Foi investigada a resposta antioxidante de culturas em suspensão celular de café (Coffea arabica L.) ao cádmio (Cd) e níquel (Ni). As células de café foram tratadas por doze dias com zero (controle), 0,05 e 0,5 mM de NiCl2 ou CdCl2. O Cd e o Ni acumularam rapidamente nas células e este acúmulo foi diretamente correlacionado com o aumento na concentração de metal no meio externo. Em 0,05 mM CdCl2 e 0,05 mM NiCl2, o crescimento foi estimulado, mas em 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2 a taxa de crescimento foi reduzida. As alterações no metabolismo do oxigênio ativo foram detectadas pela análise visual, assim como pelo aumento na peroxidação lipídica, nos tratamentos com 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2. As atividades das enzimas catalase (CAT; EC 1.11.1.6), glutationa redutase (GR; EC 1.6.4.2) e superóxido dismutase (SOD; EC 1.15.1.1) aumentaram após exposição ao Cd, particularmente na maior concentração de CdCl2. A atividade da ascorbato peroxidase (APX; EC 1.11.1.11) foi elevada por 0,05 mM CdCl2, mas não pode ser detectada em células cultivadas na maior concentração de CdCl2 após 24 h de cultivo, enquanto que a guaiacol peroxidase (GOPX; EC 1.11.1.7) não demonstrou um padrão claro de resposta ao tratamento com Cd. As atividades das enzimas CAT, GR, APX, GOPX e SOD foram aumentadas, particularmente nos períodos iniciais de exposição ao NiCl2 e as atividades foram maiores na dosagem 0,5 mM NiCl2, na maioria dos tempos de exposição testados. A análise em PAGE não desnaturante seguido pela revelação da atividade enzimática, apresentou uma isoenzima da CAT, nove isoenzimas da SOD e quatro isoenzimas da GR. As isoenzimas da SOD foram diferencialmente afetadas pelo tratamento com CdCl2 e NiCl2 e uma isoenzima da GR mostrou responder especificamente ao CdCl2 e ao NiCl2. Os resultados sugerem que 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2 podem levar ao estresse oxidativo. O CdCl2 e o NiCl2 a 0,05 mM não induziram peroxidação lipídica e a principal resposta aparenta ser via indução das atividades das enzimas SOD, CAT e APX nas células tratadas com Cd e das enzimas SOD, CAT, GOPX e APX nas células tratadas com Ni, para a remoção das espécies ativas de oxigênio (EAOs), e pela indução da GR para garantir a disponibilidade de glutationa reduzida. A síntese de peptídeos de ligação ao Cd, deve também estar relacionada com a inibição da atividade da APX, provavelmente devido ao esgotamento da glutationa e ascorbato na maior concentração de CdCl2. / The antioxidant responses of coffee (Coffea arabica L.) cell suspension cultures to cadmium (Cd) and nickel (Ni) were investigated. Coffee cells were treated for twelve days with 0 (control), 0.05 and 0.5 mM NiCl2 or CdCl2. Cd and Ni accumulated very rapidly in the cells and this accumulation was directly correlated with an increase in applied metal concentration in the external medium. At 0.05 mM CdCl2 and 0.05 mM NiCl2, growth was stimulated, but at 0.5 mM CdCl2 and 0.5 mM NiCl2 the growth rate was reduced. An alteration in activated oxygen metabolism was detected by visual analysis as well as by an increase in lipid peroxidation at 0.5 mM CdCl2 and 0.5 mM NiCl2. Catalase (CAT; EC 1.11.1.6), glutathione reductase (GR; EC 1.6.4.2) and superoxide dismutase (SOD; EC 1.15.1.1) activity increased after Cd exposure, particularly at the higher concentration of CdCl2. Ascorbate peroxidase (APX; EC 1.11.1.11) activity was higher at the lower CdCl2 concentration used, but could not be detected in cells growing in the higher CdCl2 concentration after 24 h of growth, whilst guaiacol peroxidase (GOPX; EC 1.11.1.7) did not show a clear response to Cd treatment. CAT, GR, APX, GOPX and SOD activities were increased due to Ni treatment, particularly at earlier NiCl2 exposure times and the activities were higher at 0.5 mM NiCl2 for most of exposure times tested. An analysis by non-denaturing PAGE followed by staining for enzyme activity, revealed one CAT isoenzyme, nine SOD isoenzymes and four GR isoenzymes. The SOD isoenzymes were differently affected by CdCl2 and NiCl2 treatment and one GR isoenzyme was shown to specifically respond to CdCl2 and NiCl2. The results suggest that the higher concentrations of CdCl2 and NiCl2 may lead to oxidative stress. CdCl2 and NiCl2 at 0.05 mM did not induce lipid peroxidation and the main response appeared to be via the induction of SOD, CAT and APX activities in Cd treated cells and SOD, CAT, GOPX and APX activities in Ni treated cells, for the removal of reactive oxygen species (ROS), and by the induction of GR to ensure the availability of reduced glutathione. The synthesis of Cd-binding proteins may also be related to the inhibition of APX activity probably due to glutathione and ascorbate depletion at higher CdCl2 concentration.

