La synthèse d'images dites photoréalistes nécessite d'évaluer numériquement la manière dont la lumière et la matière interagissent physiquement, ce qui, malgré la puissance de calcul impressionnante dont nous bénéficions aujourd'hui et qui ne cesse d'augmenter, est encore bien loin de devenir une tâche triviale pour nos ordinateurs. Ceci est dû en majeure partie à la manière dont nous représentons les objets: afin de reproduire les interactions subtiles qui mènent à la perception du détail, il est nécessaire de modéliser des quantités phénoménales de géométries. Au moment du rendu, cette complexité conduit inexorablement à de lourdes requêtes d'entrées-sorties, qui, couplées à des évaluations d'opérateurs de filtrage complexes, rendent les temps de calcul nécessaires à produire des images sans défaut totalement déraisonnables. Afin de pallier ces limitations sous les contraintes actuelles, il est nécessaire de dériver une représentation multiéchelle de la matière. Dans cette thèse, nous construisons une telle représentation pour la matière dont l'interface correspond à une surface perturbée, une configuration qui se construit généralement via des cartes d'élévations en infographie. Nous dérivons notre représentation dans le contexte de la théorie des microfacettes (conçue à l'origine pour modéliser la réflectance de surfaces rugueuses), que nous présentons d'abord, puis augmentons en deux temps. Dans un premier temps, nous rendons la théorie applicable à travers plusieurs échelles d'observation en la généralisant aux statistiques de microfacettes décentrées. Dans l'autre, nous dérivons une procédure d'inversion capable de reconstruire les statistiques de microfacettes à partir de réponses de réflexion d'un matériau arbitraire dans les configurations de rétroréflexion. Nous montrons comment cette théorie augmentée peut être exploitée afin de dériver un opérateur général et efficace de rééchantillonnage approximatif de cartes d'élévations qui (a) préserve l'anisotropie du transport de la lumière pour n'importe quelle résolution, (b) peut être appliqué en amont du rendu et stocké dans des MIP maps afin de diminuer drastiquement le nombre de requêtes d'entrées-sorties, et (c) simplifie de manière considérable les opérations de filtrage par pixel, le tout conduisant à des temps de rendu plus courts. Afin de valider et démontrer l'efficacité de notre opérateur, nous synthétisons des images photoréalistes anticrenelées et les comparons à des images de référence. De plus, nous fournissons une implantation C++ complète tout au long de la dissertation afin de faciliter la reproduction des résultats obtenus. Nous concluons avec une discussion portant sur les limitations de notre approche, ainsi que sur les verrous restant à lever afin de dériver une représentation multiéchelle de la matière encore plus générale / Photorealistic rendering involves the numeric resolution of physically accurate light/matter interactions which, despite the tremendous and continuously increasing computational power that we now have at our disposal, is nowhere from becoming a quick and simple task for our computers. This is mainly due to the way that we represent objects: in order to reproduce the subtle interactions that create detail, tremendous amounts of geometry need to be queried. Hence, at render time, this complexity leads to heavy input/output operations which, combined with numerically complex filtering operators, require unreasonable amounts of computation times to guarantee artifact-free images. In order to alleviate such issues with today's constraints, a multiscale representation for matter must be derived. In this thesis, we derive such a representation for matter whose interface can be modelled as a displaced surface, a configuration that is typically simulated with displacement texture mapping in computer graphics. Our representation is derived within the realm of microfacet theory (a framework originally designed to model reflection of rough surfaces), which we review and augment in two respects. First, we render the theory applicable across multiple scales by extending it to support noncentral microfacet statistics. Second, we derive an inversion procedure that retrieves microfacet statistics from backscattering reflection evaluations. We show how this augmented framework may be applied to derive a general and efficient (although approximate) down-sampling operator for displacement texture maps that (a) preserves the anisotropy exhibited by light transport for any resolution, (b) can be applied prior to rendering and stored into MIP texture maps to drastically reduce the number of input/output operations, and (c) considerably simplifies per-pixel filtering operations, resulting overall in shorter rendering times. In order to validate and demonstrate the effectiveness of our operator, we render antialiased photorealistic images against ground truth. In addition, we provide C++ implementations all along the dissertation to facilitate the reproduction of the presented results. We conclude with a discussion on limitations of our approach, and avenues for a more general multiscale representation for matter

