In this thesis, new methods that address some current limitations in nanoelectrospray mass spectrometry (nESI-MS) analysis are presented. One of the major objectives is the potential gain in sensitivity that can be obtained when employing the proposed techniques. In the first part of this thesis, a new emitter, based on the generation of electrospray from a spray orifice with variable size, is presented. Electrospray is generated from an open gap between the edges of two individually mounted, pointed tips. The fabrication and evaluation of two different types of such emitters is presented; an ESI emitter fabricated from polyethylene terephtalate (Paper I), and a high-precision silicon device (Paper II). Both emitters were surface-treated in a selective way for an improved wetting of the gap and to confine the sample solution into the gap. In the second part of this thesis, different methods for improved sensitivity of nESI-MS analysis have been developed. In Paper III, a method for nESI-MS analysis from discrete sample volumes down to 1.5 nL is presented, using commercially available nESI needles. When analyzing attomole amounts of analyte in such a small volume of sample, an increased sensitivity was obtained, compared to when analyzing equal amounts in conventional nESI-MS analysis. To be able to analyze smaller sample volumes, needles with a narrower orifice and a higher flow resistance were needed. This triggered the development of a new method for fabrication of fused silica nESI needles (Paper IV). The fabrication is based on melting of a fused silica capillary by means of a rotating plasma, prior to pulling the capillary into a fine tip. Using the described technique, needles with sub-micrometer orifices could be fabricated. Such needles enabled the analysis of sample volumes down to 275 pL, and a further improvement of the sensitivity was obtained. In a final project (Paper V), nESI-MS was used to study the aggregation behavior of Aβ peptides, related to Alzheimer’s disease. An immunoprecipitation followed by nESI-MS was employed. This technique was also utilized to study the selectivity of the antibodies utilized. / QC 20101112

Si dans les caméras actuelles, les matrices de photodétection sont planes, dans la nature, aucune surface focale n'est plane : la rétine est soit concave (œil humain), soit convexe (œil d'insecte). Ces architectures offrent deux solutions de miniaturisation et de simplification des systèmes de détection, qui ont fait l'objet des travaux de cette thèse. La courbure concave du détecteur permet de supprimer l'aberration de courbure de champ qui est particulièrement présente dans les instruments grand champ. L'étude théorique de cette solution, étayée par des applications concrètes, a permis de démontrer la simplification des architectures accessibles par cette approche, ainsi que les améliorations en termes de performances optiques. La courbure convexe permet quant à elle de miniaturiser les systèmes grand champ, en s'inspirant de l'œil composé des petits invertébrés. Cette architecture, constituée de groupes de pixels reliés par une métallisation souple, a été réalisée sur une matrice de détecteurs infrarouge en CdHgTe. Les composants obtenus sont fonctionnels et comparables en termes de performances aux valeurs standard. Ils ouvrent à la voie à des architectures grand champ extrêmement compactes. L'originalité du travail a porté sur la mise en forme sphérique de composants monolithiques, dont la couche active n'est pas modifiée, permettant ainsi de produire des systèmes avec un taux de remplissage de 100%. Après une étude de la souplesse d'échantillons de silicium aminci, le procédé de courbure a été transféré sur des composants fonctionnels: circuit de lecture Si-CMOS et matrice de micro-bolomètres infrarouge. La courbure concave des matrices de détection infrarouge de type micro-bolomètres, a mené à la réalisation de deux caméras. La première, constituée de deux lentilles du commerce, a permis de comparer les systèmes composés des détecteurs plan et courbe. Le gain lié à la courbure sphérique de la rétine sur l'uniformité de la réponse impulsionnelle a été prouvé grâce aux mesures de la fonction de transfert de contrastes (FTC). Enfin, à l'image d'un œil humain, un œil infrarouge composé d'une seule lentille et d'une matrice de micro-bolomètres courbée en concave a été réalisée. La qualité des images obtenues, ainsi que la FTC mesurée, ont mis en évidence le potentiel des plans focaux courbés pour des systèmes ultra-compacts, inenvisageables jusqu'à ce jour. / In natural world, plane retina, on which are based our cameras does not exist. The focal plane is either concave for human beings or convex in insects' eyes. Both curvatures offer novel solution to miniaturize and simplify the optical design, and both of them have been studied in this work.The concave curving of the focal plane suppresses one aberration, the field curvature, on which depends the image quality of large field of view instruments. Advantages in image quality and optical design have been studied by theoretical analysis and by real cases of instruments. The convex curvature results in a miniaturization achieved by reproducing the compound eye of small invertebrates. This design, which is composed of several groups of pixels interconnected by metallic lines, has been realized with cooled infrared detecting device. The performed detectors are still electrically functional with a comparable behaviour than conventional sensors. The originality of this work is the spherical curvature of monocrystalline and monolithic components; the active layer is not modified for this purpose. The process of curvature has been developed on thinned square silicon bare dies and then transferred to thinned functional devices: Si-CMOS and micro-bolometers. The concave curvature of bolometers leads to the realization of two cameras. The first one, composed of two commercial lenses, was dedicated to the comparison between a planar traditional camera and a curved detector system. Optical advantages, and especially the response uniformity, have been proved thanks to measures of the contrast modulation function (CMF). Finally, I have realized an infrared eye composed of a unique lens and a curved concave bolometer. Both the image quality obtained and CMF experiments proved the interest of the curved focal plane in miniaturized optical systems.

