µL

New modalities and novel emitters were investigated for the production of electrogenerated chemiluminescence (ECL). In annihilation ECL, a light-emitting excited state is formed upon reaction of two electrochemically generated species, typically a radical anion and a radical cation. Donor-acceptor (DA) molecules provide a means of generating these two reactive species within the same molecule but where the oxidized and reduced centers are separated; furthermore, they allow one to explore the ECL properties of multiply charged radical ions. Three new efficient ECL-emitting donor-acceptor molecules were investigated. The effects of conjugation in the electrochemistry of diphenylaminospirobifluorenylfumaronitrile (FPhSPFN), which has the structure of D-X-A-A-X-D, where X is a linker, as well as the effects of the stability of its (multiply charged) radical ions on its red ECL emission (λmax= 708 nm) were studied; the molecule shows solvatochromism and different emission yields on both photoluminescence and ECL in benzene:acetonitrle mixtures. The possibility of generating ECL through multiply charged radical ions was further tested with the very efficient 1b emitter (4,7-bis(4-(4-sec-butoxyphenyl)-5-(3,5-di(1-naphthyl)phenyl)thiophen-2-yl)-2,1,3-benzothiadiazole). Two reversible oxidations and one reduction were observed. The more sluggish reduction is proposed to be a consequence of a long distance electron transfer to the buried acceptor center; further confirmation of this effect was pursued by application of the scanning electrochemical microscope (SECM) to model systems. 1b emits intense ECL with λmax= 635 nm and with an efficiency 330% of the ECL standard 9, 10-diphenylanthracene and similar intensity to the red emitting standard tris(2,2′-bipyridine)ruthenium(II) perchlorate (Rubpy). The generation of asymmetric chronoamperometric ECL pulses upon generation of radical anion-radical dication annihilation events was explained by the use of digital simulation, and proven to be a consequence of asymmetry in the amount of generated charges rather than instability of the electrogenerated species. ECL was also produced from a film of a red fluorophore 1a (4,7-bis(4-(n-hexyl)-5-(3,5-di(1-naphthyl)phenyl)thiophen-2-yl)-2,1,3-benzothiadiazole) with a coreactant in PBS buffer solution. The electrochemical synthesis of carbon quantum Dots (C QDs) in inert atmosphere was explored using highly oriented pyrolytic graphite as the starting material, for its later use in the production of ECL in the radical annihilation mode. FT-IR (ATR), mass spectrometry (desorption chemical ionization), Raman and TEM analysis were used to characterize the C QDs. / text

No presente trabalho, foi utilizada a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) com o intuito de obter informações sobre a topografia, reatividade e possíveis intermediários formados em superfícies eletródicas. Foram estudados, em uma etapa inicial, modelos que proporcionaram a aprendizagem do manuseio e tratamento de dados utilizando a SECM. Em uma segunda etapa, a SECM foi aplicada no estudo da reatividade de substratos de cobre que passaram por um processo de ativação eletroquímica. A ativação foi realizada imergindo uma superfície de cobre em uma solução de Na2SO4 0,1 mol L-1 (pH = 2) e posterior aplicação de pulsos de potencial para oxidação de cobre (500 mV vs. Ag/AgCl(KCl sat.)) e subseqüente redução de íons Cu(II) (-250 mV vs. Ag/AgCl(KCl sat.)). Esse procedimento confere um aumento na sensibilidade na determinação de nitrato e nitrito. Para o estudo foram obtidas curvas de aproximação as quais foram correlacionadas com o tempo empregado na ativação. Também foram obtidas informações sobre a geração de Cu(I), estabilizado na presença de íons cloreto, durante o processo de ativação e sua influência na determinação de nitrato e nitrito. Por fim, a SECM foi utilizada no estudo de um sistema biomimético de cobre que catalisa a redução de oxigênio. Foram obtidas imagens com informações sobre a reatividade da superfície, homogeneidade do recobrimento do substrato e o mecanismo da reação. / Scanning electrochemical microscopy (SECM) was employed in order to obtain information on the topography, reactivity, and possible intermediates generated at electrodic surfaces. Standard chemical systems were firstly investigated as an attempt to understand the principles of the technique. Then, SECM was used to study the reactivity of copper substrates upon activation by an electrochemical protocol. The surface activation was achieved by immersing a copper surface in a solution of 0.1 mol L-1 Na2SO4 (pH = 2) for further anodic oxidation of copper (500 mV vs. Ag / AgCl(sat. KCl)) and subsequent reduction of Cu (II) (-250 mV vs. Ag / AgCl(sat. KCl)). An enhanced sensitivity was noticed for the determination of nitrate and nitrite at the modified copper surface and the approach curves were correlated with the activation time. Information on the generation of Cu (I), which was stabilized in the presence of chloride ions during the activation process, was also obtained, as well as the influence of this intermediate on the determination of nitrate and nitrite. Finally, SECM was used in the study of a copper biomimetic system which is able to catalyze the reduction of oxygen. Information on the reactivity of the surface, the homogeneity of the coated substrate and the reaction mechanism were obtained by analyzing the SECM results.