O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de métodos para determinações simultâneas de As e Hg por geração de hidreto e vapor frio e determinações simultâneas de Cd, Cr e Pb por nebulização direta da solução de digeridos dos fertilizantes minerais por espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por micro-ondas (MIP OES). Durante o desenvolvimento dos métodos foram empregadas amostras de fertilizantes minerais de programas interlaboratoriais e também Material de Referência Certificado de fertilizante inorgânico (SRM® 695 do NIST). Foram realizadas otimizações nas condições de operação do MIP OES para se obter as melhores condições para determinações dos analitos de interesse. O método por geração química de vapor de As e Hg foi desenvolvido sem a etapa de pré-redução do arsênio, sendo possível a determinação simultânea do As e Hg. A não necessidade da etapa de pré-redução foi constatada em estudos com soluçõespadrão de 20 mg L-1 As(III), 20 mg L-1 As(V) e mistura das duas espécies nas mesmas concentrações 10 mg L-1 As(III) + 10 mg L-1 As(V), na ausência e presença de diferentes concentrações de iodeto de potássio (0 a 1% m v-1). Os resultados obtidos demonstraram que não houve influência significativa com o uso do iodeto de potássio, podendo ser eliminada a etapa de pré-redução sem comprometer os resultados. Também foram avaliadas as respostas analíticas obtidas em diferentes concentrações da solução redutora (NaBH4) para que fosse escolhida a melhor condição de formação de hidreto de arsênio e vapor de mercúrio. Os resultados mostraram que a concentração de 0,5% (m v-1) de NaBH4 em meio de 0,25% (m v-1) de NaOH foi a que apresentou melhor exatidão. Foram também avaliados os efeitos de matriz na geração química de vapor, com amostra de fertilizante mineral contendo Zn a 10% (m v-1), Cu a 5% (m v-1) e Mn a 9,8% (m v-1), e os resultados obtidos demonstraram que nas condições adotadas, os elementos presentes na amostra não causaram interferências. Com a mesma amostra de fertilizante, também foram realizados testes de efeito de matriz para aplicação do método de determinações de Cd, Cr e Pb, e para estes analitos também foram observados resultados livres de interferências significativas devido à presença de elevada concentração de outros elementos. Os métodos desenvolvidos foram validados de acordo com o Manual de Garantia da Qualidade (MAPA), apresentando boa linearidade para a faixa de trabalho empregada, apresentando r>0,99 e o gráfico de resíduos mostrou um padrão bastante aleatório, ou seja, o modelo linear fornece um ajuste decente aos dados, boa seletividade, não sofrendo interferência da matriz, boa repetibilidade e precisão intermediária, apresentando CV(%) menor que o desvio padrão relativo calculado pela equação de Horwitz e obedecendo aos testes de hipóteses (ANOVA), boa exatidão, com erros relativos entre -1 e -12%, ou seja, menor que 20%, que é o critério de aceitabilidade estabelecido. Os métodos desenvolvidos são comparáveis aos oficiais / The objective of this work was the development of methods for simultaneous determinations of As and Hg by hydride and vapor generation and simultaneous determinations of Cd, Cr and Pb by direct nebulization of the solution in mineral fertilizers by microwave induced plasma - OES. During development mineral fertilizers samples from the interlaboratory program and also reference material of inorganic fertilizer (SRM® 695 - NIST) were used. Optimizations were made in the operation conditions of the MIP OES to obtain better conditions of the interest analytes determination. The method by chemical vapor generation was also optimized, and the arsenic pre-reduction step was taken, so that simultaneous determination of As and Hg was possible, the test evaluated the observed result in standard solutions of As(III), As(V) and a standard solution containing the two species in the same concentration, in the presence of different concentrations of potassium iodide and also in its absence. The results showed that there wasnt significant influence with the usage of potassium iodide, and the pre-reduction stage could be eliminated without impairing the results. The analytical responses obtained at different concentrations of the reducing solution (NaBH4) were also evaluated in order to obtain the best hydride and vapor formation conditions. The chosen concentration was 0.5% (m v-1) of NaBH4 in 0.25% (m v-1) NaOH. A matrix effect test with mineral fertilizer sample containing 10% Zn (m v-1), Cu at 5% (m v-1) and Mn at 9.8% (m v-1) was carried out to evaluate the effect of these elements on the reaction of chemical vapor generation, and the results showed that in the adopted conditions, the elements present in the sample didnt cause significant interferences. Matrix effect tests were also performed for the Cd, Cr and Pb determinations, and for these analytes, significant interferences werent observed due to the presence of high concentrations of Mn, Zn and Cu. The methods developed were validated according to the Manual of Quality Assurance (MAPA), presenting good linearity for the working range employed, presenting r> 0.99 and the residual plot showed a fairly random pattern, the linear model provides a decent fit to the data, good repeatability and intermediate precision, presenting lower RSD than the RSD calculated by the Horwitz equation and obeying the hypothesis tests (ANOVA), good accuracy, with relative errors between -1 and - 12%, that is, less than 20%, according to the acceptability established criterion. The methods developed are comparable to the official ones.