Au cours des dernières décennies, le développement rapide de la technologie sans fil et micro-électronique a provoqué un profond impact sur notre vie quotidienne. Parallèlement à la tendance, les technologies d'assistance ont été révolutionnées en termes de miniaturisation et de portabilité. Les traditionnels encombrants systèmes de dispositifs aidés, à connexion filaire sont maintenant remplacés par d'autres plus compacts, légers et portables. Le nombre de personnes aveugles et ayant une déficience visuelle continue à faire face à de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne, en particulier dans la mobilité et la navigation. La théorie de la substitution sensorielle dans laquelle l'information obtenue d'une modalité sensorielle, peut atteindre les structures du cerveau physiologiquement par d'autres modalités sensorielles; par conséquent, il est possible pour les personnes aveugles et malvoyantes d'obtenir les informations désirées par d'autres sens. Sur la base de ces technologies et principes, nous voulons améliorer le Tongue Display Unit, un dispositif de visio-tactile lingual a été inventé par le professeur Bach-y-Rita à un, dispositif à long terme sans fil portable pour la navigation. Afin de rendre ce dispositif autonome, certaines propriétés doivent être étudiées: l'optimisation de la consommation d'énergie (à faire à long terme) et la communication sans fil efficace. Nous avons fait un examen très détaillé afin de choisir les composants optimaux et la méthode adéquate pour notre système. La conception du matériel a été effectuée en choisissant le meilleur algorithme. Le module émetteur-récepteur sans fil basé sur ZigBee contribue à réduire la consommation globale d'énergie. Notre antenne omnidirectionnelle est appropriée pour une utilisation chez les personnes aveugles qui ne peuvent pas être orientés à l'avance. Nous avons modifié tous les composants de la TDU, du matériel au logiciel, à partir du contrôleur à l'actionneur. La conception de l'ensemble d'électrodes n'est pas rectangulaire comme traditionnellement mais sous une forme ronde avec un soutien utilisé pour la direction et à la navigation. Enfin, le système a été validé par TDU fonctionnement en temps réel et testé sur les utilisateurs réels. Les performances du système en termes de design et d'énergie ont été améliorées. La communication sans fil est plus efficace et consomme moins d'énergie. Les premiers résultats sur les essais des utilisateurs montrent une assez bonne perception de notre TDU. / Over the last decades, the rapid development of wireless technology and microelectronic has caused a profound impact on our daily lives. Alongside the trend, assistive technologies have revolutionized in terms of miniaturization and wearability. The traditional bulky aided devices systems with wired connection are now replaced by the compact, lightweight and portable ones. The number of blind and visually impaired people continues to deal with many difficulties in daily lives, especially in mobility and navigation. The theory of sensory substitution in which information gained from one sensory modality can reach brain structures physiologically through other sensory modalities; therefore, it is possible for the blind and visually impaired people to get desired information via other senses. Based on these technologies and principles, we want to enhance the Tongue Display Unit, a lingual visuo-tactile device was invented by Professor Bach-y-Rita to a wireless, wearable, long-term device for navigation. In order to make such device, some properties have to be studied: optimization of energy consumption (to make it long-term) and efficient wireless communication. We made a very detailed review in order to choose the optimal components and method for our system. The hardware design was calculated and selected the best algorithm. The ZigBee-based wireless transceiver module contributes to reducing the overall power consumption. Our omnidirectional antenna is appropriate for usage in blind people who cannot orient in advance. We modified all components of the TDU, from the hardware to software, from controller to actuator. The design of the electrode array is not rectangular as traditional but in a round shape which is supportively used for direction and navigation. Lastly the TDU system was validated by real-time operation and tested on real users. The performance of the system in terms of design and energy has been improved. The wireless communication is more effective and consumes less power. The primary results on users' trials show rather good perception on our TDU.