The interaction between the amino acid glutathione (GSH) and zinc (II) and cadmium (II) ions was investigated using data obtained by potentiometric and voltammetric measurements. Solutions with ionic strength 0.1 M KCl with different metal-ligand ratios were titrated with standard solution of KOH and the pH profiles obtained were used to propose models of chemical equilibrium between the species. The potentiometric data treatment was performed using the Hyperquad software, which enabled that the formation constants of the differents pecies could be refined. The program HySS,belonging to the Hyperquad computer package, was used to obtain the species distribution curves. The best fit models of equilibrium was reached suggesting the existence of species in which the metal ions were coordinated by one and two molecules of the ligand, and the highest values were found for log β complex type MH2L, MHL2 and ML2. For the voltammetric data, multivariate curve resolution with alternating least squares (MCR-ALS) was applied. Several voltammograms recorded at different metal-ligand ratios generated a series of overlapping peaks, from which it was possible to recover the pure voltammograms and their concentration profiles applying non-negativity, unimodality and "closure" as constraints. For both systems studied (GSH-Zn and GSH-Cd), voltammograms were resolved to three components, the free metal and two complexes. The potentiometric and voltammetric data treated with MCR-ALS were capable to complement one another, constituting a important tool in the investigation of chemical equilibria between metal ions and ligands. / A interação entre o aminoácido glutationa (GSH) e os íons zinco (II) e cádmio (II) foi investigada a partir de dados obtidos por medidas potenciométricas e voltamétricas. Soluções com força iônica 0,1 M de KCl de diferentes proporções metal-ligante foram tituladas com solução padrão de KOH e os perfis de pH assim obtidos foram usados para propor os modelos de equilíbrio químico entre as espécies. Para tratar os dados potenciométricos foi utilizado o programa Hyperquad, possibilitando que as constantes de formação das diferentes espécies pudessem ser refinadas. O programa HySS, pertencente ao pacote computacional do Hyperquad, foi utilizado para obtenção as curvas de distribuição das espécies. O melhor ajuste dos modelos de equilíbrio foi alcançado propondo a existência de espécies em que os íons metálicos foram coordenados por uma e duas moléculas do ligante, sendo que os maiores valores de log β foram encontrados para os complexos do tipo MH2L, MHL2 e ML2. Para os dados voltamétricos, foi aplicado o método de resolução multivariada de curvas com mínimos quadrados alternantes (MCR-ALS). Vários voltamogramas registrados a diferentes proporções metal-ligante geraram uma série de picos sobrepostos, a partir dos quais foi possível recuperar os voltamogramas puros e respectivos perfis de concentração aplicando não negatividade, unimodalidade e closure como restrições. Para ambos os sistemas estudados (GSH-Zn e GSH-Cd) os voltamogramas foram resolvidos para três componentes, o metal livre e dois complexos. A potenciometria e a voltametria submetida a MCR-ALS mostraram-se capazes de se complementarem, constituindo-se em grandes ferramentas na investigação de equilíbrios químicos entre íons metálicos e ligantes.

Orientador: Ronei Jesus Poppi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:15:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_MarianaRamosde_D.pdf: 6686279 bytes, checksum: 1e1d5d53538fb99a153ff4425595e0ce (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A motivação para o desenvolvimento dessa tese foi a busca por métodos de análise não destrutivos, com nenhum ou mínimo preparo de amostra e que permitam a obtenção do máximo de informação com a realização de uma única análise na área de forense e paleontologia. Em forense, a espectroscopia Raman e o método de classificação supervisionado PLS-DA (Análise Discriminante por Mínimos Quadrados Parciais) foram empregados para construir modelos de classificação. O primeiro modelo foi construído para discriminar cédulas autênticas de cédulas falsas. A análise foi baseada na caracterização das tintas usadas na confecção das cédulas. O segundo modelo de classificação foi construído para diferenciar o óleo essencial extraído de diferentes partes (caule, folhas e galhos) da árvore amazônica Aniba Rosaeodora. A confiabilidade dos modelos foi avaliada pelo cálculo do intervalo de confiança, que foram calculados usando a técnica de reamostragem bootstrap. Os resultados obtidos mostraram que os modelos de classificação podem ser usados como método complementar à inspeção forense clássica e método de triagem. O desempenho dos modelos de classificação foi avaliado pelo cálculo de sensibilidade, especificidade, eficiência e coeficiente de Mathew. A espectroscopia Raman de imagem e o método de análise de componentes independentes (ICA) foram empregados para a identificação de explosivos em superfícies de cédulas. O método ICA foi avaliado como método de resolução de curvas para extrair os perfis espectrais e as imagens Raman dos constituintes presentes nas superfícies analisadas. Os resultados obtidos mostraram que o método ICA é adequado para resolução de curvas, uma vez que alcançou desempenho equivalente ao método clássico MCR-ALS (Resolução Multivariada de Curvas com Mínimos Quadrados Alternados). O limite de detecção da metodologia apresentada