O cortisol é um hormônio associado a vários processos fisiológicos importantes. Esta dissertação apresenta estudos sobre o desenvolvimento de um sensor eletroquímico simples e de baixo custo visando à quantificação do cortisol sem a necessidade de modificação da superfície do sensor com biomoléculas. Inicialmente, o foco do trabalho foi o desenvolvimento de um método analítico visando à detecção direta de cortisol utilizando eletrodos não modificados de carbono vítreo. Estes estudos mostraram problemas de reprodutibilidade devido à grande adsorção da molécula de cortisol ou seus produtos de redução na superfície do eletrodo. Assim, avaliou-se o uso de eletrodos de grafite como dispositivos descartáveis em plataformas de papel. Uma boa linearidade foi observada em um intervalo de concentração semelhante ao apresentado nos estudos envolvendo o eletrodo de carbono vítreo (10 a 100 181.mol L-1). Diante desse resultado, os dispositivos portáteis de baixo custo apresentaram ótimas características analíticas em comparação ao método anterior mostrando à potencialidade para aplicação em amostras reais. Concomitantemente, polímeros impressos molecularmente (MIPs) fabricados por processos químicos e eletroquímicos foram estudados com o intuito de aumentar a seletividade para a análise de cortisol. Os MIPs quimicamente fabricados foram sintetizados usando acrilamida como monômero e N, N\'-metilenobisacrilamida como agente de reticulante. Este material recombina-se com sucesso com o analito segundo os estudos de UV-Vis, no entanto a imobilização na superfície do eletrodo não foi possível. Assim, a polimerização eletroquímica do pirrol foi avaliada como uma maneira simples de produzir o MIP diretamente na superfície do eletrodo. A recombinação da molécula molde com os eletrodos modificados foi verificada por voltametria cíclica e técnica de microbalança eletroquímica de cristal de quartzo. A segunda abordagem apontou resultados promissores para o desenvolvimento de sensor piezelétrico modificado para detecção de cortisol. / Cortisol is a hormone associated with several important physiological processes. This masters dissertation reports studies about the development of a simple and low cost electrochemical sensor aiming at the quantification of cortisol without the need of biomolecules immobilized at sensor surface. Initially, the focus was the development of an analytical method for the direct detection of cortisol using bare glassy carbon electrodes. These studies have shown problems of reproducibility due to large adsorption of the cortisol molecule or its reduction products on the electrode surface. Thus, it was evaluated the use of graphite electrodes as disposable devices in paperbased platform. A good linearity was observed in a concentration range similar to that obtained in studies involving the glassy carbon electrode (from 10 to 100 µmol L-1). In light of this result, the proposed low-cost portable devices presented great analytical features and low-cost in comparison with the previous method with potentiality for application in real samples. Concomitantly, molecularly imprinted polymers (MIPs) fabricated by chemical and electrochemical processes were studied to enhance the selectivity for cortisol analysis. The chemically manufactured MIPs were synthesized using acrylamide as monomer and N, N\'-methylenebisacrylamide as crosslinking agent. This material recombine successfully with the analyte according the UV-Vis study, but it was difficult to immobilize this material at the electrode surface. The electrochemical polymerization of pyrrole was evaluated as a simple way to produce the MIP directly on the electrode surface. The recombination of the template molecule with the modified electrodes was verified by cyclic voltammetry and electrochemical quartz crystal microbalance technique. The second approach pointed out promisor results to the development of modified piezoelectric sensor for cortisol detection.

A elevada introdução de antibióticos no ambiente aquático tem aumentado a preocupação em relação ao desenvolvimento de microrganismos resistentes aos agentes antimicrobianos e seu potencial impacto na biota aquática. Com o objetivo de monitorar a presença, persistência e destinação desses fármacos no meio ambiente, há a necessidade de se desenvolver métodos analíticos altamente sensíveis a baixas concentrações desses antibióticos, na ordem de ng L-1 a μg L-1. Nesse contexto o trabalho tem como objetivo a síntese de sorventes seletivos como polímeros molecularmente impressos (MIP) e polímeros molecularmente impressos com acesso restrito (RAMIP) para a análise de amostras aquosas complexas contendo fluoroquinolonas, empregando extração em fase sólida (SPE) online acoplada por column-switching (CS) à LC-MS/MS. Dois MIPs (MIP1 e MIP2) foram sintetizados utilizando ofloxacino como molécula molde, ácido metacrílico como monômero e, etileno glicol dimetacrilato (MIP1) ou trimetilpropano trimetacrilato (MIP2) como agente de ligação cruzada. O glicerol dimetacrilato e hidroximetil dimetacrilato foram utilizados para promover a formação de uma superfície hidrofílica