Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2008. / Also available in print.

Thesis (M.Eng.). / Written for the Dept. of Electrical and Computer Engineering. Title from title page of PDF (viewed 2008/04/12). Includes bibliographical references.

Thesis (M.S. in Applied Physics)--Naval Postgraduate School, June 2009. / Thesis Advisor(s): Smith, Craig F. "June 2009." Description based on title screen as viewed on 14 July 2009. Author(s) subject terms: Raman spectroscopy, standoff detection, high explosives, explosive detection, inelastic scattering, resonance Raman. Includes bibliographical references (p. 77-80). Also available in print.

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 1998. / Includes bibliographical references (leaves 84-87).

Nesta dissertação o processo de adsorção da tiossemicarbazona do formilferroceno (TFF) em eletrodos de prata e ouro, em soluções aquosas 0,1 mol.L-1 de KCl e de acetonitrila. 0,1 mol.L-1 de NaClO4, foi caracterizado através da técnica espectroscópica SERS. Verificou-se através das variações espectrais que a adsorção da TFF ocorre através dos átomos N1 do grupo imínico e do S do grupo tiocarbonílico. Os processos faradáicos do TFF foram monitorados pela técnica SERS e de absorção no UV-visível. Os espectros SERS para potencial de -1,4 V (Ag/AgCl) sugerem a formação de um novo composto, produto de redução da TFF, o aminometilferroceno. Através da técnica de absorção no UV-visível verificou-se, neste potencial, o aparecimento no espectro de absorção de uma nova banda em 240 nm, atribuída à formação de tiouréia. A identificação deste dois produtos de redução indica que, para o composto TFF, o mecanismo geral de redução dos derivados de tiossemicarbazonas é obedecido. Nenhuma variação espectral, tanto utilizando a técnica SERS como a absorção no UV-visível, foi detectada durante o processo redox FeII/FeIII (E1/2=0,55 V). Os comportamentos de adsorção e faradáico da tiossemicarbazida (TSC), em eletrodo de prata em soluções aquosas neutra e ácida, foram estudados através da técnica SERS. Verificou-se que em meios neutro e ácido, a TSC está adsorvida na configuração cis para potenciais próximos de 0,0 V, interagindo com a superfície através do átomo de S do grupo tiocarbonílico e dos átomos de H ligados ao N1 hidrazínico, através da formação de pares iônicos com os ânions Cl- adsorvidos. Para potenciais mais negativos, os íons cloreto deixam a superfície e a TSC sofre reorientação, assumindo a conformação trans. Não foi observado através da técnica SERS nenhum processo faradáico em solução ácida para potenciais negativos, como havia sido proposto na literatura. A não redução do composto foi confirmada através da técnica de eletroforese capilar. Foi estudado o comportamento Raman ressonante da TFF, verificando-se a ocorrência de um mínimo no perfil de excitação experimental devido à interferência destrutiva das transições dos grupos tiossemicarbazona e ferrocenil. Os perfis de excitação teóricos foram calculados utilizando o método da transformada e os resultados dos ajustes obtidos indicam que existe considerável distorção dos modos do grupo ferrocenil na transição eletrônica em 312 nm, atribuída a n-p* do grupo tiossemicarbazona, caracterizando uma grande interação eletrônica entre os cromóforos da TFF. Para comparar o comportamento Raman ressonante do TFF com o do ferroceno, os espectros Raman ressonante deste composto foram obtidos. Verificou-se que o ferroceno apresenta, também, o efeito Raman anti-ressonante, mas as bandas vibracionais do ferroceno apresentam perfis distintos dos apresentados no composto TFF, indicando que a incorporação do grupo tiossemicarbazona no anel ciclopentadienil modifica a estrutura eletrônica do grupo ferrocenil. / In this dissertation, the adsorption process of the formylpyridine thiosemicarbazone (TFF) at silver and gold surfaces in aqueous and in acetonitrile solutions has been characterized by using the SERS (Surface-enhanced Raman Scattering) technique. It has been verified that TFF adsorbs through N1’ and S atoms on the metallic surfaces. The faradaic processes of TFF have been monitored through the SERS and UV-visible absorption spectroscopies. The SERS spectra at -1,4 V (Ag/AgCl) suggest aminomethylferrocene as one of the reduction products of TFF. By using the UV-visible absorption technique, it has been verified, at this potential, a new band at 240 nm in the spectrum, which indicates the presence of thiourea. The observation of these two reduction products has confirmed that the general reduction mechanism for thiosemicarbazonas works for TFF. Neither SERS nor UV-vis spectral changes have been observed during the redox process of FeII/FeIII (E1/2= 0,55 V). The adsorption and faradaic processes of thisemicarbazide (TSC) at silver electrode have also been studied by SERS technique. It has been verified that, in acidic and neutral media, the TSC is adsorbed through a cis-configuration at a potential close to 0,0 V, showing an interaction of the S atom through bond formation with the surface and through the H atoms bonded to N1 via ion pair formation with the adsorbed Cl- anions. At more negative potentials, the chloride anions leave the electrode surface and the TSC changes to trans-configuration. No faradaic process has been observed as reported in the literature. This result has been confirmed by using the capillary electrophoresis technique. The resonance Raman effect of the TFF has been studied, and the excitation profiles of the bands have been shown as minimum, which indicates an electronic interaction between the two cromophores of the TFF (thiosemicarbazone and ferrocenyl). The theoretic excitation profiles have been calculated by using the transform method, and the results of the obtained adjustment has indicated that there has been a distortion of the ferrocenyl vibrational modes for an electronic transition at 312 nm, assigned to the n-p* of thiosemicarbazone moiety. This result has indicated a great interaction between the two cromophores of TFF. In order to compare the resonance Raman behavior of the TFF with that of the ferrocene, the resonance Raman spectra of the ferrocene have been obtained. It has been verified that the two compounds present an anti-resonant Raman effect, even though the bands have presented very different excitation profiles from those observed in the TFF, which indicates that the incorporation of the thiosemicarbazone group into the ciclopentadienyl has changed the electronic structure of the ferrocenyl group.