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ElderECO.pdf: 2183610 bytes, checksum: d02ab6a3abf8c0cd3e77eadf92d529a0 (MD5) Previous issue date: 2008-12-03 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The microstrip antennas are in constant evidence in current researches due to several advantages that it presents. Fractal geometry coupled with good performance and convenience of the planar structures are an excellent combination for design and analysis of structures with ever smaller features and multi-resonant and broadband. This geometry has been applied in such patch microstrip antennas to reduce its size and highlight its multi-band behavior. Compared with the conventional microstrip antennas, the quasifractal patch antennas have lower frequencies of resonance, enabling the manufacture of more compact antennas. The aim of this work is the design of quasi-fractal patch antennas through the use of Koch and Minkowski fractal curves applied to radiating and nonradiating antenna s edges of conventional rectangular patch fed by microstrip inset-fed line, initially designed for the frequency of 2.45 GHz. The inset-fed technique is investigated for the impedance matching of fractal antennas, which are fed through lines of microstrip. The efficiency of this technique is investigated experimentally and compared with simulations carried out by commercial software Ansoft Designer used for precise analysis of the electromagnetic behavior of antennas by the method of moments and the neural model proposed. In this dissertation a study of literature on theory of microstrip antennas is done, the same study is performed on the fractal geometry, giving more emphasis to its various forms, techniques for generation of fractals and its applicability. This work also presents a study on artificial neural networks, showing the types/architecture of networks used and their characteristics as well as the training algorithms that were used for their implementation. The equations of settings of the parameters for networks used in this study were derived from the gradient method. It will also be carried out research with emphasis on miniaturization of the proposed new structures, showing how an antenna designed with contours fractals is capable of a miniaturized antenna conventional rectangular patch. The study also consists of a modeling through artificial neural networks of the various parameters of the electromagnetic near-fractal antennas. The presented results demonstrate the excellent capacity of modeling techniques for neural microstrip antennas and all algorithms used in this work in achieving the proposed models were implemented in commercial software simulation of Matlab 7. In order to validate the results, several prototypes of antennas were built, measured on a vector network analyzer and simulated in software for comparison / As antenas de microfita est?o em constante evid?ncia nas pesquisas atuais, isso devido ?s in?meras vantagens que apresentam. A geometria fractal aliada ao bom desempenho e comodidade das estruturas planares s?o uma excelente combina??o para projetos e an?lise de estruturas cada vez menores e com caracter?sticas multi-ressonantes e banda larga. Essa geometria tem sido aplicada em antenas tipo patch em microfita para reduzir o seu tamanho e evidenciar o seu comportamento multi-banda. Em compara??o com as antenas em microfita convencionais, as antenas patch quase-fractais apresentam freq??ncias de resson?ncia inferiores, possibilitando a fabrica??o de antenas ainda mais compactas. O objetivo desse trabalho consiste no projeto de antenas patches quase-fractal por meio da utiliza??o de curvas fractais de Koch e Minkowski aplicado ?s margens radiante e n?o-radiante de uma antena inset-fed patch retangular convencional alimentada por linha de microfita com reentr?ncias, inicialmente projetada para a freq??ncia de 2,45 GHz a ser observada. A t?cnica inset-fed ? investigada para o casamento de imped?ncias das antenas fractais, que s?o alimentadas atrav?s de linhas de microfita com reentr?ncias. A efici?ncia dessa t?cnica ? investigada experimentalmente e comparada com simula??es realizadas pelo software comercial Ansoft Designer, usado para a an?lise precisa do comportamento eletromagn?tico das antenas atrav?s do m?todo dos momentos e pelo modelo neural proposto. Nessa disserta??o um estudo bibliogr?fico em teoria de antenas de microfita ? realizado, o mesmo estudo ? realizado a respeito da geometria fractal, dando ?nfase a suas mais diversas formas, t?cnicas de gera??o desses fractais bem como sua aplicabilidade. Este trabalho ainda apresenta um estudo em redes neurais artificiais, evidenciando os tipos/arquitetura de redes utilizadas e suas caracter?sticas, bem como os algoritmos de treinamento que foram utilizados para sua