A produção intracelular e ativação do oxigênio molecular em suas espécies reativas é uma constante ameaça aos organismos fotossintéticos, uma vez que os cloroplastos, juntamente com as mitocôndrias, são compartimentos celulares altamente susceptíveis ao estresse oxidativo. Em condições normais, a geração das EROs nestas organelas é lenta e controlada, embora possa ser exacerbada pela exposição a agentes poluentes, tais como metais e poluentes orgânicos. A contaminação por metais é uma importante fonte de estresse oxidativo em sistemas biológicos, a resistência dos organismos fotossintéticos ao estresse metálico deve-se a adaptações bioquímicas que previnam o desequilíbrio oxidativo. Nesta dissertação investigamos os efeitos dos íons Cd2+ na microalga Minutocelluspolymorphus. A microalga mostrou-se sensível ao Cd2+ devido a um aumento significativo na mortalidade celular quando sob exposição. Através de várias exposições, o valor da IC50 do Cd2+ para a microalga foi de 0,14 mmol.L-1. As respostas dos principais sistemas antioxidantes enzimáticos e não enzimáticos também foram avaliadas. Após 48 horas de exposição a Cd2+, as células apresentaram aumentos de atividade das enzimas SOD, CAT e GST em 3,5, 6,2 e 2 vezes respectivamente. Esta exposição também provocou a redução da atividade da enzima GR em 28 %. Neste sentido, os níveis de GSH também foram alterados, apresentando uma redução de 60 % quando sob exposição ao metal. Contudo, não houve alteração na atividade da enzima GPx. A partir das informações obtidas neste trabalho, conclui-se que Cd2+ é tóxico à M. polymorphus, sendo forte indutor do estresse oxidativo às suas estruturas celulares da microalga, causando alteração em seu perfil antioxidante, podendo ser utilizadas como biomarcadores para exposição de Cd2+ em condições controladas. O presente trabalho contribui, portanto, para uma maior elucidação dos componentes bioquímicos e moleculares de processos adaptativos em microalgas marinhas. / The intracellular production and activation of molecular oxygen to reactive species is a constantly threat to photosynthetic organisms once chloroplasts and mitochondria are cellular compartments highly liable to oxidative stress. In normal conditions the generation of ROS on this organelles is slow and controlled although can be exacerbated by the exposure to pollutants agents as metals and organic pollutants. Contamination by metals is an important source of oxidative stress in biological systems, the resistance of the photosynthetic organisms to this stress due to biochemical adaptations that prevent oxidative imbalance. In this work, we investigated the effects of Cd2+ ions on microalgae Minutocellus polymorphus. The microalge showed sensible to Cd2+ effects due to significant increase on cellular death when exposed. Through several exposures, the value of IC50 was determined as 0.14 mmol.L-1. The responses of major antioxidant systems both enzymatic and non-enzymatic were also evaluated. After 48 hours of exposition to Cd2+, the cells showed increases of antioxidant enzymes SOD, CAT and GST in 3.5, 6.2 and 2 times respectively. This exposure also significantly decreased enzyme GR activity by 28 %. In this way, GSH levels were also changed, with a reduction of 60% when under exposure to metal. However, there was no change in the activity of GPx enzyme. From the information obtained in this work, we conclude that Cd2+ is toxic to M. polymorphus, being strong inducer of oxidative stress to their cellular structures, causing the consequent change in antioxidant profile that can be used as biomarkers that can be used as biomarkers of Cd2+ exposure on controlled conditions. This study therefore contributes to a further elucidation of the biochemical and molecular components of adaptive processes in marine microalgae.

O destino de metais pesados em solos é principalmente controlado por reações de sorção e de precipitação em superfícies minerais. Resultados de pesquisa têm evidenciado certa contradição quanto à mobilidade dos metais pesados em solos tratados com lodo de esgoto. Parte dos resultados permite afirmar que a mobilidade dos metais nesses solos é baixa ou nula, enquanto que outra parcela questiona a capacidade do solo em reter esses elementos, sendo esta capacidade função de fatores como tempo, nível de contaminação, condições climáticas, alterações químicas e degradação da matéria orgânica. O objetivo do trabalho foi avaliar a dessorção de Cd, Cu, Ni e Zn em função do pH, a capacidade adsortiva e a fitodisponibilidade desses metais em um Latossolo tratado por cinco anos consecutivos com doses de lodos provenientes das estações de tratamento de Barueri (LB) e de Franca (LF). Amostras de solo foram coletadas da camada 0-0,2m, dos seguintes tratamentos: testemunha; dose de lodo estabelecida para adubação nitrogenada da cultura do milho (1N); duas vezes (2N), quatro vezes (4N) e oito vezes a dose de lodo recomendada (8N). O efeito do pH na dessorção dos metais foi avaliado por meio da determinação da concentração dos mesmos em extratos obtidos em agitações seqüenciais, a primeira de 24 horas e as seguintes de 2 horas cada até a dessorção máxima, usando solução de Ca(NO3)2 0,01 mol L-1 (relação solo:solução de 1:10) e pH ajustado com HNO3 ou NaOH 1 mol L-1. A faixa de variação de pH investigada foi de 3,5 a 7,5. A adsorção dos metais foi avaliada nas amostras de solo agitadas com solução de Ca(NO3)2 0,01 mol L-1 e concentrações crescentes de cada metal. Plantas de arroz foram cultivadas pelo método de Neubauer para avaliação da fitodisponibilidade dos metais. A dessorção dos metais foi crescente com o aumento das doses dos lodos e o LB exibiu maiores valores comparativamente ao LF. A redução do pH proporcionou o aumento dos teores de metais dessorvidos. A capacidade adsortiva