. We tested four different ion-pairing reagents to from the mobile phase. The best condition for separation of ions was achieved with the use of reagent cetyltrimethylammonium bromide. Once completed, the process of separation of anions the methodology was applied in the analyses of water samples from Paraibuna River. The parameters used for evaluate the accuracy and precision of method presented satisfactory values. The concentration levels found for the anions in the samples were below the limit allowed by brazilian legislation for water used for human consume.

Micelas são agregados coloidais formados por moléculas anfifílicas i.e., moléculas com uma região hidrofóbica e uma porção hidrofílica (surfactantes). Efeitos específicos de íons (EEIs) são observados em micelas iônicas, uma vez que as propriedades físico-químicas de agregado micelares, como tamanho e geometria, dependem da natureza do contra-íon. Diferentes ânions inorgânicos produzem alterações modestas nas propriedades de agregados micelares catiônicos, mas ânions orgânicos podem induzir efeitos mais pronunciados, como transições de forma do agregado ou separações de fase. Em sistemas micelares, os EEIs podem estar relacionados a: (a) diferenças na localização dos ânions nas micelas; (b) diferenças na hidratação micellar e de íons; e (c) possível formação de pares iônicos entre surfactantes e contra-íons na interface micelar. Diversos modelos foram desenvolvidos para descrever a formação e estabilidade de agregados micelares, considerando diferentes termos energéticos que possivelmente contribuem para a formação/estabilidade de micelas. Contudo, os termos descritos acima (a - c) geralmente não são incluídos nos modelos micelares. Assim, não deve ser possível predizer as propriedades de micelas catiônicas, usando os modelos atuais, caso o contra-íon seja pequeno, desidratado e capaz de formar pares iônicos, como o ânion trifluorometilsulfonato (triflato, Tf). Tendo isso em vista, determinamos as propriedades micelares de triflato de dodeciltrimetilamônio (DTATf) e comparamos com micelas análogas formadas por brometo, cloreto e metanosulfonato, visando identificar diferenças estruturais das micelas e suas origens. Para determinação de propriedades micelares, utilizamos uma série de técnicas experimentais: fluorescência resolvida no tempo, espalhamento de raio-X de baixo ângulo, condutometria, cinética química, ressonâncias paramagnética eletrônica e magnética nuclear e espectroscopia de relaxação dielétrica, entre outras. Observamos que o agregado de DTATf possui uma estrutura discoidal altamente empacotada, ordenada e desidratada e estas propriedades foram reproduzidos em simulações de dinâmica molecular. A análise do conjunto de resultados obtidos para DTATf demonstrou que a formação de pares iônicos na interface micelar induz severas alterações nas propriedades micelares, como a desidratação dos agregados. Os dados obtidos com DTATf demonstram claramente que, para um modelo teórico de sistemas micelares ser capaz de predizer propriedades micelares de diferentes agregados, a possibilidade de formação de pares iônicos na interface micelar e as interações específicas entre contra-íons e surfactantes devem ser modeladas. Adicionalmente, devido aos resultados aqui reportados e analisando outros sistemas interfaciais, propomos um papel mais fundamental para a água (interfacial ou de hidratação) nas propriedades micelares / Micelles are colloidal aggregates formed by amphiphilic monomers i.e., molecules with a hydrophobic and a hydrophilic moiety (surfactants). Specific ion effects (SIEs) are observed in cationic micelles, because the physicochemical properties of the micellar aggregates, such as size and shape, depend on the nature of the counterion. Different inorganic counterions lead to small changes in micellar properties of cationic aggregates, but organic counterions can induce more pronounced effects, such as shape transitions of the aggregates or phase separation. In micellar systems, the SIEs can be related with: (a) differences in the location of anions in micelles; (b) differences in the hydration of micelles and ions; and (c) possible ion-pair formation between surfactants and counterions at the micellar interface. Several models have been developed to describe the formation and stability of micellar