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.

O material particulado (MP) atmosférico é associado a vários agravos e doenças, sendo recentemente classificado como carcinogênico para humanos (Grupo 1) pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC). Embora sua toxicidade, incluindo a genotoxicidade, esteja reconhecidamente ligada ao tamanho das partículas, a contribuição da sua composição química para esses efeitos ainda não está completamente elucidada. O tamanho e a composição das partículas são influenciados por características meteorológicas e climáticas, com destaque para a temperatura e o período de radiação solar. O teste Salmonella/microssoma é o mais utilizado para avaliação da mutagenicidade de amostras de MP, contudo um número reduzido de linhagens é usado. Assim, o objetivo desse estudo foi investigar e comparar a influência das diferentes condições atmosféricas e climáticas das cidades de Limeira (Brasil), Estocolmo (Suécia) e Quioto (Japão) nos perfis de mutagenicidade, utilizando 11 linhagens com diferentes seletividades, e nos perfis de composição química de amostras compostas de partículas totais em suspensão (PTS) coletadas durante o inverno dessas cidades. Para que os resultados pudessem ser diretamente comparados foi adotada a mesma metodologia, incluindo o procedimento de amostragem, o método de preparo de amostra, o protocolo do teste de mutagenicidade e as técnicas de análises químicas para identificação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e de seus derivados alquilados. Limeira apresentou a maior concentração de PTS (99,0 µg/m3), seguida por Quioto (28,0 µg/m3) e Estocolmo (6,2 µg/m3). Apesar da concentração de PTS em Limeira ser 16 vezes maior que em Estocolmo e 3,5 vezes maior que em Quioto, as porcentagens de material orgânico extraído (MOE) obtidas foram 9, 15 e 5%, respectivamente. Os extratos das amostras de PTS coletadas nas três cidades apresentaram atividade mutagênica para todas as linhagens, tanto na ausência quanto na presença de S9, com exceção da TA102 que não detectou a atividade mutagênica em nenhum dos extratos, e para YG7108 na presença de S9, apenas para a amostra de Limeira. Apesar das diferenças nas condições meteorológicas e climáticas dessas cidades, seus perfis de mutagenicidade foram semelhantes. A menor potência mutagênica para a YG7108 na ausência de S9 e a ausência de mutagenicidade na presença de S9 revela a menor contribuição de agentes alquilantes para a mutagenicidade da amostra de Limeira em relação as demais cidades. Considerando a seletividade das linhagens utilizadas, foi observado maior contribuição de compostos que causam danos oxidativo ao DNA e de agentes alquilantes para a mutagenicidade da amostra de Quioto. Porém, de acordo com as respostas das linhagens que possuem atividade aumentada das enzimas nitroredutase (NR) e/ou O-acetiltransferase (OAT), YG1021, YG1024 e YG1041, revelam a maior contribuição de nitroarenos e aminas aromáticas para a mutagenicidade das três cidades, com destaque para aqueles mutágenos que dependem da ativação via OAT. As potências mutagênicas expressadas em função da massa de MOE (rev./µg MOE) foram similares para todas as amostras. Quando expressas por volume de ar (rev./m3), as potências mutagênicas foram proporcionais às concentrações de PTS das três cidades (Limeira > Quioto > Estocolmo). Quando aplicadas as razões diagnósticas foi possível verificar uma mistura de fontes de poluição em Limeira e Estocolmo. As razões diagnósticas dos HPA indicam que a amostra de Limeira é composta por partículas frescas, com um leve predomínio de fontes de combustão. A amostra de Estocolmo apresenta partículas envelhecidas e com predomínio de fontes petrogênicas. Esse resultado foi inesperado, uma vez que as condições atmosféricas de Limeira são mais favoráveis ao envelhecimento das partículas que as de Estocolmo. O estudo do transporte das massas de ar explica, pelo menos em parte, a presença de partículas envelhecidas na amostra de Estocolmo. Sugere também que a redução das concentrações de HPA em Limeira depende do controle das fontes locais, enquanto em Estocolmo o controle das fontes locais não seria eficiente na diminuição desses poluentes. Em paralelo a avaliação das amostras de PTS, foi desenvolvido um novo protocolo miniaturizado do teste Salmonella/microssoma em microssuspensão. O protocolo utilizando microplacas de 12 poços foi validado empregando treze compostos mutagênicos testados com três linhagens de Salmonella selecionadas baseadas em suas diferentes frequências de reversão espontânea (baixa, média e alta). Tanto o teste miniaturizado em microplacas de ágar (MPA) quanto o em microssuspensão apresentaram sensibilidades semelhantes, concluindo que o MPA é uma ferramenta promissora e pode