The objective of this study was to understand and develop procedures for the use of the AISC 2005 Specification's Direct Analysis Method for the analysis and design of heavy-industry industrial structures, to layout a systematic approach for the engineer to analyze and design using this method, and to determine if there will be any consequences to the practicing engineer in using this method. The relevant 13th Edition AISC stability analysis methods (Effective Length,First-Order, and Direct Analysis Methods) were researched in the 2005 Specification aswell as in available technical literature, and then were critically evaluated by their applicability and limitations. This study will help serve as a guide for the systematic approach for the practicing engineer to apply this method to analyze and design such complex steel frame structures using the computer-aided software called GTSTRUDL. To accomplish this purpose, two analytical models were studied using the Direct Analysis Method. The first model was a simple industrial structure and the second model was a more complex nuclear power plant boiler building.

Molecular ionization is owed much of its development from the early implementation of electron ionization (EI). Although dramatically increasing the library of compounds discovered, an inherent problem with EI was the low abundance of molecular ions detected due to high fragmentation leading to the difficult task of the correct chemical identification after mass spectrometry (MS). These problems stimulated the research into new ionization methods which sought to "soften" the ionization process. In the late 1980s the advancements of ionization techniques was thought to have reached its pinnacle with both electrospray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI). Both ionization techniques allowed for "soft" ionization of large molecular weight and/or labile compounds for intact characterization by MS. Albeit pervasive, neither ESI nor MALDI can be viewed as "magic bullet" ionization techniques. Both techniques require sample preparation which often included native sample destruction, and operation of these techniques took place in sealed enclosures and often, reduced pressure conditions. New open-air ionization techniques termed "ambient MS" enable direct analysis of samples of various physical states, sizes and shapes. One particular technique named Direct Analysis In Real Time (DART) has been steadily growing as one of the ambient tools of choice to ionize small molecular weight (< 1000 Da) molecules with a wide range of polarities. Although there is a large list of reported applications using DART as an ionization source, there have not been many studies investigating the fundamental properties of DART desorption and ionization mechanisms. The work presented in this thesis is aimed to provide in depth findings on the physicochemical phenomena during open-air DART desorption and ionization MS and current application developments. A review of recent ambient plasma-based desorption/ionization techniques for analytical MS is presented in Chapter 1. Chapter 2 presents the first investigations into the atmospheric pressure ion transport phenomena during DART analysis. Chapter 3 provides a comparison on the internal energy deposition processes during DART and pneumatically assisted-ESI. Chapter 4 investigates the complex spatially-dependent sampling sensitivity, dynamic range and ion suppression effects present in most DART experiments. New implementations and applications with DART are shown in Chapters 5 and 6. In Chapter 5, DART is coupled to multiplexed drift tube ion mobility spectrometry as a potential fieldable platform for the detection of toxic industrial chemicals and chemical warfare agents simulants. In Chapter 6, transmission-mode DART is shown to be an effective method for reproducible sampling from materials which allow for gas to flow through it. Also, Chapter 6 provides a description of a MS imaging platform coupling infrared laser ablation and DART-like phenomena. Finally, in Chapter 7 I will provide perspective on the work completed with DART and the tasks and goals that future studies should focus on.

O arroz é um dos alimentos mais consumidos no mundo, caracterizando-se como a base da alimentação para mais da metade da população mundial. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (WHO), a ingestão de alimentos contaminados é uma das principais vias de absorção de elementos potencialmente tóxicos pelo ser humano. Por esse motivo, órgãos de fiscalização têm estabelecidos limites máximos permitidos desse tipo de elemento nos alimentos. Nesse sentido, o desenvolvimento de métodos e aplicações visando à determinação de elementos com caráter tóxico, tais como o Al, As, Cd e Pb em alimentos é de suma importância. Nesse projeto, foram desenvolvidos métodos para determinações diretas de Al, As, Cd e Pb em arroz por espectrometria de absorção atômica com forno de grafite e amostragem direta de sólidos (SS-GF AAS) que tem se mostrado uma técnica promissora especialmente devido à sua elevada sensibilidade e detectabilidade, além de dispensar morosos processos de decomposição de amostra. A adequada otimização do programa de aquecimento aliado ao uso de modificadores químicos adequados possibilitou o uso de calibração aquosa. Parâmetros importantes como o tamanho de partícula, massa de amostra e segregação de analito foram investigados. Observou-se que partículas inferiores a 100 &#181;m geravam resultados precisos. A massa mínima ideal de amostra de arroz a ser utilizada na análise foi em torno de 300 &#181;g. A massa máxima recomendada foi 500 &#181;g. Segregação de Al e Cd não foram observadas na amostra de arroz. A segunda parte do projeto envolveu a aplicação do método de análise desenvolvido em amostras de arroz comercializadas na cidade de São Paulo. Investigou-se também a influência dos processos de lavagem e cozimento dos grãos sobre a concentração de Al, As, Cd e Pb. Todas as 17 amostras de diversos tipos e marcas de arroz analisadas apresentaram concentrações de As, Cd e Pb abaixo dos limites estabelecidos por lei. Com relação ao Al, não há regulamentado o valor de limite máximo. As maiores concentrações desse elemento foram observadas nos grãos de arroz integral. O processo de lavagem removeu significativamente a concentração de Al e Pb na maioria das amostras, entretanto, o mesmo não foi observado para o Cd. O processo de cozimento diminuiu a concentração de Cd e Pb em parte das amostras, e um pequeno aumento na concentração do Al foi observado, o qual pode ser atribuído à contaminação pelo ambiente. O cozimento do arroz em frascos de vidro ou panelas a base de alumínio não alterou a concentração desse elemento no arroz, nem mesmo quando a panela de alumínio foi polida com palha de aço / Rice is a staple food for more than 40% of the world\'s population. Considering that the main reason of contamination by potentially toxic element occurs by food ingestion, World Health Organization (WHO) has been controlling the levels of some contaminants. In this context, development of methods and applications associated to determination of potentially toxic elements such as Al, As, Cd and Pb in food are important. In this work, methods for direct determination of Al, As, Cd and Pb in rice by solid sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry (SS-GF AAS) were developed. Solid sampling-GF AAS has shown as a promising technique especially due to its high sensitivity and detectability and the possibility to practice direct analysis of solid samples, dismissing tedious and error prone sample preparation step. The adequate heating program optimization associated to the use of chemical modifier allowed direct rice analysis against aqueous calibration. The influence of some parameters, such as particle size, sample mass size and analyte segregation on the analytical results were investigated. Results showed that particle size smaller than 100 &#181;m generated accurate results. The minimum sample mass size recommended for analysis was around 300 &#181;g and the maximum sample mass size was around 500 &#181;g. Segregation of Cd and Al was not observed in the rice sample. The second part of the work involved the analysis of 17 rice samples commercially available in São Paulo city. Influence of rice washing and cooking procedure on the Al, As, Cd and Pb concentrations was also investigated. Concentration of all analytes were lower than the maximum allowed by WHO in all samples. The highest concentrations of Al were found in coarse rice. The washing process reduced significantly the concentrations of Al and Pb in most samples, however, the same was not observed for Cd. Cooking process reduced the concentration of Cd and Pb for most samples, probably by volatilization. On the other hand, an increase in Al concentration was observed. This fact could be attributed to the sample contamination during cooking process. Rice cooked in glass or aluminum container presented the same concentration of Al, even when polished aluminum container was used. These results indicated that there is no translocation of Al from container to food

[pt] A qualidade de produtos alimentícios tem recebido especial atenção devido a sua importância na nutrição e saúde humanas. Neste sentido, a determinação de metais traço em alimentos tem se convertido em importante campo na análise de alimentos. Em relação aos óleos vegetais, a sua composição em termos de metais traço é um critério relevante para a avaliação da qualidade, uma vez que se sabe que estes metais afetam a sua taxa de oxidação, influenciando as suas características e no seu armazenamento. Por outro lado, cereais e outros alimentos de origem vegetal são especialmente relevantes na alimentação humana, uma vez que são a base da dieta de muitas populações do mundo. No presente trabalho, foi desenvolvido um método analítico para determinação direta de Cu e Ni em óleos vegetais por Espectrometria de Absorção Atômica no Forno de Grafite (GFAAS): as amostras foram pesadas diretamente em uma plataforma de grafite e introduzidas no atomizador, com o auxílio de um acessório de amostragem de sólidos. O programa de temperatura otimizado permitiu o uso de soluções de calibração aquosas. A exatidão do procedimento foi confirmada pela boa concordância entre os resultados obtidos pelo procedimento proposto e por procedimentos comparativos. Os limites de detecção foram de 0,001 e 0,002 &#956;g g-1 para Cu e Ni, respectivamente, nas amostras originais. Em continuação, empregou-se a técnica de fluorescência atômica para a determinação do conteúdo total de As, Sb, Se, Te e Bi em amostras vegetais, de cereais e legumes, após calcinação por via seca. Foram otimizados os parâmetros relativos a geração dos hidretos, assim como os parâmetros de fluorescência. Testes de adição de analito, assim como a análise de materiais certificados de referência, garantiram a exatidão