aggregates, considering different energy terms that possibly contribute to the formation/stability of micelles. However, the terms described above (a - c) are generally not included in micellar models. Thus, it should not be possible to predict the properties of cationic micelles, using the current models, if the counterion is small, dehydrated and capable of forming ion-pairs, such as the trifluoromethylsulfonate anion (triflate, Tf). In this context, we have determined the micellar properties of dodecyltrimethylammonium triflate (DTATf) micelles and we have compared the results with similar micelles formed by bromide, chloride and methanesulfonate, aiming to identify their structural differences and its origins. To determine the micellar properties, we have used several techniques: time resolved fluorescence, small angle X-ray scattering, conductometry, kinetic assays, electron paramagnetic and nuclear magnetic resonances and dielectric relaxation spectroscopy, among others. We have observed that the DTATf aggregate presents a highly packed, ordered and dehydrated disk-like geometry and these properties were reproduced in molecular dynamics simulations. The analysis of the DTATf properties showed that the formation of ion-pairs at the micellar interface induces severe changes in micellar properties, such as micellar dehydration. The DTATf properties clearly demonstrate that for a theoretical model of micellar system to be accurate and general, the possibility of ion-pair formation at the micellar interface and the counterions-surfactant specific interactions must be modeled. Additionally, due to the results reported herein and by analyzing other systems, we suggest a more fundamental role of water (interfacial or hydrating water) in the micellar properties.

Micelas são agregados coloidais formados por moléculas anfifílicas i.e., moléculas com uma região hidrofóbica e uma porção hidrofílica (surfactantes). Efeitos específicos de íons (EEIs) são observados em micelas iônicas, uma vez que as propriedades físico-químicas de agregado micelares, como tamanho e geometria, dependem da natureza do contra-íon. Diferentes ânions inorgânicos produzem alterações modestas nas propriedades de agregados micelares catiônicos, mas ânions orgânicos podem induzir efeitos mais pronunciados, como transições de forma do agregado ou separações de fase. Em sistemas micelares, os EEIs podem estar relacionados a: (a) diferenças na localização dos ânions nas micelas; (b) diferenças na hidratação micellar e de íons; e (c) possível formação de pares iônicos entre surfactantes e contra-íons na interface micelar. Diversos modelos foram desenvolvidos para descrever a formação e estabilidade de agregados micelares, considerando diferentes termos energéticos que possivelmente contribuem para a formação/estabilidade de micelas. Contudo, os termos descritos acima (a - c) geralmente não são incluídos nos modelos micelares. Assim, não deve ser possível predizer as propriedades de micelas catiônicas, usando os modelos atuais, caso o contra-íon seja pequeno, desidratado e capaz de formar pares iônicos, como o ânion trifluorometilsulfonato (triflato, Tf). Tendo isso em vista, determinamos as propriedades micelares de triflato de dodeciltrimetilamônio (DTATf) e comparamos com micelas análogas formadas por brometo, cloreto e metanosulfonato, visando identificar diferenças estruturais das micelas e suas origens. Para determinação de propriedades micelares, utilizamos uma série de técnicas experimentais: fluorescência resolvida no tempo, espalhamento de raio-X de baixo ângulo, condutometria, cinética química, ressonâncias paramagnética eletrônica e magnética nuclear e espectroscopia de relaxação dielétrica, entre outras. Observamos que o agregado de DTATf possui uma estrutura discoidal altamente empacotada, ordenada e desidratada e estas propriedades foram reproduzidos em simulações de dinâmica molecular. A análise do conjunto de resultados obtidos para DTATf demonstrou que a formação de pares iônicos na interface micelar induz severas alterações nas propriedades micelares, como a desidratação dos agregados. Os dados obtidos com DTATf demonstram claramente que, para um modelo teórico de sistemas micelares ser capaz de predizer propriedades micelares de diferentes agregados, a possibilidade de formação de pares