ser particularmente adequado para estudos ambientais como Análise Dirigida pelo Efeito (EDA) ou programas de monitoramento. / Atmospheric particulate matter (PM) is associated with various diseases and has recently been classified as carcinogenic to humans (Group 1) by the International Agency for Research on Cancer (IARC). Although the PM toxicity, including genotoxicity, is known to be related to particle size, the contribution of its chemical composition to the observed effects has not yet been fully elucidated. The size and composition of the particles are influenced by meteorological and climatic characteristics, especially the temperature and the period of solar radiation. The Salmonella/microsome assay is the most used for the evaluate of the mutagenicity of PM samples, however a small number of strains are used. The objective of this study was to investigate and compare the influence of the different atmospheric and climatic conditions of the cities of Limeira (Brazil), Stockholm (Sweden) and Kyoto (Japan) on mutagenicity profiles, using 11 strains with different selectivity, and chemical composition profiles of total particles suspended (TPS) composed samples collected during the winter of these cities. For the results to be directly compared, the same methodology was adopted, including the sampling procedure, the sample preparation protocol, the mutagenicity test protocol, and the chemical analysis techniques for the identification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and their alkylated derivatives. Limeira presented the highest concentration of TPS (99.0 µg/m3), followed by Kyoto (28.0 µg/m3) and Stockholm (6.2 µg/m3). Although the TPS concentration in Limeira was 16-fold higher than in Stockholm and 3.5-fold higher than in Kyoto, the percentage of extracted organic material (EOM) obtained was 9, 15 and 5%, respectively. The extracts from the TPS samples collected in the three cities presented mutagenic activity for all strains, both in the absence and presence of S9, except for TA102 that did not detect the mutagenic activity in any of the extracts, and for YG7108 in the presence of S9, only for the Limeira sample. Despite the differences in meteorological and climatic conditions of these cities, their mutagenicity profiles were similar. The lower mutagenic potency for YG7108 in the absence of S9 and the non-mutagenicity in the presence of S9 reveals the lower contribution of alkylating agents to the mutagenicity of the Limeira sample in relation to the other cities. Considering the selectivity of the strains used, we can also observe a greater contribution of compounds that cause DNA oxidative damage and of alkylating agents for the mutagenicity of the Kyoto sample. However, according to the responses of the strains that have increased activity of the nitroreductase (NR) and/or O-acetyltransferase (OAT) enzymes, YG1021, YG1024 and YG1041, show the highest contribution of nitroarenes and aromatic amines for the mutagenicity of the three cities, with emphasis on those mutagens that depend on OAT activation. The mutagenic potencies expressed as a function of EOM mass (rev./µg EOM) were similar for all samples. When expressed by air volume (rev./m3), the mutagenic potencies were proportional to TPS concentrations of the three cities (Limeira> Kyoto> Stockholm). When applying the diagnostic ratios, it was possible to verify a mixture of sources of pollution in Limeira and Stockholm. The diagnostic ratios of the PAH indicate that Limeira sample is composed of fresh particles with a slight predominance of combustion sources. The Stockholm sample present aged particles with a predominance of petrogenic sources. This result was unexpected, since Limeira\'s atmospheric conditions are more favorable to particle aging than Stockholm\'s. The study of the transport of air masses explains, at least in part, the presence of aged particles in the Stockholm sample. It also suggests that the reduction of PAH concentrations in Limeira depends on the control of local sources, while in Stockholm control of local sources would not be efficient in reducing these pollutants. In parallel to the evaluation of the TPS samples, a new miniaturized protocol of the Salmonella/microsome assay in microsuspension was also developed. The protocol using 12-well microplates was validated by employing thirteen mutagenic compounds tested with three selected Salmonella strains based on their different spontaneous reversion frequencies (low, medium and high). Both the miniaturized microplate agar (MPA) and the microsuspension assay presented similar sensitivities, concluding that MPA is a promising tool and can be particularly suitable for environmental studies such as effect-directed analysis (EDA) or monitoring programs.