sobre os MIP1 e MIP2 (RAMIP1 e RAMIP2). Os polímeros sintetizados (MIP1, MIP2, RAMIP1 e RAMIP2) foram acondicionados em colunas de 21,7 x 2,0 mm e empregados para análise direta das matrizes em um sistema de CS-LC-MS/MS online, para avaliação da seletividade, exclusão de macromoléculas e recuperação relativa do processo. As fases sintetizadas foram recobertas com ácidos húmicos (MIP1-AH, MIP2-AH, RAMIP1-AH, RAMIP2-AH) e foram comparadas a fase extratora HLB-AH quanto a seletividade e capacidade de exclusão de proteínas e ácidos húmicos. Os polímeros sintetizados mostraram-se seletivos para a análise de fluoroquinolonas quando comparados com possíveis interferentes, em especial o MIP1 e MIP-AH, com seletividade maior em relação à apresentada pelas fases comerciais HLB Oasis® e StrataX®. Além disso, foi possível eliminar cerca de 92-100% de proteína quando percolada uma solução aquosa de 44 mg mL-1 de albumina sérica bovina (BSA) e de 94-96% quando percolada uma solução aquosa de 6 mg mL-1 de ácido húmico. A eficiência relativa do processo de preparo de amostra apresentada pelos polímeros sintetizados foi comparável à da fase comercial, no entanto o desvio padrão relativo (DPR) apresentado pela fase HLB foi maior. O polímero MIP1-AH apresentou melhor eficiência no processo de extração para a maioria dos analitos quando analisado em matriz de esgoto preparado em laboratório e esgoto sanitário enquanto que as fases MIP2 e RAMIP1 apresentaram um melhor desempenho na extração dos analitos em matriz de efluente de ETE. Em suma, o efeito matriz mostrou-se ainda persistente devido à complexidade das matrizes avaliadas, o que foge à idealidade para que se tenha detecção de fluoroquinolonas em baixíssimas concentrações, como objetivo desse trabalho. Dessa forma, para que o método possa ser utilizado para análise de amostras reais é necessária a compatibilização das matrizes durante a validação do método. / The increased use of antibiotics has led to a higher presence of these molecules into environment. Therefore, there is a raising concern on this matter, since antibiotics may yield microorganisms resistant to their effects. Aiming to monitoring the presence, persistence and destination of these drugs on the environment, there is an urge for the development of highly sensitive analytical methods, capable of detecting at the μg L-1 to the ng L-1 concentration levels. In this fashion, this thesis focuses on the synthesis of selective sorbents such as molecular imprinted polymers (MIP) and restricted access molecular imprinted polymers (RAMIP) for the analysis of complex water samples containing fluoroquinolones. Additionally, it includes the use of these sorbents by online solid phase extraction (SPE) coupled to LC-MS/MS, using a column-switching (CS) setup. Two MIPs (MIP1 and MIP2) were synthesized using ofloxacin as template, methacrylic acid as monomer and ethylene glycol dimethacrylate (MIP1) or trimethylpropane trimethacrylate (MIP2) as cross-linking agent. The glycerol dimethacrylate and hydroximethyl dimethacrylate were employed to promote the formation of a hydrophilic surface layer on MIP1 and MIP2 (RAMIP1 and RAMIP2). The synthesized polymers (MIP1, MIP2, RAMIP1, RAMIP2) were packed into 21,7 x 2,0 mm columns and used for the direct analysis of complex water matrices using an online CS-LC-MS/MS system, for the evaluation of the selectivity, macromolecules exclusion and relative process efficiency. The synthesized phases were coated with humic acids (MIP1-AH, MIP2-AH, RAMIP1-AH, RAMIP2-AH) and were compared to the extraction phase HLB-AH regarding its selectivity and capability of proteins and humic acid exclusion. The synthesized polymers displayed selectivity for the analysis of fluoroquionolones when compared to the possible interferents, specially the MIP1 and MIP1-AH, with a higher selectivity when compared with the commercial phases Oasis® HLB and Strata X®. Additionally, when percolating an aqueous solution containing 44 mg mL-1 of bovine seric albumin (BSA) it was possible to eliminate ca. 92-100% of the proteins and 94-96% of exclusion was obtained when percolating an aqueous solution containing 6 mg mL-1 of humic acid. The relative process efficiency of sample preparation resulted from the synthesized polymers was comparable to that of the commercial phase, however the relative standard deviation (RSD) for the HLB phase was higher. The polymer MIP1-AH displayed better efficiency for the extraction process for most of the analytes on both sewage matrices, the one prepared on the laboratory and the sanitary one. The phases MIP2 and RAMIP1 presented a better performance for the extraction of analytes in effluents of a wastewater treatment plant. In conclusion, the matrix effect showed to be a persistent effect, given the complexity of the matrices analyzed. This fact is far from an ideal condition of detecting fluoroquinolones in real-life application where they are present at very low concentrations. In this sense, for the application of this method for real samples, a strategy of matrix matching would be needed during the validation of the method.

