This thesis aims at contributing to the characterization of the dynamics of bubbles in microfluidics through modeling and experiments. Two flow regimes encountered in microfluidics are studied, namely, the bubbly flow regime and the Taylor flow regime (or slug flow).In particular, the first part of this thesis focuses on the dynamics of a bubbly flow inside a horizontal, cylindrical microchannel in the presence of surfactants using numerical simulations. A numerical method allowing to simulate the transport of surfactants along a moving and deforming interface and the Marangoni stresses created by an in-homogeneous distribution of these surfactants on this interface is implemented in the Level set module of the research code. The simulations performed with this code regarding the dynamics of a bubbly flow give insights into the complexity of the coupling of the different phenomena controlling the dynamics of the studied system. Fo example it shows that the confinement imposed by the microchannel walls results in a significantly different distribution of surfactants on the bubble surface, when compared to a bubble rising in a liquid of infinite extent. Indeed, surfactants accumulate on specific locations on the bubble surface, and create local Marangoni stresses, that drastically influence the dynamics of the bubble. In some cases, the presence of surfactants can even cause the bubble to burst, a mechanism that is rationalized through a normal stress balance at the back of the bubble. The numerical method implemented in this thesis is also used for a practical problem, regarding the artisanal production of Mezcal, an alcoholic beverage from Mexico.The second part of the thesis deals with the dynamics of a Taylor flow regime, through experiments and analytical modeling. An experimental technique that allows to measure the thickness of the lubrication film forming between a pancake-like bubble and the microchannel wall is developed. The method requires only a single instantaneous bright-field image of a pancake-like bubble translating inside a microchannel. In addition to measuring the thickness of the lubrication film, the method also allows to measure the depth of a microchannel. Using the proposed method together with the measurment of the bubble velocity allows to infer the surface tension of the interface between the liquid and the gaz. In the last chapter of this thesis, the effect of buoyancy on the dynamics of a Taylor flow is quantified. Though often neglected in microfluidics, it is shown that buoyancy effects can have a significant impact on the thickness of the lubrication film and consequently on the dynamics of the Taylor flow. These effects are quantified using experiments and analytical modeling. This work was performed at Princeton University with Professor Howard A. Stone during an eight month stay. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlcidesOWN_TESE.pdf: 3644832 bytes, checksum: b30265cac81e679890142573e54a4e61 (MD5) Previous issue date: 2010-03-06 / Corrosion usually occurs in pipelines, so that it is necessary to develop new surface treatments to control it. Surfactants have played an outstanding role in this field due to its capacity of adsorbing on metal surfaces, resulting in interfaces with structures that protect the metal at low surfactant concentrations. The appearance of new surfactants is a contribution to the area, as they increase the possibility of corrosion control at specific conditions that a particular oil field presents. The aim of this work is to synthesize the surfactants sodium 12 hydroxyocadecenoate (SAR), sodium 9,10-epoxy-12 hydroxyocadecanoate (SEAR), and sodium 9,10:12,13-diepoxy-octadecanoate (SEAL) and apply them as corrosion inhibitors, studying their action in environments with different salinities and at different temperatures. The conditions used in this work were chosen in order to reproduce oil field reality. The study of the micellization of these surfactants in the liquid-gas interface was carried out using surface tensiometry. It was observed that cmc increased as salt concentration was increased, and temperature and pH were decreased, while cmc decreased with the addition of two epoxy groups in the molecule. Using the values of cmc and the Gibbs equation, the values of Gibbs free energy of adsorption, area per adsorbed molecule, and surface excess were calculated. The surface excess increases as salt concentration and temperature decreases, increasing as pH is increased. The area per adsorbed molecule and the free energy of adsorption decrease with salt concentration, temperature, and pH increase. SAXS results showed that the addition of epoxy group in surfactant structure results in a decrease in the repulsion between the micelles, favoring the formation of more oblong micellar structures, ensuring a better efficiency of metal coverage. The increase in salt and surfactant concentrations provides an increase in micellar diameter. It was shown that the increase in temperature does not influence micellar structure, indicating thermal stability that is advantageous for use as corrosion inhibitor. The results of inhibition efficiency for the surfactants SEAR and SEAL were considered the best ones. Above cmc, adsorption occurred by the migration of micelles from the bulk of the solution to the metal surface, while at concentrations below cmc film formation must be due to the adsorption of