A combinação de célula eletroquímica (EC) com a entrada do equipamento de eletroforese capilar (CE), apesar de recente, tem permitido realizar determinação de ânions radicais; pré-concentração eletroquímica de metais pesados, seguida de redissolução, separação e detecção; bem como monitorar produtos carregados formados por oxidação eletrocatalítica de espécies neutras, como álcoois primários e glicerol. Empregando o sistema EC-CE-C4D desenvolvido pelo grupo, a determinação simultânea de cátions, ânions (no contra fluxo) e espécies neutras (detectadas após derivatização eletroquímica) foi demonstrada pela primeira vez, tendo o antisséptico bucal (Listerine® Tartar Control) como amostra real. Embora constante e reprodutível, a conversão dos álcoois primários nos respectivos carboxilatos apresentou rendimento relativamente baixo, ~16%, nas condições anteriormente adotadas, 1,6 V vs. Ag/AgClKCl 3M empregando eletrodo de platina em meio ácido (HNO3 5 mmol L-1 / HCl 1 mmol L-1). Dessa maneira, avaliou-se a oxidação de álcoois primários de cadeia normal (C2 − C5) sobre diferentes materiais de eletrodo (ouro e platina) em diferentes meios (ácido, neutro e alcalino). Os carboxilatos gerados foram monitorados injetando uma alíquota da amostra derivatizada no capilar (50 µm d.i., 45 cm de comprimento e 20 cm efetivo) aplicando 5 kPa durante 5 s, e durante as separações, 30 kV foi aplicado entre as extremidades do capilar preenchido com Tris 30 mmol L-1 / HCl 10 mmol L-1 usado como BGE. Os resultados obtidos com o sistema EC-CE-C4D apontaram maior conversão dos álcoois nos respectivos ácidos carboxílicos em meio ácido, tanto em ouro quanto em platina. Adicionalmente, em eletrodo de ouro a formação dos carboxilatos apresentou certa seletividade não observada sobre platina, favorecendo a conversão dos álcoois de cadeia menor. Noutra vertente, buscando atender as necessidades atuais por metodologias que possibilitem monitorar a eletrooxidação do glicerol em reatores eletroquímicos, desenvolveu-se um método que permitiu determinar simultaneamente o glicerol e alguns de seus possíveis produtos de oxidação neutros, como gliceraldeído e dihidroxiacetona, explorando a formação de complexo carregado com borato (presente no BGE composto por H3BO3 60 mmol L-1 / LiOH 30 mmol L-1), além dos produtos ionizáveis (ácidos carboxílicos) que são comumente analisados por CE. O equipamento de CE utilizado, munido de dois detectores C4D, também permitiu avaliar a interação de alguns ácidos carboxílicos com os modificadores de EOF, Polybrene® e CTAB, empregando MES 30 mmol L-1 / His 30 mmol L-1 como BGE. Seguindo a atual tendência à miniaturização de sistemas analíticos, avaliou-se a possibilidade de construir um sistema EC-CE-C4D miniaturizado. Para isso, um novo método para fabricação de microdispositivos em vidro, baseado em ablação a laser de CO2 assistida por parafina, como alternativa aos dispendiosos métodos de corrosão por via úmida foi desenvolvido. Os dispositivos obtidos por esse método apresentaram canais de perfil semicircular, e as dimensões puderam ser controladas variando a potência e/ou a velocidade de ablação do laser. Contudo, pelos desafios ainda encontrados para se construir um sistema EC-CE-C4D completo em substrato de vidro por ablação a laser de CO2, optou-se por iniciar a miniaturização do sistema EC-CE-C4D com um sistema híbrido em que se aproveita as características mais bem definidas e favoráveis dos tubos capilares de sílica fundida usados em CE convencional. Esse sistema permitiu a determinação quantitativa de metanol na presença de alta concentração de etanol, possibilitando, numa primeira aplicação, realizar o monitoramento da quantidade de metanol e etanol nas frações iniciais coletada durante o processo de destilação fracionada na produção de uísque de milho (moonshine) feito em laboratório. Visto a maior seletividade para conversão dos álcoois de cadeia menor obtidas em eletrodo de ouro e meio ácido, esse foi escolhido para a presente aplicação. As condições que apresentaram melhores resultados no sistema híbrido EC-CE-C4D abrangeram diluição de 100 vezes da amostra em HNO3 2 mmol L-1, eletrooxidação a 1,4 V vs. Ag durante 60 s, injeção eletrocinética no capilar mediante aplicação de 3 kV durante 4 s, e a separação dos carboxilatos realizada aplicando 3 kV entre as extremidades do capilar (50 µm d.i., 15 cm de comprimento com 12 cm efetivo), preenchido com CHES 10 mmol L-1 / NaOH 5 mmol L-1, usado como BGE. A análise das primeiras frações destiladas da \"labmade moonshine\" apresentou um aumento na concentração de etanol (variando de ~80 % a ~100 %) e simultâneo decréscimo da concentração de metanol (variando de 4 % a ~0,1 %). Em suma, avançou-se tanto no leque de aplicações da derivatização eletroquímica hifenizada com a eletroforese capilar como na miniaturização da instrumentação