iônicos na interface micelar e as interações específicas entre contra-íons e surfactantes devem ser modeladas. Adicionalmente, devido aos resultados aqui reportados e analisando outros sistemas interfaciais, propomos um papel mais fundamental para a água (interfacial ou de hidratação) nas propriedades micelares / Micelles are colloidal aggregates formed by amphiphilic monomers i.e., molecules with a hydrophobic and a hydrophilic moiety (surfactants). Specific ion effects (SIEs) are observed in cationic micelles, because the physicochemical properties of the micellar aggregates, such as size and shape, depend on the nature of the counterion. Different inorganic counterions lead to small changes in micellar properties of cationic aggregates, but organic counterions can induce more pronounced effects, such as shape transitions of the aggregates or phase separation. In micellar systems, the SIEs can be related with: (a) differences in the location of anions in micelles; (b) differences in the hydration of micelles and ions; and (c) possible ion-pair formation between surfactants and counterions at the micellar interface. Several models have been developed to describe the formation and stability of micellar aggregates, considering different energy terms that possibly contribute to the formation/stability of micelles. However, the terms described above (a - c) are generally not included in micellar models. Thus, it should not be possible to predict the properties of cationic micelles, using the current models, if the counterion is small, dehydrated and capable of forming ion-pairs, such as the trifluoromethylsulfonate anion (triflate, Tf). In this context, we have determined the micellar properties of dodecyltrimethylammonium triflate (DTATf) micelles and we have compared the results with similar micelles formed by bromide, chloride and methanesulfonate, aiming to identify their structural differences and its origins. To determine the micellar properties, we have used several techniques: time resolved fluorescence, small angle X-ray scattering, conductometry, kinetic assays, electron paramagnetic and nuclear magnetic resonances and dielectric relaxation spectroscopy, among others. We have observed that the DTATf aggregate presents a highly packed, ordered and dehydrated disk-like geometry and these properties were reproduced in molecular dynamics simulations. The analysis of the DTATf properties showed that the formation of ion-pairs at the micellar interface induces severe changes in micellar properties, such as micellar dehydration. The DTATf properties clearly demonstrate that for a theoretical model of micellar system to be accurate and general, the possibility of ion-pair formation at the micellar interface and the counterions-surfactant specific interactions must be modeled. Additionally, due to the results reported herein and by analyzing other systems, we suggest a more fundamental role of water (interfacial or hydrating water) in the micellar properties.

A arilação seletiva de compostos orgânicos confere-lhes propriedades com amplas aplicações: em compostos de atividade biológica, inibidora da protease do vírus HIV-1, e de interesse como agroquímicos ou na engenharia de materiais. Em razão disso, novos métodos e reagentes tem sido desenvolvidos com essa finalidade. Sabe-se que a N-arilação de várias aminas, catalisadas por paládio, com haletos de arila e triflatos é tida como ferramenta importante a disposição do químico sintético. Do mesmo modo, publicou-se que a N-arilação de certos -amino ácidos por haletos de arila, procede-se facilmente quando catalisada por CuI. Alternativamente, a literatura cita outros métodos eficientes usando ácidos borônicos, compostos arilbismuto e compostos organochumbo. Neste trabalho foi estudada a arilação seletiva de ânions ambidentados pelo sal de iodo polivalente cloreto de difenil iodônio, em diferentes condições de reação, visando a otimização da síntese: 1) reação térmica (agitação magnética), sem catalisador, e em diferentes solventes, ou mistura de solventes; 2) reação sonoquímica, sem catalisador e em diferentes soluções; 3) reação térmica e sonoquímica na presença de catalisador CuCl (10%). Sacarinato de sódio, acesulfame de potássio, e ftalimida potássica foram escolhidos como ânions ambidentados derivados de sulfoimidas e