do procedimento. Os resultados encontrados mostraram que as amostras estudadas encontraramse todas, nos limites preconizados pela legislação européia. Finalmente, uma metodologia analítica não cromatográfica, rápida, sensível e simples foi desenvolvida para a quantificação de espécies tóxicas de arsênio em arroz, sêmola, acelga e berinjela. Estas espécies foram extraídas com H3PO4 1 mol L-1 + Triton XT-114 0,1%, assistida por ultra-som, seguindo-se a lavagem com EDTA 0,1% (m/v). As espécies As(III), As(V), DMA e MMA foram quantificadas no extrato por espectrometria de fluorescência atômica por geração de hidretos utilizando um sistema de equações proporcionais, que correspondem a quatro condições experimentais diferentes. Os valores de limite de detecção do método foram 1,3 (3,15); 0,9 (2,97); 1,5 (0.46) e 0,6 (0,37) ng g- 1 para As(III), As(V), DMA e MMA, respectivamente, nas amostras de cereais e vegetais, expressos em termos do peso seco da amostra. Os estudos da recuperação mostraram porcentagens maiores que 90% para as quatro espécies consideradas. A análise de especiação de um material de referência de farinha de arroz certificado para arsênio total mostrou resultados coerentes e concordantes com outros estudos com ele realizados. / [en] The quality of food products has received a special attention due to its influence in the human health and nutrition. Thus, trace metal determination in foods has turned an important field in food analysis. Concerning vegetal oils, its metal trace metal composition is a criterion for the assessment of their quality since it is known that these metals affect their rate of oxidation, influencing its characteristics and storage management. As part of the present work the direct determination of Cu and Ni in vegetal oils by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry (GFAAS), using the solid sampling strategy was developed: The samples were weighed on a graphite platform boat and inserted in the graphite tube. An adequate temperature program allowed the calibration by external aqueous calibration curves. A good agreement between the results arisen from the proposed and two comparative procedures (EPA 3031 and EPA 3051) confirmed the accuracy of the proposed procedure. The limits of detention in the original samples were 0.002 and 0.001 ìg g-1 for Cu and Ni, respectively. A second part of the work has dealt with the determination of the total content of As, Sb, Se, Te and Bi in samples of vegetable, cereals and pulses by HG AFS. The samples were dry ashed by a proper ashing program, and the hydride generation parameters were optimized, as well as those related to the fluorescence emission. Recovery testes and the analysis of certified reference materials testified the accuracy of the procedure. The content of the studied elements in studied samples were all below those of the European regulation. Finally, a fast, sensitive and simple non chromatographic methodology was developed for the speciation analysis of toxic arsenic species in rice, wheat semolina, chard and aubergines samples. Ultrasound assisted extraction of the toxic arsenic species was carried with 1 mol of L-1 H3PO4 and 0.1% (m/v) Triton XT-114. After the extraction, As(III), As(V), DMA and MMA were quantified by hydride generation atomic fluorescence spectrometry at four different experimental conditions. The fluorescence intensities derived from these four measurements were introduced in a system of four proportional equations, permitting the calculation of the individual species concentration.. The detection limits were 1.3 (3.2), 0.9 (3.0), 1.5 (0.5)) and 0.6 (0,5) ng g-1 for As(III), As(V), DMA and MMA, respectively in the cereals and (vegetable) samples, expressed in terms of the dry weight. Recoveries greater than 90% for the four considered species in samples spiked at 100 ng g-1 level were obtained as well as the assurance of no species interconversion. The speciation analysis of a rice flour reference material certified for total arsenic led to coherent results, which were also in agreement with other speciation studies made on the same CRM.

A espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) constitui um método alternativo para a determinação simultânea de macro e micronutrientes em pastilhas de materiais vegetais. No entanto, pouca informação com relação às condições de fluência e de focalização do laser mais apropriadas para a análise de pastilhas de materiais vegetais são disponíveis na literatura. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da fluência, do diâmetro de focalização do laser e do tamanho das partículas das amostras nas análises de pastilhas de tecidos vegetais por LIBS. O arranjo experimental foi composto por um laser pulsado de Nd:YAG a 1064 nm (pulsos de 5 n\'delta\', 360 mJ, 10 Hz) e os sinais de emissão foram coletados por um telescópio acoplado por fibra óptica ao espectrômetro Echelle com detector ICCD. Os parâmetros instrumentais foram ajustados em 20 pulsos acumulados, 2,0 \'mü\'s de atraso e 5,0 \'mü\'s de integração. Amostras laboratoriais consistiram de pastilhas preparadas com folhas moídas criogenicamente (90 % das partículas < 50 \'mü\'m). Maiores intensidades das linhas Ca I 442,554, Mg I 277,983, P I 213,618, Al I 309,271, B I 249,773, Cu I 324,755, Fe II 261,187, Mn II 257,610 e Zn II 206,200 nm foram obtidas com fluências entre 35 e 60 J cm-2 e diâmetros de focalização entre 600 e 1050 \'mü\'m. O uso de fluências e diâmetros de