Neste trabalho foram desenvolvidas metodologias para a determinação de substâncias de interesse, como metais pesados (micronutrientes e contaminantes), macronutrientes e pesticidas em solo e águas naturais com ultramicroeletrodo de irídio recoberto com filme de Hg eletrodepositado (UME Ir-Hg) e técnicas voltamétricas, utilizando uma cápsula porosa de cerâmica como cela eletroquímica. As metodologias de medidas com os ultramicroeletrodos foram desenvolvidas inicialmente em condições controladas e posteriormente aplicadas a medidas in-situ, com experimentos com águas naturais e solos, conduzidos em laboratório e também com posteriores medidas em amostras reais. Segundo os resultados obtidos foi possível explorar as metodologias voltamétricas, principalmente as de pulso e redissolução anódica, como ferramentas para estudos in-situ dos metais Cd(II), Pb(II) e Cu(II) e do inseticida organofosforado paration metílico, substâncias de grande interesse, obtendo-se um bom nível de repetibilidade e sensibilidade, com limites de detecção em amostras reais de centenas de ppb\'s. / In this work a methodology for determination of metallic ions (micronutrients and contaminants), macronutrients and pesticides in soil and natural waters was developed using an Hg plated iridium based ultramicroelectrode and voltammetric techniques, using a ceramic capsule as an electrochemical cell. The measurement procedures were developed initially in controlled conditions and therefore applied to in-situ measurements, in soil and natural waters, performed in lab and with real field samples. Regarding the obtained results it was possible do explore the voltammetric techniques, mainly the pulsed and stripping ones, as tools for in-situ determination of Cd(II), Pb(II), Cu(II) and the insecticide methyl parathion, with good reproducibility and sensibility, with detection limits in the order of hundreds of parts per billion.

O monitoramento ambiental de forma contínua e em tempo real são desafios da realidade atual dos grandes centros urbanos, com a finalidade de prevenir desastres ambientais que possam pôr em perigo a saúde dos seres humanos e a existência de sistemas biológicos. Na presente tese foram propostos e desenvolvidos sistemas optoeletrônicos portáteis aplicados na detecção de O2, OD e íons de metais pesados, visando seu emprego no monitoramento de sistemas hidrológicos como mares, rios, lagos e lençóis freáticos. A definição final da estrutura do sistema portátil foi atingida após o desenvolvimento sistemático de diferentes ensaios experimentais. Primeiramente, foram estudadas e analisadas matrizes hospedeiras em estado sólido que fossem capazes de hospedar sistemas moleculares corantes sensíveis a certas substâncias específicas. A seguir, foi proposta e executada a integração direta dos filmes hospedeiros, dopados com moléculas corantes ativas, diretamente na superfície ativa de dispositivos fotodetectores para detecção de O2 e OD. Os resultados obtidos com estes sistemas que integram o detector e o filme ativo mostraram o mesmo nível de desempenho aos espectrômetros de bancada. Finalmente, de posse destes resultados, foi projetado e desenvolvido um sistema colorimétrico e fluorimétrico portátil e embarcado em uma placa de aquisição (myRIO-1900) da National Instruments, aplicado na detecção e classificação de íons metálicos. Destaque principal é outorgado à aplicação do colorímetro que, juntamente com o processamento de sinais e análises de padrões, utilizando o método de discriminante de Fisher, permitiu obter resultados excelentes na detecção e classificação dos íons de Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ e Ni2+, com os mesmos níveis de desempenho que os obtidos a partir de espectrômetros de bancada de elevada resolução espectral. O sistema portátil desenvolvido sugere sua aplicação no controle ambiental in situ e em tempo real, podendo ser integrado em uma rede de sensores que possam fornecer dados de maneira contínua e receber comandos de centros de controle de monitoramento ambiental. No entanto, seria necessária a formulação de algoritmos eficientes no processo de mineração de dados da rede de sensores. / The continuous and in real time environmental monitoring are challenges of the current days of large urban centers, with the aim of preventing environmental disasters that could endanger human health and the existence of biological systems. In this thesis we have proposed and developed portable optoelectronic systems applied to the detection of O2, OD and heavy metal ions, aiming its use in monitoring hydrological systems such as oceans, rivers, lakes and groundwater. The final definition of the portable system structure was achieved after the systematic development of different experimental assays. First, host matrices were studied and analyzed in solid state which were able to host dye molecular systems sensitive to certain substances. Then, we proposed and executed the direct integration of the host film, doped with active dye molecules directly on the active surface of photodetector devices to the detection of O2 and OD. The results obtained with these systems that integrate the detector and the active film showed the same level of performance than those of benchtop spectrometers. Finally, with these results, we designed and developed a colorimetric and fluorimetric portable system with an embedded acquisition board (myRIO-1900) from National Instruments, applied to the detection and classification of metal ions. Main focus is given to the application of the colorimeter which, along with the signal processing and pattern analysis using the Fisher discriminant method, allowed to obtain excellent results in the detection and classification of Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ and Ni2+ ions, with the same level of performance related to those obtained from high spectral resolution benchtop spectrometers. The portable system developed in the present thesis suggests its application in environmental control in situ and in real time, so that it can be integrated in a network of sensors that may provide continuous data and receive commands from environmental monitoring control center; nevertheless, requiring for that the development of efficient algorithms in data mining process of the sensor network.