foi de 50 µg.cm-2 para o explosivo TNT. Por fim, a espectroscopia Raman de imagem foi empregada no estudo da composição química de fósseis de peixes, com o objetivo de obter informações sobre características biológicas. Os resultados mostraram informações sobre a composição química do fóssil estudado / Abstract: The motivation for the development of this thesis was to search for non-destructive testing methods, with none or minimal sample preparation and allowing them to obtain maximum information with the completion of a single analysis for forensic and paleontology. In the forensics, the Raman spectroscopy and the PLS-DA (discriminant analysis by Partial Least Squares) classification method were explored to build classification models. The first model was built to discriminate authentic and counterfeit banknotes. The analysis was based on the characterization of inks used in the confection of the banknotes. The second classification model was built to differentiate the essential oil extracted from different parts (wood, leaves and branches) of the Brazilian tree Aniba rosaeodora. The reliability of the models was evaluated by calculating the confidence interval, which was calculated using the bootstrap resampling technique. The results show that the classification models can be used as a complementary method to classical forensic inspection and a screening method. The performance of classification models was evaluated by calculating sensitivity, specificity, efficiency and Matthew coefficient. In a third application, Raman hyperspectral imaging and the independent component analysis (ICA) method were used for identification of explosives on the surfaces of banknotes. The ICA method was evaluated as curve resolution method to extract the Raman spectral profiles and the images of the constituents present in the analyzed surfaces. The results showed that the ICA method is appropriate for curves resolution, once achieved equivalent performance to the classical MCR-ALS (Multivariate Curve Resolution with Alternating Least Squares) method. The methodology presented limit of detection of 50 µg.cm-2 for the explosive TNT. Finally, the Raman hyperspectral imaging was applied in paleontology to study the chemical composition of fish fossil with the aim of obtaining information on biological characteristics. The results showed information about the chemical composition of fossil studied / Doutorado / Quimica Analitica / Doutora em Ciências

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-02T13:38:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rafaella de Figueiredo Sales.pdf: 2788155 bytes, checksum: 95e4d0c2ca7494069abdc945b186152e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T13:38:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rafaella de Figueiredo Sales.pdf: 2788155 bytes, checksum: 95e4d0c2ca7494069abdc945b186152e (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / PETROBRÁS / PRH - 28 / O biodiesel é considerado um potencial substituto para os combustíveis de origem fóssil. Geralmente, esse biocombustível é produzido através da transesterificação de óleos vegetais ou gordura animal utilizando um álcool de cadeia curta. A vasta aplicação industrial da transesterificação para produção de biodiesel requer um cuidadoso monitoramento do processo e modelagem dessa reação, orientados para um melhor entendimento e para a otimização do processo. Além disso, o controle do processo é de fundamental importância para garantir a qualidade do biodiesel de forma constante, uniforme e atendendo às especificações necessárias para a sua comercialização. Dentre as técnicas existentes para o monitoramento de reações, a espectroscopia no infravermelho próximo permite uma análise rápida e não destrutiva, podendo ser utilizada para o monitoramento in-line de processos. Nesse contexto, o presente trabalho descreve o monitoramento in-line da produção de biodiesel por transesterificação de óleo de soja com metanol utilizando a espectroscopia na região do infravermelho próximo. As reações foram conduzidas em batelada com controle de temperatura e velocidade de agitação. Dois estudos diferentes foram então realizados a partir dos dados espectroscópicos coletados ao longo das reações. A primeira abordagem consistiu na implementação de estratégias de controle estatístico multivariado e de qualidade, baseadas em métodos de projeção multivariada. Nesse estudo, modelos de referência baseados em dois métodos diferentes (tempo real e após o término da batelada) foram desenvolvidos usando bateladas sob condições normais de operação (concentração de catalisador NaOH de 0,75% em massa em relação à massa de óleo de soja, temperatura de 55°C e velocidade de agitação de 500 rpm). Foram avaliadas diferentes técnicas de pré-processamento espectral, bem como estratégias para desdobramento da matriz de dados espectrais. Posteriormente, bateladas submetidas a diferentes perturbações (relacionadas à adição de água e a mudanças na temperatura, na velocidade de agitação, na concentração de catalisador e na matéria prima utilizada) foram produzidas para avaliar o desempenho dos diferentes modelos em relação às suas capacidades de detectar falhas de operação. De um modo geral, as cartas de controle desenvolvidas foram capazes de detectar a maioria das falhas intencionalmente produzidas ao longo do processo. Apenas pequenas perturbações na velocidade de agitação não foram identificadas. A segunda abordagem baseou-se no estudo