semi-micellar and monomeric structures, certainly due to the presence of the epoxy group, which allows side interactions of the molecule with the metal surface. The metal resistance to corrosion presented values of 90% of efficiency. The application of Langmuir and Frumkin isotherms showed that the later gives a better description of adsorption because the model takes into account side interactions from the adsorbing molecules. Wettability results showed that micelle formation on the solid surface occurs at concentrations in the magnitude of 10-3 M, which isthe value found in the cmc study. This value also justifies the maximum efficiencies obtained for the measurements of corrosion resistance at this concentration. The values of contact angle as a function of time suggest that adsorption increases with time, due to the formation of micellar structures on metal surface / O fen?meno da corros?o est? presente em oleodutos e por isso existe a necessidade de desenvolver novos materiais que controle tal fen?meno. Os tensoativos t?m se destacado para tal fim devido ao seu poder de adsorver-se em interfaces e formar estruturas que protejam o metal em baixas concentra??es. O surgimento de novos tensoativos ? uma contribui??o para o setor, pois aumentam as possibilidades de controlar a corros?o nas condi??es espec?ficas de cada campo. Este trabalho objetiva, principalmente, sintetizar e aplicar os tensoativos 12 hidroxioctadecenoato de s?dio (SAR), 9,10-ep?xi-12 idroxioctadecanoato de s?dio (SEAR) e 9,10:12,13-diep?xi-octadecanoato de s?dio (SEAL) como inibidores de corros?o, estudando-os em ambientes que apresentam, simultaneamente, salinidade, acidez e temperatura variadas. As condi??es estudadas s?o para reproduzir o m?ximo poss?vel ? realidade do campo. O estudo da miceliza??o destes tensoativos na interface l?quido-g?s foi realizado a partir de medidas de tens?o superficial. Observou-se que a eleva??o da concentra??o salina, abaixamento da temperatura e diminui??o do pH proporcionam aumento nos valores da cmc, com tamb?m os valores da cmc aumentam quando se adiciona um e dois grupos ep?xi na mol?cula, respectivamente. A partir da cmc, usando equa??o de Gibbs, foram encontrados valores para a energia livre de Gibbs de adsor??o, ?rea por mol?cula adsorvida e excesso superficial. O aumento dos valores de excesso superficial ? provocado pela diminui??o da concentra??o salina e temperatura, e aumenta com a eleva??o do pH. A ?rea por mol?cula adsorvida e a energia livre de adsor??o diminuem com aumento da salinidade e temperatura, e com o aumento do pH. Os resultados de SAXS mostraram que a adi??o do grupo ep?xi e o seu aumento na estrutura do tensoativo proporcionam diminui??o na intera??o de repuls?o entre as micelas, assim como favorecem a forma??o de estruturas micelares mais alongadas, garantindo maior efici?ncia na cobertura do metal. O aumento da concentra??o salina e da concentra??o do tensoativo proporciona aumento do di?metro da micela. O aumento da temperatura mostrou que n?o influencia a estrutura micelar, o que indica estabilidade t?rmica, sendo vantajoso para sua atua??o como inibidor de corros?o. Os resultados de efici?ncia para os tensoativos SEAR e SEAL foram os melhores. A cima da cmc a adsor??o se deve a migra??o da micela do seio da solu??o para a superf?cie do metal, enquanto em concentra??es abaixo da cmc a forma??o do filme se deve a adsor??o de estruturas semimicelares e monom?ricas, nas quais s?o caracter?sticas dos tensoativos que apresentam o grupo ep?xi, pois possibilita intera??o lateral da mol?cula com a superf?cie met?lica. A resist?ncia do metal ? corros?o apresentou valores de 90% de efici?ncia. A aplica??o das isotermas de Langmuir e Frumkin mostrou que esta ?ltima melhor valida o fen?meno da adsor??o, devido haver em sua express?o matem?tica o par?metro de intera??o lateral. Os resultados de molhabilidade mostraram que a forma??o da micela na superf?cie do s?lido se d? em concentra??es na ordem de 10-3 M, valor encontrado no estudo da cmc. Este valor justifica, tamb?m, os valores m?ximos de efici?ncia obtidos para as medidas de resist?ncia a corros?o a partir desta concentra??o. Os valores de ?ngulo de contato em fun??o do tempo sugerem que a adsor??o aumenta com o tempo, devido a forma??o de estruturas micelares na superf?cie do metal

A solubilização de compostos não iônicos em micelas de detergentes é uma propriedade intensamente estudada e de grande importância prática. Algumas das aplicações onde a compreensão da solubilização é relevante são detergência, recuperação de solos contaminados e catálise. Em trabalho anterior, o grupo do prof. Quina demostrou que o modelo de relações lineares de energia livre (LSER) é uma poderosa ferramenta para correlação da eficiência de solubilização com parâmetros relacionados com a estrutura do soluto. No presente trabalho, constantes de incorporação micelar, Ks, foram determinadas experimentalmente para uma série de solutos de diferentes estruturas para os detergentes comerciais decil óxido de difenila dissulfonado (DOWFAX C10) e hexadecil óxido de difenila dissulfonado (DOWFAX C16). Verificou-se, para esses detergentes, que a variação do log Ks com o volume molar, Vx, do soluto é distinta para classes homólogas de solutos polares (álcoois e cetonas) e apolares (alcanos, aromáticos e alcinos), indicando a existência de microambientes de solubilização distintos A demonstração, neste trabalho, de