focalização maiores concorreu para melhorar os coeficientes de variação (CV) das medidas. Fixando-se o diâmetro de focalização em 750 \'mü\'m, observou-se que, para a maioria dos analíticos, o CV das medidas foi reduzido 2 vezes quando a fluência foi alterada de 20 para 50 J cm-2. Nestas condições, estes resultados foram atribuídos à maior massa removida e, conseqüentemente, à amostragem mais representativa. Os coeficientes angulares das curvas de calibração também aumentaram quando a fluência foi acrescida. No entanto, não foram verificadas diferenças significativas nos coeficientes de correlação das curvas de calibração e nos limites de detecção empregando-se 25 e 50 J cm-2. Embora as intensidades dos sinais de emissão aumentem com a fluência, a emissão de fundo também aumenta. Por outro lado, o tamanho das partículas das amostras afeta as eficiências de atomização e excitação no plasma induzido por laser. Quando partículas maiores são parcialmente vaporizadas, os sinais de emissão resultantes dos processos de atomização e excitação das espécies constituintes são menores do que os provenientes de partículas menores. Nesta dissertação, melhorias significativas da intensidade dos sinais de emissão e dos CVs das medidas foram observados quando pastilhas preparadas com partículas < 75 \'mü\'m foram analisadas. Não foram observadas diferenças significativas nas intensidades dos sinais de emissão e no CV das medidas nas análises de pastilhas preparadas com partículas entre 20 e 75 \'mü\'m. Pastilhas preparadas com partículas > 75 \'mü\'m apresentaram problemas de coesão e, após ablação, apresentaram crateras não uniformes. A análise destas pastilhas resultou em CV das medidas geralmente > 15 %. Os resultados obtidos neste trabalho confirmaram que é recomendável utilizar amostras de calibração e amostras-teste com distribuição do tamanho das partículas semelhante para evitar efeitos físicos de matriz, que alteram as interações laser-amostra / Most recently, it was demonstrated that laser induced breakdown spectrometry (LIBS) constitutes an alternative for the simultaneous determination of macro- and micronutrients in pellets of plant materials. However, there is no information regarding the most appropriate fluence and laser focusing for analysis of pellets of plant materials. The aim of this work was to evaluate the effect of laser focusing and fluence on LIBS analysis of plants. The effect of particle size on LIBS analysis of pellets of plant materials as well as sample preparation approaches were also discussed. The experimental setup was designed by using a Q-switch Nd:YAG laser (5 n\'delta\', 360 mJ, 10 Hz, _ \'lâmbda\' = 1064 nm) and the emission signals were collected by lenses into an optical fiber coupled to an echelle spectrometer equipped with a high-resolution ICCD. Instrumental parameters consisted of 20 accumulated laser pulses, 2.0 \'mü\'s delay time and 5.0 \'mü\'s integration time gate. Pellets prepared from cryogenically ground plant leaves (90 % particles < 50 \'mü\'m; median = 10 \'mü\'m) were used as laboratory samples and 6 laser spot diameters (from 180 to 1050 \'mü\'m) at different laser fluences were evaluated. Results indicate that elements emission intensities increased with both laser fluence and spot diameter. Higher intensities for Ca I 442.554, Mg I 277.983, P I 213.618, Al I 309.271, B I 249.773, Cu I 324.755, Fe II 261.187, Mn II 257.610, and Zn II 206.200 nm emission lines were observed with fluences in the 35 - 60 J cm-2 range and spot diameters between 600 and 1050 \'mü\'m. Higher spot diameters improved mass removal and minimized repeatability drawbacks. It was observed that the coefficients of variation (CV) of site-to-site measurements decreased by using higher laser focusing diameters. By fixing the laser spot diameter at 750 \'mü\'m, the CV of measurements improved at least 2-fold for all analytes when 50 J cm-2 was applied in comparison to 20 J cm-2. These results can be attributed to a larger mass removal obtained at higher laser fluences and better laser sampling representativeness. Sensitivity did also increase with laser fluence but no significant differences were observed in the detection limits using 25 and 50 J cm-2. Although emission intensities increased with laser fluence the background emission and noise increased as well. On the other hand, particle size distribution of powdered samples affects the atomization and excitation efficiencies by laser induced plasmas. When larger particles are incompletely vaporized the resulting emission signals were lower than those obtained from smaller particles. In this work, significant improvements on emission intensities and CV of measurements were observed when pellets made with particles < 75 \'mü\'m were analyzed. No significant differences were observed (emission intensities and CV of measurements) in the analysis of pellets prepared with particles in the 20-75 \'mü\'m range. Pellets prepared with particles > 75 \'mü\'m presented cohesion drawbacks and resulted non uniform craters after laser ablation. The CV of measurements for most analytes in these materials was > 15 %. Therefore, similar particle size distribution between calibration and test samples is recommended to avoid physical matrix effects on laser-sample interaction