do comportamento cinético da metanólise do óleo de soja em diferentes condições de temperatura (20, 45 e 55°C) e de concentração de catalisador (0,75 e 1,0% m/m de NaOH). Nesse estudo, a modelagem cinética foi realizada a partir dos perfis de concentração do éster metílico estimados utilizando o método de Resolução multivariada de curvas com mínimos quadrados alternantes com restrição de correlação. Os perfis de concentração obtidos permitiram o desenvolvimento de um estudo cinético simplificado da reação, a qual foi considerada como seguindo uma cinética de pseudo-primeira ordem baseada na concentração do éster metílico para a reação global de transesterificação. O modelo cinético incluiu apenas o regime pseudo-homogêneo, em que é observada uma rápida taxa de reação e a cinética está controlada pela reação química. Para esse regime, obteve-se uma energia de ativação de 32,29 kJ.mol-1, com base na equação de Arrhenius. / Biodiesel is considered a potential substitute for fossil fuels. In general, this biofuel is produced by transesterification of vegetable oils or animal fats using a short-chained alcohol. The wide industrial application of transesterification for biodiesel production requires a thorough process monitoring and modeling of this reaction, oriented to a better understanding and optimization of the process. Moreover, process control is of utmost importance to ensure in a constant and uniform way the biodiesel quality in order to meet commercialization requirements. Among the existing techniques applied for reaction monitoring, near infrared spectroscopy allows a fast and non-destructive analysis, being able to be used for in-line process monitoring. In this context, the present work describes the in-line monitoring of biodiesel production by transesterification of soybean oil with methanol using near infrared spectroscopy. Reactions were carried out in batch reactors with temperature and agitation speed control. Two different studies were then carried out from spectroscopic data collected throughout the reactions. The first approach consisted of the implementation of multivariate statistic and quality control strategies, based on multivariate projection methods. In this study, reference models based on two different methods (real time and end of batch) were developed using batches under normal operating condition (0.75 w/w% of catalyst NaOH with respect to the amount of oil, temperature of 55ºC and stirring speed of 500 rpm). Different techniques for pre-processing and unfolding the spectral data were evaluated. Afterwards, batches subjected to different disturbances (related with water addition and changes in the temperature, agitation speed, catalyst content and raw material used) were manufactured to assess the performance of the different models in terms of their capability for fault detection. In general, the control charts developed were able to detect most of the failures intentionally produced during the batch runs. Only small variations in the stirring spend were not detected. The second approach was based on the study of the kinetic behavior of the soybean oil methanolysiscarried out with different temperatures (20, 44 and 55°C) and catalyst (NaOH) concentrations (0.75 and 1.0 w/w% based onoil weight). In this study, the kinetic modelling was developed from methyl ester concentration profiles estimated by Multivariate curve resolution alternating least squares with correlation constraint. The obtained concentration profiles allowed the development of a simplified kinetic model of the reaction, which was considered to follow a pseudo-first order overall kinetics based on methyl ester concentration for global transesterification reaction. The kinetic model included only the pseudo-homogeneous regime where the overall process kinetics is under chemical reaction control and a fast methanolysis rate is observed. For this regime, the activation energy was 32.29 kJ.mol-1, based on Arrhenius equation.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-02T14:13:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rafaella de Figueiredo Sales.pdf: 2788155 bytes, checksum: 95e4d0c2ca7494069abdc945b186152e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T14:13:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rafaella de Figueiredo Sales.pdf: 2788155 bytes, checksum: 95e4d0c2ca7494069abdc945b186152e (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / PETROBRAS/ PRH 28 / O biodiesel é considerado um potencial substituto para os combustíveis de origem fóssil. Geralmente, esse biocombustível é produzido através da transesterificação de óleos vegetais ou gordura animal utilizando um álcool de cadeia curta. A vasta aplicação industrial da transesterificação para produção de biodiesel requer um cuidadoso monitoramento do processo e modelagem dessa reação, orientados para um melhor entendimento e para a otimização do processo. Além disso, o controle do processo é de fundamental importância para garantir a qualidade do biodiesel de forma constante, uniforme e atendendo às especificações necessárias para a sua comercialização. Dentre as técnicas existentes para o monitoramento de reações, a espectroscopia no infravermelho próximo permite uma análise rápida e não destrutiva, podendo ser utilizada para o monitoramento in-line de processos. Nesse contexto, o presente trabalho descreve o monitoramento in-line da produção de biodiesel por transesterificação de óleo de soja com metanol