No presente trabalho, foi utilizada a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) com o intuito de obter informações sobre a topografia, reatividade e possíveis intermediários formados em superfícies eletródicas. Foram estudados, em uma etapa inicial, modelos que proporcionaram a aprendizagem do manuseio e tratamento de dados utilizando a SECM. Em uma segunda etapa, a SECM foi aplicada no estudo da reatividade de substratos de cobre que passaram por um processo de ativação eletroquímica. A ativação foi realizada imergindo uma superfície de cobre em uma solução de Na2SO4 0,1 mol L-1 (pH = 2) e posterior aplicação de pulsos de potencial para oxidação de cobre (500 mV vs. Ag/AgCl(KCl sat.)) e subseqüente redução de íons Cu(II) (-250 mV vs. Ag/AgCl(KCl sat.)). Esse procedimento confere um aumento na sensibilidade na determinação de nitrato e nitrito. Para o estudo foram obtidas curvas de aproximação as quais foram correlacionadas com o tempo empregado na ativação. Também foram obtidas informações sobre a geração de Cu(I), estabilizado na presença de íons cloreto, durante o processo de ativação e sua influência na determinação de nitrato e nitrito. Por fim, a SECM foi utilizada no estudo de um sistema biomimético de cobre que catalisa a redução de oxigênio. Foram obtidas imagens com informações sobre a reatividade da superfície, homogeneidade do recobrimento do substrato e o mecanismo da reação. / Scanning electrochemical microscopy (SECM) was employed in order to obtain information on the topography, reactivity, and possible intermediates generated at electrodic surfaces. Standard chemical systems were firstly investigated as an attempt to understand the principles of the technique. Then, SECM was used to study the reactivity of copper substrates upon activation by an electrochemical protocol. The surface activation was achieved by immersing a copper surface in a solution of 0.1 mol L-1 Na2SO4 (pH = 2) for further anodic oxidation of copper (500 mV vs. Ag / AgCl(sat. KCl)) and subsequent reduction of Cu (II) (-250 mV vs. Ag / AgCl(sat. KCl)). An enhanced sensitivity was noticed for the determination of nitrate and nitrite at the modified copper surface and the approach curves were correlated with the activation time. Information on the generation of Cu (I), which was stabilized in the presence of chloride ions during the activation process, was also obtained, as well as the influence of this intermediate on the determination of nitrate and nitrite. Finally, SECM was used in the study of a copper biomimetic system which is able to catalyze the reduction of oxygen. Information on the reactivity of the surface, the homogeneity of the coated substrate and the reaction mechanism were obtained by analyzing the SECM results.

The main theme in this dissertation is to develop Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) based electroanalytical techniques to study quantitative biology in real time. The multidrug resistance (MDR) phenomenon in live cancer cells was studied using mimic drug molecules such as menadione with the aid of SECM. Real time quantitative detection of thiodione (menadione-conjugate) pumped out of the cells was determined to be 140 μM due to exposure of 500 μM menadione to the cells. Selective blocking of these MDR pumps in live intact cells was also achieved by small molecules such as MK571 as well as by the MDR specific antibody. An approximately 50% drop in thiodione flux was observed in both cases of MDR pumps inhibition. This SECM technique was also extended to measure the permeability of a highly charged hydrophilic molecule passing through the membrane of a single living cell. The permeability was measured to be 6.5 ± 2.0 × 10-6 m/s. Real time monitoring of morphological changes in a live HeLa cell due to addition of varying concentration of surfactant such as Triton X-100 was also demonstrated by SECM. This electroanalytical technique was also expanded to study quantitative microbiology. Real time quantitative detection of pyocyanin produced by Pseudomonas aeruginosa (PA14 strain) biofilm locally was determined to be 2.5 μM after 6 h. Pyocyanin (PYO) was also observed to be reduced by PA14 biofilm, thus maintaining a reduced atmosphere above the biofilm even in presence of oxygen. Spatial mapping of this reduced PYO showed that this reduced zone was only formed up to 500 μm above the biofilm. The cells are also able to modulate the height of the reduced PYO zone in accordance to the availability of Fe(III/II) in the solution to scavenge iron from the surrounding environment. Real time spatial mapping hydrogen peroxide across polymicrobial biofilm (Sg and Aa) was also achieved with the aid of SECM. The local peroxide concentration produced by Sg was measured to be 1 mM, which is significantly higher than the bulk peroxide concentration. This study also showed that the local concentration across the microbial film is more important than the bulk concentration since bacteria communicate locally in real world. / text