que o modelo de LSER não é apropriado para correlacionar dados de Ks, na presença de mais de um microambiente de solubilização, aumenta a validade de estudos prévios, com detergentes de estrutura mais simples, onde a suposição de um único microambiente de solubilização mostrou-se adequada. / The solubilization of non ionic molecules in detergent micelles is a property that has been extensively investigated and that is of great practical importance. Several applications in which solubilization is of relevance are detergency, remediation of contaminated soils and catalysis. In earlier work, the group of Prof. Quina has shown that linear free energy relationships (LSER) are a powerful tool for correlating the efficiency of solubilization with the structure of the solute. In the present work, micellar incorporation coefficients, Ks, were determined for solubilization of a series of solute of diverse structures in two commercial detergents: decyl diphenyl oxide disulfonate (DOWFAX C10) and hexadecyl diphenyl oxide disulfonate (DOWFAX C16). For these detergents it is shown that the dependence of log Ks on solute molar volume is distinct for homologues series of polar (alcohols and ketones) and non-polar (alkanes, alkynes and aromatics) solutes, implying the existence of distinct solubilization microenvironments for these two classes of solutes. The demonstration in the present work that the LSER approach fails to correlate Ks data when more than one solubilization microenvironment is present reinforces the validity of previous studies with detergents of simpler structure where the assumption of a single solubilization microenvironment was found to be adequate.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-19T14:43:03Z No. of bitstreams: 2 Tese - Míriam de Almeida Marques - 2015.pdf: 2581091 bytes, checksum: fc6fddbab5faac3a1db80e1bbb9a905d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-19T14:43:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Míriam de Almeida Marques - 2015.pdf: 2581091 bytes, checksum: fc6fddbab5faac3a1db80e1bbb9a905d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-19T14:43:33Z (GMT). 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The effect of the castor oil at 100% (v/v) on conidia germination, vegetative growth and sporulation of B. bassiana after 24 h and seven, 15, 60, 90, 120 days of storage at 4°C and 26°C was evaluated in two experiments at laboratory. The effect of castor oil (Rícino®) at 1%, 2%, 3%, 4%, 5% and 6% (v/v) and neutral detergent at 2% (v/v) (emulsifier for the oil) on immature stages of T. pretiosum (egg, larva, pre-pupae and pupae) of parasitoid was also tested at laboratory. the chlorpyrifos insecticide 0.5 L a.i./ha and distilled water In the first stage of the study several experiments were conducted at screenhouse to determine the sublethal dose of commercial castor oil Azevedo® and Rícino® at 0.25%, 0.5%, 1.0%, 1.5 %, 2.0%, 3.0%, 4.0%, 5.0% and 6.0% (v/v) on mortality of different instars of B. tabaci. The castor oil was emulsified with Silwet® L-77 (0.01%, v/v), Zupp® neutral detergent (1%, 2%, 3% and 4%, v/v) and Solub'oil® (0.005%, 0.015%, 0.045%, 0.09%, 0.20% and 0.27%, v/v). The insecticide thiamethoxam 250 WG, was included as the chemical standard tested at label rate recommended by the manufacturer of 0.17 g a.i./L. Distilled water was used as the untreated control. In the second stage, B. bassiana CG1229 at 1×106 and 1x107 conidia/mL was tested alone or in combination with castor oil at 1% (v/v) emulsified in Silwet® L-77 0.01% (v/v) or Solub'oil® at 0.05% and 0.1% (v/v) on second instar nymphs of B. tabaci at screenhouse. Mortality of first instar to the fourth nymphs increased with an increase in concentration of castor oil and emulsifiers. Nymphs of the first and second instar were more susceptible to castor oil and 0.01% Silwet (v/v) than the third and fourth instars.The neutral detergent at 1%, 2%, 3% and 4% (v/v) killed 28.6%, 52.7%, 64.4% and 69.3% of second instar nymphs, respectively. When neutral detergent at 2% (v/v) was combined with castor oil 1% (v/v), killed 88.03% and 79.34% nymphs of first-second and third-fourth instar, respectively. The Solub'oil at 0.005%, 0.015%, 0.045%, 0.09% and 0.27% (v/v) killed 34.9%, 26.1%, 30.9%, 38.1% and 70.1% of second instar nymphs, respectively. When the Solub'oil at 0.2% (v/v) was combined with castor oil Azevedo at 1% (v/v), mortality of second instar nymphs was 84.71%. Reductions in the vegetative growth of B. bassiana by castor oil and Solub'oil were observed after 120 days of storage at 26°C when compared to pure conidia of the fungus. Conidia viability and conidiogenesis of B. bassiana was not affected by Castor oil at 26 ° C in all dates. Mortality of B. tabaci nymphs was significantly lower when castor oil + Silwet® L-77 was combined with B. bassiana (16.93%) compared to the fungus alone (57.94%). It was observed that Silwet® L- 77 at 0.01% did not emulsify efficiently the castor oil, not allowing conidia to germinate (9.82%). The combination of conidia of B. bassiana + castor oil + solub'oil and B. bassiana + Solub'oil significantly increased mortality of nymphs of B. tabaci (91.66% and 85.46%, respectively) compared to B. bassiana, castor oil or Solub'oil tested alone (75.57%, 59.12% and 53.92%, respectively). The Solub'oil at 0.5% or 1.0% did not affect the germination of conidia of B. bassiana (96.5%). Egg-larval