do solo também aumentou com a dose de lodo. As amostras tratadas com LF adsorveram mais metais que as tratadas com LB, concordando com os resultados de dessorção. As quantidades de metais nas plantas de arroz apresentaram boa correlação com os teores dessorvidos e com os extraídos do solo com DTPA, indicando que a fitodisponibilidade aumenta com o uso de lodo. Conclui-se que o pH do solo é fator importante no controle da disponibilidade dos metais e sua redução implica em menor capacidade do solo tratado com lodo em reter os metais estudados, além de existir também diferenças importantes relacionadas com as doses aplicadas e origem e características dos lodos de esgoto. / The fate of metals in the soil environment is mostly controlled by sorption reactions on the surface of soil constituents. There have been many studies on the mobility of metals in sludge-amended soils and some contradictions arise from them. Several results indicated a low or even null degree of mobility while others questioned the capacity of soils components in retaining those elements, which is dependent on degree of contamination, climatic conditions, chemical alterations and decomposition of organic matter. This thesis reports the evaluation of the of Cd, Cu, Ni and Zn dessorption from soils as function of pH; the adsorptive capacity and the biovailability of those metals in soil samples collected in a field trial where sewage sludge was applied during 5 consecutive years. The waste was collected in two sewage treatment plants: Barueri (LB) and Franca (LF) in São Paulo state, Brazil. Soil was sampled (0-20 cm) in the trail plots of the following treatments: check; sewage rate corresponding to the amount of total nitrogen recommended for maize (1N) and rates of 2, 4 and 8 times the 1N rate, which were identified as 2N, 4N and 8N, respectively. The pH effect on metal desorption was evaluated by a sequential extractions procedure with Ca(NO3)2 0.01 mol L-1 solution: the first step lasted 24 h and the subsequential ones 2 h till no significant amount of metal could be extracted. The soil: extractant solution ratio was 1:10 and the pH ranged from 3,5 to 7,5 obtained after proper additions of HNO3 or NaOH 1 mol L-1 solutions aliquots. Metal adsorption was carried out in Ca(NO3)2 0.01 mol L-1 solution with increasing metal concentration. A Neubauer-type trial was carried out with rice plants to evaluate metal bioavailability. Metal desorption increased with sewage rates and higher amounts were obtained for LB as compared to LF. Metal desorption also increased as pH decreased. Soil samples where LB sewage was applied adsorbed higher metal amounts, which is in accordance with desorption results. Metal bioaccumulation in rice plants in the Neubauer experiment was well correlated with the desorbed amounts and with the DTPA extracted values thus indicating that bioavailability rises when sewage sludge is applied. Soil pH appears as the key factor in controlling Cd, Cu, Ni and Zn availability and the more it decreases the less they are retained by soil. It should also be mentioned the striking effects of and sludge characteristics and rates.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sabendo que os peixes são bioacumuladores de contaminantes do ambiente aquático e com isso representam riscos para seus consumidores, podendo ampliar tal poluentes para a cadeia trófica, este estudo tem por objetivo determinar os níveis de cádmio e chumbo presentes na espécie de peixe Acará (Geophagus brasiliensis), tradicional do consumo da população ribeirinha, devido a grande quantidade de indivíduos na região industrial do Sul Fluminense, no rio Paraíba do Sul, do estado do Rio Janeiro, além de comparar as faixas de concentração destes elementos-traço com dados estabelecidos pela ANVISA, utilizando estes peixes como bioindicadores das regiões estudadas. Os peixes foram capturados ao longo do rio Paraíba do Sul, nos municípios de Pinheiral, Barra Mansa e Volta Redonda. A identificação e quantificação dos metaisforam realizados, por um sistema de pré-concentração, baseado na adsorção de metais por uma resina quelante (chelex100) acoplada em linhacom um espectrômetro de absorção atômica com chama (FAAS). O método de pré-concentração permitiu a detecção de cádmio em níveis maiores que ao limite de detecção do FAAS e quando comparados com os valores estabelecidos pela ANVISA, indicou que o peixe estaria impróprio para o consumo humano. Nas análises de pré-concentração para chumbo, não houve sinal expressivo a ser comparado, apresentando somente sinais de ruído do equipamento. O cádmio e o chumbo foram escolhidos para análise uma vez que são regulamentados como contaminantes inorgânicos pela ANVISA e não foi encontrado na literatura nenhum dado sobre esses metais em Geophagus brasiliensis / Knowing that the fish are bio-accumulators of aquatic contaminants and thus pose risks to its consumers which may extend such pollutants into the food chain, this study aims to determine the levels of cadmium and lead present in the species of Cichlid fish (Geophagus brasiliensis), traditional consumption of the local population, due to the large number of individuals in the industrial region of South Fluminense, in Paraíba do Sul, state of Rio de Janeiro and to compare the concentration ranges of these trace elements with data established by ANVISA using these fish as bioindicators of the regions studied. Fish were caught along the Paraíba do Sul River, in the municipalities of Pinheiral, Barra Mansa and Volta Redonda. The identification and quantification of metals were achieved by a pre-concentration system based on adsorption by a metal chelating resin (chelex100) coupled in line with an atomic absorption flame spectrometry ("F-AAS"). The method of preconcentration allowed cadmium detection levels greater than the detection limit of the "FAAS" and compared to the values established by ANVISA indicated that the fish would be unfit for human consumption. In the analyzes of pre-concentration for lead, no significant signal to be compared, presenting only equipment noise signals. Cadmium and lead were chosen for analysis since they are regulated as inorganic contaminants by ANVISA and was not found in the literature no data on these metals in Geophagus brasiliensis