O monitoramento ambiental de forma contínua e em tempo real são desafios da realidade atual dos grandes centros urbanos, com a finalidade de prevenir desastres ambientais que possam pôr em perigo a saúde dos seres humanos e a existência de sistemas biológicos. Na presente tese foram propostos e desenvolvidos sistemas optoeletrônicos portáteis aplicados na detecção de O2, OD e íons de metais pesados, visando seu emprego no monitoramento de sistemas hidrológicos como mares, rios, lagos e lençóis freáticos. A definição final da estrutura do sistema portátil foi atingida após o desenvolvimento sistemático de diferentes ensaios experimentais. Primeiramente, foram estudadas e analisadas matrizes hospedeiras em estado sólido que fossem capazes de hospedar sistemas moleculares corantes sensíveis a certas substâncias específicas. A seguir, foi proposta e executada a integração direta dos filmes hospedeiros, dopados com moléculas corantes ativas, diretamente na superfície ativa de dispositivos fotodetectores para detecção de O2 e OD. Os resultados obtidos com estes sistemas que integram o detector e o filme ativo mostraram o mesmo nível de desempenho aos espectrômetros de bancada. Finalmente, de posse destes resultados, foi projetado e desenvolvido um sistema colorimétrico e fluorimétrico portátil e embarcado em uma placa de aquisição (myRIO-1900) da National Instruments, aplicado na detecção e classificação de íons metálicos. Destaque principal é outorgado à aplicação do colorímetro que, juntamente com o processamento de sinais e análises de padrões, utilizando o método de discriminante de Fisher, permitiu obter resultados excelentes na detecção e classificação dos íons de Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ e Ni2+, com os mesmos níveis de desempenho que os obtidos a partir de espectrômetros de bancada de elevada resolução espectral. O sistema portátil desenvolvido sugere sua aplicação no controle ambiental in situ e em tempo real, podendo ser integrado em uma rede de sensores que possam fornecer dados de maneira contínua e receber comandos de centros de controle de monitoramento ambiental. No entanto, seria necessária a formulação de algoritmos eficientes no processo de mineração de dados da rede de sensores. / The continuous and in real time environmental monitoring are challenges of the current days of large urban centers, with the aim of preventing environmental disasters that could endanger human health and the existence of biological systems. In this thesis we have proposed and developed portable optoelectronic systems applied to the detection of O2, OD and heavy metal ions, aiming its use in monitoring hydrological systems such as oceans, rivers, lakes and groundwater. The final definition of the portable system structure was achieved after the systematic development of different experimental assays. First, host matrices were studied and analyzed in solid state which were able to host dye molecular systems sensitive to certain substances. Then, we proposed and executed the direct integration of the host film, doped with active dye molecules directly on the active surface of photodetector devices to the detection of O2 and OD. The results obtained with these systems that integrate the detector and the active film showed the same level of performance than those of benchtop spectrometers. Finally, with these results, we designed and developed a colorimetric and fluorimetric portable system with an embedded acquisition board (myRIO-1900) from National Instruments, applied to the detection and classification of metal ions. Main focus is given to the application of the colorimeter which, along with the signal processing and pattern analysis using the Fisher discriminant method, allowed to obtain excellent results in the detection and classification of Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ and Ni2+ ions, with the same level of performance related to those obtained from high spectral resolution benchtop spectrometers. The portable system developed in the present thesis suggests its application in environmental control in situ and in real time, so that it can be integrated in a network of sensors that may provide continuous data and receive commands from environmental monitoring control center; nevertheless, requiring for that the development of efficient algorithms in data mining process of the sensor network.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-02-21T18:54:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Viviane Jandira Van Haandel.pdf: 1227295 bytes, checksum: 9d7e4a5d542b374919d27cacb32e328b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T18:54:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Viviane Jandira Van Haandel.pdf: 1227295 bytes, checksum: 9d7e4a5d542b374919d27cacb32e328b (MD5) Previous issue date: 2017-11-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho descreve a preparação e caracterização de um silsesquioxano funcionalizado com imidazol com objetivo de aplicação como adsorvente para íons metálicos de interesse ambiental, utilizando como síntese o processo sol-gel cuja rota vem sendo muito utilizada devido as inúmeras vantagens. A primeira etapa consistiu na reação entre tetraetilortosilicato e 3-cloropropiltrimetóxisilano, através do processo Sol-Gel, para a formação do material designado como TEOS/CPTMS. Em seguida promoveu-se a incorporação do imidazol a rede de sílica, obtendo-se o cloreto de npropil imidazol silsesquioxano. O material obtido foi caracterizado pelas técnicas de Espectroscopia de na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia por ressonância magnética nuclear de 29Si e 13C (RMN 29Si e 13C), Difratometria de Raios X (DRX), Espectroscopia de espalhamento Ramam, Análise de área de superfície por isortermas Brunauer, Emmett e Taller (BET). A capacidade de troca do material foi de 2,87 mmol g-1. Devido a sua boa capacidade de troca, o material foi utilizado na adsorção de íons metálico, de interesse ambiental, em meio aquoso. O tempo para atingir o equilíbrio no processo de adsorção-dessorção foi de 8 horas, o íon Cu+2 e Ni+2 adsorvem melhor em pH 4, já o processo de adsorção do íon Cd+2 aparentemente não tem influência do pH do meio. O material sintetizado adsorveu 3,60 mmol de Cu+2, 2,68 mmol de Cd+2 e 1,10 mmol de Ni+2 por grama de material. O modelo que obteve maior concordância com os resultados experimentais foi o de modelo de Langmuir comparado ao modelo de Freudlich. / The present work describes the preparation and characterization of an imidazole functionalized silsesquioxane with the objective of applying as metallic ion adsorptive for environmental interest, using as a synthesis the sol-gel process whose route has been widely used due to the numerous advantages. The first step consisted of the reaction between tetraethylorthosilicate and 3-chloropropyltrimethoxysilane, through the sol-gel process, for the formation of the material designated as TEOS / CPTMS. The incorporation of the imidazole into the silica network was promoted, giving the npropyl imidazole silsesquioxane chloride. The obtained material was found in the techniques of Fourier transform infrared (FTIR), nuclear magnetic resonance spectroscopy (29Si and 13C NMR), X-ray diffractometry (XRD), Ramam scattering spectroscopy, Surface area analysis by Brunauer, Emmett and Taller (BET) isortermas. The material exchange capacity of was 2.87 mmol g-1. Due to its good exchangeability, the material was used in the adsorption of metallic ions, of environmental interest, in aqueous medium. The time to equilibrium in the adsorptiondesorption process of 8 hours, the Cu+2 and Ni+2 ion adsorb better at pH 4, since the adsorption process of the Cd+2 ion apparently does not influence the pH of the medium. The synthesized material adsorbed 3.60 mmol Cu+2, 2.68 mmol Cd+2 and 1.10 mmol Ni+2 per grama of material. The model that obtained the highest agreement with the experimental results was the model of Langmuir compared to the model of Freudlich.