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The Gram-positive pathogens Corynebacterium diphtheriae and Streptococcus pyogenes both require iron for survival. These bacteria have developed sophisticated heme uptake and transport protein machinery responsible for the import of iron into the cell, in the form of heme from the human host. The heme utilization pathway (hmu) of C. diphtheriae utilizes multiple proteins to bind and transport heme into the cell. One of these proteins, HmuT, delivers heme to the ABC transporter HmuUV. The axial ligation of the heme in HmuT was probed by examination of wild-type HmuT and a series of conserved heme pocket residue mutants, H136A, Y235A, R237A, Y272A, M292A, Y349A, and Y349F. Characterization by UV-visible absorption, resonance Raman, and magnetic circular dichroism spectroscopies indicated that H136 and Y235 are the axial ligands in HmuT. Electrospray ionization mass spectrometry was also utilized to assess the roles of conserved residues in contribution to heme binding. The S. pyogenes streptococcal iron acquisition (sia)/heme transport system (hts) utilizes multiple proteins to bring host heme to the intracellular space. Both the substrate binding protein SiaA and the hemoprotein surface receptor Shr were investigated. The kinetic effects on SiaA heme release were probed through chemical unfolding of axial ligand mutants M79A and H229A, as well mutants thought to contribute to heme binding, K61A and C58A, and a control mutant, C47A. The unfolding pathways showed two processes for protein denaturation. This is consistent with heme loss from protein forms differing by the orientation of the heme in the binding pocket. The ease of protein unfolding is related to the strength of interaction of the residues with the heme. Shr contains two NEAT (near-iron transporter) domains (Shr-N1 and Shr-N2) which can both bind heme. Biophysical studies of both Shr-N1 and Shr-N2 indicated a new class of NEAT domains which utilize methionine as an axial ligand, rather than a tyrosine. Thermal and chemical unfolding showed ferrous Shr-N1 and Shr-N2 to be most resistant to denaturation. Shr-N2 was prone to autoreduction. Together, sequence alignment, homology modeling, and spectral signatures are all consistent with two methionines as the heme ligands of this novel type of NEAT heme-binding domain.