implementa??o. As equa??es dos ajustes dos par?metros para as redes utilizadas nesse trabalho foram deduzidas a partir do m?todo do gradiente. Tamb?m ser? realizada uma investiga??o com ?nfase na miniaturiza??o dessas novas estruturas propostas, indicando o quanto uma antena projetada com contornos fractais ? capaz de miniaturizar uma antena patch retangular convencional. O estudo tamb?m consiste de uma modelagem por meio de redes neurais artificiais dos mais diversos par?metros eletromagn?ticos das antenas quase-fractais. Os resultados apresentados demonstram a excelente capacidade das t?cnicas neurais para modelagem de antenas de microfita, e todos os algoritmos utilizados nesse trabalho na obten??o dos modelos propostos foram implementados no software comercial de simula??o Matlab 7. Com a finalidade de validar os resultados obtidos, v?rios prot?tipos de antenas foram constru?dos, medidos em um analisador de rede vetorial e simulados em software para compara??o

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ManoelBLA.pdf: 2395577 bytes, checksum: 6394225c6ebbbdad59d4fa162aa97882 (MD5) Previous issue date: 2008-11-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This paper presents a theoretical and numerical analysis of the parameters of a rectangular microstrip antenna with metamaterial substrate. The metamaterial (MTM) theory was applied along with Transverse Transmission Line (LTT) method to characterize substrate quantities and obtain the general equations of the electromagnetic fields. A study on metamaterial theory was conducted to obtain the constructive parameters, which were characterized through permittivity and permeability tensors to arrive at a set of electromagnetic equations. Electromagnetic principes are used to obtained parameters such as complex resonance frequency, bandwidth and radiation pattern were then obtained. Different metamaterial and antenna configurations were simulated to miniaturize them physically and increase their bandwidth, the results of which are shown through graphics. The theoretical computational analysis of this work proved to be accurate when compared to other studies, and may be used for other metamaterial devices. Conclusions and suggestions for future work are also proposed / Este trabalho apresenta a an?lise te?rica e num?rica dos par?metros de uma antena de microfita tipo patch retangular sobre substrato metamaterial. Para isso, ? aplicada a teoria de metamateriais - MTM, em conjunto com o m?todo da Linha de Transmiss?o Transversa - LTT, para a caracteriza??o das grandezas do substrato e obten??o das equa??es gerais dos campos eletromagn?ticos. ? realizado um estudo acerca da teoria de metamateriais com o intuito de obter seus par?metros construtivos, os mesmos s?o caracterizados atrav?s de tensores permissividade e permeabilidade. Essa teoria ? aplicada ao m?todo da Linha de Transmiss?o Transversa chegando-se ?s equa??es gerais para os campos eletromagn?ticos da antena. Em seguida s?o utilizados princ?pios da teoria eletromagn?tica para obter-se caracter?sticas como: freq??ncia de resson?ncia complexa, diagramas de radia??o e largura de banda. S?o simulados diferentes configura??es de metamateriais e antenas com o intuito de miniaturizar as dimens?es f?sicas e aumentar a largura de banda das mesmas, os resultados s?o apresentados atrav?s de gr?ficos. A an?lise te?rica computacional deste trabalho se mostra precisa, em compara??o a outros, podendo ser empregado em dispositivos que utilizem metamateriais como substratos. Ao final s?o apresentadas conclus?es e sugest?es para trabalhos futuros

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseHCM_DISSERT.pdf: 1439414 bytes, checksum: f96f0decdde25078b5110927edf3b75c (MD5) Previous issue date: 2011-12-19 / This work presents techniques used to design and manufacture microstrip patch antennas for applications in portable and mobile devices. To do so, are evaluated several factors that can influence the performance of microstrip patch antennas. Miniaturization techniques are studied and employed in order to apply this type of antenna in mobile and / or mobile. The theories of microstrip patch antennas are addressed by analyzing characteristics such as constitution, kinds of patches, substrates, feeding methods, analysis methods, the main advantages and disadvantages and others. Techniques for obtaining broadband microstrip patch antennas were surveyed in literature and exemplified mainly by means of simulations and measurements. For simulations of the antennas was used the commercial software . In addition, antenna miniaturization techniques have been studied as a main concern the fundamental limits of antennas with special attention to