stage of development of T. pretiosum was the least affected by different concentrations of castor oil + neutral detergent at 2% (v/v), with 81.9% of adult emergence of than the stages of pre-pupae and pupae, with 24.88% and 18.30% of emergency, respectively. Castor oil at 1% and 2% (v/v) was selective and innocuous to the egg-larval stage. All oil concentrations were considered mildly or moderately harmful to prepupae and pupae stages of T.pretiosum and caused significant reductions in adults emergency of parasitoid. The neutral detergent at 2% (v/v) did not affect immature stages of T. pretiosum, with emergency of adults ≤ 95.8% and it was classified as harmless to this parasitoid. Castor oil and emulsifiers have the potential to control B. tabaci biotype B. Castor oil when combined with conidia of B. bassiana + Solub'oil or only with Solub'oil increases mortality of nymphs of B. tabaci. Castor oil is selective to all T. pretiosum stages of development at concentrations ≤ 2%. / Os óleos vegetais e o fungo Beauveria bassiana tem sido testados sobre Bemisia tabaci, resultando em controles medianos de ninfas em nível de campo. Vários estudos tem demonstrado que a eficiência de B. bassiana no controle de ninfas de B. tabaci pode ser aumentada pela combinação com outros agentes de controle. Desta forma, este trabalho foi conduzido para avaliar: o efeito da combinação de B. bassiana com doses subletais do óleo de mamona na mortalidade de ninfas de B. tabaci; a compatibilidade do óleo de mamona com o B. bassiana e com o Trichogramma pretiosum, parasitoide de ovos de lagartas mais utilizado no mundo. Na primeira etapa dos estudos, foram instalados em casa telada vários experimentos para determinar a dose subletal do óleo comercial de mamona Azevedo® e o Óleo de Rícino® a 0,25%, 0,5%, 1,0%, 1,5%, 2,0%, 3,0%, 4,0%, 5,0% e 6,0% (v/v) na mortalidade de diferentes ínstares de B. tabaci. Como emulsionantes para o óleo de mamona foram testados o Silwet® L-77 (0,01%, v/v), o detergente neutro Zupp® (1%, 2%, 3% e 4%, v/v) e o Solub’oil® (0,005%, 0,015%, 0,045%, 0,09%, 0,20% e 0,27%, v/v). Como padrão de comparação com inseticida químico foi utilizado o thiamethoxam (Actara® 250 WG) a 0,17 g i.a./L. Na testemunha foi utilizada água destilada. Na segunda etapa dos estudos, em condições de em casa telada, o B. bassiana CG1229 a 1x106 e 1x107 (conídios/mL) foi testado sozinho ou em combinação com o óleo de mamona a 1% (v/v) emulsionado em Silwet® L-77 a 0,01% (v/v) ou em Solub’oil® a 0,05% e 0,1% (v/v) na mortalidade de ninfas de segundo ínstar da B. tabaci. Em laboratório, foram realizados dois experimentos que testaram a compatibilidade do óleo de mamona a 100% (v/v) na germinação, crescimento vegetativo e esporulação de B. bassiana as 24 h e 7, 15, 60, 90, 120 dias de armazenamento a 4º C e 26º C. No estudo de compatibilidade com T. pretiosum, foi avaliado o efeito do Óleo de Rícino® a 1%, 2%, 3%, 4%, 5% e 6% (v/v), do detergente neutro a 2% (v/v) (emulsificante para o óleo), do inseticida clorpirifós a 0,5 L i.a./ha e da água destilada sobre estágios imaturos (ovo-larva, pré-pupa e pupa) do parasitoide. A mortalidade de ninfas de primeiro ao quarto ínstares aumentou significativamente com o aumento da concentração do óleo de mamona e dos emulsionantes. Ninfas de primeiro e segundo ínstares foram mais suscetíveis ao óleo de mamona e ao Silwet a 0,01% (v/v) do que as de terceiro e quarto ínstares, com mortalidades de 71,32% e 55,01%, em comparação a 26,38% e 48,15%, respectivamente. O detergente neutro a 1%, 2%, 3% e 4% (v/v) causaram mortalidades de ninfas de segundo íntar de 28,6%, 52,7%, 64,4% e 69,3%, respectivamente. Quando este produto a 2% v/v foi aplicado com o óleo de mamona a 1% (v/v), causaram mortalidade de 88,03% e 79,34% em ninfas de primeiro-segundo e terceiro-quarto ínstares, respectivamente. O Solub’oil a 0,005%, 0,015%, 0,045%, 0,09% e 0,27% (v/v) causou mortalidade de ninfas do segundo íntar de 34,94%, 26,14%, 30,91%, 38,14% e 70,15%, respectivamente. Quando o Solub’oil a 0,2% (v/v) foi combinado com o óleo de mamona a 1% (v/v), causaram mortalidade de ninfas do segundo ínstar de 84,71%. Reduções significativas do crescimento vegetativo de B. bassiana foram observadas aos 07 e 120 dias de armazenamento a 4ºC e 26°C, respectivamente, pela presença do óleo de mamona e Solub’oil em relação a conídios puros do fungo. O óleo de mamona não afetou a viabilidade dos conídios de B. bassiana e nem a conidiogênese na temperatura de 26°C em todas as datas avaliadas. A mortalidade de ninfas de B. tabaci foi significativamente menor na combinação óleo de mamona + B. bassiana + Silwet® L-77 (16,93%) em relação ao fungo sozinho (57,94%), pois o Silwet® L-77 a 0,01% não emulsificou eficientemente o óleo de mamona, não permitindo a germinação dos conídios (9,82%). A combinação de conídios de B. bassiana + óleo de manona + Solub’oil e B. bassiana + Solub’oil aumentou significativamente a mortalidade de ninfas de B. tabaci (91,66% e 85,46%, respectivamente), em relação ao B. bassiana, óleo de mamona ou Solub’oil testados sozinhos (75,57%, 59,12% e 53,92%, respectivamente). O Solub'oil a 0,5% ou 1,0% não interferiu na germinação dos conídios de B. bassiana (96,5%). O estágio de desenvolvimento de ovo-larva de T. pretiosum foi o menos afetado pelas diferentes concentrações do óleo de mamona + detergente neutro a 2% (v/v), com 81,94% de emergência de adultos, do que os estágios