O cortisol é um hormônio associado a vários processos fisiológicos importantes. Esta dissertação apresenta estudos sobre o desenvolvimento de um sensor eletroquímico simples e de baixo custo visando à quantificação do cortisol sem a necessidade de modificação da superfície do sensor com biomoléculas. Inicialmente, o foco do trabalho foi o desenvolvimento de um método analítico visando à detecção direta de cortisol utilizando eletrodos não modificados de carbono vítreo. Estes estudos mostraram problemas de reprodutibilidade devido à grande adsorção da molécula de cortisol ou seus produtos de redução na superfície do eletrodo. Assim, avaliou-se o uso de eletrodos de grafite como dispositivos descartáveis em plataformas de papel. Uma boa linearidade foi observada em um intervalo de concentração semelhante ao apresentado nos estudos envolvendo o eletrodo de carbono vítreo (10 a 100 181.mol L-1). Diante desse resultado, os dispositivos portáteis de baixo custo apresentaram ótimas características analíticas em comparação ao método anterior mostrando à potencialidade para aplicação em amostras reais. Concomitantemente, polímeros impressos molecularmente (MIPs) fabricados por processos químicos e eletroquímicos foram estudados com o intuito de aumentar a seletividade para a análise de cortisol. Os MIPs quimicamente fabricados foram sintetizados usando acrilamida como monômero e N, N\'-metilenobisacrilamida como agente de reticulante. Este material recombina-se com sucesso com o analito segundo os estudos de UV-Vis, no entanto a imobilização na superfície do eletrodo não foi possível. Assim, a polimerização eletroquímica do pirrol foi avaliada como uma maneira simples de produzir o MIP diretamente na superfície do eletrodo. A recombinação da molécula molde com os eletrodos modificados foi verificada por voltametria cíclica e técnica de microbalança eletroquímica de cristal de quartzo. A segunda abordagem apontou resultados promissores para o desenvolvimento de sensor piezelétrico modificado para detecção de cortisol. / Cortisol is a hormone associated with several important physiological processes. This masters dissertation reports studies about the development of a simple and low cost electrochemical sensor aiming at the quantification of cortisol without the need of biomolecules immobilized at sensor surface. Initially, the focus was the development of an analytical method for the direct detection of cortisol using bare glassy carbon electrodes. These studies have shown problems of reproducibility due to large adsorption of the cortisol molecule or its reduction products on the electrode surface. Thus, it was evaluated the use of graphite electrodes as disposable devices in paperbased platform. A good linearity was observed in a concentration range similar to that obtained in studies involving the glassy carbon electrode (from 10 to 100 µmol L-1). In light of this result, the proposed low-cost portable devices presented great analytical features and low-cost in comparison with the previous method with potentiality for application in real samples. Concomitantly, molecularly imprinted polymers (MIPs) fabricated by chemical and electrochemical processes were studied to enhance the selectivity for cortisol analysis. The chemically manufactured MIPs were synthesized using acrylamide as monomer and N, N\'-methylenebisacrylamide as crosslinking agent. This material recombine successfully with the analyte according the UV-Vis study, but it was difficult to immobilize this material at the electrode surface. The electrochemical polymerization of pyrrole was evaluated as a simple way to produce the MIP directly on the electrode surface. The recombination of the template molecule with the modified electrodes was verified by cyclic voltammetry and electrochemical quartz crystal microbalance technique. The second approach pointed out promisor results to the development of modified piezoelectric sensor for cortisol detection.

A elevada introdução de antibióticos no ambiente aquático tem aumentado a preocupação em relação ao desenvolvimento de microrganismos resistentes aos agentes antimicrobianos e seu potencial impacto na biota aquática. Com o objetivo de monitorar a presença, persistência e destinação desses fármacos no meio ambiente, há a necessidade de se desenvolver métodos analíticos altamente sensíveis a baixas concentrações desses antibióticos, na ordem de ng L-1 a μg L-1. Nesse contexto o trabalho tem como objetivo a síntese de sorventes seletivos como polímeros molecularmente impressos (MIP) e polímeros molecularmente impressos com acesso restrito (RAMIP) para a análise de amostras aquosas complexas contendo fluoroquinolonas, empregando extração em fase sólida (SPE) online acoplada por column-switching (CS) à LC-MS/MS. Dois MIPs (MIP1 e MIP2) foram sintetizados utilizando ofloxacino como molécula molde, ácido metacrílico como monômero e, etileno glicol dimetacrilato (MIP1) ou trimetilpropano trimetacrilato (MIP2) como agente de ligação cruzada. O glicerol dimetacrilato e hidroximetil dimetacrilato foram utilizados para promover a formação de uma superfície hidrofílica