A contaminação ambiental por metais pesados, entre os quais o cádmio (Cd), níquel (Ni) e zinco (Zn), tanto nos solos cultivados quanto nos produtos agrícolas, demanda constante monitoramento do solo, bem como a quantificação desses elementos nos diferentes órgãos dos vegetais. No manejo da adubação e outras práticas culturais, há contaminação indesejável de metais pesados que se acumulam nos solos ao longo dos anos, podendo causar danos ao crescimento vegetal, produção e/ou qualidade do produto agrícola. Considerando a relevância da problemática dos metais pesados nos sistemas agrícolas, é essencial o conhecimento da ação do Cd, Ni e Zn nos processos metabólicos no cafeeiro. A proposta desta pesquisa foi verificar a influência das aplicações de doses crescentes de Cd, Ni e Zn sobre as características nutricionais, fisiológicas e bioquímicas em plantas de cafeeiro em produção e na qualidade da bebida. Por meio dos parâmetros analisados até 128 dias, a ordem crescente de toxidez é de Ni, Zn e Cd. A distribuição de Cd é maior nos ramos, grãos e folha; Ni nas folhas, ramos e grãos e Zn nos ramos, folhas e grãos. O estado nutricional do cafeeiro não é afetado pela aplicação dos metais, com exceção do nitrogênio e do fósforo, que reduz nas maiores doses de Cd e Zn. A produtividade e qualidade da bebida são reduzidas em razão da aplicação dos metais. / Environmental contamination by heavy metals, including Cd, Ni and Zn, in both cultivated soils and agricultural products, takes constant monitoring of soils and the quantification of these elements in different plant parts. The management of fertilizer and other cultural practices, there are undesirable contamination of heavy metals that accumulate in soils over the years, causing damage to plant growth, production and/or quality of products. Considering the growing concern with heavy metals in agricultural systems is essential research focused on the physiological mechanism of Cd, Ni and Zn in coffee plants. Therefore, to evaluate the translocation of metals to coffee beans, the monitoring and the quantification of these elements in soils and different organs of coffee plants are required. The aim of this study was to evaluate the influence of applications times and rates of Cd, Ni and Zn on the nutritional, physiological and biochemical changes in coffee plants as well as cup quality drink under field condition. According to the results evaluated up to 128 days exposure to metals, the order of increasing toxicity was Ni>Zn>Cd. The distribution of Cd was higher in the plagiotropic branches>grain>leaf; Ni in leaves>stems>grains, and Zn in stems>leaves>grains, respectively. The nutritional status of coffee plants was not affected by the application of metals, except nitrogen and phosphorus, which reduced the highest levels of Cd and Zn. The coffee yield and cup quality drink decreased due to metals exposition.

Esse trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de procedimentos analíticos automáticos, empregando o processo de multicomutação em fluxo para determinação espectrofotométrica de cobalto e cádmio em amostras de águas. O trabalho envolveu o desenvolvimento dos módulos de análises para implementar os procedimentos analíticos baseados no processo de multicomutação, o sistema de detecção fotométrica empregando LED como fonte de radiação eletromagnética, o software para controle do módulo de análise e para efetuar aquisição de dados. O módulo de análise para determinação de cobalto foi desenvolvido, utilizando mini-bombas solenóide para o bombeamento das soluções. O procedimento analítico foi baseado na catálise do cobalto na reação de oxidação do Tiron pelo peróxido de hidrogênio e com o sistema de detecção espectrofotométrica com LED com emissão em 425 nm. Após os ajustes necessários do módulo de análise o sistema apresentou bom desempenho analítico. Para a determinação de cobalto em águas foram obtidas as seguintes características analíticas: desvio padrão relativo de 0,04 % (n = 13) para uma amostra com 0,5 µgL-1 de Co, faixa de resposta linear entre 0,13 a 1,5 µgL-1 de Co (R = 0,998, n = 3), limite de detecção de 0,06 µgL-1, frequência analítica de 42 determinações por hora e geração de 1,5 mL de resíduo por determinação. Recuperações entre 84 e 114 % foram obtidas com adição de Co (II) nas amostras de águas. O módulo de análise para determinação cádmio foi desenvolvido e otimizado utilizando duas mini-bombas peristálticas para bombeamento das soluções e esvaziamento do percurso, uma válvula solenoide de três vias e três válvulas solenoide de duas vias, uma cela de fluxo com longo caminho óptico (100 mm) e LED com emissão em 520 nm. O procedimento analítico para a determinação do cádmio foi baseado na formação do complexo pelo Cd (II) com o reagente ditizona em meio micelar com o surfactante Triton X100. O procedimento apresentou faixa de resposta linear de 15,0 a 175,0 µgL-1 de Cd (R = 0,997; n = 3), limite de detecção de 12,5 µgL-1, desvio padrão relativo de 0,57 % (n = 10) para uma amostra de 30 µgL-1 e frequência analítica de 43 amostras por hora. Recuperações entre 84 e 112 % foram obtidas com adição de Cd (II) nas amostras de águas. / This work deals with the development of automatic analytical procedures, based on multicommuted flow analysis process for spectrophotometric determination