Neste trabalho foram desenvolvidas metodologias para a determinação de substâncias de interesse, como metais pesados (micronutrientes e contaminantes), macronutrientes e pesticidas em solo e águas naturais com ultramicroeletrodo de irídio recoberto com filme de Hg eletrodepositado (UME Ir-Hg) e técnicas voltamétricas, utilizando uma cápsula porosa de cerâmica como cela eletroquímica. As metodologias de medidas com os ultramicroeletrodos foram desenvolvidas inicialmente em condições controladas e posteriormente aplicadas a medidas in-situ, com experimentos com águas naturais e solos, conduzidos em laboratório e também com posteriores medidas em amostras reais. Segundo os resultados obtidos foi possível explorar as metodologias voltamétricas, principalmente as de pulso e redissolução anódica, como ferramentas para estudos in-situ dos metais Cd(II), Pb(II) e Cu(II) e do inseticida organofosforado paration metílico, substâncias de grande interesse, obtendo-se um bom nível de repetibilidade e sensibilidade, com limites de detecção em amostras reais de centenas de ppb\'s. / In this work a methodology for determination of metallic ions (micronutrients and contaminants), macronutrients and pesticides in soil and natural waters was developed using an Hg plated iridium based ultramicroelectrode and voltammetric techniques, using a ceramic capsule as an electrochemical cell. The measurement procedures were developed initially in controlled conditions and therefore applied to in-situ measurements, in soil and natural waters, performed in lab and with real field samples. Regarding the obtained results it was possible do explore the voltammetric techniques, mainly the pulsed and stripping ones, as tools for in-situ determination of Cd(II), Pb(II), Cu(II) and the insecticide methyl parathion, with good reproducibility and sensibility, with detection limits in the order of hundreds of parts per billion.

Submitted by JANAINE DO ROCIO IVASSECHEN null (janaine_jri@yahoo.com.br) on 2016-02-23T23:37:58Z No. of bitstreams: 1 dissertação Janaíne.pdf: 2608394 bytes, checksum: 89d6d43b306c92a291cb379448dd11de (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-02-24T14:58:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ivassechen_jr_me_araiq.pdf: 2608394 bytes, checksum: 89d6d43b306c92a291cb379448dd11de (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-24T14:58:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ivassechen_jr_me_araiq.pdf: 2608394 bytes, checksum: 89d6d43b306c92a291cb379448dd11de (MD5) Previous issue date: 2016-01-07 / A determinação direta de metais presentes em baixas concentrações em amostras de águas naturais é geralmente dificultada devido à presença de espécies interferentes. Os metais que foram estudados, Cu (II), Pb(II), Co (II), Ni (II) e Cd (II) são de interesse ambiental em razão de seu uso intensivo, distribuição e por serem absolutamente não-degradáveis podem acumular-se em matrizes ambientais manifestando toxicidade. Neste projeto desenvolveu-se a sílica como suporte sólido para o ancoramento da molécula 4-amino-3-hidrazino-5-mercapto-1,2,4-triazole e sua aplicação na adsorção/remoção de íons em solução aquosa. O material foi caracterizado por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), o qual apresentou bandas em 1690- 1649 e 790 cm-1 , característica de ligações N-H de aminas primárias do ligante. A ressonância magnética nuclear de 13C e 29Si (RMN) comprovam o ancoramento do ligante. As medidas de área de superfície específica pelo método de BET e diâmetro de poro resultaram em uma área de 795,51 ± 1,14 m2 g-1 e poros numa gama de 1,1 a 7,1 nm. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostrou que o material tem formato esférico com tamanhos aproximadamente de 10 μm e a Análise por Energia Dispersiva de Raios X (EDX) mostrou uma distribuição homogênea do sililante por toda a superfície do material. Com isso, confirmou-se a ocorrência da reação de modificação. O material foi aplicado em estudos de adsorção para determinação da sua capacidade máxima, bem como estudos da influência do pH e estudos cinéticos no processo de equilíbrio Os experimentos foram realizados pelo método de batelada. O primeiro teste foi o pHPZC, que indica a melhor faixa de pH (5-9) para a adsorção. Os estudos de adsorção dos metais em solução apresentaram o melhor resultado quando o pH era igual a 6, o equilíbrio de adsorção foi atingido depois de 50 minutos de agitação. Para todas as espécies investigadas o processo de adsorção é melhor descrito pelo modelo de pseudo- segunda ordem. Com esses parâmetros estabelecidos os valores de capacidade máxima de adsorção foram encontrados, sendo 0,129; 0,102; 0,105; 0,113; e 0,076 mmol g-1 para o Cu, Ni, Pb, Co e Cd, respectivamente. A sílica modificada foi aplicada na pré-concentração de Cu (II) em amostras aquosas. Com um fator de enriquecimento de 20 vezes, a coluna provou ser estável ao longo de 24 ciclos de adsorção/dessorção. / The direct determination of metals present at trace levels in natural water samples is generally difficult due to the presence of interfering species. Metals that were studied, Cu(II), Pb(II), Co(II), Ni(II) and Cd(II) are of environmental interest because of its intensive use, distribution, and as a consequence of its