imidas a serem arilados. No caso de N-fenil sacarina a quemiosseletividade e o melhor rendimento são observados com acetonitrila/água (1:1, v/v), sob refluxo para formação do par iônico intermediário (ou o iodano correspondente), seguido por fusão térmica na ausência de solvente. O acesulfame potássico, por sua vez, forneceu seletivamente produtos de N- ou O-fenilação, de acordo com as seguintes condições estabelecidas: 1) produto de fenilação por via térmica ou sonoquímica em etanol; 2) produto de O-fenilação, por via térmica ou sonoquímica em acetonitrila. A ftalimida potássica, na ausência de catalisador, é arilada em baixos rendimentos. A melhor condição de síntese é encontrada com acetonitrila e CuCl (10%), sendo 92% o rendimento por via sonoquímica e 78% por via térmica. A seletividade verificada foi analisada em termos das interações dos ânions ambidentados e dos solventes em questão. / The arylation of organic compounds gives place to a wide number of applications: concerning to their biological properties as HIV-1, protease inhibitor, as well as synthetic intermediates in pharmaceuticals, agrochemical and polymer chemistry. New methodologies and reagents have been developed as consequence of this. It is already known that N-arylation of several amines, catalyzed by palladium, with aryl halides and trifflates is a valuable tool to various reported organic synthesis. In the same way, it has been published that the N-arylation of certain -amino acids by aryl halides, proceeds smoothly when catalized by CuI. Alternatively, the literature reports other efficient methods using boranic acids, arylbismuth and organolead compounds. In the present work, it was studied the selective arylation of ambident anions by hypervalent iodine salts (chloride of diphenyl iodonium), in a different set of conditions, seeking the synthesis optimizations: 1) thermal reactions (silent mode, magnetic stirring), without catalyst, and, in different solvents or mixture of then; 2) sonochemical reactions, without catalyst, and in a different solvent composition; 3) thermal and sonochemical reactions carried out in the presence of (10%) CuCl as the catalyst. Sodium saccharinate, acessulfame K and potassium phthalimide were chosen as the ambident anions (derived from sulfonimides and imide functional groups) to be studied. In the N-phenyl saccharin case the chemioselectivity was achieved along the best yields when water/acetonitrila (1:1, v/v) solvent was employed in the step to form the ion pair (or the 3-iodane, intermediate), followed by the thermal fusion in the absence of solvent. The acessulfame K, for its turn, supplied selectively products of N- and O-arylation under the following established conditions: 1) N-phenylation in etanol through thermal and sonochemical approach; 2) O-phenylation product, in acetonitrila, by thermal and sonochemical method. Finally, arylation of potassium phthalimide with diaryliodonium is sluggish and gives low yields without catalyst. The best protocol to this synthesis was found with the solvent acetonitrile and (10%) CuCl catalyst addition, being 92% the yield of sonochemical reaction and 78% of the thermal one. The selectivity achieving was analyzed in accord with the solution interaction between the ambident anion and the solvent molecules.

A arilação seletiva de compostos orgânicos confere-lhes propriedades com amplas aplicações: em compostos de atividade biológica, inibidora da protease do vírus HIV-1, e de interesse como agroquímicos ou na engenharia de materiais. Em razão disso, novos métodos e reagentes tem sido desenvolvidos com essa finalidade. Sabe-se que a N-arilação de várias aminas, catalisadas por paládio, com haletos de arila e triflatos é tida como ferramenta importante a disposição do químico sintético. Do mesmo modo, publicou-se que a N-arilação de certos -amino ácidos por haletos de arila, procede-se facilmente quando catalisada por CuI. Alternativamente, a literatura cita outros métodos eficientes usando ácidos borônicos, compostos arilbismuto e compostos organochumbo. Neste trabalho foi estudada a arilação seletiva de ânions ambidentados pelo sal de iodo polivalente cloreto de difenil iodônio, em diferentes condições de reação, visando a otimização da síntese: 1) reação térmica (agitação magnética), sem catalisador, e em diferentes