of cobalt and cadmium in water samples. The work involved the development of the analytical modules and the photometric detector using LEDs as electromagnetic radiation sources. The software to control the flow analysis module and to perform data acquisition, were developed using Quick BASIC4.5 as programming language. The analysis module for cobalt determination, employed solenoid mini-pumps for solutions pumping. The procedure was based on the cobalt catalytic effect on the Tiron oxidation by hydrogen peroxide and the photometric detection at 425 nm. After the necessary adjustments of the flow analysis module, the system showed good analytical performance. The following analytical characteristics for determination of cobalt in water were obtained: a relative standard deviation of 0.04% (n = 13) for a standard solution 0.5 µgL-1 Co, a linear response ranging from 0.13 to 1.5 µgL-1 Co (R = 0.998, n = 3), a detection limit of 0.06 µgL-1, analytical frequency of 42 samples determination per hour and a waste generation of 1.5 mL per determination. Recoveries between 84 and 114% were obtained with the addition of Co (II) in water samples. The analytical module for determination of cadmium was developed, using two peristaltic mini-pumps and solenoid valves. The LED based photometer was furnished with a flow cell of long optical path (100 mm) and a LED with maximum emission at 520 nm. The flow analysis module was assembled with ability to perform a closed loop strategy, which was implemented to improve sensitivity. The analytical procedure for the determination of cadmium was based on reaction of Cd (II) with dithizone in a micelle medium with the surfactant Triton X-100. The procedure showed a linear response ranging from 15.0 to 175.0 µgL-1 Cd (R = 0.997; n = 3), detection limit of 12.5 µgL-1, RSD 0.57% (n = 10) for a sample of 30 µgL-1 and analytical frequency of 43 samples per hour. Recoveries between 84 and 112% were obtained with addition of Cd (II) in water samples.

Avaliou-se o efeito das doses dos metais, cádmio e níquel, na velocidade de degradação da matéria orgânica adicionada ao solo através de torta de filtro em ensaios de respirometria. O solo utilizado, Latossolo Vermelho Amarelo de textura média, foi amostrado a uma profundidade de 0-20 cm. Foram aplicadas doses de 0; 28; 56; 112 e 200 mg kg-1 de cádmio e 0; 62,5; 125; 250 e 500 mg kg-1 de níquel como CdCl2.2,5H2O e NiCl2.6H2O, respectivamente. As doses de torta de filtro foram de 0, 40, 80 e 120 Mg ha-1, definidas com base nas doses normalmente aplicadas no cultivo de cana. Na instalação dos experimentos, as massas requeridas dos metais foram adicionadas a 800 g de solo, após a incorporação da torta de filtro. Foram empregados potes de vidro com tampa vedante e capacidade de 2 L, contendo solo umedecido para atingir 80% da capacidade máxima de retenção de água. A incubação foi conduzida à temperatura de 28oC durante 72 dias. Os dois ensaios de incubação, um para cádmio e outro para níquel, foram conduzidos em esquema fatorial 5 x 4, em delineamento inteiramente casualizado, com 3 repetições. O CO2 liberado do solo foi absorvido em solução de NaOH e quantificado por método condutimétrico. No solo, após o período de incubação, foram determinados: pH (H2O) e a fração do metal extraído por solução DTPA-TEA pH 7,3. Curvas de respiração foram estabelecidas a partir das quantidades acumuladas de CO2 liberado e ajustadas ao modelo duplo de cinética de primeira ordem. O efeito dos metais foi avaliado em função das constantes de velocidade obtidas nos ajustes. Considerando-se o pH do solo, medido no final da incubação, observou-se tendência de elevação do pH em função das doses de cádmio aplicadas nas maiores doses de torta de filtro. Para o níquel, na ausência de torta de filtro ou na dose de 40 Mg ha-1 não ocorreu resposta, por outro lado, observou-se um efeito mais expressivo a elevação do pH na dose de 120 Mg ha-1 de torta de filtro e na presença de 500 mg kg-1 de níquel. De maneira geral, a extração de cádmio do solo, ao final do experimento, através da solução DTPA-TEA pH 7,3 foi maior que a de níquel. A torta de filtro afetou mais a eficiência de extração do níquel do que do cádmio. A produção total de CO2 acumulada foi afetada negativamente tanto pelo cádmio como pelo níquel em proporção direta às doses dos metais. Observou-se ainda um efeito positivo dos metais sobre a velocidade de degradação, ou seja, os parâmetros cinéticos indicaram que, sob efeito dos metais estudados, a torta de filtro é degradada em menor proporção, mas de maneira mais rápida. Considerando-se a porcentagem de degradação da matéria orgânica, conclui-se que o efeito negativo de cádmio e níquel estudados foi similar, com uma redução de 46 e 48 %, respectivamente. O efeito do cádmio na degradação foi mais pronunciado na dose de 50 mg kg-1, enquanto que o efeito do níquel variou linearmente com o aumento das doses do metal. / It was evaluated the effect of doses of nickel and cadmium on the degradation of the organic matter applied to soil by means of filter cake in a respirometry trial. Soil employed was Latossolo Vermelho Amarelo, sampled in the field at depth of 0-20 cm. It were applied doses of 0; 28; 56; 112 and 200 mg kg-1 Cd and 0; 62,5; 125; 250 and 500 mg kg-1 Ni as CdCl2.2,5H2O and NiCl2.6H2O, respectively. The filter cake doses were 0, 40, 80 e 120 Mg ha-1, defined in a sugarcane crop basis. In the start of the experiment, a require metals mass was added to 800g soil mass, after filter cake incorporation. It were applied 2 liter glass flask with a closed stopple. Soil moisture was adjusted to 80% of the water holding capacity value and the incubation carried out at 28 degrees Celsius during 72 days. The two trials, one for nickel and the other for cadmium, were established in