non-degradability can be accumulated in environmental matrices manifesting toxicity. In this project was developed a mesoporous silica as solid support for the anchoring of 4-amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazole molecule to be applied in the adsorption/removal of metals from aqueous solution. The material was characterized by infrared spectroscopy (FTIR), which showed bands at 1649 and 1690- 790 cm-1, characteristic of NH bonds of primary amines, existing in molecule ligand. The nuclear magnetic resonance 13C and 29Si (NMR) confirm the anchoring of the ligand. Measurements of specific surface area by the BET method and pore diameter resulted in an area of 795.51 ± 1.14 m2 g-1 and pores in a range from 1.1 to 7.1 nm. Scanning Electron Microscopy (SEM) showed that the material has spherical shape with sizes of approximately 10 μm and the analysis by Energy Dispersive X-ray (EDX) showed a homogeneous distribution of silylant over material surface. Thus, it was confirmed the occurrence of the modification reaction. The material was applied in adsorption studies to determine its maximum adsorption capacity, as well as studies of the influence of pH and kinetic studies on the balance process. The experiments were performed by the batch method. The first test was the pHPZC which indicates the best pH range (5-9) for the adsorption. Adsorption studies showed the best results when pH was near 6 and the adsorption equilibrium was attained after 50 minutes of stirring time. For all species investigated the adsorption process is better described by the pseudo- second order kinetic model. With these parameters established the maximum adsorption capacity values found were 0.129, 0.102, 0.105, 0.113 and 0.076 mmol g-1 for Cu(II), Ni(II), Pb(II), Co(II) and Cd(II), respectively. Modified silica was also applied in the preconcentration of Cu(II) from aqueous samples with 20 fold enrichment factor and the packed column proved to be stable over 24 cycles of adsorption/desorption.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMFB.pdf: 1623274 bytes, checksum: 2cbbc2e6a26f748ac20ec1fa60a1e1e8 (MD5) Previous issue date: 2005-03-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / INFLUENCE OF METAL CATIONS IN THE STRUCTURE OF HUMIC SUBSTANCES AS DETECTED BY SPECTROSCOPY, involves a study by which starting from precursors of humic substances, some polymers were obtained, characterized and comparable with samples of humic acids. One such polymer with similar characteristics with humic acids was obtained by using as precursors hydroquinone, p-benzoquinone and 4-aminbenzoic acid, subjected to a synthesis under polymeric oxidation at an alkaline medium. The following structural characteristics of such polymers were studied in comparison with humic acids: influence of Cu, Fe and Mn cations in the structure of the synthesized polymers by spectral characteristica of Fourier Transform Infrared Spectroscopic (FTIR), absorbance with UV-Vis light, fluorescence; experiments with Size Exclusion Chromatography (SEC) and Atomic Force Microscopy (AFM) with the polymers and humic acids. It has been found that the complexation with the Cu, Fe and Mn cations has affected the structure by increasing the molecular size as observed by the Size Exclusion Chromatography. After complexation with the metal cations the FTIR, UV-Vis and Fluorescence spectra has shown significant changes due to structural modifications, which indicates complex formation specially with the carboxylic and phenol groups found in the obtained polymers. / INFLUÊNCIA DE ÍONS METÁLICOS NA ESTRUTURA DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS DETECTADOS POR ESPECTROSCOPIA envolveu um estudo em que, a partir de moléculas precursoras de substâncias húmicas (SH), prepararam-se e caracterizaram-se polímeros sintéticos comparáveis com amostras de ácidos húmicos (AH) extraídos de solo. Obteve-se um polímero com características análogas às dos ácidos húmicos através de reações de síntese, por meio de polimerização oxidativa em meio alcalino utilizando como precursores a hidroquinona, p-benzoquinona e o ácido 4-aminobenzóico. Através do polímero obtido estudaram-se as características estruturais comparáveis com os ácidos húmicos nos seguintes aspectos: influência dos íons metálicos Cu, Fe e Mn na estrutura do polímero sintetizado através de caracterização espectroscópica, Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Absorção de luz UV-Visível (UV-Vis), Fluorescência de Luz UV-Visível; experimentos com Cromatografia por Exclusão de Tamanho e Microscopia de Força Atômica com os ácidos húmicos naturais e sintetizados. O estudo das características estruturais das substâncias húmicas baseados em polímeros mostrou que a complexação de íons metálicos (Fe3+, Cu2+ e Mn2+) influenciou na estrutura levando a um aumento no tamanho molecular observado através dos cromatogramas obtidos por Cromatografia de Exclusão de Tamanho. Os espectros de FTIR, UV-Vis. e Fluorescência de luz no UV-Vísivel dos ácidos húmicos sintéticos após a complexação de íons metálicos mostraram alterações nas bandas que estão associadas a mudanças estruturais, indicando a complexação dos íons metálicos principalmente com grupos fenólicos e carboxílicos presentes nos polímeros.