sobre os MIP1 e MIP2 (RAMIP1 e RAMIP2). Os polímeros sintetizados (MIP1, MIP2, RAMIP1 e RAMIP2) foram acondicionados em colunas de 21,7 x 2,0 mm e empregados para análise direta das matrizes em um sistema de CS-LC-MS/MS online, para avaliação da seletividade, exclusão de macromoléculas e recuperação relativa do processo. As fases sintetizadas foram recobertas com ácidos húmicos (MIP1-AH, MIP2-AH, RAMIP1-AH, RAMIP2-AH) e foram comparadas a fase extratora HLB-AH quanto a seletividade e capacidade de exclusão de proteínas e ácidos húmicos. Os polímeros sintetizados mostraram-se seletivos para a análise de fluoroquinolonas quando comparados com possíveis interferentes, em especial o MIP1 e MIP-AH, com seletividade maior em relação à apresentada pelas fases comerciais HLB Oasis® e StrataX®. Além disso, foi possível eliminar cerca de 92-100% de proteína quando percolada uma solução aquosa de 44 mg mL-1 de albumina sérica bovina (BSA) e de 94-96% quando percolada uma solução aquosa de 6 mg mL-1 de ácido húmico. A eficiência relativa do processo de preparo de amostra apresentada pelos polímeros sintetizados foi comparável à da fase comercial, no entanto o desvio padrão relativo (DPR) apresentado pela fase HLB foi maior. O polímero MIP1-AH apresentou melhor eficiência no processo de extração para a maioria dos analitos quando analisado em matriz de esgoto preparado em laboratório e esgoto sanitário enquanto que as fases MIP2 e RAMIP1 apresentaram um melhor desempenho na extração dos analitos em matriz de efluente de ETE. Em suma, o efeito matriz mostrou-se ainda persistente devido à complexidade das matrizes avaliadas, o que foge à idealidade para que se tenha detecção de fluoroquinolonas em baixíssimas concentrações, como objetivo desse trabalho. Dessa forma, para que o método possa ser utilizado para análise de amostras reais é necessária a compatibilização das matrizes durante a validação do método. / The increased use of antibiotics has led to a higher presence of these molecules into environment. Therefore, there is a raising concern on this matter, since antibiotics may yield microorganisms resistant to their effects. Aiming to monitoring the presence, persistence and destination of these drugs on the environment, there is an urge for the development of highly sensitive analytical methods, capable of detecting at the μg L-1 to the ng L-1 concentration levels. In this fashion, this thesis focuses on the synthesis of selective sorbents such as molecular imprinted polymers (MIP) and restricted access molecular imprinted polymers (RAMIP) for the analysis of complex water samples containing fluoroquinolones. Additionally, it includes the use of these sorbents by online solid phase extraction (SPE) coupled to LC-MS/MS, using a column-switching (CS) setup. Two MIPs (MIP1 and MIP2) were synthesized using ofloxacin as template, methacrylic acid as monomer and ethylene glycol dimethacrylate (MIP1) or trimethylpropane trimethacrylate (MIP2) as cross-linking agent. The glycerol dimethacrylate and hydroximethyl dimethacrylate were employed to promote the formation of a hydrophilic surface layer on MIP1 and MIP2 (RAMIP1 and RAMIP2). The synthesized polymers (MIP1, MIP2, RAMIP1, RAMIP2) were packed into 21,7 x 2,0 mm columns and used for the direct analysis of complex water matrices using an online CS-LC-MS/MS system, for the evaluation of the selectivity, macromolecules exclusion and relative process efficiency. The synthesized phases were coated with humic acids (MIP1-AH, MIP2-AH, RAMIP1-AH, RAMIP2-AH) and were compared to the extraction phase HLB-AH regarding its selectivity and capability of proteins and humic acid exclusion. The synthesized polymers displayed selectivity for the analysis of fluoroquionolones when compared to the possible interferents, specially the MIP1 and MIP1-AH, with a higher selectivity when compared with the commercial phases Oasis® HLB and Strata X®. Additionally, when percolating an aqueous solution containing 44 mg mL-1 of bovine seric albumin (BSA) it was possible to eliminate ca. 92-100% of the proteins and 94-96% of exclusion was obtained when percolating an aqueous solution containing 6 mg mL-1 of humic acid. The relative process efficiency of sample preparation resulted from the synthesized polymers was comparable to that of the commercial phase, however the relative standard deviation (RSD) for the HLB phase was higher. The polymer MIP1-AH displayed better efficiency for the extraction process for most of the analytes on both sewage matrices, the one prepared on the laboratory and the sanitary one. The phases MIP2 and RAMIP1 presented a better performance for the extraction of analytes in effluents of a wastewater treatment plant. In conclusion, the matrix effect showed to be a persistent effect, given the complexity of the matrices analyzed. This fact is far from an ideal condition of detecting fluoroquinolones in real-life application where they are present at very low concentrations. In this sense, for the application of this method for real samples, a strategy of matrix matching would be needed during the validation of the method.