de pré-pupa e pupa, com 24,88% e 18,30% de emergência, respectivamente. O óleo de mamona a 1% e 2% (v/v) foi seletivo e inócuo a fase de ovo-larva. Todas as concentrações do óleo foram consideradas levemente ou moderadamente nocivas aos estágios de pré-pupa e pupa de T. pretiosum e causaram significativas reduções na emergência de adultos do parasitoide. O detergente neutro a 2% (v/v) não afetou as fases imaturas de T. pretiosum, com percentagens de emergência de adultos ≤ 95,77% e foi classificado como inócuo a este parasitoide. O óleo de mamona e emulsionantes apresentam potencial no controle de B. tabaci biótipo B. O óleo de mamona quando combinado com conídios de B. bassiana + Solub’oil ou somente com Solub’oil aumenta a mortalidade de ninfas de B. tabaci. O óleo de mamona é seletivo a todas as fases de desenvolvimento do T. pretiosum em concentrações ≤ 2%.

Neste trabalho são apresentados resultados sobre o uso da voltametria com microeletrodos para o estudo de sistemas micelares. Estes estudos se basearam na obtenção de coeficientes de difusão de micelas em solução aquosa. Para tanto, o ferroceno foi utilizado como sonda eletroativa, haja vista que esta molécula é pouco solúvel em água e possui grande afinidade pelo interior micelar. A partir de experimentos envolvendo o tensoativo brometo de hexadecil trimetil amônio (C16TABr) pôde-se calcular parâmetros como o coeficiente de difusão do agregado na concentração micelar crítica e o coeficiente de interação intermicelar com a aplicação dos dados de coeficiente de difusão obtidos pela teoria de interação linear. O coeficiente de interação intermicelar permitiu a estimativa da concentração de eletrólito necessária para a mudança morfológica da micela (micela esférica para micela alongada). O raio hidronâmico da micela foi o calculado a partir da relação Stokes-Einstein. Um estudo complementar envolveu a adição de n-decanol à solução de tensoativo, e comparações dos coeficientes de difusão obtidos na presença e na ausência do álcool foram efetuadas. Estudos subseqüentes foram realizados empregando outros tensoativos (C14TABr, C12TABr e C10TABr) com a finalidade de verificar a dependência do coeficiente de difusão micelar com o comprimento da cauda hidrofóbica da molécula do tensoativo. A influência de outros parâmetros como o raio hidrodinâmico e a concentração de eletrólito necessária para a transição morfológica com o comprimento da cauda hidrofóbica também foi estudada. Em experimentos voltamétricos envolvendo a oxidação eletroquímica do ferroceno em meio de C16TABr e de SDS (dodecil sulfato de sódio) foi verificado que o sinal anódico ocorre em potenciais menos positivos em soluções de SDS, fato justificado pela interação da micela de SDS, negativamente carregada, com a superfície do eletrodo positivamente carregado. A investigação da interação do produto de oxidação eletroquímica do ferroceno, o íon ferrocínio, com as micelas de C16TABr foi realizada em experimentos envolvendo uma microestrutura geradora-coletora. Esta estrutura consiste em dois eletrodos de área similar separados por um canal de espessura micrométrica. A utilização deste dispositivo possibilitou a obtenção do coeficiente de difusão do ferrocínio e, a partir deste dado, foi possível fazer inferências sobre a afinidade deste íon pelo interior micelar. / Voltammetry with platinum disc microelectrodes was employed to gain information on diffusion coefficients, D, of micelles in aqueous solution. Owing to the low solubility in water and high affinity for the micellar core, ferrocene was used as electroactive probe. Diffusion coefficients of hexadecyl trimethyl ammonium bromide (C16TABr) were determined in solutions containing the surfactant in different concentrations and the data were fitted according to the linear interaction theory. This procedure allowed the diffusion coefficient at the critical micelle concentration to be found, as well as the intermicellar interaction parameter. The latter was used to estimate the minimum concentration of electrolyte that promotes morphological changes in the micelles (sphere to rod transition). The micellar hydrodynamic radius was calculated by using the Stokes-Einstein equation. A complementary study involved the addition of n-decanol to surfactant solutions and the diffusion coefficient was compared with the one obtained in the absence of the fatty alcohol. Experiments were also performed in solutions containing other surfactants (C14TABr, C12TABr e C10TABr) to investigate the dependence of D on the length of the hydrophobic tail. The influence of the hydrodynamic radii and supporting electrolyte concentration for the sphere to rod transition on the surfactant tail was also studied. A brief study on the electrochemical oxidation of ferrocene at two different micellar media (C16TABr and SDS sodium dodecyl sulfate) was done. The voltammetric experiments showed that the anodic process occurs at less positive potentials in solutions containing SDS and a likely explanation involves the electrostatic interaction between the micelle and the electrode surface. Experiments with a homemade twin-electrode thin-layer cell (TETLC) were performed in order to evaluate the interaction of ferrocinium, the product of ferrocene oxidation, with C16TABr micelles. The diffusion coefficient of ferrocinium was obtained and the affinity of this generated electroactive species with the micellar core was discussed.