Scanning electrochemical microscopy is a method that incorporates an ultramicroelectrode capable of facilitating electrochemical reactions paired with an XYZ positioning system capable of micron-level movements. This study investigates the corrosion behavior of structural transition joint clad material that contains steel, pure aluminum, and an aluminum alloy blast welded into a single joint. This study will characterize the corrosion response of the structural transition joint and identify the galvanic activity measured between its layers. High-temperature coatings in this study are designed to be used effectively up to 1400?F. In this study, we characterized several commercial high-temperature coatings exposed to different levels of heat. General trends of decreasing barrier performance were observed with the exception when these coatings are exposed to their rated temperature limit of 1400?F, at which the barrier increased slightly, indicated by their low-frequency impedance modulus. The cause is a combination of sintering and oxide formation.

No presente trabalho, microeletrodos de platina foram fabricados e empregados juntamente com a técnica de Microscopia Eletroquímica de Varredura (Scanning Electrochemical Microscopy - SECM) para a obtenção de informações a respeito da erosão ácida do esmalte dentário. Em uma etapa inicial do projeto, um procedimento de fabricação de microeletrodos utilizando o equipamento Micropipette Puller foi desenvolvido. A selagem e o polimento da área ativa dos dispositivos foram consideradas etapas críticas do processo de construção. Uma bomba a vácuo foi empregada durante a fabricação dos dispositivos, o que aumentou a eficiência da selagem do vidro sobre a microfibra. Os parâmetros do equipamento necessários à fabricação dos dispositivos foram otimizados e desta forma obteve-se uma metodologia reprodutível e eficiente. Assim, microeletrodos de diversos materiais e dimensões foram construídos e avaliados quanto à utilização em SECM. Uma metodologia alternativa para a redução no tamanho da ponta de prova foi proposta. Um polimento cuidadoso na ponta de prova foi feito e através de comparações entre Curvas de Aproximação teóricas e experimentais, chegou-se a microeletrodos com RG (razão raio do vidro e raio do microeletrodo) próximos de 15. Em uma segunda etapa do projeto, a erosão ácida do esmalte dentário foi investigada utilizando SECM. Empregando um microeletrodo de platina, foram obtidas imagens SECM que revelaram haver um intenso consumo de íons hidrogênio na interface esmalte dentário-solução ácida. Isso ocorre devido à reação de desmineralização da camada protetora do dente, sendo comprovado que este processo é relativamente rápido. Imagens SECM também mostraram diferenças topográficas do esmalte dentário e, desta forma, após um intenso processo de desmineralização ácida, a SECM foi utilizada para estimar a espessura da camada de esmalte erodida. Com o auxílio das Curvas de Aproximação concluiu-se que, após 48 horas de exposição, a camada de esmalte erodida foi de 18 µm e após 96 horas a espessura da camada erodida aumentou para 25 µm. Microscopia de Força Atômica também foi utilizada para visualização das mudanças morfológicas após o esmalte permanecer em contato com diferentes bebidas de elevada acidez. Desta forma, pode-se concluir que em longo prazo o esmalte dentário pode ser removido devido ao contato com substâncias ácidas, expondo a dentina ao ambiente bucal e gerando problemas de hipersensibilidade dentária. / In this study, platinum microelectrodes were fabricated with a Micropipette Puller and used in Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) to obtain information on the acid erosion of tooth enamel. The sealing and polishing of the active area of the fabricated devices are considered critical steps in the construction process, hence a vacuum pump was used to enhance the efficiency of the seal of the glass microfiber. The parameters of the equipment were optimized allowing a reproducible and efficient method to be developed. Thus, microelectrodes of various materials and dimensions were constructed and evaluated for use in SECM. An alternative method for reducing the size of the probe was also proposed. A careful polishing of the probe was done and by comparing theoretical and experimental approach curves, microelectrodes with RG values near to 15 were obtained. The acid erosion of dental enamel was investigated using SECM and a platinum microelectrode as a probe to H+ ions. The obtained images revealed a significant and relatively fast consumption of H+ ions at the interface enamel-acid solution, as a consequence of the demineralization reaction of the protective layer. SECM images also showed topographical differences with respect to the tooth enamel and after an exhaustive process of acid demineralization, the thickness of the layer of eroded enamel was estimated. By using approach curves it was concluded that the thickness of the eroded enamel layer was around 18 µm after 48 hours of exposure, this value being enhanced to 25 µm after 96 hours. Atomic Force Microscopy was also used to confirm the morphological changes after exposing the enamel to different beverages with high acidity. Accordingly, one can conclude that the acid erosion of enamel exposes the dentin to the oral environment and creates problems associated with dental hypersensitivity.