solventes, ou mistura de solventes; 2) reação sonoquímica, sem catalisador e em diferentes soluções; 3) reação térmica e sonoquímica na presença de catalisador CuCl (10%). Sacarinato de sódio, acesulfame de potássio, e ftalimida potássica foram escolhidos como ânions ambidentados derivados de sulfoimidas e imidas a serem arilados. No caso de N-fenil sacarina a quemiosseletividade e o melhor rendimento são observados com acetonitrila/água (1:1, v/v), sob refluxo para formação do par iônico intermediário (ou o iodano correspondente), seguido por fusão térmica na ausência de solvente. O acesulfame potássico, por sua vez, forneceu seletivamente produtos de N- ou O-fenilação, de acordo com as seguintes condições estabelecidas: 1) produto de fenilação por via térmica ou sonoquímica em etanol; 2) produto de O-fenilação, por via térmica ou sonoquímica em acetonitrila. A ftalimida potássica, na ausência de catalisador, é arilada em baixos rendimentos. A melhor condição de síntese é encontrada com acetonitrila e CuCl (10%), sendo 92% o rendimento por via sonoquímica e 78% por via térmica. A seletividade verificada foi analisada em termos das interações dos ânions ambidentados e dos solventes em questão. / The arylation of organic compounds gives place to a wide number of applications: concerning to their biological properties as HIV-1, protease inhibitor, as well as synthetic intermediates in pharmaceuticals, agrochemical and polymer chemistry. New methodologies and reagents have been developed as consequence of this. It is already known that N-arylation of several amines, catalyzed by palladium, with aryl halides and trifflates is a valuable tool to various reported organic synthesis. In the same way, it has been published that the N-arylation of certain -amino acids by aryl halides, proceeds smoothly when catalized by CuI. Alternatively, the literature reports other efficient methods using boranic acids, arylbismuth and organolead compounds. In the present work, it was studied the selective arylation of ambident anions by hypervalent iodine salts (chloride of diphenyl iodonium), in a different set of conditions, seeking the synthesis optimizations: 1) thermal reactions (silent mode, magnetic stirring), without catalyst, and, in different solvents or mixture of then; 2) sonochemical reactions, without catalyst, and in a different solvent composition; 3) thermal and sonochemical reactions carried out in the presence of (10%) CuCl as the catalyst. Sodium saccharinate, acessulfame K and potassium phthalimide were chosen as the ambident anions (derived from sulfonimides and imide functional groups) to be studied. In the N-phenyl saccharin case the chemioselectivity was achieved along the best yields when water/acetonitrila (1:1, v/v) solvent was employed in the step to form the ion pair (or the 3-iodane, intermediate), followed by the thermal fusion in the absence of solvent. The acessulfame K, for its turn, supplied selectively products of N- and O-arylation under the following established conditions: 1) N-phenylation in etanol through thermal and sonochemical approach; 2) O-phenylation product, in acetonitrila, by thermal and sonochemical method. Finally, arylation of potassium phthalimide with diaryliodonium is sluggish and gives low yields without catalyst. The best protocol to this synthesis was found with the solvent acetonitrile and (10%) CuCl catalyst addition, being 92% the yield of sonochemical reaction and 78% of the thermal one. The selectivity achieving was analyzed in accord with the solution interaction between the ambident anion and the solvent molecules.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work reports the study of the molecular structure influence of ionic liquid (IL) derived from 1,8-bis(3-methylimidazolium-1-yl)octane in the aggregates formation in a solution ethanol in water (4,75%) and in ethanol (95%). Was varied the anions (Br-, NO3-, BF4-, SCN- e NTf2-) of IL and the aggregation behavior was investigated by various methods, such as differential scanning calorimetry (DSC), conductivity, surface tension, fluorescence and dynamic light scattering (DLS). In the ethanol in water solution (4,75%), the critical aggregation concentration values (cac) (114 to 205 mM), free energy of aggregation (ΔG°a) ( 15 to 18 kJ/mol) and ionization degree (α) (0,37 a 