utilizando a espectroscopia na região do infravermelho próximo. As reações foram conduzidas em batelada com controle de temperatura e velocidade de agitação. Dois estudos diferentes foram então realizados a partir dos dados espectroscópicos coletados ao longo das reações. A primeira abordagem consistiu na implementação de estratégias de controle estatístico multivariado e de qualidade, baseadas em métodos de projeção multivariada. Nesse estudo, modelos de referência baseados em dois métodos diferentes (tempo real e após o término da batelada) foram desenvolvidos usando bateladas sob condições normais de operação (concentração de catalisador NaOH de 0,75% em massa em relação à massa de óleo de soja, temperatura de 55°C e velocidade de agitação de 500 rpm). Foram avaliadas diferentes técnicas de pré-processamento espectral, bem como estratégias para desdobramento da matriz de dados espectrais. Posteriormente, bateladas submetidas a diferentes perturbações (relacionadas à adição de água e a mudanças na temperatura, na velocidade de agitação, na concentração de catalisador e na matéria prima utilizada) foram produzidas para avaliar o desempenho dos diferentes modelos em relação às suas capacidades de detectar falhas de operação. De um modo geral, as cartas de controle desenvolvidas foram capazes de detectar a maioria das falhas intencionalmente produzidas ao longo do processo. Apenas pequenas perturbações na velocidade de agitação não foram identificadas. A segunda abordagem baseou-se no estudo do comportamento cinético da metanólise do óleo de soja em diferentes condições de temperatura (20, 45 e 55°C) e de concentração de catalisador (0,75 e 1,0% m/m de NaOH). Nesse estudo, a modelagem cinética foi realizada a partir dos perfis de concentração do éster metílico estimados utilizando o método de Resolução multivariada de curvas com mínimos quadrados alternantes com restrição de correlação. Os perfis de concentração obtidos permitiram o desenvolvimento de um estudo cinético simplificado da reação, a qual foi considerada como seguindo uma cinética de pseudo-primeira ordem baseada na concentração do éster metílico para a reação global de transesterificação. O modelo cinético incluiu apenas o regime pseudo-homogêneo, em que é observada uma rápida taxa de reação e a cinética está controlada pela reação química. Para esse regime, obteve-se uma energia de ativação de 32,29 kJ.mol-1, com base na equação de Arrhenius. / Biodiesel is considered a potential substitute for fossil fuels. In general, this biofuel is produced by transesterification of vegetable oils or animal fats using a short-chained alcohol. The wide industrial application of transesterification for biodiesel production requires a thorough process monitoring and modeling of this reaction, oriented to a better understanding and optimization of the process. Moreover, process control is of utmost importance to ensure in a constant and uniform way the biodiesel quality in order to meet commercialization requirements. Among the existing techniques applied for reaction monitoring, near infrared spectroscopy allows a fast and non-destructive analysis, being able to be used for in-line process monitoring. In this context, the present work describes the in-line monitoring of biodiesel production by transesterification of soybean oil with methanol using near infrared spectroscopy. Reactions were carried out in batch reactors with temperature and agitation speed control. Two different studies were then carried out from spectroscopic data collected throughout the reactions. The first approach consisted of the implementation of multivariate statistic and quality control strategies, based on multivariate projection methods. In this study, reference models based on two different methods (real time and end of batch) were developed using batches under normal operating condition (0.75 w/w% of catalyst NaOH with respect to the amount of oil, temperature of 55ºC and stirring speed of 500 rpm). Different techniques for pre-processing and unfolding the spectral data were evaluated. Afterwards, batches subjected to different disturbances (related with water addition and changes in the temperature, agitation speed, catalyst content and raw material used) were manufactured to assess the performance of the different models in terms of their capability for fault detection. In general, the control charts developed were able to detect most of the failures intentionally produced during the batch runs. Only small variations in the stirring spend were not detected. The second approach was based on the study of the kinetic behavior of the soybean oil methanolysiscarried out with different temperatures (20, 44 and 55°C) and catalyst (NaOH) concentrations (0.75 and 1.0 w/w% based onoil weight). In this study, the kinetic modelling was developed from methyl ester concentration profiles estimated by Multivariate curve resolution alternating least squares with correlation constraint. The obtained concentration profiles allowed the development of a simplified kinetic model of the reaction, which was considered to follow a pseudo-first order overall kinetics based on methyl ester concentration for global transesterification reaction. The kinetic model included only the pseudo-homogeneous regime where the overall process kinetics is under chemical reaction control and a fast methanolysis rate is observed. For this regime, the activation energy was 32.29 kJ.mol-1, based on Arrhenius equation.