No presente trabalho, microeletrodos de platina foram fabricados e empregados juntamente com a técnica de Microscopia Eletroquímica de Varredura (Scanning Electrochemical Microscopy - SECM) para a obtenção de informações a respeito da erosão ácida do esmalte dentário. Em uma etapa inicial do projeto, um procedimento de fabricação de microeletrodos utilizando o equipamento Micropipette Puller foi desenvolvido. A selagem e o polimento da área ativa dos dispositivos foram consideradas etapas críticas do processo de construção. Uma bomba a vácuo foi empregada durante a fabricação dos dispositivos, o que aumentou a eficiência da selagem do vidro sobre a microfibra. Os parâmetros do equipamento necessários à fabricação dos dispositivos foram otimizados e desta forma obteve-se uma metodologia reprodutível e eficiente. Assim, microeletrodos de diversos materiais e dimensões foram construídos e avaliados quanto à utilização em SECM. Uma metodologia alternativa para a redução no tamanho da ponta de prova foi proposta. Um polimento cuidadoso na ponta de prova foi feito e através de comparações entre Curvas de Aproximação teóricas e experimentais, chegou-se a microeletrodos com RG (razão raio do vidro e raio do microeletrodo) próximos de 15. Em uma segunda etapa do projeto, a erosão ácida do esmalte dentário foi investigada utilizando SECM. Empregando um microeletrodo de platina, foram obtidas imagens SECM que revelaram haver um intenso consumo de íons hidrogênio na interface esmalte dentário-solução ácida. Isso ocorre devido à reação de desmineralização da camada protetora do dente, sendo comprovado que este processo é relativamente rápido. Imagens SECM também mostraram diferenças topográficas do esmalte dentário e, desta forma, após um intenso processo de desmineralização ácida, a SECM foi utilizada para estimar a espessura da camada de esmalte erodida. Com o auxílio das Curvas de Aproximação concluiu-se que, após 48 horas de exposição, a camada de esmalte erodida foi de 18 µm e após 96 horas a espessura da camada erodida aumentou para 25 µm. Microscopia de Força Atômica também foi utilizada para visualização das mudanças morfológicas após o esmalte permanecer em contato com diferentes bebidas de elevada acidez. Desta forma, pode-se concluir que em longo prazo o esmalte dentário pode ser removido devido ao contato com substâncias ácidas, expondo a dentina ao ambiente bucal e gerando problemas de hipersensibilidade dentária. / In this study, platinum microelectrodes were fabricated with a Micropipette Puller and used in Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) to obtain information on the acid erosion of tooth enamel. The sealing and polishing of the active area of the fabricated devices are considered critical steps in the construction process, hence a vacuum pump was used to enhance the efficiency of the seal of the glass microfiber. The parameters of the equipment were optimized allowing a reproducible and efficient method to be developed. Thus, microelectrodes of various materials and dimensions were constructed and evaluated for use in SECM. An alternative method for reducing the size of the probe was also proposed. A careful polishing of the probe was done and by comparing theoretical and experimental approach curves, microelectrodes with RG values near to 15 were obtained. The acid erosion of dental enamel was investigated using SECM and a platinum microelectrode as a probe to H+ ions. The obtained images revealed a significant and relatively fast consumption of H+ ions at the interface enamel-acid solution, as a consequence of the demineralization reaction of the protective layer. SECM images also showed topographical differences with respect to the tooth enamel and after an exhaustive process of acid demineralization, the thickness of the layer of eroded enamel was estimated. By using approach curves it was concluded that the thickness of the eroded enamel layer was around 18 µm after 48 hours of exposure, this value being enhanced to 25 µm after 96 hours. Atomic Force Microscopy was also used to confirm the morphological changes after exposing the enamel to different beverages with high acidity. Accordingly, one can conclude that the acid erosion of enamel exposes the dentin to the oral environment and creates problems associated with dental hypersensitivity.