electrically small antennas because they are directly linked to the microstrip patch antennas. Five design antennas are proposed to demonstrate the effectiveness of techniques used to obtain the microstrip patch antennas broadband and miniaturized for use in mobile devices and/or portable. For this, the proposed antennas were simulated, built and measured. The antennas are proposed to be used in modern systems of wireless communications such as DTV, GPS, IEEE 802.16, IEEE 802.11, etc. The simulations of the antennas were made in business and computer programs. The measured results were obtained with a parser Vector of networks of the Rhode and Schwarz model ZVB 14 / Esse trabalho apresenta t?cnicas usadas para projetar e fabricar antenas patch de microfita para aplica??es em dispositivos port?teis e m?veis. Para isso, s?o avaliados diversos fatores que podem influenciar no desempenho das antenas patch de microfita. T?cnicas de miniaturiza??o s?o estudadas e empregadas visando a aplica??o deste tipo de antena em dispositivos port?teis e/ou m?veis. Fundamentos te?ricos sobre as antenas patch de microfita s?o abordados analisandose caracter?sticas como: constitui??o, tipos de patches, substratos, m?todos de alimenta??o, m?todos de an?lises, principais vantagens e desvantagens dentre outros. T?cnicas para obten??o de antenas patch de microfita banda larga foram pesquisadas na literatura e exemplificadas principalmente por meio de simula??es e medi??es. Para as simula??es das antenas foi utilizado o programa computacional comercial . Al?m disso, t?cnicas de miniaturiza??o de antenas foram estudadas tendo como preocupa??o principal os limites fundamentais das antenas com aten??o especial a antenas eletricamente pequenas por estarem diretamente vinculadas ?s antenas patch de microfita. Cinco projetos de antenas s?o propostos para comprovar a efici?ncia das t?cnicas utilizadas para obten??o de antenas patch de microfita banda larga e miniaturizadas, para aplica??o em dispositivos m?veis e/ou port?teis. Para isso, as antenas propostas foram simuladas, constru?das e medidas. As antenas foram propostas para serem utilizadas em sistemas modernos de comunica??es sem fio como: DTV, GPS, IEEE 802.16, IEEE 802.11, etc. As simula??es das antenas foram feitas nos programas computacionais comerciais e . Os resultados medidos foram obtidos com um analisador vetorial de redes da Rhode and Schwarz modelo ZVB 14

Antenas fractais são estruturas irradiadoras geradas recursivamente a partir da aplicação reiterada de um fator de conjunto gerador, possuindo a característica marcante de ser auto semelhante. São baseadas na teoria dos fractais desenvolvida por Mandelbrot e cuja aplicação se encontra presente em quase todos os ramos da ciência. Tais antenas possuem hoje inúmeras aplicações, de celulares a antenas de satélites, e têm se mostrado uma alternativa atraente para aplicações que requeiram característica de multibanda associada a alto ganho e miniaturização. O presente trabalho procura apresentar de forma sistemática a teoria básica envolvendo antenas fractais, tendo-se por base não apenas as contribuições pioneiras de pesquisadores no mundo todo, mas também a teoria básica de antenas, a partir das quais é possível chegar-se a formulações importantes na área. O foco é para antenas de microfita, dada a grande popularidade que têm encontrado nas últimas décadas. Além de vasta bibliografia, contou-se com o auxílio da ferramenta computacional HFSS da Ansoft®, um software que simula estruturas em alta frequência. Este programa é utilizado para simular uma antena fractal de microfita proposta pelo autor, e os resultados são analisados tendo-se um duplo propósito: exemplificar o uso de uma antena fractal, por um lado, e fornecer um protótipo que porventura poderá ser utilizado em aplicações especiais, por algum projetista de antenas. Os principais parâmetros fundamentais de antenas são analisados, como Perda de Retorno, VSWR, Ganho, etc., mas será dada ênfase especial à aplicação de estruturas fractais de microfita em dois tipos de aplicações: antenas eletricamente pequenas e antenas independentes da frequência. / Fractal Antennas are radiating structures generated recursively from the reiterated application of a generating array, having the remarkable feature of being self similar. They are based on the theory of fractal developed by Mandelbrot and whose application is present in almost every branches of science. Such antennas have many applications today, from cell phones to satellite antennas, and have proved to be an attractive alternative for applications that required multiband characteristic associated with high gain and miniaturization. This paper aims do present