analítica para EC-CE-C4D, favorecendo a disseminação dessa poderosa combinação de três técnicas eletroquímicas. / The direct couple of electrochemical cell (EC) with the inlet of the capillary electrophoresis (CE) equipment, recently demonstrated, has allowed the determination of radical anions; to perform electrochemical preconcentration of traces of heavy metals, followed by stripping, injection, separation and detection; and the generation of charged species by electrochemical oxidation of neutral molecules, e.g. primary alcohols and glycerol. Employing the EC-CE-C4D system developed by our group, the simultaneous determination of cations, anions (in the counter EOF mode) and neutral species (after electrochemical derivatization) was demonstrated for the first time and a mouthwash (Listerine® Tartar Control) was used as a real sample. Although constant and reproducible, the conversion of primary alcohols into carboxylates had a low yield (~16%), under the adopted conditions, 1.6 V vs. Ag/AgClKCl 3M using platinum electrode in acid medium (5 mmol L-1 HNO3 / 1 mmol L-1 HCl). Thus, the yield of carboxylates was studied for the oxidation of alcohols (C2 − C5) on two electrode materials (gold and platinum) in different media (acid, neutral and alkaline). After the electrooxidation step an aliquot of the derivatized sample was automatically injected into the capillary (50 µm i.d., 45 cm in length and 20 cm up to detector) by applying 5 kPa during 5 s. The separation was carried out applying 30 kV between the capillary ends previously filled with 30 mmol L-1 Tris / 10 mmol L-1 HCl BGE. Cyclic voltammograms show higher current density for alcohols oxidation in alkaline medium than in acid one both on gold and platinum electrodes. On the other hand the yields of carboxylic acids were higher in acidic medium. Besides that, only on gold electrode some selectivity for the carboxylate formation was observed favoring the conversion of the short chain alcohols. In order to meet the current needs for methodologies that allow the monitoring of the electrooxidation of glycerol in electrochemical reactors, a method was also developed that allowed the determination of glycerol and some of its possible neutral oxidation products, such as glyceraldehyde and dihydroxyacetone, by exploring the formation of borate complexes (provided in the BGE composed of 60 mmol L-1 H3BO3 / 30 mmol L-1 LiOH), together with ionizable ones like carboxylic acids. The employed CE equipment with two C4D detectors allowed the evaluation of the interaction between some carboxylic acids and the EOF modifiers, Polybrene® and CTAB, using 30 mmol L-1 MES / 30 mmol L-1 His as BGE. Aligned with a current trend of analytical instrumentation, the miniaturized EC-CE-C4D system was attempted. For that, a new method for manufacturing microdevices in glass, based on paraffin-assisted CO2 laser ablation, was developed as an alternative to costly wet-etching methods. The devices obtained by this method presented channels of semicircular profile and the dimensions could be controlled by varying the laser power and/or ablation velocity. Due to remaining challenges in the construction of a complete laser ablated EC-CE-C4D system on glass, a miniaturized system based on a hybrid approach is presented in the thesis, by taking advantage of the more defined and favorable characteristics of the well known fused silica capillary tubes used in CE. This system allowed the quantitative determination of methanol in the presence of high ethanol concentration by taking advantage of the higher yield of short-chain carboxylic acid formation on gold in acidic medium. The first application was the monitoring of the amount of methanol and ethanol in the initial fractions collected during the fractional distillation process in the production of corn whiskey (moonshine) made in the laboratory. The conditions that showed the best results with the hybrid EC-CE-C4D system included a 100-fold dilution of the sample in 2 mmol L-1 HNO3, electrooxidation at 1.4 V vs. Ag for 60 s, electrokinetic injection into the capillary by applying 3 kV for 4 s and separation of the carboxylates carried out under 3 kV between the ends of the capillary (50 µm i.d., 15 cm in length and 12 cm up to detector) previously filled with 10 mmol L-1 CHES / 5 mmol L-1 NaOH, used as BGE. Analysis of the first distilled fractions of labmade moonshine showed an increase in ethanol concentration (ranging from ~ 80% to ~ 100%) and a simultaneous decrease in methanol concentration (ranging from 4% to ~ 0.1%). In short, both the range of applications of electrochemical derivatization hyphenated with capillary electrophoresis as well the miniaturization of analytical instrumentation for EC-CE-C4D were improved, favoring the dissemination of this powerful combination of three electrochemical techniques.