Based upon experimental evidence from the 1970’s we proposed that a reduced form of hydroxocobalamin should be capable of producing carbon dioxide (CO2) from carbon monoxide (CO) in blood, and that this conversion should be detectable. Using resonance raman spectroscopy we demonstrated that a mixture of hydroxocobalamin and ascorbic acid could create the reduced form of hydroxocobalamin. We used a closed-loop circulation system with a hollow-fiber membrane oxygenator to produce carboxyhemoglobin. Using sensitive gas monitoring equipment to the gas-out port of the oxygenator we analyzed the CO and CO2 concentrations coming from the oxygenator. The mixture of hydroxocobalamin and ascorbic acid caused a 5-fold increase in the CO2 concentration of the gas-out flow, in comparison to baseline and negative controls. These findings offer initial support for the potential use of a mixture of hydroxocobalamin and ascorbic acid as an injectable antidote for carbon monoxide poisoning.

Neste trabalho foram estudados três complexos de transferência de carga formados por aminas aromáticas e SO2. As aminas escolhidas foram a N,N-dimetilanilina (DMA), N,N-dietilanilina (DEA) e N-metilanilina (NMA). A interação entre a espécie doadora (amina) e a espécie aceptora (SO2) está bem esclarecida na literatura e trata-se de um reação típica de ácido-base de Lewis, porém existem alguns aspectos inexplorados e sem registros na literatura. Um desses aspectos é o fato de que complexos formados entre as aminas aromáticas e o SO2 dão origem a soluções oleosas com coloração vermelha intensa. O máximo de absorção eletrônica (UV-VIS) desses compostos está na faixa de 350 nm, com uma cauda que se estende pela região do visível, responsável pela cor. Um fato curioso é que a cor desses complexos se altera com a variação da temperatura de forma reversível. Em baixas temperaturas o complexo torna-se amarelo pálido e em altas temperaturas, vermelho escuro muito intenso. Um dos principais objetivos deste trabalho foi reinvestigar a interação de transferência de carga entre aminas aromáticas e SO2 na tentativa de responder tal questão. Para tal, foram utilizadas técnicas espectroscópicas (Raman e Infravermelho), sobretudo a espectroscopia Raman ressonante, com o auxílio de cálculos teóricos baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Os espectros Raman ressonante mostraram a intensificação seletiva de uma banda em cerca de 1140 cm-1 tanto com a variação da radiação quanto com a variação de temperatura. O fato dessa banda ter sido intensificada preferencialmente em radiações de excitação na região do visível e em altas temperaturas, permitiu que fosse proposta a presença de um outro cromóforo em solução. Portanto, além do complexo já bem caracterizado com estequiometria 1:1, propôs-se a presença de um complexo com estequiometria 2:1, ou seja, duas aminas conectadas por uma molécula de SO2, formando um complexo de transferência de carga com maior deslocalização eletrônica. A comparação entre as diferentes aminas mostrou que a formação dessas espécies associadas depende de um delicado balanço entre basicidade, impedimento estérico e possibilidade de interações específicas como ligações de hidrogênio. / In this work three charge-transfer complexes formed by aromatic amines and SO2 were studied. The chosen amines were N,N-dimethylaniline (DMA), N,N-diethylaniline (DEA) e N-methylaniline (NMA). The interaction between the donor (amine) and acceptor (SO2) is well established in the literature and is classified like a typical Lewis acid-base reaction, however there are some unexplored aspects that are lacking in the literature. One of such aspects is the fact that the complexes formed between the aromatic amines and SO2 gives origin of an oily intense red color solution. The maximum of electronic absorption (UV-VIS) of these complexes is near to 350 nm, with a tail that extends along the visible region, which is responsible for the color. A curious fact is that the complex color changes with the temperature variation in a reversible manner. At low temperatures, the color complex becomes pale yellow and at high temperatures, it turns a very intense dark red solution. One of the main objectives of this work was to reinvestigate the charge-transfer interaction between aromatic amines and SO2 trying to answer this question. For this, it was utilized spectroscopic techniques (Raman and Infrared), especially resonance Raman spectroscopy, with the support of theoretical calculations based on the Density Functional Theory (DFT). The resonance Raman spectra showed the selective enhancement of a band nearly 1140 cm-1 with both, the changing of the exciting radiation and the temperature variation. The fact of this band was preferentially enhanced with visible exciting radiations and at higher temperatures, allowed the proposition of the presence of another chromophore in solution. Therefore, besides the already well characterized complex with 1:1 stoichiometry, it was proposed the presence of a complex possessing a 2:1 stoichiometry, i.e. with two amines connected by a SO2 molecule, forming a charge transfer complex with higher electronic delocalization. The comparison among the different amines showed that the formation of such associated species depends on a delicate balance between basicity, sterical hindrance and the possibility of specific interactions such as hydrogen bonding