Orientador: Sonia Maria Alves Bueno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T09:14:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mourao_CeciliaAlves_M.pdf: 2559584 bytes, checksum: efe6b17b9b7e5ceb16ade74a6ae30629 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: As imunoglobulinas G (IgG) e seus fragmentos Fab, F(ab)¿2 e Fv apresentam aplicações proeminentes nas áreas terapêuticas e de diagnósticos. Em determinadas situações em que a região Fc é dispensável e/ou deletéria, emprega-se preferencialmente fragmentos em relação à IgG não clivada. Tais aplicações requerem um elevado grau de pureza dessas biomoléculas. O elevado custo de obtenção de fragmentos pelas técnicas convencionais justifica a investigação de outras que possam proporcionar a obtenção dessas proteínas, combinando um menor custo com um elevado grau de pureza. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar e comparar a eficácia dos adsorventes agarose-CM-Asp-Ni(II), agarose-CM-Asp-Co(II), agarose-CM-Asp-Cu(II) e agarose-CM-Asp-Zn(II) na purificação dos fragmentos Fab de IgG humana policlonal, a partir de uma solução de IgG clivada pela enzima papaína. O efeito do sistema tamponante, do íon metálico e do cloreto de sódio foram avaliados. A seletividade das condições cromatográficas foi avaliada por eletroforese SDS-PAGE, Western Blotting e imunodifusão radial. Os resultados indicaram que nas cromatografias conduzidas com o quelato CM-Asp-Co(II) com Hepes e Tris-HCl, na ausência de sal, os fragmentos Fab foram obtidos separados do Fc nas frações de eluição. Nas cromatografias em CM-Asp-Ni(II) com Hepes e fosfato de sódio na presença de NaCl e em CM-Asp-Cu(II) com Tris-HCl e fosfato de sódio na presença de NaCl, a biomolécula alvo foi obtida seletivamente nas frações não retidas (cromatografia negativa). Nas cromatografias em CM-Asp-Zn(II) não houve a recuperação seletiva dos fragmentos Fab. Os resultados das curvas de ruptura com os quelatos CM-Asp-Ni(II), CM-Asp-Co(II) e CM-Asp-Cu(II) revelaram a recuperação de 3,4 mg, 17,1 mg e 8,6 mg de Fab, respectivamente. Os fragmentos Fab foram obtidos com pureza superior a 90%, sendo que para o ligante CM-Asp-Cu(II), segundo o western blot, os fragmentos Fab foram separados da IgG não clivada. Os resultados obtidos nas condições cromatográficas estudadas evidenciam a potencialidade do emprego dos quelatos CM-Asp-Ni(II), CM-Asp-Co(II) e CM-Asp-Cu(II), imobilizados em agarose, para purificação de fragmentos Fab obtidos da clivagem enzimática da IgG humana policlonal / Abstract: Immunoglobulins G (IgG) and their fragments Fab, F(ab)¿2 and Fv are prominently applied as therapeutic and diagnostic tool. Fragments are preferably used rather than the uncleaved IgG, specially when the Fc portion is dispensable or prejudicial. For the mentioned applications, high purity preparations are required. The high costs associated with the conventional downstream processing of these biomolecules is the driving force to investigate purification techniques that can combine lower cost with high purification factor. Therefore, the goal of this work is to evaluate and compare the efficiency of CM-Asp-Ni(II), CM-Asp-Co(II), CM-Asp-Cu(II) and CM-Asp-Zn(II) adsorbents in the purification of Fab fragments from papain-digested human IgG. The effects of buffers, metal-ion and NaCl addition were also studied. The adsorbent/buffer selectivity towards the targeted molecule was evaluated by SDS-PAGE, Western Blotting and radial immunodiffusion assays. Chromatography with CM-Asp-Co(II) as chelated using Hepes and Tris-HCl buffers resulted in Fab recovery in the elution fractions. Whereas the chromatography with CM-Asp-Ni(II) and CM-Asp-Cu(II) both as chelated using Hepes sodium phosphate buffers with NaCl addition resulted in Fab selective recovery in non-retained fractions (negative chromatography). The adsorbent CM-Asp-Zn(II) did not show Fab selective recovery. Breakthrough curves experiments with CM-Asp-Ni(II), CM-Asp-Co(II) e CM-Asp-Cu(II) showed recovery of 3.4 mg, 17.1 mg and 8.6 mg of Fab, respectively. Fab fragments were recovered with purity higher than 90%. When chelated CM-Asp-Cu(II) was use as ligand, Fab fragments were recovery separated from intact IgG as shown in western blot. Results obtained in the chromatographic conditions studied showed the potential use of CM-Asp-Ni(II), CM-Asp-Co(II) and CM-Asp-Cu(II) immobilized in agarose for the purification of Fab fragments from cleaved human polyclonal IgG / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestra em Engenharia Química

Foram sintetizadas bisporfirinas, em que as unidades de porfirina encontram-se ligadas às posições 4,4\' da 2,2\'bipiridina através da formação de ligações amídicas, pela reação entre uma aminofenil porfirina monofuncionalizada (NH2PTriPP) e a 4,4\'-dicloreto de ácido bipiridina (DACBipy). Para a obtenção da NH2PTriPP foi necessário um estudo preliminar das condições de reação de síntese da molécula precursora da NH2PTriPP, a correspondente mono-nitrofenil porfirina (NO2PTriPP). A NO2PTriPP foi obtida com rendimentos da ordem de 60% em reações de nitração da TPP em ácido trifluoracético a temperatura ambiente, excessos de duas vezes de nitrito de sódio e tempos de reação não maiores que um minuto. Desta forma são obtidas apenas a mononitroporfirina e TPP que não reagiu sem a presença de outros produtos nitrados. Nestas condições se obtém grande reprodutibilidade e a mistura resultante de NO2PTriPP e TPP pode ser diretamente reduzida por cloreto de estanho para a obtenção da NH2PTriPP sem necessidade da separação da TPP. Após uma série de testes foi obtida a bisporfirina-bipiridina (BisPBipy) pela reação entre a NH2PTriPP e a DACBipy, sendo aspectos importantes nesta reação a obtenção do cloreto de ácido da bipiridina (DACBipy) in situ e utilização de excessos de aminoporfirina, ao invés de relações estequiométricas como é usual para este tipo de reação. Desta forma se evita a conversão do cloreto de ácido no respectivo ácido carboxílico que apresenta menor solubilidade e reatividade. Uma vez obtida a bisporfirina base livre foi possível sintetizar a respectiva bisporfirina metalada com íons de Zn(II) nas unidades de porlitina(BisZnPBipy) pela reação com cloreto de zinco. Os espectros de absorção da BisPBipy e BisZnPBipy apresentam perfil espectral característicos das porfirinas base livre e metaloporfirina, sendo os máximos de absorção tanto da banda Soret como das bandas Q praticamente coincidentes com os máximos de absorção da TPP e ZnTPP. As absortividades molares, entretanto, são duas vezes maiores, do que a TPP e ZnTPP, indicando a existência de duas unidades cromofóricas porfirínicas. Assim como observado para as propriedades de absorção UV-Vis, existe uma grande similaridade nas propriedades de emissão da BisPBipy e BisZnBipy com as moléculas modelo TPP e ZnTPP, respectivamente. A BisPBipy mantém o espectro de emissão de \"imagem especular reversa\" da TPP, indicando que a ligação a unidade de bipiridina não altera a geometria do estado excitado. Tanto a BisPBipy como a BisZnPBipy apresentam rendimentos quânticos de emissão de fluorescência similares a TPP e ZnTPP, indicando que para uma mesma fração de luz absorvida tem-se uma mesma emissão de fluorescência por unidade porfirínica presente nas bisporfirinas. Portanto as propriedades de absorção e emissão indicam que as unidades de porfirina atuam de forma independente não sendo influências pela ligação a unidade de bipiridina. Foi investigada a interação entre as bisporfirinas-bipiridinas e os íons Zn2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+ e Co2+ em THF. Através de espectroscopia eletrônica UV-Vis e