a 5 x 4 factorial and fully randomized design with 3 replications. The CO2 gas evolved from soil due to microbial respiration was absorbed in a fixed volume of NaOH solution and its amount was then estimated by a condutometric method. After the incubation period the soil pH and the metal content extracted by the DTPA-TEA pH 7,3 solution were determined. Respiratory curves were established through the accumulated amount of CO2 evolved from soil using a double phase first order kinetics model and the metal effect was analyzed with basis on the first order rate constants. The metals effect was evaluated in constant velocity role obtained by adjusts. Considering the soil pH, measured at the end of the incubation period, it was observed a trend of pH increasing as doses of cadmium increase, applied on the greater filter cake doses. Concerning nickel, in filter cake absence or in the 40 Mg ha-1 dose of there was no response and the most expressive effect of pH rising occurred in dose of 120 Mg ha-1 of filter cake in the presence of 500 mg kg-1 nickel. In general the extraction of cadmium in the soil, at the end of the experiment, by solution DTPA-TEA pH 7,3 was greater than nickel. The filter cake affected more the efficiency extraction of nickel than cadmium. The accumulated total CO2 production was affected negatively as cadmium as for nickel in direct ratio to the doses of the metals. It was still observed a positive effect of metals on the degradation speed of filter cake organic matter. The kinetic parameters indicated that, under effect of studied metals, the filter cake is degraded in a lesser ratio, but in a faster manner. Considering the percentage of organic material degradation, it was concluded that the negative effect of cadmium and nickel was similar, with a reduction of 46 and 48 %, respectively. The cadmium effect on the degradation was more pronounced with 50 mg kg-1, while the nickel effect rose linearly with metal doses increase.

O presente trabalho começa por uma apresentação monográfica do fenômeno de adsorção, que dá acesso à bibliografia existente sobre o assunto. Numa extensa parte experimental desenvolveu-se um eletrodo de amálgama gotejante e um eletrodo de gota pendente mercúrio capaz de gerar gotas com área reprodutível dentro de ± 0,1%. Fez-se, também, a implantação da técnica da cronocoulometria, com os recursos disponíveis neste Instituto de Química. Realizou-se um estudo polarográfico preliminar onde se observaram diversos efeitos inibitivos sobre a reação de eletrodo do Cd(II), ligados á presença dos fenantrolino complexos de Cd(II) e de Fe(II), com participação de ânions. O sistema cádmio(II)/piridina/cloreto foi estudado potenciometricamente, tendo sido avaliadas as seguintes constantes globais de estabilidade βij = ‌CdpyiClj‌/‌Cd‌ ‌py‌ i‌Cl‌j (i, número de ligantes piridina, e j, de cloreto): β01 = 25,36, β02 = 96,0, β03 = 48,3, β04 = 65,8, β10 = 23,5, β11 = 550, β12 = 2600, β13 = 550, β14 = 1100, β20 = 690, β21 = 9740, β22 = 9400, β30 = 270, β31 = 3500, β32 = 37400, β40 = 8450, β41 = 54400. Para chegar às constantes de equilíbrio usou-se um processo iterativo de cálculo. As medidas foram realizadas com um eletrodo de amálgama gotejante, após comprovar-se que o eletrodo íon-seletivo de cádmio de estado sólido é inadequado para esta finalidade. Empregou-se um novo tipo de diagramas para representar a contribuição percentual das espécies formadas, em função dos dois ligantes. Estudou-se, através da cronocoulometria, a adsorção do sistema Cd(II)/py/Cl-, em diversas condições, fixando a concentração do metal e do cloreto e variando-se a concentração de py. Ficou estabelecido que a adsorção dos complexos é um processo competitivo com a dos ligantes. Há sempre um máximo de adsorção na faixa de 0,1 a 0,5 M de py. Encontraram-se evidências de que as espécies mistas neutras são preferencialmente adsorvidas. / The present thesis starts with the monographic discussion of the adsorption phenomena, with several references. There is an extensive experimental part referred to the development of a simple dropping amalgam electrode, a hanging mercury drop electrode whose area is reproductible within 0,1%, and the introduction of the double step chronocoulometric method w1th the resources of this Chemistry Institute, was done. In a preliminary polarographic study, several inhibiting effects on the Cd(II) electrode reaction, due to the presence of cadmium(II) and iron(II) complexes of phen participation of some anions has been observed. A potentiometric study of the cadmium(II)/pyridine//chloride system lead to the evaluation of the overall stability, βij = ‌CdpyiClj‌/‌Cd‌ ‌py‌ i‌Cl‌j (i, number of py ligands and j of chloride ones): β01 = 25,36, β02 = 96,0, β03 = 48,3, β04 = 65,8, β10 = 23,5, β11 = 550, β12 = 2600, β13 = 550, β14 = 1100, β20 = 690, β21 = 9740, β22 = 9400, β30 = 270, β31 = 3500, β32 = 37400, β40 = 8450, β41 = 54400. To obtain the equilibrium constants from the experimental data, an iterative calculation process was used. The measurements has been made with an amalgam electrode, after unsucessfull tests with a solid state cadmium ion selective electrode. A new type of diagram was used to present the percent distribution of the species with the change in the concentration of the ligands, in substitution to the predominance area diagram. In add1tion, the chronocoulometric study of the Cd(II)/ /py/Cl- system was done at several experimental conditions, by fixing the concentration of the metal and the chloride, and changing in wide extension the pyridine concentration. The adsorption of the complexes is a competitive process with the free ligands, and allways exhibits a maxima between .1 and .5M pyridine. There are strong evidences indicating that the neutral mixed species are preferabbly adsorbed.