A soja é a principal cultura do agronegócio brasileiro, setor responsável por cerca de 30% do PIB e por aproximadamente 40% das exportações totais do país. Do ponto de vista dos agroquímicos a soja é a cultura de maior mercado para os defensivos agrícolas, tendo sido, em 2007, responsável por 42,6% das receitas totais do segmento. O glifosato é o ativo herbicida mais utilizado nas plantações de soja e leva em sua formulação grande quantidade de tensoativos, os quais servem para aumentar a molhabilidade sobre as folhas e facilitar a aplicação. Realizada sob a forma de pulverização, a aplicação normalmente é feita antes do plantio da cultura e quando as plantas atingem o estágio V2 de crescimento, pois é quando ocorre competição da cultura com a daninha. A pulverização torna inevitável o contato da formulação com a soja, bem como com o aplicador. Medidas de ângulo de contato foram feitas sobre folha de soja e de uma gramínea que tipicamente acomete esta cultura. Foram testadas soluções de tensoativos comuns (aniônico, catiônico e neutro), de um tensoativo utilizado em formulações de herbicida e de uma formulação, a qual consiste numa mistura de tensoativos. Gotas dessas soluções foram mantidas em contato com a folha de soja e de gramínea até total evaporação e foi avaliada a mudança na morfologia das mesmas após esse contato através de microscopia eletrônica de varredura, comparando com as folhas analisadas logo após colheita. A cera da soja foi extraída com clorofórmio e analisada por cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massas. A cera extraída foi testada contra bactérias Gram-positiva e Gram-negativa a fim de avaliar sua atividade antimicrobiana. Carbonato de cálcio foi utilizado como adsorvente para o glifosato como proposta de uma formulação de herbicida sólida a qual libere o ativo no solo ao longo do tempo, minimizando o contato com o aplicador e contaminação de solos e águas. O método colorimétrico para quantificação de fosfato foi utilizado para avaliar a eficiência de adsorção e dessorção do glifosato sobre carbonato. A caracterização do sólido formado após adsorção foi feita através de microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Os tensoativos mostraram afinidade pela cera epicuticular da folha de soja, solubilizando-a e causando perda de sua estrutura. Tensoativos com maior cmc, tipicamente os carregados e de cadeia mais curta, mostraram maior potencial de solubilização. A cera, composta por hidrocarbonetos, éster e amida de cadeia longa, não mostrou atividade biocida frente às bactérias, evidenciando que a morfologia é a responsável pela má adesão física de patógenos sobre a superfície da folha e consequente proteção da mesma. O glifosato mostrou ter grande afinidade pelo carbonato de cálcio, promovendo mudança na sua estrutura cristalina e tornando inviável sua utilização como formulação de herbicida. Entretanto, a forte interação entre os dois coloca o carbonato como um possível pré-concentrador de glifosato no tratamento de águas contaminadas. / Soybean is the main culture of Brazilian agribusiness, sector responsible for about 30% of the Gross Domestic Product and 40% of the countrys exportation. In relation to agrochemicals, soybean has the biggest market for agricultural defensives. In 2007 it was responsible for 42.6% of the incomes in the segment. Glyphosate is the most widely used herbicide active on soy crops; its formulation contains surfactants, which serve to increase the wettability on the leaves and to make its application easier. The application, in the form of spraying, is usually done before planting the crop and when the plants reach the growth stage V2, when there is competition between the culture and the weed. Spraying makes inevitable the contact of the formulation with soybeans, as well as with the applicator. Contact angle measurements were made on soybean leaf and a grass that typically afflicts this culture. Solutions of common surfactants (anionic, cationic and neutral), a surfactant used in herbicide formulations and a formulation, which is a mixture of surfactants, were tested. Drops of these solutions were kept in contact with soy and grass leaves until total evaporation and their change in morphology was evaluated after this contact through scanning electronic microscopy, comparing with the leaves analyzed right after harvest. Soy wax was extracted with chloroform and analyzed by gas chromatography coupled to mass spectrometer. The wax extracted was tested against Gram-positive and Gram-negative bacteria in order to evaluate its antimicrobial activity. Calcium carbonate was used as adsorbent for glyphosate as a proposition of a solid herbicide formulation which releases the active in the soil over time, minimizing the contact with the applicator and contamination of soils and waters. The colorimetric method for quantification of phosphate was used to evaluate the efficiency of absorption and desorption of glyphosate on carbonate. The characterization of the solid formed after adsorption was made using scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Surfactants showed affinity for epicuticular wax of soybean leaves, solubilizing it and causing loss of its structure. Surfactants with greater cmc, typically those with charged head and shorter chain, showed the greatest potential of solubilization. Wax, composed of hydrocarbons, ester and long-chain amide, showed no biocidal activity against bacteria, showing that the morphology is responsible for weak adhesion of pathogens on the leaf surface and subsequent protection of the same. Glyphosate showed great affinity for calcium carbonate, promoting change in its crystalline structure and making it impossible to be used as an herbicide formulation. However, the strong interaction between them enables the pre-concentration of glyphosate in the treatment of contaminated water.