emissão de fluorescência foi possível constatar que ocorre interação entre as bisporfirinas-bipiridinas e os íons Ni2+, Cu2+ e Co2+. A presença destes íons metálicos em soluções das bisporfirinas-bipiridinas origina apenas pequenas alterações na intensidade da banda Soret; as bandas Q permanecem inalteradas. Este resultado é decorrente da interação dos íons metálicos com a unidade de bipiridina destas bisporfirinas, sendo que as alterações espectrais devidas a complexação ocorrem nas bandas centradas no ligante bipiridina que apresentam transições no ultravioleta, não interferindo apreciavelmente na região espectral das porfirinas. Contrariamente ao que foi observado nos espectros de absorção a presença de íons metálicos influencia de forma significativa a intensidade de fluorescência das bisporfirinas-bipiridinas investigadas, podendo ser observada a supressão de fluorescência em função do aumento da concentração dos íons metálicos. Utilizando os dados de emissão de fluorescência foi possível determinar a estequiometria dos complexos formados entre as bisporfirinas-bipiridinas e os íons metálicos. Co2+ e Cu2+ formam complexos de estequiometria 1:1, enquanto que Ni2+ forma complexos de estequiometria 2:1. A análise dos plots do tipo Stern-Volmer para a supressão de fluorescência das bisporfirinas-bipiridinas mostra um perfil exponencial típico de um processo de supressão não difusional. As constantes de Stern-Volmer aparentes (KSVap) mostram que não existe uma diferença significativa na eficiência de supressão independentemente da bisporfirina analisada ou do íon metálico supressor, sendo obtidos valores de KSVap de aproximadamente 5x105 M-1. Também foi realizado um estudo da interação das bisporfirinas-bipiridinas com o complexo [Eu(tta)3(H2O)2, não sendo observada uma interação apreciável nas condições normais de titulação, indicando que substituição das moléculas de água coordenada no complexo [Eu(tta)3(H2O)2 pela bipiridina não é favorecida em THF. Para as amostras submetidas a aquecimento é verificada uma supressão de fluorescência de aproximadamente 25-30%, indicando a ligação com a unidade bipiridina. Estas bisporfirinas se apresentam como moléculas promissoras no desenvolvimento de sistemas mais complexos contendo porfirinas devido a presença das unidades de bipiridina que possibilitam a formação de uma série de novas estruturas baseadas na coordenação a unidade de bipindina. Outra perspectiva é a elaboração bisporfirinas-bipiridinas, contendo outras metaloporfirinas como, por exemplo, de paládio, estanho, cobre, que também são luminescentes, porem com outras propriedades de estado excitado, resultando em sistemas de grande versatilidade. / In this work have been synthesized bisporphyrins held together by means of amide linkage at the 4,4\' position of 2,2-bipyridine, reacting the mono-functionalised aminophenyl-porphyrin (NH2PTriPP) and 4,4\'-diacid chloride bipyridine (DACBipy). A preliminary study was conducted for the establishment of the reaction conditions for the attainment of mono(nitrophenyl)-porphyrin (NO2PTriPP), the corresponding porphyrin precursor for the NH2PTriPP synthesis. The NO2PTriPP was obtained with yields in the range of 60% in nitration reactions of TPP in trifluoroacetic acid at room temperature, using twofold molar excess of sodium nitrite and period of reaction no longer than one minute. With these reaction conditions are achieved high reproducibility and the resulting mixture of NO2PTriPP and TPP can be directly reduced by tin chloride for obtaining NH2PTriPP without the need of TPP separation. After a series of trials the bisporphyrin-bipyridine (BisPBipy) was obtained reacting NH2PTriPP and DACBipy. Important features of this reaction conditions are the preparation in situ of the diacid chloride bipyridine and the use of a larger excess of aminoporphyrin than the usual for this kind of reaction. In this way, the formation of the corresponding carboxylic acid bipyridine is avoided. The correspondent Zn(II) bisporphyrin-bipyridine derivative (BisZnPBipy), was obtained reacting the free base BisPBipy with zinc chloride. The BisPBipy and BisZnPBipy show characteristic spectral profile of free base and metalloporphyrin spectra, and was observed a great similarity in the absorption maxima for the Soret and Q bands with the corresponding maxima of TPP and ZnTPP respectively. Otherwise the molar absorptivities are twofold higher, as an indication of the existence of two chromophoric units, as expected for bisporphyrins. As observed for the UV-Vis absorption spectra there are a great similarity in the emission properties of BisPBipy and BisZnPBipy and the models TPP and ZnTPP respectively. The \"reverse mirror image\" emission of TPP is also observed for BisPBipy, indicating that the porphyrin chromophore bounded to the bipyridine unit does not alter the excited state geometry. The fluorescence quantum yields for BisPBipy and BisZnPBipy are the same to the observed for TPP and ZnTPP, indicating that for the same fraction of absorbed light the same fluorescence is displayed per porphyrin unit in the bisporphyrin. It can be concluded from the absorption and emission properties that the porphyrin chromophore in these bisporphyrins behaves as independent units. The interaction between the bisporphyrins-bipyridines and Zn2+, Fe2+, Ni2+ , Cu2+ and Co2+ ions in THF was investigated by means of UV-Vis electronic absorption and fluorescence emission spectroscopies, the results show that the interaction occurs only with Ni2+ , Cu2+ e Co2+ without formation of any precipitate. The presence of these metal ions in the bisporphyrin-bipyridine solutions causes small decrease in the intensity of the Soret band; the Q bands remaining unaltered. These spectral features are due to the interaction at the bipyridine unit of these bisporphyrins, and the resulting spectral changes occur in the ligand-centered bipyridine bands showing absorption in the ultra-violet, not matching appreciably the porphyrin absorption spectrum region. The presence of metal ions deeply influences the fluorescence emission intensity of these bisporphyrins, being observed the fluorescence quenching as function of the increasing metal ion concentration. From the fluorescence emission data the stoichiometry of the complexes formed in solution has been estimated for Co2+ and Cu2+ as 1:1 and for Ni2+ as 2:1. The analysis of the Stern-Volmer plots shows a typical profile of a non diffusional quenching process. The apparent Stern-Volmer constants (KSVap) show no significant differences independently of the bisporphyrin or the metal ion employed, being obtained KSVap values of approximately 5x105 M-1. In addition, it was studied the interaction between the bisporphyrins-bipyridines and the [Eu(tta)3(H2O)2 complex, with no appreciable interaction occurring at normal titrating conditions, as an indicative of disfavoring process of the replacement of the coordinated water molecules by the bipyridine ligand in THF. For the samples submitted to heating a fluorescence quenching of 25-30% can be observed, indicating that under heating conditions the complex with the bipyridine is formed. These bisporphyrins are promising in the development of more complex systems containing porphyrins due the presence of the bipyridine units that enable the formation of a series of new structures based on the bipyridine coordination. Another perspective is regarded to the elaboration of bisporphyrins-bipyridine containing different metalloporphyrins, such as palladium, tin, copper, that show luminescence, but with different excited state properties than the zinc porphyrin ones, resulting in systems of great versatility.