A combinação de célula eletroquímica (EC) com a entrada do equipamento de eletroforese capilar (CE), apesar de recente, tem permitido realizar determinação de ânions radicais; pré-concentração eletroquímica de metais pesados, seguida de redissolução, separação e detecção; bem como monitorar produtos carregados formados por oxidação eletrocatalítica de espécies neutras, como álcoois primários e glicerol. Empregando o sistema EC-CE-C4D desenvolvido pelo grupo, a determinação simultânea de cátions, ânions (no contra fluxo) e espécies neutras (detectadas após derivatização eletroquímica) foi demonstrada pela primeira vez, tendo o antisséptico bucal (Listerine® Tartar Control) como amostra real. Embora constante e reprodutível, a conversão dos álcoois primários nos respectivos carboxilatos apresentou rendimento relativamente baixo, ~16%, nas condições anteriormente adotadas, 1,6 V vs. Ag/AgClKCl 3M empregando eletrodo de platina em meio ácido (HNO3 5 mmol L-1 / HCl 1 mmol L-1). Dessa maneira, avaliou-se a oxidação de álcoois primários de cadeia normal (C2 − C5) sobre diferentes materiais de eletrodo (ouro e platina) em diferentes meios (ácido, neutro e alcalino). Os carboxilatos gerados foram monitorados injetando uma alíquota da amostra derivatizada no capilar (50 µm d.i., 45 cm de comprimento e 20 cm efetivo) aplicando 5 kPa durante 5 s, e durante as separações, 30 kV foi aplicado entre as extremidades do capilar preenchido com Tris 30 mmol L-1 / HCl 10 mmol L-1 usado como BGE. Os resultados obtidos com o sistema EC-CE-C4D apontaram maior conversão dos álcoois nos respectivos ácidos carboxílicos em meio ácido, tanto em ouro quanto em platina. Adicionalmente, em eletrodo de ouro a formação dos carboxilatos apresentou certa seletividade não observada sobre platina, favorecendo a conversão dos álcoois de cadeia menor. Noutra vertente, buscando atender as necessidades atuais por metodologias que possibilitem monitorar a eletrooxidação do glicerol em reatores eletroquímicos, desenvolveu-se um método que permitiu determinar simultaneamente o glicerol e alguns de seus possíveis produtos de oxidação neutros, como gliceraldeído e dihidroxiacetona, explorando a formação de complexo carregado com borato (presente no BGE composto por H3BO3 60 mmol L-1 / LiOH 30 mmol L-1), além dos produtos ionizáveis (ácidos carboxílicos) que são comumente analisados por CE. O equipamento de CE utilizado, munido de dois detectores C4D, também permitiu avaliar a interação de alguns ácidos carboxílicos com os modificadores de EOF, Polybrene® e CTAB, empregando MES 30 mmol L-1 / His 30 mmol L-1 como BGE. Seguindo a atual tendência à miniaturização de sistemas analíticos, avaliou-se a possibilidade de construir um sistema EC-CE-C4D miniaturizado. Para isso, um novo método para fabricação de microdispositivos em vidro, baseado em ablação a laser de CO2 assistida por parafina, como alternativa aos dispendiosos métodos de corrosão por via úmida foi desenvolvido. Os dispositivos obtidos por esse método apresentaram canais de perfil semicircular, e as dimensões puderam ser controladas variando a potência e/ou a velocidade de ablação do laser. Contudo, pelos desafios ainda encontrados para se construir um sistema EC-CE-C4D completo em substrato de vidro por ablação a laser de CO2, optou-se por iniciar a miniaturização do sistema EC-CE-C4D com um sistema híbrido em que se aproveita as características mais bem definidas e favoráveis dos tubos capilares de sílica fundida usados em CE convencional. Esse sistema permitiu a determinação quantitativa de metanol na presença de alta concentração de etanol, possibilitando, numa primeira aplicação, realizar o monitoramento da quantidade de metanol e etanol nas frações iniciais coletada durante o processo de destilação fracionada na produção de uísque de milho (moonshine) feito em laboratório. Visto a maior seletividade para conversão dos álcoois de cadeia menor obtidas em eletrodo de ouro e meio ácido, esse foi escolhido para a presente aplicação. As condições que apresentaram melhores resultados no sistema híbrido EC-CE-C4D abrangeram diluição de 100 vezes da amostra em HNO3 2 mmol L-1, eletrooxidação a 1,4 V vs. Ag durante 60 s, injeção eletrocinética no capilar mediante aplicação de 3 kV durante 4 s, e a separação dos carboxilatos realizada aplicando 3 kV entre as extremidades do capilar (50 µm d.i., 15 cm de comprimento com 12 cm efetivo), preenchido com CHES 10 mmol L-1 / NaOH 5 mmol L-1, usado como BGE. A análise das primeiras frações destiladas da \"labmade moonshine\" apresentou um aumento na concentração de etanol (variando de ~80 % a ~100 %) e simultâneo decréscimo da concentração de metanol (variando de 4 % a ~0,1 %). Em suma, avançou-se tanto no leque de aplicações da derivatização eletroquímica hifenizada com a eletroforese capilar como na miniaturização da instrumentação