Neste trabalho foram estudados três complexos de transferência de carga formados por aminas aromáticas e SO2. As aminas escolhidas foram a N,N-dimetilanilina (DMA), N,N-dietilanilina (DEA) e N-metilanilina (NMA). A interação entre a espécie doadora (amina) e a espécie aceptora (SO2) está bem esclarecida na literatura e trata-se de um reação típica de ácido-base de Lewis, porém existem alguns aspectos inexplorados e sem registros na literatura. Um desses aspectos é o fato de que complexos formados entre as aminas aromáticas e o SO2 dão origem a soluções oleosas com coloração vermelha intensa. O máximo de absorção eletrônica (UV-VIS) desses compostos está na faixa de 350 nm, com uma cauda que se estende pela região do visível, responsável pela cor. Um fato curioso é que a cor desses complexos se altera com a variação da temperatura de forma reversível. Em baixas temperaturas o complexo torna-se amarelo pálido e em altas temperaturas, vermelho escuro muito intenso. Um dos principais objetivos deste trabalho foi reinvestigar a interação de transferência de carga entre aminas aromáticas e SO2 na tentativa de responder tal questão. Para tal, foram utilizadas técnicas espectroscópicas (Raman e Infravermelho), sobretudo a espectroscopia Raman ressonante, com o auxílio de cálculos teóricos baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Os espectros Raman ressonante mostraram a intensificação seletiva de uma banda em cerca de 1140 cm-1 tanto com a variação da radiação quanto com a variação de temperatura. O fato dessa banda ter sido intensificada preferencialmente em radiações de excitação na região do visível e em altas temperaturas, permitiu que fosse proposta a presença de um outro cromóforo em solução. Portanto, além do complexo já bem caracterizado com estequiometria 1:1, propôs-se a presença de um complexo com estequiometria 2:1, ou seja, duas aminas conectadas por uma molécula de SO2, formando um complexo de transferência de carga com maior deslocalização eletrônica. A comparação entre as diferentes aminas mostrou que a formação dessas espécies associadas depende de um delicado balanço entre basicidade, impedimento estérico e possibilidade de interações específicas como ligações de hidrogênio. / In this work three charge-transfer complexes formed by aromatic amines and SO2 were studied. The chosen amines were N,N-dimethylaniline (DMA), N,N-diethylaniline (DEA) e N-methylaniline (NMA). The interaction between the donor (amine) and acceptor (SO2) is well established in the literature and is classified like a typical Lewis acid-base reaction, however there are some unexplored aspects that are lacking in the literature. One of such aspects is the fact that the complexes formed between the aromatic amines and SO2 gives origin of an oily intense red color solution. The maximum of electronic absorption (UV-VIS) of these complexes is near to 350 nm, with a tail that extends along the visible region, which is responsible for the color. A curious fact is that the complex color changes with the temperature variation in a reversible manner. At low temperatures, the color complex becomes pale yellow and at high temperatures, it turns a very intense dark red solution. One of the main objectives of this work was to reinvestigate the charge-transfer interaction between aromatic amines and SO2 trying to answer this question. For this, it was utilized spectroscopic techniques (Raman and Infrared), especially resonance Raman spectroscopy, with the support of theoretical calculations based on the Density Functional Theory (DFT). The resonance Raman spectra showed the selective enhancement of a band nearly 1140 cm-1 with both, the changing of the exciting radiation and the temperature variation. The fact of this band was preferentially enhanced with visible exciting radiations and at higher temperatures, allowed the proposition of the presence of another chromophore in solution. Therefore, besides the already well characterized complex with 1:1 stoichiometry, it was proposed the presence of a complex possessing a 2:1 stoichiometry, i.e. with two amines connected by a SO2 molecule, forming a charge transfer complex with higher electronic delocalization. The comparison among the different amines showed that the formation of such associated species depends on a delicate balance between basicity, sterical hindrance and the possibility of specific interactions such as hydrogen bonding