Não consta Resumo na publicação. / Abstract not available

Resumo Em diversas formulações industriais, encontram-se, facilmente, vários exemplos da utilização de biopolímeros derivados de celulose em conjunto com tensoativos. Entretanto, na literatura, há divergências se ocorre realmente uma interação entre um polímero não iônico, como os derivados aquo-solúveis de celulose, em conjunto com tensoativos catiônicos. Desta forma, neste projeto de Mestrado, foram investigadas as interações entre três derivados de celulose (2-hidroxietil celulose, 2-HEC; hidroxipropil celulose, HPC e hidroximetilpropil celulose, HMPC) e três tensoativos catiônicos (cloreto de benzil-hexadecildimetilamônio, CBz; cloreto de fenil-hexadecildimetilamônio, Fenil e cloreto de 2-feniletil hexadecildimetilamônio, 2-Feniletil) obtendo-se informações sobre a estrutura dos agregados formados por este sistema através de medidas de condutividade, fluorescência no estado estacionário e viscosidade. Estas técnicas forneceram os parâmetros de concentração de agregação crítica (cac), concentração micelar crítica (cmc), grau de dissociação micelar e viscosidade das soluções. Em uma segunda etapa, foi investigada a variação da cmc do tensoativo zwitteriônico, coco amido propil betaína (CAPB), em soluções aquosas com diferentes pHs, visando futuros estudos de interação deste compostos com os biopolímeros derivados ou não de celulose. / There are many industrial formulations that are consisted of a biopolymer, such as cellulose derivatives, and surfactants. However, in literature, there are some divergences if there is a cooperative interaction between non-ionic polymers, and cationic surfactants. For this reason, in this project, the interactions between three cellulose derivatives (2- hydroxyethyl cellulose, 2-HEC, hydroxypropyl cellulose, HPC, and hydroxymethylpropyl cellulose, HPMC), and cationic surfactants (benzyl hexadecyldimethylammonium chloride, CBz, phenylhexadecyldimethylammonium chloride, Fenil, and 2-phenylethyl hexadecyl dimethylammonium chloride, 2-Feniletil) were studied through conductivity, steady-state fluorescence and viscosity measurements. The critical aggregation concentration (cac), critical micelle concentration (cmc), micelle dissociation degree, and viscosity were determined for each polymer surfactant system. In addition, the cmc of a zwitterionic surfactant, coco amido propyl betaine (CAPB), was measured in aqueous solutions of different pHs. This last experiment was performed as a preliminary essay to study the interaction of zwitterionic surfactant with several types of biopolymers.