analítica para EC-CE-C4D, favorecendo a disseminação dessa poderosa combinação de três técnicas eletroquímicas. / The direct couple of electrochemical cell (EC) with the inlet of the capillary electrophoresis (CE) equipment, recently demonstrated, has allowed the determination of radical anions; to perform electrochemical preconcentration of traces of heavy metals, followed by stripping, injection, separation and detection; and the generation of charged species by electrochemical oxidation of neutral molecules, e.g. primary alcohols and glycerol. Employing the EC-CE-C4D system developed by our group, the simultaneous determination of cations, anions (in the counter EOF mode) and neutral species (after electrochemical derivatization) was demonstrated for the first time and a mouthwash (Listerine® Tartar Control) was used as a real sample. Although constant and reproducible, the conversion of primary alcohols into carboxylates had a low yield (~16%), under the adopted conditions, 1.6 V vs. Ag/AgClKCl 3M using platinum electrode in acid medium (5 mmol L-1 HNO3 / 1 mmol L-1 HCl). Thus, the yield of carboxylates was studied for the oxidation of alcohols (C2 − C5) on two electrode materials (gold and platinum) in different media (acid, neutral and alkaline). After the electrooxidation step an aliquot of the derivatized sample was automatically injected into the capillary (50 µm i.d., 45 cm in length and 20 cm up to detector) by applying 5 kPa during 5 s. The separation was carried out applying 30 kV between the capillary ends previously filled with 30 mmol L-1 Tris / 10 mmol L-1 HCl BGE. Cyclic voltammograms show higher current density for alcohols oxidation in alkaline medium than in acid one both on gold and platinum electrodes. On the other hand the yields of carboxylic acids were higher in acidic medium. Besides that, only on gold electrode some selectivity for the carboxylate formation was observed favoring the conversion of the short chain alcohols. In order to meet the current needs for methodologies that allow the monitoring of the electrooxidation of glycerol in electrochemical reactors, a method was also developed that allowed the determination of glycerol and some of its possible neutral oxidation products, such as glyceraldehyde and dihydroxyacetone, by exploring the formation of borate complexes (provided in the BGE composed of 60 mmol L-1 H3BO3 / 30 mmol L-1 LiOH), together with ionizable ones like carboxylic acids. The employed CE equipment with two C4D detectors allowed the evaluation of the interaction between some carboxylic acids and the EOF modifiers, Polybrene® and CTAB, using 30 mmol L-1 MES / 30 mmol L-1 His as BGE. Aligned with a current trend of analytical instrumentation, the miniaturized EC-CE-C4D system was attempted. For that, a new method for manufacturing microdevices in glass, based on paraffin-assisted CO2 laser ablation, was developed as an alternative to costly wet-etching methods. The devices obtained by this method presented channels of semicircular profile and the dimensions could be controlled by varying the laser power and/or ablation velocity. Due to remaining challenges in the construction of a complete laser ablated EC-CE-C4D system on glass, a miniaturized system based on a hybrid approach is presented in the thesis, by taking advantage of the more defined and favorable characteristics of the well known fused silica capillary tubes used in CE. This system allowed the quantitative determination of methanol in the presence of high ethanol concentration by taking advantage of the higher yield of short-chain carboxylic acid formation on gold in acidic medium. The first application was the monitoring of the amount of methanol and ethanol in the initial fractions collected during the fractional distillation process in the production of corn whiskey (moonshine) made in the laboratory. The conditions that showed the best results with the hybrid EC-CE-C4D system included a 100-fold dilution of the sample in 2 mmol L-1 HNO3, electrooxidation at 1.4 V vs. Ag for 60 s, electrokinetic injection into the capillary by applying 3 kV for 4 s and separation of the carboxylates carried out under 3 kV between the ends of the capillary (50 µm i.d., 15 cm in length and 12 cm up to detector) previously filled with 10 mmol L-1 CHES / 5 mmol L-1 NaOH, used as BGE. Analysis of the first distilled fractions of labmade moonshine showed an increase in ethanol concentration (ranging from ~ 80% to ~ 100%) and a simultaneous decrease in methanol concentration (ranging from 4% to ~ 0.1%). In short, both the range of applications of electrochemical derivatization hyphenated with capillary electrophoresis as well the miniaturization of analytical instrumentation for EC-CE-C4D were improved, favoring the dissemination of this powerful combination of three electrochemical techniques.