O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de métodos para determinações simultâneas de As e Hg por geração de hidreto e vapor frio e determinações simultâneas de Cd, Cr e Pb por nebulização direta da solução de digeridos dos fertilizantes minerais por espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por micro-ondas (MIP OES). Durante o desenvolvimento dos métodos foram empregadas amostras de fertilizantes minerais de programas interlaboratoriais e também Material de Referência Certificado de fertilizante inorgânico (SRM® 695 do NIST). Foram realizadas otimizações nas condições de operação do MIP OES para se obter as melhores condições para determinações dos analitos de interesse. O método por geração química de vapor de As e Hg foi desenvolvido sem a etapa de pré-redução do arsênio, sendo possível a determinação simultânea do As e Hg. A não necessidade da etapa de pré-redução foi constatada em estudos com soluçõespadrão de 20 mg L-1 As(III), 20 mg L-1 As(V) e mistura das duas espécies nas mesmas concentrações 10 mg L-1 As(III) + 10 mg L-1 As(V), na ausência e presença de diferentes concentrações de iodeto de potássio (0 a 1% m v-1). Os resultados obtidos demonstraram que não houve influência significativa com o uso do iodeto de potássio, podendo ser eliminada a etapa de pré-redução sem comprometer os resultados. Também foram avaliadas as respostas analíticas obtidas em diferentes concentrações da solução redutora (NaBH4) para que fosse escolhida a melhor condição de formação de hidreto de arsênio e vapor de mercúrio. Os resultados mostraram que a concentração de 0,5% (m v-1) de NaBH4 em meio de 0,25% (m v-1) de NaOH foi a que apresentou melhor exatidão. Foram também avaliados os efeitos de matriz na geração química de vapor, com amostra de fertilizante mineral contendo Zn a 10% (m v-1), Cu a 5% (m v-1) e Mn a 9,8% (m v-1), e os resultados obtidos demonstraram que nas condições adotadas, os elementos presentes na amostra não causaram interferências. Com a mesma amostra de fertilizante, também foram realizados testes de efeito de matriz para aplicação do método de determinações de Cd, Cr e Pb, e para estes analitos também foram observados resultados livres de interferências significativas devido à presença de elevada concentração de outros elementos. Os métodos desenvolvidos foram validados de acordo com o Manual de Garantia da Qualidade (MAPA), apresentando boa linearidade para a faixa de trabalho empregada, apresentando r>0,99 e o gráfico de resíduos mostrou um padrão bastante aleatório, ou seja, o modelo linear fornece um ajuste decente aos dados, boa seletividade, não sofrendo interferência da matriz, boa repetibilidade e precisão intermediária, apresentando CV(%) menor que o desvio padrão relativo calculado pela equação de Horwitz e obedecendo aos testes de hipóteses (ANOVA), boa exatidão, com erros relativos entre -1 e -12%, ou seja, menor que 20%, que é o critério de aceitabilidade estabelecido. Os métodos desenvolvidos são comparáveis aos oficiais / The objective of this work was the development of methods for simultaneous determinations of As and Hg by hydride and vapor generation and simultaneous determinations of Cd, Cr and Pb by direct nebulization of the solution in mineral fertilizers by microwave induced plasma - OES. During development mineral fertilizers samples from the interlaboratory program and also reference material of inorganic fertilizer (SRM® 695 - NIST) were used. Optimizations were made in the operation conditions of the MIP OES to obtain better conditions of the interest analytes determination. The method by chemical vapor generation was also optimized, and the arsenic pre-reduction step was taken, so that simultaneous determination of As and Hg was possible, the test evaluated the observed result in standard solutions of As(III), As(V) and a standard solution containing the two species in the same concentration, in the presence of different concentrations of potassium iodide and also in its absence. The results showed that there wasnt significant influence with the usage of potassium iodide, and the pre-reduction stage could be eliminated without impairing the results. The analytical responses obtained at different concentrations of the reducing solution (NaBH4) were also evaluated in order to obtain the best hydride and vapor formation conditions. The chosen concentration was 0.5% (m v-1) of NaBH4 in 0.25% (m v-1) NaOH. A matrix effect test with mineral fertilizer sample containing 10% Zn (m v-1), Cu at 5% (m v-1) and Mn at 9.8% (m v-1) was carried out to evaluate the effect of these elements on the reaction of chemical vapor generation, and the results showed that in the adopted conditions, the elements present in the sample didnt cause significant interferences. Matrix effect tests were also performed for the Cd, Cr and Pb determinations, and for these analytes, significant interferences werent observed due to the presence of high concentrations of Mn, Zn and Cu. The methods developed were validated according to the Manual of Quality Assurance (MAPA), presenting good linearity for the working range employed, presenting r> 0.99 and the residual plot showed a fairly random pattern, the linear model provides a decent fit to the data, good repeatability and intermediate precision, presenting lower RSD than the RSD calculated by the Horwitz equation and obeying the hypothesis tests (ANOVA), good accuracy, with relative errors between -1 and - 12%, that is, less than 20%, according to the acceptability established criterion. The methods developed are comparable to the official ones.