systematically the basic theory involving fractal antennas, and is based not only on the pioneering contributions of researchers around the world, but also the basic theory of antennas, from which is possible to reach important formulations in the area. Besides the extensive bibliography, was used the computational tool HFSS by Ansoft®, a software that simulates high frequency structures. This program is used to simulate a fractal microstrip antenna proposed by the author, and the results are analyzed, having a dual propose: to exemplify the use of fractal antenna on the one hand, and providing a prototype which could possible be used in special applications, for some designer of antennas. The main fundamental parameters of antennas are analyzed, such as Return Loss, VSWR, Gain, etc., but special emphasis will be given to the application of fractal microstrip structures in two kinds of applications: electrically small antennas and frequency independent antennas. / Dissertação (Mestrado)

Petroleum or crude oil is a complex mixture formed by aliphatic, aromatic and naphthenic hydrocarbon, and other compounds containing sulfur, oxygen, nitrogen, and organometallic constituent complexed with nickel and vanadium. To crude oil characterization the separation by classes SARA (saturated, aromatics, resins and asphaltenes) is one of the most applied method. This method presents certain disadvantages such as excessive expense of solvents, adsorvents and lenghty analysis time. In this context, this study aims to evaluate the SARA fractionation efficiency by the conventional method and by reducing scale. In this study, it was used 7 different samples of crude oil from Carmópolis field from the Mercês and Jericó stations, provided by advanced recovery process with steam injection. The miniaturization of the SARA method has shown promise in relation to the conventional technique, meeting the criteria of the methodology and presenting recovery between 87-98%. Analysis by GC/MS contributed to confirm the efficiency of the separation of fractions by the macro and micro column through selective ion monitoring (m/z 142, 156 and 170). The relative areas for both the GC-FID and by GC-MS chromatograms showed to the fractions of macro and micro column that the fraction of saturated compounds compared with Malteno showed similar relative profiles and areas, demonstrating that the gas chromatographic system is inappropriate to the analysis of aromatic and resin fraction. However, the aromatic (15-19%) and resin fraction (14-16%), when analyzed separately, showed no relative areas equivalent to the isolated gravimetric percentage, confirming the discrimination of the chromatographic system to more polar fractions of oils. / O petróleo ou óleo bruto é uma mistura complexa formada por hidrocarbonetos alifáticos, aromáticos e naftênicos, além de outros compostos contendo enxofre, oxigênio, nitrogênio e constituintes organometálicos complexados com níquel e vanádio. Para a caracterização de óleos brutos, um dos métodos mais empregados é o método de separação por classes SARA (Saturados, Aromáticos, Resinas e Asfaltenos). Este método apresenta algumas desvantagens, como o gasto excessivo de solventes e adsorventes, e longo tempo de análise. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência do fracionamento SARA pelo método convencional e realizar a miniaturização do procedimento. Neste estudo foram utilizadas 7 amostras de óleo bruto do Campo de Carmopólis (SE) provenientes das estações Mercês e Jericó, que foram obtidas pelo processo de recuperação avançada com injeção de vapor. A miniaturização do método SARA mostrou-se promissora em relação à técnica convencional, atendendo aos critérios da metodologia e apresentando recuperação entre 87-98%. A análise por Cromatografia Gasosa/Espectrometria de Massas (GC/MS) contribuiu para confirmar a eficiência na separação das frações pela macro e microcoluna através do monitoramento seletivos de íons (m/z 142, 156 e 170). O estudo das áreas relativas tanto por Cromatografia Gasosa com detector de Ionização por Chama (GC-FID) quanto por Cromatografia Gasosa/Espectrometria de Massa (GC-MS) mostrou para as frações da macro e microcoluna, que a fração de compostos saturados quando comparada com o malteno apresentaram perfis e áreas relativas equivalentes, demonstrando que o sistema cromatográfico a gás é inapropriado para a análise das frações aromática e resinóica. As frações aromática (15-19%) e resinóica (14-16%), quando analisadas isoladamente, não apresentaram áreas relativas dos picos equivalentes aos percentuais gravimétricos isolados, confirmando a discriminação do sistema cromatográfico para frações mais polares dos óleos.