O material particulado (MP) atmosférico é associado a vários agravos e doenças, sendo recentemente classificado como carcinogênico para humanos (Grupo 1) pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC). Embora sua toxicidade, incluindo a genotoxicidade, esteja reconhecidamente ligada ao tamanho das partículas, a contribuição da sua composição química para esses efeitos ainda não está completamente elucidada. O tamanho e a composição das partículas são influenciados por características meteorológicas e climáticas, com destaque para a temperatura e o período de radiação solar. O teste Salmonella/microssoma é o mais utilizado para avaliação da mutagenicidade de amostras de MP, contudo um número reduzido de linhagens é usado. Assim, o objetivo desse estudo foi investigar e comparar a influência das diferentes condições atmosféricas e climáticas das cidades de Limeira (Brasil), Estocolmo (Suécia) e Quioto (Japão) nos perfis de mutagenicidade, utilizando 11 linhagens com diferentes seletividades, e nos perfis de composição química de amostras compostas de partículas totais em suspensão (PTS) coletadas durante o inverno dessas cidades. Para que os resultados pudessem ser diretamente comparados foi adotada a mesma metodologia, incluindo o procedimento de amostragem, o método de preparo de amostra, o protocolo do teste de mutagenicidade e as técnicas de análises químicas para identificação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e de seus derivados alquilados. Limeira apresentou a maior concentração de PTS (99,0 µg/m3), seguida por Quioto (28,0 µg/m3) e Estocolmo (6,2 µg/m3). Apesar da concentração de PTS em Limeira ser 16 vezes maior que em Estocolmo e 3,5 vezes maior que em Quioto, as porcentagens de material orgânico extraído (MOE) obtidas foram 9, 15 e 5%, respectivamente. Os extratos das amostras de PTS coletadas nas três cidades apresentaram atividade mutagênica para todas as linhagens, tanto na ausência quanto na presença de S9, com exceção da TA102 que não detectou a atividade mutagênica em nenhum dos extratos, e para YG7108 na presença de S9, apenas para a amostra de Limeira. Apesar das diferenças nas condições meteorológicas e climáticas dessas cidades, seus perfis de mutagenicidade foram semelhantes. A menor potência mutagênica para a YG7108 na ausência de S9 e a ausência de mutagenicidade na presença de S9 revela a menor contribuição de agentes alquilantes para a mutagenicidade da amostra de Limeira em relação as demais cidades. Considerando a seletividade das linhagens utilizadas, foi observado maior contribuição de compostos que causam danos oxidativo ao DNA e de agentes alquilantes para a mutagenicidade da amostra de Quioto. Porém, de acordo com as respostas das linhagens que possuem atividade aumentada das enzimas nitroredutase (NR) e/ou O-acetiltransferase (OAT), YG1021, YG1024 e YG1041, revelam a maior contribuição de nitroarenos e aminas aromáticas para a mutagenicidade das três cidades, com destaque para aqueles mutágenos que dependem da ativação via OAT. As potências mutagênicas expressadas em função da massa de MOE (rev./µg MOE) foram similares para todas as amostras. Quando expressas por volume de ar (rev./m3), as potências mutagênicas foram proporcionais às concentrações de PTS das três cidades (Limeira > Quioto > Estocolmo). Quando aplicadas as razões diagnósticas foi possível verificar uma mistura de fontes de poluição em Limeira e Estocolmo. As razões diagnósticas dos HPA indicam que a amostra de Limeira é composta por partículas frescas, com um leve predomínio de fontes de combustão. A amostra de Estocolmo apresenta partículas envelhecidas e com predomínio de fontes petrogênicas. Esse resultado foi inesperado, uma vez que as condições atmosféricas de Limeira são mais favoráveis ao envelhecimento das partículas que as de Estocolmo. O estudo do transporte das massas de ar explica, pelo menos em parte, a presença de partículas envelhecidas na amostra de Estocolmo. Sugere também que a redução das concentrações de HPA em Limeira depende do controle das fontes locais, enquanto em Estocolmo o controle das fontes locais não seria eficiente na diminuição desses poluentes. Em paralelo a avaliação das amostras de PTS, foi desenvolvido um novo protocolo miniaturizado do teste Salmonella/microssoma em microssuspensão. O protocolo utilizando microplacas de 12 poços foi validado empregando treze compostos mutagênicos testados com três linhagens de Salmonella selecionadas baseadas em suas diferentes frequências de reversão espontânea (baixa, média e alta). Tanto o teste miniaturizado em microplacas de ágar (MPA) quanto o em microssuspensão apresentaram sensibilidades semelhantes, concluindo que o MPA é uma ferramenta promissora e pode ser particularmente adequado