O objetivo deste estudo foi avaliar parâmetros para o desenvolvimento de métodos visando à determinação elementar em alumina, cimento e quartzo por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) com amostragem de suspensão. Alguns elementos foram investigados como possíveis candidatos a padrões internos (PIs) Be, Dy, Gd, In, La, Sc, Y, Yb eTl. Amostras de material de referência certificado (CRM) de alumina (Alumina Reduction Grade 699), de cimento Portland (1889a Blended with Limestone e 1886a White Portland cement with low iron) do National Institute of Standard and Technology (NIST), e amostras de quartzo, cedidos pelo Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), denominados T-4FI, T-2FI e T-4GR, foram utilizadas na otimização instrumental, no desenvolvimento e na avaliação da exatidão do método. Nanopartículas de sílica de alta pureza (Wacker HDK&#174; T40), Wacker Chemie AG foram utilizadas no estudo de adsorção dos elementos e padrões internos como proposta de produção de material calibrante para a análise direta de sólidos. Para a escolha dos PIs foram construídos gráficos de correlação usando valores de potenciais de excitação, energias de ionização e temperaturas de fusão dos analitos e dos candidatos a PIs. Análise exploratória por agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise dos componentes principais (PCA), também foram realizadas. A avaliação de desempenho do ICP OES foi feita em meio das suspensões das amostras a partir do estabelecimento de figuras de mérito como sensibilidade, robustez, seletividade e repetibilidade. Na otimização do foram considerados os parâmetros potência, vazão de nebulização e vazão de gás auxiliar. A determinação de Ca, Fe, Ga, Na, Si e Zn em alumina foi feita após dissolução em forno de micro-ondas com posterior precipitação do Al(III) com NH3. O uso de padrão interno foi essencial para a exatidão do método, com recuperações do CRM que variaram de 83 a 117%. Para a matriz cimento foram avaliados o efeito da concentração de ácido nítrico na extração dos analitos ( Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, Ti e Zn) e na adsorção dos elementos candidatos a PIs (Be, Sc, In, Dy). As determinações por suspensão e uso de padrão interno (exceto para Cr, S e Zn), com 0,5% v v-1 de HNO3, nebulizador Burgener e condições robustas do ICP geraram resultados com recuperações entre 68 e 119%. As determinações de Al, Ba, Cr, Fe, K, Li, Mg, Na, Sr e Ti em quartzo foram executadas com introdução de suspensão e ausência de padrão interno, usando condições do ICP similares àquelas adotadas na determinação elementar para matriz de cimento. Nesse caso as recuperações variaram de 90 a 107%. A adsorção dos analitos e padrões internos sobre as nanopartículas de sílica pode ser uma alternativa para a preparação de padrões de calibração quando se deseja realizar a introdução direta do material sólido em suspensão. / The aim of this study was to evaluate parameters for the development of methods for elements determination in alumina, cement and quartz by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) with slurry sampling. Some elements were investigated as candidates for internal standards (ISs) Be, Dy, Gd, In, La, Sc, Y, Yb and Tl. Samples of certified reference material (CRM) of alumina (Alumina Reduction Grade - 699), Portland cement (blended with the 1889a and 1886a Limestone White Portland cement with low iron) from the National Institute of Standards and Technology (NIST), and quartz samples, suplied by the Department of Physics from Federal University of São Carlos (UFSCar), named T-4FI, T-2FI and T4GR were used to optimize instrumental, method development and accuracy evaluation of the method. Nanoparticles of high purity silica (Wacker HDK T40 &#174;), Wacker Chemie AG were used in the study adsorption of the analytes and internal standards as calibrating material for direct analysis of solids. Correlation graphs using excitation potentials, ionization energies and melting point temperatures were used for chosing the best ISs. Exploratory analysis using hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA) were also performed. Optimization of ICP OES was performed in aqueous and slurry samples to establishment figures of merit, such as sensitivity, robustness, selectivity and repeatability. In the optimization of ICP, power supply, nebulizer flow rate and auxiliary gas flow rate were considered. The determination of Ca, Fe, Ga, In, Si and Zn in alumina was made after decomposition in a microwave oven with subsequent precipitation of Al(III) with NH3 gas. The internal standard was essential to obtain the accuracy of the method, with recoveries of CRM analysis ranging from 83 to 117%. For the cement analysis was evaluated the effect of nitric acid concentration over analytes extraction (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, Ti and Zn) and ISs candidate adsorption (Be, Sc, In and Dy). Determinations of the elements in cement slurry with the internal standard (except for Cr and Zn), with 0.5% v v-1 HNO3, nebulizer Burgener and robust conditions of ICP produced results with recoveries between 68 and 119%. The determinations of Al, Ba, Cr, Fe, K, Li, Mg, Na, Sr and Ti in quartz were performed with the slurry introduction and without of internal standard, using similar conditions of those adopted for cement matrix. In this case the recoveries ranged from 90 to 107% with addition and recovery test. The adsorption of the analytes and internal standards on silica nanoparticles could be an alternative for the preparation of calibration standards when considering performing the direct introduction of solid material.