Materiais com luminescência persistente são normalmente baseados em aluminatos e silicatos dopados com íons Eu2+, portanto buscam-se novos materiais com diferentes dopantes. Consequentemente, os materiais BaAl2O4:Eu2+,TR3+ (R: La-Lu) foram preparados pelo método de combustão com temperaturas de ignição entre 400 e 600 °C, assim como pelo método cerâmico a 1500 °C. Os sistemas mais versáteis CdSiO3:TR3+ foram preparados apenas pelo método cerâmico a 950 °C. Para estudar a estrutura e a pureza de fase dos materiais utilizou-se espectroscopia de absorção no infravermelho, difração de raios X (método do pó) e microscopia eletrônica de varredura. Os estados de oxidação e o ambiente ao redor dos íons terras raras foram investigados com a espectroscopia de absorção de raios X com radiação Síncrotron (XANES e EXAFS). As propriedades da luminescência persistente dos fósforos foram investigadas com as técnicas de termoluminescência (TL), fotoluminescência e espectroscopia com radiação Síncrotron na região do UV-UV vácuo. Baseado nas medidas de TL, a estrutura dos defeitos dos materiais BaAl2O4:Eu2+,TR3+ (TR: Nd e Dy) e CdSiO3:TR3+ (TR: Pr, Gd e Tb) mostrou-se ideal para a luminescência persistente a temperatura ambiente. Os espectros de XANES indicaram a presença dos estados divalente e trivalente do Eu dopado na matriz BaAl2O4, enquanto que apenas íons TR3+ co-dopantes foram observados (exceto CeIV). O íon Eu3+ pode estar presente devido ao processo de migração do elétron do íon Eu2+ para a banda de condução durante o processo de excitação. Em contraste, para o sistema CdSiO3:TR3+, foram observadas apenas as espécies trivalentes TR3+, excluindo, portanto, a oxidação direta TR3+→TRIV. Apenas a transição interconfiguracional 4f65d1→4f7 do íon Eu2+ foi observada na luminescência persistente dos materiais BaAl2O4:Eu2+,TR3+. Por outro lado, para a matriz CdSiO3 dopada com íons Pr3+ e Tb3+, apenas as transições 4fn-4fn foram observadas, sem a presença da banda de emissão defeitos observada tanto no espectro de emissão sob excitação no UV como no espectro de luminescência persistente do CdSiO3:Gd3+. O band gap das matrizes BaAl2O4 (6,5 eV) e CdSiO3 (5,28 eV) foi obtido com a espectroscopia de excitação no UV-UV vácuo. A posição dos níveis de energia dos íons TR2+/3+ determinada com o auxílio da banda de transferência de carga ligante metal (LMCT) O2-(2p)Eu3+ confirmou o papel dos elétrons como carregadores de carga no mecanismo da luminescência persistente dos íons Eu2+, Pr3+ e Tb3+. Por fim, os mecanismos da luminescência persistente foram desenvolvidos, e, apesar de serem diferentes, os mecanismos para os íons Eu2+, Tb3+ e Pr3+ apresentaram princípios similares. Esta semelhança confirma a solidez da interpretação dos dados experimentais dos materiais com luminescência persistentes dopados com Eu2+ e encoraja a expansão de modelos similares para outros materiais com luminescência persistente no futuro. Cálculos teóricos com, por exemplo, método DFT poderão no futuro ser utilizados para refinar o modelo, diminuir o trabalho experimental e para descobrir novos modelos para sistemas que o atual modelo não pode ser aplicado, como no caso dos materiais dopados com Eu3+. / Persistent luminescent materials are usually based on Eu2+ doped aluminates or silicates, though novel materials with different dopants are seeked for. Accordingly, BaAl2O4:Eu2+,R3+ (R: La-Lu) materials were prepared by the combustion method with ignition temperatures between 400 and 600 °C as well as with the solid state reaction at 1500 °C. The more versatile CdSiO3:R3+ systems were prepared only with the solid state reaction at 950 °C. Infrared absorption spectroscopy, X-ray powder diffraction and Scanning Electron Microscopy techniques were used to study the structure and phase purity of the materials. The oxidation states of the rare earths and their environment were investigated with synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS). The persistent luminescence properties of the phosphors were investigated with thermoluminescence (TL), photoluminescence and synchrotron radiation UV-VUV spectroscopy. Based on the TL measurements, the trap structure for BaAl2O4:Eu2+,R3+ (R: Nd and Dy) and CdSiO3:R3+ (R: Pr, Gd and Tb) is ideal for room temperature persistent luminescence. The XANES spectra indicated the presence of both divalent and trivalent europium doped in the BaAl2O4 host, while only trivalent rare earth co-dopants were observed (except CeIV). Eu3+ may be present because of in situ charging of persistent luminescence. In contrast for the CdSiO3:R3+ system, only the trivalent R3+ species were observed, thus excluding