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'apparition d'une protéinurie néphrotique constitue un effet secondaire aux thérapies ciblées anti-angiogéniques utilisées en oncologie (anti-VEGF ligand et les inhibiteurs de récepteurs tyrosine kinase). Dans ces travaux, nous avons étudié 29 patients traités par ces thérapies. 8 d'entre eux ont développé des lésions glomérulaires minimes ou hyalinose segmentaire et focale (LGM/HSF) majoritairement suite au traitement par les inhibiteurs des récepteurs tyrosine kinases (RTKIs) et 13 présentaient principalement des lésions de microangiopathie thrombotique (MAT) après thérapie anti-VEGF ligand. Dans cette étude, nous avons mis en évidence que c-mip est un acteur majeur du développement de protéinurie néphrotique consécutive aux traitements par les RTKIs. En effet, le Sorafenib (RTKI) induit l’expression de c-mip en inhibant l’activité de RelA et ce mécanisme serait impliqué dans le déclenchement des lésions LGM/HSF. Le rôle de c-mip dans la physiopathologie des podocytopathies acquises nous a conduit à générer un modèle murin d'invalidation de c-mip, conditionnelle et spécifique du podocyte. Les souris déficientes pour c-mip ont été étudiées dans deux modèles expérimentaux de protéinurie, induits par le LPS et le Sorafenib, respectivement. Dans les deux modèles, la protéinurie était significativement atténuée chez les souris déficientes avec préservation de l'architecture glomérulaire en comparaison des souris témoins. Le sorafenib a entraîné chez les souris témoins des lésions glomérulaires caractérisées par des rétractions du floculus, des thrombi intraglomérulaires et des lésions podocytaires. Ces résultats suggèrent que le sorafenib constitue un nouveau modèle murin d'induction d'une glomérulopathie expérimentale et que l'invalidation de c-mip spécifiquement dans le podocyte confèrerait une résistance au développement de protéinurie et de lésions rénales, suggérant que c-mip serait une cible thérapeutique potentielle. / Nephrotic proteinuria constitutes a serious side effect of anti-angiogenic therapies commonly used in oncology (anti-VEGF and tyrosine kinase receptorinhibitors, RTKI). In this work, we studied 29 patients treated by anti-angiogenic therapies. Eight of them developed minimal change nephrotic syndrome and focal and segmental glomerulosclerosis (MCNS/FSGS), mainly after RTKI treatment, and 13 underwent thrombotic microangiopathy lesions, mostly associated with anti-VEGF ligand therapy. C-mip overexpression was strongly related to the onset of nephrotic proteinuria after RTKI. Sorafenib (RTKI) induced c-mip expression by inhibiting RelA activity, ultimately leading to MCNS/FSGS. To confirm and clarify the pathophysiological role of c-mip in acquired podocytopathies, we generated a conditional, podocyte-specific c-mip knock-out mouse model. C-mip knockout mice were subjected to two experimental models of proteinuria, induced by LPS and Sorafenib, respectively. In each model, proteinuria was significantly decreased in cmip-invalidated mice, while glomerular architecture was preserved as compared to control mice. In the latter, Sorafenib led to glomerular tuft retractions, intraglomerular thrombi and podocyte lesions. This is suggested as the first experimental model of RTKI-induced glomerulopathy. Moreover, the podocyte specific knock out of c-mip confers resistance to proteinuria and renal injury, confirming c-mip as a potential therapeutic target in idiopathic nephrotic syndrome.

Mixed-integer nonlinear programs are typically solved using branch-and-bound algorithms. A key determinant of the success of such methods is their ability to construct tight and tractable relaxations. The predominant relaxation strategy used by most state-of-the-art solvers is the factorable programming technique. This technique recursively traverses the expression tree for each nonlinear function and relaxes each operator over a bounding box that covers the ranges for all the operands. While it is versatile, and allows finer control over the number of introduced variables, the factorable programming technique often leads to weak relaxations because it ignores operand structure while constructing the relaxation for the operator.<div>In this thesis, we introduce new relaxations, called composite relaxations, for composite functions by convexifying the outer-function over a polytope, which models an ordering structure of outer-approximators of inner functions. We devise a fast combinatorial algorithm to separate the hypograph of concave-extendable supermodular outer-functions over the polytope, although the separation problem is NP-Hard in general. As a consequence, we obtain large classes of inequalities that tighten prevalent factorable programming relaxations. The limiting composite relaxation obtained with infinitely many outer-approximators for each inner-function is shown to be related to the solution of an optimal transport problem. Moreover, composite relaxations can be seamlessly embedded into a discretization scheme to relax nonlinear programs with mixed-integer linear programs. Combined with linearization, composite relaxations provide a framework for deriving cutting planes used in relaxation hierarchies and more.<br></div>