O objetivo deste estudo foi avaliar parâmetros para o desenvolvimento de métodos visando à determinação elementar em alumina, cimento e quartzo por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) com amostragem de suspensão. Alguns elementos foram investigados como possíveis candidatos a padrões internos (PIs) Be, Dy, Gd, In, La, Sc, Y, Yb eTl. Amostras de material de referência certificado (CRM) de alumina (Alumina Reduction Grade 699), de cimento Portland (1889a Blended with Limestone e 1886a White Portland cement with low iron) do National Institute of Standard and Technology (NIST), e amostras de quartzo, cedidos pelo Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), denominados T-4FI, T-2FI e T-4GR, foram utilizadas na otimização instrumental, no desenvolvimento e na avaliação da exatidão do método. Nanopartículas de sílica de alta pureza (Wacker HDK&#174; T40), Wacker Chemie AG foram utilizadas no estudo de adsorção dos elementos e padrões internos como proposta de produção de material calibrante para a análise direta de sólidos. Para a escolha dos PIs foram construídos gráficos de correlação usando valores de potenciais de excitação, energias de ionização e temperaturas de fusão dos analitos e dos candidatos a PIs. Análise exploratória por agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise dos componentes principais (PCA), também foram realizadas. A avaliação de desempenho do ICP OES foi feita em meio das suspensões das amostras a partir do estabelecimento de figuras de mérito como sensibilidade, robustez, seletividade e repetibilidade. Na otimização do foram considerados os parâmetros potência, vazão de nebulização e vazão de gás auxiliar. A determinação de Ca, Fe, Ga, Na, Si e Zn em alumina foi feita após dissolução em forno de micro-ondas com posterior precipitação do Al(III) com NH3. O uso de padrão interno foi essencial para a exatidão do método, com recuperações do CRM que variaram de 83 a 117%. Para a matriz cimento foram avaliados o efeito da concentração de ácido nítrico na extração dos analitos ( Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, Ti e Zn) e na adsorção dos elementos candidatos a PIs (Be, Sc, In, Dy). As determinações por suspensão e uso de padrão interno (exceto para Cr, S e Zn), com 0,5% v v-1 de HNO3, nebulizador Burgener e condições robustas do ICP geraram resultados com recuperações entre 68 e 119%. As determinações de Al, Ba, Cr, Fe, K, Li, Mg, Na, Sr e Ti em quartzo foram executadas com introdução de suspensão e ausência de padrão interno, usando condições do ICP similares àquelas adotadas na determinação elementar para matriz de cimento. Nesse caso as recuperações variaram de 90 a 107%. A adsorção dos analitos e padrões internos sobre as nanopartículas de sílica pode ser uma alternativa para a preparação de padrões de calibração quando se deseja realizar a introdução direta do material sólido em suspensão. / The aim of this study was to evaluate parameters for the development of methods for elements determination in alumina, cement and quartz by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) with slurry sampling. Some elements were investigated as candidates for internal standards (ISs) Be, Dy, Gd, In, La, Sc, Y, Yb and Tl. Samples of certified reference material (CRM) of alumina (Alumina Reduction Grade - 699), Portland cement (blended with the 1889a and 1886a Limestone White Portland cement with low iron) from the National Institute of Standards and Technology (NIST), and quartz samples, suplied by the Department of Physics from Federal University of São Carlos (UFSCar), named T-4FI, T-2FI and T4GR were used to optimize instrumental, method development and accuracy evaluation of the method. Nanoparticles of high purity silica (Wacker HDK T40 &#174;), Wacker Chemie AG were used in the study adsorption of the analytes and internal standards as calibrating material for direct analysis of solids. Correlation graphs using excitation potentials, ionization energies and melting point temperatures were used for chosing the best ISs. Exploratory analysis using hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA) were also performed. Optimization of ICP OES was performed in aqueous and slurry samples to establishment figures of merit, such as sensitivity, robustness, selectivity and repeatability. In the optimization of ICP, power supply, nebulizer flow rate and auxiliary gas flow rate were considered. The determination of Ca, Fe, Ga, In, Si and Zn in alumina was made after decomposition in a microwave oven with subsequent precipitation of Al(III) with NH3 gas. The internal standard was essential to obtain the accuracy of the method, with recoveries of CRM analysis ranging from 83 to 117%. For the cement analysis was evaluated the effect of nitric acid concentration over analytes extraction (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, Ti and Zn) and ISs candidate adsorption (Be, Sc, In and Dy). Determinations of the elements in cement slurry with the internal standard (except for Cr and Zn), with 0.5% v v-1 HNO3, nebulizer Burgener and robust conditions of ICP produced results with recoveries between 68 and 119%. The determinations of Al, Ba, Cr, Fe, K, Li, Mg, Na, Sr and Ti in quartz were performed with the slurry introduction and without of internal standard, using similar conditions of those adopted for cement matrix. In this case the recoveries ranged from 90 to 107% with addition and recovery test. The adsorption of the analytes and internal standards on silica nanoparticles could be an alternative for the preparation of calibration standards when considering performing the direct introduction of solid material.