Neste trabalho são apresentados processos de microfabricação de estruturas contendo microcanais e sistemas de manipulação hidrodinâmica e eletroosmótica de fluídos. Foram desenvolvidos processos de microfabricação utilizando toner sobre poliéster, toner sobre vidro, toner como resiste, além de métodos alternativos de perfuração de lâminas e selagem de microestruturas em vidro, desenvolvimento de microestruturas para eletroforese capilar e espectrometria de massas com ionização por eletronebulização. A caracterização dos materiais e processos permitiu uma ampla visão das potencialidades e alternativas dos processos de microfabricação, tendo sido demonstrado que os dispositivos produzidos em toner-poliéster são quimicamente resistentes às substâncias tipicamente utilizadas em eletroforese capilar. Neste trabalho, um detector condutométrico sem contato foi implementado em microestruturas de toner-poliéster e a separação eletroforética de alguns metais alcalinos é demonstrada. A microestrutura foi projetada no formato padrão em cruz, tendo o canal de separação 22 mm de comprimento, 12 µm de profundidade e largura típica. A cela condutométrica foi construída sobre o canal de separação utilizando-se fita adesiva de cobre (1 mm de largura) como eletrodos. O sinal aplicado na cela foi de 530 kHz e 10 Vpp . A separação de K+, Na+ e Li+ na concentração de 100 µmol L-1 foi efetuada em torno de 0,8 min, utilizando-se 1 kV como potencial de separação. Foram desenvolvidos microchips para análise por espectrometria de massas com introdução de amostra por eletronebulização, sendo determinado cluster do íon cloreto em concentração de 1 mmol L+. Também solução com 1 mmol/L de glucosamina em água/metanol 1: 1 (v/v), sob corrente de 100 nA gerou sinal estável e livre de descarga corona. Utilizando detecção amperométrica, obteve-se eletroferogramas mostrando a separação de iodeto (10 mmol L-1) e ascorbato (40 mmol L-1) em potencial de separação de 4,0 kV (800 V cm-1 potencial de detecção de 0,9 V (vs. Ag/AgCI), injeção com 1,0 kV/1°s, tampão borato de sódio 10 mmol L+ com CTAH 0,2 mmol L-1, pH 9,2. Obteve-se eficiência de 1,6.104 pratos/m e foi possível obter limites de detecção de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,8 µmol L-1 (486 amol) para iodeto e ascorbato, respectivamente. O processo de fabricação utilizando toner como material estrutural para microchips em vidro foi bem estabelecido, assim como os modos de detecção fotométrico e condutométrico foram demonstrados. Foram obtidos eletroferogramas par detecção condutométrica sem contato de solução 200 µmol L-1 de K+, Na+ e U+, em tampão histidina/ácido lático 30 mmol L-1 9:1 (v/v) água:metanol, injeção eletrocinética de 2,0 kV/5,0 s, potencial de separação de 1 kV, 530 kHz de frequência e tensão de 2,0 Vpp. Também foi implementado um sistema de detecção fotométrico para microchip operando em 660 nm, tendo sido utilizado para a detecção de azul de metileno 1,0 mmol L-1 em tampão de corrida de barato de sódio 20 mmol L-1 (pH 9,2), com o detector posicionado a 40 mm do ponto de injeção e com injeção eletrocinética a 2,0 kV por 12 s com picos bem resolvidos em menos de 1 min. / Microfabrication processes and devices for hydrodynamic and electroosmotic manipulation were developed based on toner-polyester, toner-glass and toner-as-resist techniques. Additionally, techniques to perforate glass slides and sealing of glass devices were introduced. Microdevices for capillary electrophoresis and electrospray for mass spectrometry were developed using these techniques. The characterization of the materiais and the processes demonstrated that the devices obtained by the toner-polyester process are compatible with the media used for capillary electrophoresis. The detection of alkaline ions with capillary electrophoresis with contactless conductivity detection was demonstrated. The typical cross shape microstructure was designed with a 22-mm long and 12-µm deep separation channel. The conductivity cell was implemented with 1-mm wide adhesive copper stripes. The applied signal was 530kHz and 10Vpp . The separation of 100µmo1L-1 K+, Na+, and Li+ was accomplished in 0.8 min under a voltage of 1 kV. Another toner-polyester microchip was developed to demonstrate its usefulness for electrospray/mass spectrometry. Solutions of 1 mmol L-1 potassium chloride and 1 mmol L-1 glucosamine in water/methanol 1:1 (v/v) were introduced with stable current of 100 nA without corona discharge. Capillary electrophoresis with amperometric detection was also demonstrated. The separation of iodide (10 mmol L-1) and ascorbate (40 mmol L-1) was carried out at 4.0 kV (800 V cm-1) with detection potential of 0.9 V (vs. Ag/AgCl), electrokinetic injection at 1.0 kV/10 s, running buffer of sodium borate 10 mmol L-1 with CTAH 0.2 mmol L-1 , pH 9.2. The efficiency was 1.6.104 plates/m and the limits of detection were 500 nmol L-1 (135 9mol) and 1.8 µmol L-1 (486 amol) for iodide and ascorbate, respectively. The toner-glass process was proposed and conductivity and photometric detections were demonstrated for the devices generated by this new technique. The separation of 200 pmol L-1 K+, Na+, and Li+ was achieved in buffer histidine/lactic acid 30 mmol L-1 water/methanol 9: 1 (v/v), electrokinetic injection at 2.0 kV/5.0 s, separation potential of 1 kV, and contactless conductivity detection at 530 kHz and 2.0 Vpp. The photometric detection of methylene blue at 660 nm was carried out in sodium borate 20 mmol L-1 (pH 9.2).