No presente trabalho foi utilizada a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) com o objetivo de adquirir informações sobre o processo de corrosão do aço inoxidável 304 em diferentes condições experimentais. Inicialmente, foram realizados ensaios de corrosão com a técnica de voltametria cíclica e acompanhamento do potencial de circuito aberto ao longo do tempo, obtendo-se informações sobre o potencial de circuito aberto e o potencial de pite. Nestes ensaios foram utilizadas soluções de NaCl 0,1 mol L-1 e 0,5 mol L-1 na ausência e presença de O2. Os experimentos com a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) foram realizados nas mesmas condições experimentais, em um primeiro momento polarizando o substrato no potencial de circuito aberto específico obtido em cada solução e, em seguida, polarizando-o em 0,5 V (vs Ag/AgCl(KCl sat.)). Trabalhou-se em regiões nas quais havia indícios da formação de pites metaestáveis, monitorando-se o aparecimento de íons Fe(II). Para a realização destes experimentos, o microeletrodo foi polarizado em 0,6V, potencial onde a oxidação de Fe(II) a Fe(III) ocorre em larga extensão. A formação e o rompimento da camada de proteção foram observados de modo generalizado e local. A formação de pite metaestáveis para a solução de NaCl 0,5 mol L-1 também foi notada, sendo esse fato confirmado pela presença de tais pites numa imagem e subsequente desaparecimento na imagem seguinte. / Scanning electrochemical microscopy (SECM) was used in order to acquire information on the corrosion process of stainless steel 304 at different experimental conditions. Corrosion tests were initially carried out with cyclic voltammetry technique and by monitoring the open circuit potential over time to obtain information about the corrosion potential and the pitting potential. Experiments were performed in 0.1 mol L-1 and 0.5 mol L-1 NaCl solutions, in the absence and presence of O2. Scanning electrochemical microscopy (SECM) experiments were performed under the same experimental conditions, by polarizing the substrate at specific open circuit potential of each solution and then polarizing it at 0.5V (vs. Ag / AgCl (KCl sat.)). Experiments were carried out at regions where there were indications of the formation of metastable pits, by monitoring the appearance of Fe(II) ions. The microelectrode was polarized at 0.6V, a potential value where the oxidation of Fe (II) to Fe (III) occurs to a large extent. The formation and the disruption of the protective layer were noticed widely and locally. The formation of metastable pits in 0.5 mol L-1 NaCl solutions was also noted by analysing such pits in an image and their further disappearance in the following image.

No presente trabalho foi utilizada a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) com o objetivo de adquirir informações sobre o processo de corrosão do aço inoxidável 304 em diferentes condições experimentais. Inicialmente, foram realizados ensaios de corrosão com a técnica de voltametria cíclica e acompanhamento do potencial de circuito aberto ao longo do tempo, obtendo-se informações sobre o potencial de circuito aberto e o potencial de pite. Nestes ensaios foram utilizadas soluções de NaCl 0,1 mol L-1 e 0,5 mol L-1 na ausência e presença de O2. Os experimentos com a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) foram realizados nas mesmas condições experimentais, em um primeiro momento polarizando o substrato no potencial de circuito aberto específico obtido em cada solução e, em seguida, polarizando-o em 0,5 V (vs Ag/AgCl(KCl sat.)). Trabalhou-se em regiões nas quais havia indícios da formação de pites metaestáveis, monitorando-se o aparecimento de íons Fe(II). Para a realização destes experimentos, o microeletrodo foi polarizado em 0,6V, potencial onde a oxidação de Fe(II) a Fe(III) ocorre em larga extensão. A formação e o rompimento da camada de proteção foram observados de modo generalizado e local. A formação de pite metaestáveis para a solução de NaCl 0,5 mol L-1 também foi notada, sendo esse fato confirmado pela presença de tais pites numa imagem e subsequente desaparecimento na imagem seguinte. / Scanning electrochemical microscopy (SECM) was used in order to acquire information on the corrosion process of stainless steel 304 at different experimental conditions. Corrosion tests were initially carried out with cyclic voltammetry technique and by monitoring the open circuit potential over time to obtain information about the corrosion potential and the pitting potential. Experiments were performed in 0.1 mol L-1 and 0.5 mol L-1 NaCl solutions, in the absence and presence of O2. Scanning electrochemical microscopy (SECM) experiments were performed under the same experimental conditions, by polarizing the substrate at specific open circuit potential of each solution and then polarizing it at 0.5V (vs. Ag / AgCl (KCl sat.)). Experiments were carried out at regions where there were indications of the formation of metastable pits, by monitoring the appearance of Fe(II) ions. The microelectrode was polarized at 0.6V, a potential value where the oxidation of Fe (II) to Fe (III) occurs to a large extent. The formation and the disruption of the protective layer were noticed widely and locally. The formation of metastable pits in 0.5 mol L-1 NaCl solutions was also noted by analysing such pits in an image and their further disappearance in the following image.