Foram sintetizadas bisporfirinas, em que as unidades de porfirina encontram-se ligadas às posições 4,4\' da 2,2\'bipiridina através da formação de ligações amídicas, pela reação entre uma aminofenil porfirina monofuncionalizada (NH2PTriPP) e a 4,4\'-dicloreto de ácido bipiridina (DACBipy). Para a obtenção da NH2PTriPP foi necessário um estudo preliminar das condições de reação de síntese da molécula precursora da NH2PTriPP, a correspondente mono-nitrofenil porfirina (NO2PTriPP). A NO2PTriPP foi obtida com rendimentos da ordem de 60% em reações de nitração da TPP em ácido trifluoracético a temperatura ambiente, excessos de duas vezes de nitrito de sódio e tempos de reação não maiores que um minuto. Desta forma são obtidas apenas a mononitroporfirina e TPP que não reagiu sem a presença de outros produtos nitrados. Nestas condições se obtém grande reprodutibilidade e a mistura resultante de NO2PTriPP e TPP pode ser diretamente reduzida por cloreto de estanho para a obtenção da NH2PTriPP sem necessidade da separação da TPP. Após uma série de testes foi obtida a bisporfirina-bipiridina (BisPBipy) pela reação entre a NH2PTriPP e a DACBipy, sendo aspectos importantes nesta reação a obtenção do cloreto de ácido da bipiridina (DACBipy) in situ e utilização de excessos de aminoporfirina, ao invés de relações estequiométricas como é usual para este tipo de reação. Desta forma se evita a conversão do cloreto de ácido no respectivo ácido carboxílico que apresenta menor solubilidade e reatividade. Uma vez obtida a bisporfirina base livre foi possível sintetizar a respectiva bisporfirina metalada com íons de Zn(II) nas unidades de porlitina(BisZnPBipy) pela reação com cloreto de zinco. Os espectros de absorção da BisPBipy e BisZnPBipy apresentam perfil espectral característicos das porfirinas base livre e metaloporfirina, sendo os máximos de absorção tanto da banda Soret como das bandas Q praticamente coincidentes com os máximos de absorção da TPP e ZnTPP. As absortividades molares, entretanto, são duas vezes maiores, do que a TPP e ZnTPP, indicando a existência de duas unidades cromofóricas porfirínicas. Assim como observado para as propriedades de absorção UV-Vis, existe uma grande similaridade nas propriedades de emissão da BisPBipy e BisZnBipy com as moléculas modelo TPP e ZnTPP, respectivamente. A BisPBipy mantém o espectro de emissão de \"imagem especular reversa\" da TPP, indicando que a ligação a unidade de bipiridina não altera a geometria do estado excitado. Tanto a BisPBipy como a BisZnPBipy apresentam rendimentos quânticos de emissão de fluorescência similares a TPP e ZnTPP, indicando que para uma mesma fração de luz absorvida tem-se uma mesma emissão de fluorescência por unidade porfirínica presente nas bisporfirinas. Portanto as propriedades de absorção e emissão indicam que as unidades de porfirina atuam de forma independente não sendo influências pela ligação a unidade de bipiridina. Foi investigada a interação entre as bisporfirinas-bipiridinas e os íons Zn2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+ e Co2+ em THF. Através de espectroscopia eletrônica UV-Vis e emissão de fluorescência foi possível constatar que ocorre interação entre as bisporfirinas-bipiridinas e os íons Ni2+, Cu2+ e Co2+. A presença destes íons metálicos em soluções das bisporfirinas-bipiridinas origina apenas pequenas alterações na intensidade da banda Soret; as bandas Q permanecem inalteradas. Este resultado é decorrente da interação dos íons metálicos com a unidade de bipiridina destas bisporfirinas, sendo que as alterações espectrais devidas a complexação ocorrem nas bandas centradas no ligante bipiridina que apresentam transições no ultravioleta, não interferindo apreciavelmente na região espectral das porfirinas. Contrariamente ao que foi observado nos espectros de absorção a presença de íons metálicos influencia de forma significativa a intensidade de fluorescência das bisporfirinas-bipiridinas investigadas, podendo ser observada a supressão de fluorescência em função do aumento da concentração dos íons metálicos. Utilizando os dados de emissão de fluorescência foi possível determinar a estequiometria dos complexos formados entre as bisporfirinas-bipiridinas e os íons metálicos. Co2+ e Cu2+ formam complexos de estequiometria 1:1, enquanto que Ni2+ forma complexos de estequiometria 2:1. A análise dos plots do tipo Stern-Volmer para a supressão de fluorescência das bisporfirinas-bipiridinas mostra um perfil exponencial típico de um processo de supressão não difusional. As constantes de Stern-Volmer aparentes (KSVap) mostram que não existe uma diferença significativa na eficiência de supressão independentemente da bisporfirina analisada ou do íon metálico supressor, sendo obtidos valores de KSVap de aproximadamente 5x105 M-1. Também foi realizado um estudo da interação das bisporfirinas-bipiridinas com o complexo [Eu(tta)3(H2O)2, não sendo observada uma interação apreciável nas condições normais de titulação, indicando que substituição das moléculas de água coordenada no complexo [Eu(tta)3(H2O)2 pela bipiridina não é favorecida em THF. Para as amostras submetidas a aquecimento é verificada uma supressão de fluorescência de aproximadamente 25-30%, indicando a ligação com a unidade bipiridina. Estas bisporfirinas se apresentam como moléculas promissoras no desenvolvimento de sistemas mais complexos contendo porfirinas devido a presença das