0,44) for the IL with Br-, NO3-, BF4-, SCN- significantly decreased with the increase of anion hydrophobicity. In ethanol, the cac values (165 to 500 mM) and ΔG°a ( 9 to 11 kJ/mol) also decreased with the increase of anion size and hydrophobicity. The free energy adsorption data (ΔG°ads) (-35 to -39 kJ/mol) demonstrated that the ILs, in general, have a good surfactant activity and this property improve with the decrease in the hydrophobic characteristics of anions. In general, in the solvents used in this study, the hydrodynamic radius (Rh) of aggregates ranged between 200 and 500 nm for all the ILs. The critical packing parameter was determined using data from the X-Ray (of IL 4) and surface tension, and showed that aggregates are micelar. The cac data was obtained by the techniques of conductivity, fluorescence and surface tension. Where, was observed that increasing the anion hydrophobicity of dicationic ILs structure favored the formation of aggregates, while less hydrophobic anions improved the surfactant properties of the IL structures. / Este trabalho relata o estudo da influência da estrutura molecular de líquidos iônicos (LI) dicatiônicos, derivados do cátion 1,8-bis(3-metilimidazolil-1-íneo)-octano, na formação de agregados em uma solução etanol em água (4,75%) e em etanol (95%). Variaram-se os ânions (Br-, NO3-, BF4-, SCN- e NTf2-) dos LI e o comportamento de agregação foi investigado através das técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), condutividade, tensão superficial, fluorescência e espalhamento de luz dinâmico (DLS). Na solução etanol em água (4,75%), os valores de concentração de agregação crítica (cac) (114 a 205 mM), energia livre de agregação (ΔG°a) ( 15 a 18 kJ/mol) e grau de ionização do contra-íon (α) (0,37 a 0,44) para os LI contendo os ânions Br-, NO3-, BF4-, SCN- diminuíram significativamente com o aumento da hidrofobicidade do ânion. Em etanol, os dados de cac (165 a 500 mM), ΔG°a ( 9 a 11 kJ/mol) para os LI com os ânions Br-, SCN- e NTf2- também diminuíram com o aumento do volume e hidrofobicidade dos ânions. Dados de energia livre de adsorção (ΔG°ads) (-35 a -39 kJ/mol) demonstraram que os LI dicatiônicos, de forma geral, possuem boa atividade tensoativa e esta propriedade aumenta com a diminuição das características hidrofóbicas dos ânions. Em geral, nos solventes utilizados no estudo, o raio hidrodinâmico (Rh) dos agregados variou entre 200 e 500 nm para todos os LI. Valores de parâmetro de empacotamento crítico (Pc) determinados a partir de dados de raios-X e tensão superficial indicaram que os agregados formados são micelares. Os dados de cac obtidos por condutividade, fluorescência e tensão superficial apresentaram-se de forma concordante. Observou-se que o aumento da hidrofobicidade da estrutura do ânion do LI dicatiônico favoreceu a formação dos agregados, enquanto que ânions menos hidrofóbicos melhoraram as propriedades tensoativas das estruturas dos LI.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:12:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Robson Benedito.pdf: 1022715 bytes, checksum: 9d875a8af1bf4a65ffc509c6153b7a5b (MD5) Previous issue date: 2008-06-30 / In this work, composites of dispersed polyaniline in beads of styrenedivinybenzene copolymer (Pani/Sty-DVB copopolymer) with different porosities were prepared through in situ polymerization. Materials with high surface areas and high porosities were obtained what explain their properties to adsorve transition metals. SD29 and SD84 copolymers were prepared through suspension polymerization in the presence of inert diluents as toluene/heptane with different DVB ratios to obtain macroporous beads. SD29/Pani and SD84/Pani composites were obtained by swelling the copolymers with aniline/ethanol mixtures (20/80%) before polymerization. Oxidative polymerization of aniline was carried out with ammonium persulfate in the presence of nitric acid at pH extremely acid and temperature range from 0 to 3 oC for 5 hours. All materials were characterized by infrared spectroscopy, porosity measurements, optical microscopy and adsorption capacity. The composite surface areas and pore volumes diminished in relation to original xv copolymers, while apparent density increased due polyaniline incorporation. Pore size distributions did not suffer large variations and