A área de microfabricação de dispositivos de interesse em química analítica tem se expandido muito ao longo dos últimos anos. Uma série de produtos e processos tem sido proposta, tendo como base as tecnologias da área de microeletrônica. Muito destes processos são bastante sofisticados, estando além das necessidades para produção de alguns dispositivos relativamente simples e que são bastante úteis para a química analítica. Este é o caso, por exemplo, dos microcanais para implementação de sistemas eletroforéticos ou micro sistemas em fluxo. Neste contexto, surge a proposta deste trabalho, qual seja desenvolver processos e produtos de interesse nesta área. Esse objetivo foi alcançado pelo desenvolvimento de dois processos: um para produção de microcanais em resina de poliéster através de moldagem e outro de corrosão de vidro utilizando toner de impressora laser como resiste. O primeiro partiu de fotolito para produção de molde em silício através de processo de corrosão por plasma de SF6. Peças de resina de poliéster isoftálica são produzidas por polimerização sobre este molde. Para garantir a desmoldagem não traumática e boa reprodução de detalhes, foi incorporado óleo de silicone durante a preparação da resina. Com este procedimento, foi possível obter canais com 14,0 µm de profundidade e irregularidades superficiais de 1,4 µm para um molde com 15,3 µm de elevação e 0,5 µm de irregularidades superficiais. Com o uso de uma manta flexível de silicone como contraparte, foi possível gerar microcanais cuja altura foi avaliada como sendo da ordem de 5 a 7 µm. Esta avaliação foi conseguida através de medida de condutância após o preenchimento do microcanal com solução de KCl. No segundo processo, toner de impressora laser foi utilizado como resiste para corrosão de vidrO. O layout era diretamente impresso sobre papel aditivado com maltodextrina ou papel utilizado como suporte para etiquetas autocolantes através de uma impressora HP LaserJet 6L com resolução de 600 dpi. Após a transferência térmica da imagem para lâminas de vidro alcalino de 1,0 mm de espessura, a corrosão em ácido fluorídrico permitiu obter canais com 7,1 µm de profundidade e irregularidades de 1,0 µm. Embora este segundo processo apresente desvantagens com relação à resolução tanto no plano da lâmina como na profundidade do canal, quando comparado ao primeiro, deve-se ressaltar a extrema simplicidade, rapidez e baixo custo do processo que deve ser interessante para a produção de protótipos. Já para o primeiro processo, destaca-se a adequação à produção em pequena escala de dispositivos microcanais de baixo custo. / Several processes and products have been proposed to build and use microstructures for chemical purposes. Most of these processes were adapted from microelectronic technologies, which resulted in products with excellent resolution and quality. However, there are some devices that could be generated by simpler and rougher processes. In this work, two processes were developed in order to allow producing simple devices based on microchannels. The first process is a method to produce polyester based devices. A conventional microelectronic process was used to produce a silicon matrix. This matrix was used to produce blocks of isophthalic resin by in situ polymerization. The best results were obtained by adding 1 % (w/w) silicone oil during the polyester resin preparation. This additive improves the mold relief and the smoothness of the device surface. Channels 14.0-µm depth and roughness of 1.4 µm were obtained with a mold with structure height of 15.3 µm and roughness of 0.5 µm. A flexible sheet of silicone allows forming enclosed microchannels with depth of 5-7 µm. This dimension was evaluated by conductance measurement after filling the channel with KCl solution. A process for glass corrosion, using laser printer toner as resist, was proposed. In this method, the layout is printed over a special sheet of paper using a HP LaserJet 6L laser printer. The paper is used to transfer the toner to a soda-lime glass lamina by a thermic process. Hydrofluoric acid solution was used to promote the selective glass corrosion. Channels 7.1-µm depth and roughness of 1.0 µm were obtained. Although this second method does not give the saroe resolution and aspect ratio as the first one, it is suitable to easy and fast prototyping. Gn the other hand, the first method is suitable for low-cost production of devices in small scale.