Foram estudados na presente tese alguns aspectos da dinâmica oscilatória de sistemas envolvendo bromato em meio ácido e usando a 1,4-ciclohexanodiona (1,4-CHD) como substrato orgânico. Especificamente, os seguintes sistemas foram estudados: bromato/1,4-CHD/ácido (S1), bromato/1,4-CHD/ferroína/ácido (S2 : S2a e S2b) e bromato/1,4-CHD/trisbipiridina rutênio/ácido (S3). As investigações foram feitas por meio de sondas eletroquímicas e espectroscópicas na região do UV/Vis, em cinco temperaturas entre 5 °C e 45 °C. Parte dos resultados experimentais foram discutidos com a ajuda de simulações numéricas realizadas para os três sistemas. Experimentos espaço-temporais foram realizados em um reator quasi-2D para o sistema S2b. Energias de ativação (Ea) foram estimadas de diferentes formas em regimes pré-oscilatório e oscilatórios. Em todos os casos, a Ea depende do catalisador, composição e concentrações iniciais. Adicionalmente, verificou-se que a ferroína e o trisbipiridina rutênio atuam como catalisadores apenas na transição entre o período de indução e o regime oscilatório. Por meio de simulações numéricas foi possível ilustrar como se classificam as reações em processos que contribuem para o aumento ou decréscimo do período oscilatório. No S2a, oscilações nos comprimentos de onda 364nm e 613nm foram atribuídas à interação da hidroquinona (H2Q) com ferriína; e em 446nm, 487nm e 529nm, à interação H2Q-ferroína. No S3, oscilações em 364nm, 423nm, 454nm e 487nm, foram atribuídas à interação H2Q-[Ru(bpi)3]2+. Os padrões espaço-temporais observados foram facilmente visualizados e não apresentaram bolhas. Estruturas na forma de alvo com comprimento de onda característico de 1,3cm e velocidade de propagação de 0,012cm·s-1 foram claramente observadas. / Some aspects of the oscillatory dynamics in systems consisting of bromate in acidic media with 1,4-cyclohexanedione (1,4-CHD) as the organic substrate were investigated in the present thesis. In particular, the following systems were studied: bromate/1,4-CHD/acid (S1), bromate/1,4-CHD/ferroin/acid (S2 : S2a e S2b) e bromate/1,4-CHD/trisbipyridine ruthenium/acid (S3). Investigations were carried out by means of electrochemical and spectroscopic (in the UV/Vis region) probes, at five temperatures between 5 °C and 45 °C. Some experimental results were discussed in connection with numerical simulations carried out for the three systems investigated. Spatio-temporal experiments in a quasi-2D reactor were performed for the S2b system. Activation energies (Ea) were estimated in different ways for pre-oscillatory and oscillatory regimes. In any case, the Ea was found to depend on the catalyst, composition and initial concentrations. In addition, it was observed that ferroin and trisbipyridine ruthenium act as catalysts only during the transition between the induction period and oscillatory regime. Numerical simulations helped establishing the impact of some individual steps on the oscillatory period. For the system S2a, oscillation in the spectroscopic signals at 364nm and 613nm were attributed to the interaction between hydroquinone (H2Q) and ferriin; and at 446nm, 487nm and 529nm, to the interaction H2Q-ferroin. For the S3, oscillations at 364nm, 423nm, 454nm and 487nm, were attributed to the interaction H2Q-[Ru(bpi)3]2+. The spatiotemporal patterns observed were of very good visual quality and no bubble evolution was detected. Evolving target patterns with characteristic wavelength of 1,3 cm and propagating velocity of 0,012cm·s-1 were clearly observed.

The original research outlined in this dissertation involves the use of novel theoretical and computational methods in the calculation of molecular volume changes and non-linear spectroscopic signals, specifically two-dimensional infrared (2D-IR) spectroscopy. These techniques were designed and implemented to be computationally affordable, while still providing a reliable picture of the phenomena of interest. The computational results presented demonstrate the potential of these methods to accurately describe chemically interesting systems on a molecular level. Extended system isobaric-isothermal (NPT) molecular dynamics techniques were employed to calculate the thermodynamic volumes of several simple model systems, as well as the volume change associated with the trans-cis isomerization of azobenzene, an event that has been explored experimentally using photoacoustic calorimetry (PAC). The calculated volume change was found to be in excellent agreement with the experimental result. In developing a tractable theory of two-dimensional infrared spectroscopy, the third-order response function contributing to the 2D-IR signal was derived in terms of classical time correlation functions (TCFs), entities amenable to calculation via classical molecular dynamics techniques. The application of frequency-domain detailed balance relationships, as well as harmonic and anharmonic oscillator approximations, to the third-order response function made it possible to calculate it from classical molecular dynamics trajectories. The finished theory of two-dimensional infrared spectroscopy was applied to two simple model systems, neat water and 1,3-cyclohexanedione solvated in deuterated chloroform, with encouraging preliminary results.