Ambient mass spectrometry (MS) is a new and growing sub-field in MS which has opened new research avenues, particularly for applications relating to the analysis of solid samples. Results on the implementation and application of ambient MS techniques including: desorption electrospray ionization (DESI) and direct analysis in real time (DART) indicated that these techniques could serve as complementary tools for the rapid qualitative screening of pharmaceuticals, allowing up to two orders of magnitude improvement in throughput compared to traditional methods such as liquid chromatography MS. The selectivity of DESI could be enhanced by performing the experiment in the reactive mode. In this mode, complexation reactions between reagents added to the spray solvent and analytes on the sample surface resulted in analyte stabilization, inhibiting fragmentation. They also resulted in a concomitant enhancement in the analyte surface activity, facilitating their evaporation from secondary droplets culminating in an improvement in sensitivity. Also for drug tablets analysis, the analyte signal dependency on DESI geometrical set-up variables could be mitigated following the careful and controlled addition of an isotopically labeled internal standard (IS) to the sample or by spraying samples with a pair of reagents with different affinities for the analyte. Either of these approaches resulted in an analyte-to-IS signal ratio (in the former) or an analyte complex ratio (in the later), which was largely independent of DESI experimental variables allowing quantitative analysis using this technique. DESI MS was also observed to be a very powerful tool for determining the 2-D distribution of various pharmaceutically important compounds on tablet and tissue surfaces. The ability to map the distribution of molecules of interest by DESI MS has very great implications in drug tablet quality control and in determining the role of chemical signals presented on tissue surfaces. DESI was observed to be limited to ionizing molecules of medium to high polarities without much limitation in terms of mass range, whereas DART was better suited for the analysis of molecules within a broader range of polarities, but within a more limited mass range (up to 800 Da approximately). These limitations were circumvented by implementing a novel multimode ambient ion source, desorption electrospray/metastable-induced ionization (DEMI), which combines various aspects of DESI and DART. Initial experiments with the DEMI ion source demonstrated its ability to enable the simultaneous analysis of molecules within a broader range of polarities and masses than DESI and DART alone.

A espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) constitui um método alternativo para a determinação simultânea de macro e micronutrientes em pastilhas de materiais vegetais. No entanto, pouca informação com relação às condições de fluência e de focalização do laser mais apropriadas para a análise de pastilhas de materiais vegetais são disponíveis na literatura. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da fluência, do diâmetro de focalização do laser e do tamanho das partículas das amostras nas análises de pastilhas de tecidos vegetais por LIBS. O arranjo experimental foi composto por um laser pulsado de Nd:YAG a 1064 nm (pulsos de 5 n\'delta\', 360 mJ, 10 Hz) e os sinais de emissão foram coletados por um telescópio acoplado por fibra óptica ao espectrômetro Echelle com detector ICCD. Os parâmetros instrumentais foram ajustados em 20 pulsos acumulados, 2,0 \'mü\'s de atraso e 5,0 \'mü\'s de integração. Amostras laboratoriais consistiram de pastilhas preparadas com folhas moídas criogenicamente (90 % das partículas < 50 \'mü\'m). Maiores intensidades das linhas Ca I 442,554, Mg I 277,983, P I 213,618, Al I 309,271, B I 249,773, Cu I 324,755, Fe II 261,187, Mn II 257,610 e Zn II 206,200 nm foram obtidas com fluências entre 35 e 60 J cm-2 e diâmetros de focalização entre 600 e 1050 \'mü\'m. O uso de fluências e diâmetros de focalização maiores concorreu para melhorar os coeficientes de variação (CV) das medidas. Fixando-se o diâmetro de focalização em 750 \'mü\'m, observou-se que, para a maioria dos analíticos, o CV das medidas foi reduzido 2 vezes quando a fluência foi alterada de 20 para 50 J cm-2. Nestas condições, estes resultados foram atribuídos à maior massa removida e, conseqüentemente, à amostragem mais representativa. Os coeficientes angulares das curvas de calibração também aumentaram quando a fluência foi acrescida. No entanto, não foram verificadas diferenças significativas nos coeficientes de correlação das curvas de calibração e nos limites de detecção empregando-se 25 e 50 J cm-2. Embora as intensidades dos sinais de emissão aumentem com a fluência, a emissão de fundo também aumenta. Por outro lado, o tamanho das partículas das amostras afeta as eficiências de atomização e excitação no plasma induzido por laser. Quando partículas maiores são parcialmente vaporizadas, os sinais de emissão resultantes dos processos de atomização e excitação das espécies constituintes são menores do que os provenientes de partículas menores. Nesta