all were typical of macroporous structures. Due the high DVB content, SD84/Pani composite and SD84 copolymer presented higher porosity and specific surface area when compared to systems with low reticulation degree. From acid solutions, [FeCl4]- and [CuCl4]2-, complex anions were adsorbed on SD29/Pani and SD84/Pani composites through ion exchange batch process. The amounts of complex anions adsorbed were determined by atomic absorption spectrophotometry. Complex anions adsorption increased with chloridric acid and metal concentration for both composites. Maximum adsorption capacity (mg of anion/g of composite) of [FeCl4]- were higher than [CuCl4]2- for both composites. Kinetic data showed a time of 12h for adsorption equilibrium of [FeCl4]- anions, while for [CuCl4]2- anions the equilibrium was not reached in 24 h for both composites. Infrared spectra showed vibrational bands of characteristic functional groups in the materials and band shifts were observed after [FeCl4]- and [CuCl4]2- complex anions adsorptions on the composites. Morphology evaluation showed that aniline polymerized homogeneously in the presence of nitric acid for all porous structures of the copolymers. Therefore, it can be concluded that complex anions adsorption depend as so the amount of adsorption sites of polyaniline as the porous structures of the composites. / Neste trabalho, foram preparados e caracterizados compósitos de polianilina (Pani) dispersa em esferas de copolímeros estireno-dinvilbenzeno com diferentes porosidades, através da polimerização oxidativa "in situ". Obteve-se materiais com altas áreas superficiais específicas e porosidades, que conferiu aos mesmos, características adsorventes para metais de transição. Os copolímeros SD29 e SD84 foram preparados através de polimerização em suspensão na presença de diluentes inertes Tolueno/Heptano, com diferentes frações de divinilbenzeno (DVB) para obtenção de microesferas com estruturas macroporosas. Compósitos SD29/Pani e SD84/Pani foram obtidos pelo intumescimento dos copolímeros antes da polimerização por mistura anilina/etanol (20/80%). A polimerização oxidativa da anilina foi realizada com persulfato de xiii amônio na presença de ácido nítrico em pH extremamente acido, na temperatura de 0 a 3 ºC por 5 horas. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, medidas de porosidade, microscopia óptica e capacidade de adsorção. As medidas de área superficial específica e o volume dos poros dos compósitos mostraram uma diminuição significativa em relação aos copolímeros, enquanto que, a densidade aparente aumentou devido incorporação da polianilina. Já as distribuições de tamanho de poros não sofreram variações significativas, mantendo as características de estruturas macroposas. Devido ao maior teor de DVB, tanto o compósito SD84/Pani quanto o copolímero SD84 apresentaram maior porosidade e área específica quando comparado com os sistemas com menor grau de reticulação. A adsorção dos ânions complexos [FeCl4]- e [CuCl4]2- em solução ácida pelos compósitos SD29/Pani e SD84/Pani se deu através do processo de troca iônica, que foi realizada num sistema de batelada. A quantidade de ânions complexos adsorvidos foi obtida por espectrofotometria de Absorção Atômica e mostrou que a adsorção para ânions complexos para ambos os compósitos, aumentou com o aumento da concentração de ácido clorídrico e do metal. Os valores das capacidades máximas de adsorção (mf)(mg g-1) evidenciaram que para os ânions de [FeCl4]- foram maiores do que para os ânions [CuCl4]2- em ambos os compósitos. Os dados cinéticos mostraram que o tempo necessário para que o sistema atinja o equilíbrio foi de 12 h para os íons [FeCl4]- enquanto que para os íons [CuCl4]2- não atingiu o equilíbrio no tempo de 24 h para ambos os compósitos. Os espectros de infravermelho apresentaram bandas vibracionais características dos grupos funcionais nos materiais e deslocamentos após a formação de complexos suportados com os ânions de [FeCl4]- e [CuCl4]2- pelos compósitos. A avaliação morfológica mostrou que na presença de ácido nítrico a anilina polimerizou homogeneamente por toda estrutura porosa dos copolímeros. Portanto, pode-se concluir que o processo de adsorção dos ânions complexos depende tanto da quantidade de sítios de adsorção da polianilina como da estrutura porosa dos compósitos.