para estudos ambientais como Análise Dirigida pelo Efeito (EDA) ou programas de monitoramento. / Atmospheric particulate matter (PM) is associated with various diseases and has recently been classified as carcinogenic to humans (Group 1) by the International Agency for Research on Cancer (IARC). Although the PM toxicity, including genotoxicity, is known to be related to particle size, the contribution of its chemical composition to the observed effects has not yet been fully elucidated. The size and composition of the particles are influenced by meteorological and climatic characteristics, especially the temperature and the period of solar radiation. The Salmonella/microsome assay is the most used for the evaluate of the mutagenicity of PM samples, however a small number of strains are used. The objective of this study was to investigate and compare the influence of the different atmospheric and climatic conditions of the cities of Limeira (Brazil), Stockholm (Sweden) and Kyoto (Japan) on mutagenicity profiles, using 11 strains with different selectivity, and chemical composition profiles of total particles suspended (TPS) composed samples collected during the winter of these cities. For the results to be directly compared, the same methodology was adopted, including the sampling procedure, the sample preparation protocol, the mutagenicity test protocol, and the chemical analysis techniques for the identification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and their alkylated derivatives. Limeira presented the highest concentration of TPS (99.0 µg/m3), followed by Kyoto (28.0 µg/m3) and Stockholm (6.2 µg/m3). Although the TPS concentration in Limeira was 16-fold higher than in Stockholm and 3.5-fold higher than in Kyoto, the percentage of extracted organic material (EOM) obtained was 9, 15 and 5%, respectively. The extracts from the TPS samples collected in the three cities presented mutagenic activity for all strains, both in the absence and presence of S9, except for TA102 that did not detect the mutagenic activity in any of the extracts, and for YG7108 in the presence of S9, only for the Limeira sample. Despite the differences in meteorological and climatic conditions of these cities, their mutagenicity profiles were similar. The lower mutagenic potency for YG7108 in the absence of S9 and the non-mutagenicity in the presence of S9 reveals the lower contribution of alkylating agents to the mutagenicity of the Limeira sample in relation to the other cities. Considering the selectivity of the strains used, we can also observe a greater contribution of compounds that cause DNA oxidative damage and of alkylating agents for the mutagenicity of the Kyoto sample. However, according to the responses of the strains that have increased activity of the nitroreductase (NR) and/or O-acetyltransferase (OAT) enzymes, YG1021, YG1024 and YG1041, show the highest contribution of nitroarenes and aromatic amines for the mutagenicity of the three cities, with emphasis on those mutagens that depend on OAT activation. The mutagenic potencies expressed as a function of EOM mass (rev./µg EOM) were similar for all samples. When expressed by air volume (rev./m3), the mutagenic potencies were proportional to TPS concentrations of the three cities (Limeira> Kyoto> Stockholm). When applying the diagnostic ratios, it was possible to verify a mixture of sources of pollution in Limeira and Stockholm. The diagnostic ratios of the PAH indicate that Limeira sample is composed of fresh particles with a slight predominance of combustion sources. The Stockholm sample present aged particles with a predominance of petrogenic sources. This result was unexpected, since Limeira\'s atmospheric conditions are more favorable to particle aging than Stockholm\'s. The study of the transport of air masses explains, at least in part, the presence of aged particles in the Stockholm sample. It also suggests that the reduction of PAH concentrations in Limeira depends on the control of local sources, while in Stockholm control of local sources would not be efficient in reducing these pollutants. In parallel to the evaluation of the TPS samples, a new miniaturized protocol of the Salmonella/microsome assay in microsuspension was also developed. The protocol using 12-well microplates was validated by employing thirteen mutagenic compounds tested with three selected Salmonella strains based on their different spontaneous reversion frequencies (low, medium and high). Both the miniaturized microplate agar (MPA) and the microsuspension assay presented similar sensitivities, concluding that MPA is a promising tool and can be particularly suitable for environmental studies such as effect-directed analysis (EDA) or monitoring programs.