the direct R3+→RIV (R: Pr and Tb) oxidation. Only the typical interconfigurational 4f65d1→4f7 transition of Eu2+ ion was observed in the persistent luminescence of BaAl2O4:Eu2+,R3+ materials. On the other hand, for the Pr3+ and Tb3+ doped CdSiO3, only 4fn-4fn transitions were observed with no traces of the defect band emission observed in either the conventional UV excited or persistent luminescence spectra of CdSiO3:Gd3+. The band gap energy for the hosts BaAl2O4 (6.5 eV) and CdSiO3 (5.28 eV) were obtained with the UV-VUV excitation spectroscopy. The R2+/3+ energy levels positions determined with the aid of the O2-(2p)→Eu3+ ligand to metal charge transfer transition (LMCT) confirmed the role of electrons as the charge carriers in the mechanism of Eu2+, Pr3+ and Tb3+ persistent luminescence. Finally, the persistent luminescence mechanisms were constructed and, despite the differences, the mechanisms for Eu2+, Tb3+ and Pr3+ proved to be rather similar. This similarity confirms the solidity of the interpretation of experimental data for the Eu2+ doped persistent luminescence materials and encourages the expansion of similar models for other persistent luminescence materials in the future. Theoretical calculations by e.g. DFT method can be used to refine the model, to decrease experimental work and to find different models for systems where the present model evidently fails, e.g. Eu3+ doped materials.

O presente trabalho apresenta o biorreator anaeróbio contínuo de leito fixo ordenado como alternativa ao tratamento de efluentes contendo os íons \'CU POT.2+\' e \'CD POT.2+\', sendo que cada metal foi estudado isoladamente. O biorreator operou sempre com um tempo de detenção hidráulica de 12 à 15 horas, com uma água residuária sintética simulando o esgoto sanitário, na concentração de 500 mg \'0 IND.2\'/L (em termos de DQO), a uma temperatura de 30°C. Durante a fase na qual o biorreator operou com água residuária em condições metanogênicas o biorreator foi alimentado, em condições distintas, com concentrações crescentes de \'CU POT.2+\' e \'CD POT.2+\'. O acúmulo dos metais na matriz de imobilização levou ao bioreator apresentar instabilidade na operação, sendo determinadas as concentrações críticas para o \'CU POT.2+\' (50,8 mg \'CU POT.2+\'/L) e para o \'CD POT.2+\' (29,8 mg \'CD POT.2+\'/L). Durante a operação nas condições metanogênicas foi observado o efeito tóxico pela diminuição na eficiência de remoção de matéria orgânica, mas sem perder a estabilidade operacional até que as concentrações críticas foram atingidas. A partir dos valores das concentrações críticas, o biorreator foi operado em condições sulfetogênicas em duas relações DQO/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] distintas (0,68 e 1,99 para o uma concentração média de 36 mg \'CU POT.2+\'/L; e 0,69 e 8,02 para uma concentração média de 27 mg \'CD POT.2+\'/L). Nas operações em condições sulfetogênicas, o biorreator operou de maneira estável, no entanto, não foi capaz de remover todo o metal alimentado. / This work presents the anaerobic continuous bioreactor with fixed-structured bed as a viable configuration of treatment of wastewater containing \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\' ions. Each metallic ion were studied separately. The bioreactor was operated with 12 to 15 hours of hydraulic retention time, with a synthetic wastewater simulating domestic sewage (500 mg \'0 IND.2\'/L, in COD terms), at 30°C. In methanogenic conditions, the bioreactor was fed with crescent amount of \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\'. The metal accumulation in the irnrnobilization matrix caused instability on bioreactor when achieving the critical concentrations for \'CU POT.2+\' (50,8 mg \'CU POT.2+\'/L) and for \'CD POT.2+\' (29,8 mg \'CD POT.2+\'/L). Also it was observed that this crescent metal concentration affected the efficiency of bioreactor in removing organic matter, although without operational instability until the system reach these critical metal concentrations. The bioreactor was operated in sulfidogenic conditions fed with a wastewater containing \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\' at critical concentrations considering two different COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] (0,68 and 1,99 for a mean influent \'CU POT.2+\' concentration of 36 mg \'CU POT.2+\'/L; and 0,69 and 8,02 para for a mean influent \'CD POT.2+\' concentration of 27 mg \'CD POT.2+\'/L). During the sulfidogenic conditions operations the bioreactor operated showing stability, however the system was not able to achieve the maximum efficiency in metal removal.