Foram estudados na presente tese alguns aspectos da dinâmica oscilatória de sistemas envolvendo bromato em meio ácido e usando a 1,4-ciclohexanodiona (1,4-CHD) como substrato orgânico. Especificamente, os seguintes sistemas foram estudados: bromato/1,4-CHD/ácido (S1), bromato/1,4-CHD/ferroína/ácido (S2 : S2a e S2b) e bromato/1,4-CHD/trisbipiridina rutênio/ácido (S3). As investigações foram feitas por meio de sondas eletroquímicas e espectroscópicas na região do UV/Vis, em cinco temperaturas entre 5 °C e 45 °C. Parte dos resultados experimentais foram discutidos com a ajuda de simulações numéricas realizadas para os três sistemas. Experimentos espaço-temporais foram realizados em um reator quasi-2D para o sistema S2b. Energias de ativação (Ea) foram estimadas de diferentes formas em regimes pré-oscilatório e oscilatórios. Em todos os casos, a Ea depende do catalisador, composição e concentrações iniciais. Adicionalmente, verificou-se que a ferroína e o trisbipiridina rutênio atuam como catalisadores apenas na transição entre o período de indução e o regime oscilatório. Por meio de simulações numéricas foi possível ilustrar como se classificam as reações em processos que contribuem para o aumento ou decréscimo do período oscilatório. No S2a, oscilações nos comprimentos de onda 364nm e 613nm foram atribuídas à interação da hidroquinona (H2Q) com ferriína; e em 446nm, 487nm e 529nm, à interação H2Q-ferroína. No S3, oscilações em 364nm, 423nm, 454nm e 487nm, foram atribuídas à interação H2Q-[Ru(bpi)3]2+. Os padrões espaço-temporais observados foram facilmente visualizados e não apresentaram bolhas. Estruturas na forma de alvo com comprimento de onda característico de 1,3cm e velocidade de propagação de 0,012cm·s-1 foram claramente observadas. / Some aspects of the oscillatory dynamics in systems consisting of bromate in acidic media with 1,4-cyclohexanedione (1,4-CHD) as the organic substrate were investigated in the present thesis. In particular, the following systems were studied: bromate/1,4-CHD/acid (S1), bromate/1,4-CHD/ferroin/acid (S2 : S2a e S2b) e bromate/1,4-CHD/trisbipyridine ruthenium/acid (S3). Investigations were carried out by means of electrochemical and spectroscopic (in the UV/Vis region) probes, at five temperatures between 5 °C and 45 °C. Some experimental results were discussed in connection with numerical simulations carried out for the three systems investigated. Spatio-temporal experiments in a quasi-2D reactor were performed for the S2b system. Activation energies (Ea) were estimated in different ways for pre-oscillatory and oscillatory regimes. In any case, the Ea was found to depend on the catalyst, composition and initial concentrations. In addition, it was observed that ferroin and trisbipyridine ruthenium act as catalysts only during the transition between the induction period and oscillatory regime. Numerical simulations helped establishing the impact of some individual steps on the oscillatory period. For the system S2a, oscillation in the spectroscopic signals at 364nm and 613nm were attributed to the interaction between hydroquinone (H2Q) and ferriin; and at 446nm, 487nm and 529nm, to the interaction H2Q-ferroin. For the S3, oscillations at 364nm, 423nm, 454nm and 487nm, were attributed to the interaction H2Q-[Ru(bpi)3]2+. The spatiotemporal patterns observed were of very good visual quality and no bubble evolution was detected. Evolving target patterns with characteristic wavelength of 1,3 cm and propagating velocity of 0,012cm·s-1 were clearly observed.