dissertação, melhorias significativas da intensidade dos sinais de emissão e dos CVs das medidas foram observados quando pastilhas preparadas com partículas < 75 \'mü\'m foram analisadas. Não foram observadas diferenças significativas nas intensidades dos sinais de emissão e no CV das medidas nas análises de pastilhas preparadas com partículas entre 20 e 75 \'mü\'m. Pastilhas preparadas com partículas > 75 \'mü\'m apresentaram problemas de coesão e, após ablação, apresentaram crateras não uniformes. A análise destas pastilhas resultou em CV das medidas geralmente > 15 %. Os resultados obtidos neste trabalho confirmaram que é recomendável utilizar amostras de calibração e amostras-teste com distribuição do tamanho das partículas semelhante para evitar efeitos físicos de matriz, que alteram as interações laser-amostra / Most recently, it was demonstrated that laser induced breakdown spectrometry (LIBS) constitutes an alternative for the simultaneous determination of macro- and micronutrients in pellets of plant materials. However, there is no information regarding the most appropriate fluence and laser focusing for analysis of pellets of plant materials. The aim of this work was to evaluate the effect of laser focusing and fluence on LIBS analysis of plants. The effect of particle size on LIBS analysis of pellets of plant materials as well as sample preparation approaches were also discussed. The experimental setup was designed by using a Q-switch Nd:YAG laser (5 n\'delta\', 360 mJ, 10 Hz, _ \'lâmbda\' = 1064 nm) and the emission signals were collected by lenses into an optical fiber coupled to an echelle spectrometer equipped with a high-resolution ICCD. Instrumental parameters consisted of 20 accumulated laser pulses, 2.0 \'mü\'s delay time and 5.0 \'mü\'s integration time gate. Pellets prepared from cryogenically ground plant leaves (90 % particles < 50 \'mü\'m; median = 10 \'mü\'m) were used as laboratory samples and 6 laser spot diameters (from 180 to 1050 \'mü\'m) at different laser fluences were evaluated. Results indicate that elements emission intensities increased with both laser fluence and spot diameter. Higher intensities for Ca I 442.554, Mg I 277.983, P I 213.618, Al I 309.271, B I 249.773, Cu I 324.755, Fe II 261.187, Mn II 257.610, and Zn II 206.200 nm emission lines were observed with fluences in the 35 - 60 J cm-2 range and spot diameters between 600 and 1050 \'mü\'m. Higher spot diameters improved mass removal and minimized repeatability drawbacks. It was observed that the coefficients of variation (CV) of site-to-site measurements decreased by using higher laser focusing diameters. By fixing the laser spot diameter at 750 \'mü\'m, the CV of measurements improved at least 2-fold for all analytes when 50 J cm-2 was applied in comparison to 20 J cm-2. These results can be attributed to a larger mass removal obtained at higher laser fluences and better laser sampling representativeness. Sensitivity did also increase with laser fluence but no significant differences were observed in the detection limits using 25 and 50 J cm-2. Although emission intensities increased with laser fluence the background emission and noise increased as well. On the other hand, particle size distribution of powdered samples affects the atomization and excitation efficiencies by laser induced plasmas. When larger particles are incompletely vaporized the resulting emission signals were lower than those obtained from smaller particles. In this work, significant improvements on emission intensities and CV of measurements were observed when pellets made with particles < 75 \'mü\'m were analyzed. No significant differences were observed (emission intensities and CV of measurements) in the analysis of pellets prepared with particles in the 20-75 \'mü\'m range. Pellets prepared with particles > 75 \'mü\'m presented cohesion drawbacks and resulted non uniform craters after laser ablation. The CV of measurements for most analytes in these materials was > 15 %. Therefore, similar particle size distribution between calibration and test samples is recommended to avoid physical matrix effects on laser-sample interaction

The aim of this study was to investigate the utility of direct analysis in real time quadrupole time-of-flight mass spectrometry and gas chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry in the analysis of 162 different synthetic cannabinoids. Direct analysis in real time quadrupole time-of-flight mass spectrometry is shown to be a rapid and accurate analytical method for synthetic cannabinoids. Spectra can be generated with less than 1.5 ng of the drug in under a minute and be successfully searched against previously generated ESI-QTOF libraries in most cases (118/130 drugs tested) as well as can also be applied to the identification of synthetic cannabinoids in a mixture. Gas chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry, while requiring a much longer analysis time, is shown to accurately distinguish all but 19 compounds (140/159). These two instruments have proven to be viable alternatives in synthetic cannabinoid analysis and will greatly benefit forensic laboratories.