unidades de bipiridina que possibilitam a formação de uma série de novas estruturas baseadas na coordenação a unidade de bipindina. Outra perspectiva é a elaboração bisporfirinas-bipiridinas, contendo outras metaloporfirinas como, por exemplo, de paládio, estanho, cobre, que também são luminescentes, porem com outras propriedades de estado excitado, resultando em sistemas de grande versatilidade. / In this work have been synthesized bisporphyrins held together by means of amide linkage at the 4,4\' position of 2,2-bipyridine, reacting the mono-functionalised aminophenyl-porphyrin (NH2PTriPP) and 4,4\'-diacid chloride bipyridine (DACBipy). A preliminary study was conducted for the establishment of the reaction conditions for the attainment of mono(nitrophenyl)-porphyrin (NO2PTriPP), the corresponding porphyrin precursor for the NH2PTriPP synthesis. The NO2PTriPP was obtained with yields in the range of 60% in nitration reactions of TPP in trifluoroacetic acid at room temperature, using twofold molar excess of sodium nitrite and period of reaction no longer than one minute. With these reaction conditions are achieved high reproducibility and the resulting mixture of NO2PTriPP and TPP can be directly reduced by tin chloride for obtaining NH2PTriPP without the need of TPP separation. After a series of trials the bisporphyrin-bipyridine (BisPBipy) was obtained reacting NH2PTriPP and DACBipy. Important features of this reaction conditions are the preparation in situ of the diacid chloride bipyridine and the use of a larger excess of aminoporphyrin than the usual for this kind of reaction. In this way, the formation of the corresponding carboxylic acid bipyridine is avoided. The correspondent Zn(II) bisporphyrin-bipyridine derivative (BisZnPBipy), was obtained reacting the free base BisPBipy with zinc chloride. The BisPBipy and BisZnPBipy show characteristic spectral profile of free base and metalloporphyrin spectra, and was observed a great similarity in the absorption maxima for the Soret and Q bands with the corresponding maxima of TPP and ZnTPP respectively. Otherwise the molar absorptivities are twofold higher, as an indication of the existence of two chromophoric units, as expected for bisporphyrins. As observed for the UV-Vis absorption spectra there are a great similarity in the emission properties of BisPBipy and BisZnPBipy and the models TPP and ZnTPP respectively. The \"reverse mirror image\" emission of TPP is also observed for BisPBipy, indicating that the porphyrin chromophore bounded to the bipyridine unit does not alter the excited state geometry. The fluorescence quantum yields for BisPBipy and BisZnPBipy are the same to the observed for TPP and ZnTPP, indicating that for the same fraction of absorbed light the same fluorescence is displayed per porphyrin unit in the bisporphyrin. It can be concluded from the absorption and emission properties that the porphyrin chromophore in these bisporphyrins behaves as independent units. The interaction between the bisporphyrins-bipyridines and Zn2+, Fe2+, Ni2+ , Cu2+ and Co2+ ions in THF was investigated by means of UV-Vis electronic absorption and fluorescence emission spectroscopies, the results show that the interaction occurs only with Ni2+ , Cu2+ e Co2+ without formation of any precipitate. The presence of these metal ions in the bisporphyrin-bipyridine solutions causes small decrease in the intensity of the Soret band; the Q bands remaining unaltered. These spectral features are due to the interaction at the bipyridine unit of these bisporphyrins, and the resulting spectral changes occur in the ligand-centered bipyridine bands showing absorption in the ultra-violet, not matching appreciably the porphyrin absorption spectrum region. The presence of metal ions deeply influences the fluorescence emission intensity of these bisporphyrins, being observed the fluorescence quenching as function of the increasing metal ion concentration. From the fluorescence emission data the stoichiometry of the complexes formed in solution has been estimated for Co2+ and Cu2+ as 1:1 and for Ni2+ as 2:1. The analysis of the Stern-Volmer plots shows a typical profile of a non diffusional quenching process. The apparent Stern-Volmer constants (KSVap) show no significant differences independently of the bisporphyrin or the metal ion employed, being obtained KSVap values of approximately 5x105 M-1. In addition, it was studied the interaction between the bisporphyrins-bipyridines and the [Eu(tta)3(H2O)2 complex, with no appreciable interaction occurring at normal titrating conditions, as an indicative of disfavoring process of the replacement of the coordinated water molecules by the bipyridine ligand in THF. For the samples submitted to heating a fluorescence quenching of 25-30% can be observed, indicating that under heating conditions the complex with the bipyridine is formed. These bisporphyrins are promising in the development of more complex systems containing porphyrins due the presence of the bipyridine units that enable the formation of a series of new structures based on the bipyridine coordination. Another perspective is regarded to the elaboration of bisporphyrins-bipyridine containing different metalloporphyrins, such as palladium, tin, copper, that show luminescence, but with different excited state properties than the zinc porphyrin ones, resulting in systems of great versatility.