O n-hexano é um solvente usado industrialmente, e pode causar neuropatia periférica. O indicador biológico da exposição ocupacional ao n-hexano é a 2,5-hexanodiona (2,5HD). O objetivo deste estudo foi validar um método para determinação da 2,5HD urinária por cromatografia em fase gasosa, com detetor de ionização de chama. A validação do método levou em consideração dois tipos de tratamento da amostra, com hidrólise ácida e sem hidrólise ácida. Foi utilizada coluna HP1 (15m x 530&#181;m e espessura do filme 1,5&#181;m), gás de arraste He:4,2mL/min. e ciclohexanona como padrão interno. O método apresentou limites de detecção e quantificação, respectivamente 0,05 e 0,1 mg/L, linearidade de 0,1-20mg/mL, r = 0,999, recuperação entre 98-102%, com precisão e exatidão. Para verificar a aplicação do método foram analisadas 87 amostras de trabalhadores de indústrias de calçados (52 do grupo exposto e 35 do grupo controle). As amostras com hidrólise apresentaram níveis de 2,5HD cerca de dez vezes maiores quando comparados com as amostras sem hidrólise, esta diferença foi estatisticamente significante (p<0,0001), mas os níveis de 2,5HD não ultrapassaram o índice Biológico Máximo Permitido (IBMP) de 5mg/g de creatinina, em nenhuma das amostras analisadas. Os resultados indicam que o método validado mostrou aplicação prática para monitorização biológica, e as amostras que passaram pelo tratamento de hidrólise ácida apresentaram maiores níveis de detecção. / N-hexane is a solvent used in industries, and can cause peripheral neuropathy. The bioindicator in the biological monitoring of workers exposed to n-hexane is the 2,5-hexanedione (2,5HD). This study was developed in order to validate a method for 2,5HD analysis in urine by gas chromatography with flame ionization detector considering two types of sample preparing with and without acid hydrolysis. The chosen technique was performed with HP1 column measured 15m by 530&#181;m inner bore. Helio was used as the carrier gas at a flow rate of 4,2mL/min. The detection and quantification limits were respectively 0,05 and 0,1 mg/L. A linear relationship (r = 0,999) was observed in the range from 0,1-20mg/mL. The average recovery was 98-102%, with precision and accuracy. To apply this method, 87 samples from shoe factory workers were analyzed (52 exposed group and 35 control group). The samples with acid hydrolysis show levels ten times higher than samples without acid hydrolysis. This difference was statistically significant (p<0,0001), but this levels weren\'t higher than the Biological Exposure Index (BEI) were recommended value is 5mg/g creatinine, in any of the analyzed samples. These results reveal that the validated method has application for biological monitoring, and the samples with acid hydrolysis showed rates higher than the samples without hydrolysis.

O n-hexano é um solvente usado industrialmente, e pode causar neuropatia periférica. O indicador biológico da exposição ocupacional ao n-hexano é a 2,5-hexanodiona (2,5HD). O objetivo deste estudo foi validar um método para determinação da 2,5HD urinária por cromatografia em fase gasosa, com detetor de ionização de chama. A validação do método levou em consideração dois tipos de tratamento da amostra, com hidrólise ácida e sem hidrólise ácida. Foi utilizada coluna HP1 (15m x 530&#181;m e espessura do filme 1,5&#181;m), gás de arraste He:4,2mL/min. e ciclohexanona como padrão interno. O método apresentou limites de detecção e quantificação, respectivamente 0,05 e 0,1 mg/L, linearidade de 0,1-20mg/mL, r = 0,999, recuperação entre 98-102%, com precisão e exatidão. Para verificar a aplicação do método foram analisadas 87 amostras de trabalhadores de indústrias de calçados (52 do grupo exposto e 35 do grupo controle). As amostras com hidrólise apresentaram níveis de 2,5HD cerca de dez vezes maiores quando comparados com as amostras sem hidrólise, esta diferença foi estatisticamente significante (p<0,0001), mas os níveis de 2,5HD não ultrapassaram o índice Biológico Máximo Permitido (IBMP) de 5mg/g de creatinina, em nenhuma das amostras analisadas. Os resultados indicam que o método validado mostrou aplicação prática para monitorização biológica, e as amostras que passaram pelo tratamento de hidrólise ácida apresentaram maiores níveis de detecção. / N-hexane is a solvent used in industries, and can cause peripheral neuropathy. The bioindicator in the biological monitoring of workers exposed to n-hexane is the 2,5-hexanedione (2,5HD). This study was developed in order to validate a method for 2,5HD analysis in urine by gas chromatography with flame ionization detector considering two types of sample preparing with and without acid hydrolysis. The chosen technique was performed with HP1 column measured 15m by 530&#181;m inner bore. Helio was used as the carrier gas at a flow rate of 4,2mL/min. The detection and quantification limits were respectively 0,05 and 0,1 mg/L. A linear relationship (r = 0,999) was observed in the range from 0,1-20mg/mL. The average recovery was 98-102%, with precision and accuracy. To apply this method, 87 samples from shoe factory workers were analyzed (52 exposed group and 35 control group). The samples with acid hydrolysis show levels ten times higher than samples without acid hydrolysis. This difference was statistically significant (p<0,0001), but this levels weren\'t higher than the Biological Exposure Index (BEI) were recommended value is 5mg/g creatinine, in any of the analyzed samples. These results reveal that the validated method has application for biological monitoring, and the samples with acid hydrolysis showed rates higher than the samples without hydrolysis.