O presente trabalho enfoca o desenvolvimento de procedimentos analíticos limpos através da extração e pré-concentração de íons metálicos em ponto nuvem para aumento de sensibilidade, melhoria de seletividade e substituição de solventes tóxicos. Cobre(II), ferro(II) e níquel(II) foram extraídos simultaneamente em digeridos de materiais vegetais, utilizando como agente extrator o Triton X-114, após formarem complexos hidrofóbicos com o 1,2-tiazolilazo-2-naftol (TAN). Os analitos foram determinados por espectrometria de absorção atômica com chama (Cu, Fe e Ni) ou por espectrofotometria de absorção molecular (Fe). A determinação de Cu e Ni por espectrofotometria de absorção molecular foi inviabilizada por interferências espectrais causadas pela formação de complexos com diversos íons metálicos encontrados nos digeridos dos materiais vegetais. Nas medidas por FAAS, os limites de detecção (99,7 % de confiança) foram estimados em 1,10 e 5 µg L-1 para cobre, ferro e níquel, respectivamente. Respostas lineares foram observadas para cobre e ferro na faixa de concentração de 25-200 µg L-1 e para o níquel entre 5 e 80 µg L-1 . O fator de enriquecimento foi estimado em 30 e a extração dos analitos foi quantitativa, de acordo com medidas efetuadas no sobrenadante após extração. Na determinação de ferro por espectrofotometria de absorção molecular, o limite de detecção foi estimado em 1 µg L-1 , com resposta linear entre 6 e 60 µg L-1 e fator de enriquecimento estimado em 20. Após digestão com ácidos diluídos em forno de microondas, o procedimento proposto foi aplicado à determinação dos analitos em digeridos de materiais de referência certificados, sendo os resultados concordantes com os valores certificados a nível de confiança de 95 %. O consumo de reagentes foi estimado em 50 mg Triton X-114 e 150 µg TAN por determinação. / This work is focused on the development of green analytical procedures for cloud-point extraction and concentration of metal ions, aiming increasing sensitivity, improving selectivity and avoiding the use of toxic solvents. Copper(II), iron(II) and nickel(II) were simultaneously extracted from plant materials digests, by using Triton X-114 as extracting agent, after formation of hydrophobic complexes with 1,2- tiazolylazo-2-naphthol (TAN). The analytes were determined by flame atomic absorption spectrometry (Cu, Fe and Ni) or by molecular absorption spectrophotometry (Fe). The determination of Cu and Ni by UV-vis spectrophotometry was hindered by spectral interferences caused by the formation of complexes with several metal ions in the sample digests. In the measurements by FAAS, the detection limits (99.7 % confidence level) were estimated as 1, 10 and 5 µg L-1 for copper, iron and nickel, respectively. Linear responses were observed in the 25-200 µg L-1 range for copper and iron and 5-80 µg L-1 for nickel. The enrichment factor was estimated as 30 and the extraction was quantitative, as evaluated by measurements in the supernatant solution after extraction. For iron determination by UV-vis spectrophotometry, the detection limit was estimated as 1 µg L-1 , with linear response within 6 and 60 µg L-1 and enrichment factor of 20. After digestion with diluted acids in microwave oven, the procedure was applied to the determination of the metals in reference materials and the results agreed with the certified values at the 95 % confidence level. The reagent consumption was estimated as 50 mg Triton X-114 and 150 µg TAN per determination.

Neste trabalho são apresentados resultados sobre o uso da voltametria com microeletrodos para o estudo de sistemas micelares. Estes estudos se basearam na obtenção de coeficientes de difusão de micelas em solução aquosa. Para tanto, o ferroceno foi utilizado como sonda eletroativa, haja vista que esta molécula é pouco solúvel em água e possui grande afinidade pelo interior micelar. A partir de experimentos envolvendo o tensoativo brometo de hexadecil trimetil amônio (C16TABr) pôde-se calcular parâmetros como o coeficiente de difusão do agregado na concentração micelar crítica e o coeficiente de interação intermicelar com a aplicação dos dados de coeficiente de difusão obtidos pela teoria de interação linear. O coeficiente de interação intermicelar permitiu a estimativa da concentração de eletrólito necessária para a mudança morfológica da micela (micela esférica para micela alongada). O raio hidronâmico da micela foi o calculado a partir da relação Stokes-Einstein. Um estudo complementar envolveu a adição de n-decanol à solução de tensoativo, e comparações dos coeficientes de difusão obtidos na presença e na ausência do álcool foram efetuadas. Estudos subseqüentes foram realizados empregando outros tensoativos (C14TABr, C12TABr e C10TABr) com a finalidade de verificar a dependência do coeficiente de difusão micelar com o comprimento da cauda hidrofóbica da molécula do tensoativo. A influência de outros parâmetros como o raio hidrodinâmico e a concentração de eletrólito necessária para a transição morfológica com o comprimento da cauda hidrofóbica também foi estudada. Em experimentos voltamétricos envolvendo a oxidação eletroquímica do ferroceno em meio de C16TABr e de SDS (dodecil sulfato de sódio) foi verificado que o sinal anódico ocorre em potenciais menos positivos em soluções de SDS, fato justificado pela interação da micela de SDS, negativamente carregada, com a superfície do eletrodo positivamente carregado. A investigação da interação do produto de oxidação eletroquímica do ferroceno, o íon ferrocínio, com as micelas de C16TABr foi realizada em experimentos envolvendo uma microestrutura geradora-coletora. Esta estrutura consiste em dois eletrodos de área similar separados por um canal de espessura micrométrica. A utilização deste dispositivo possibilitou a obtenção do coeficiente de difusão do ferrocínio e, a partir deste dado, foi possível fazer inferências sobre a afinidade deste íon pelo interior micelar. / Voltammetry with platinum disc microelectrodes was employed to gain information on diffusion coefficients, D, of micelles in aqueous solution. Owing to the low solubility in water and high affinity for the micellar core, ferrocene was used as electroactive probe. Diffusion coefficients of hexadecyl trimethyl ammonium bromide (C16TABr) were determined in solutions containing the surfactant in different concentrations and the data were fitted according to the linear interaction theory. This procedure allowed the diffusion coefficient at the critical micelle concentration to be found, as well as the intermicellar interaction parameter. The latter was used to estimate the minimum concentration of electrolyte that promotes morphological changes in the micelles (sphere to rod transition). The micellar hydrodynamic radius was calculated by using the Stokes-Einstein equation. A complementary study involved the addition of n-decanol to surfactant solutions and the diffusion coefficient was compared with the one obtained in the absence of the fatty alcohol. Experiments were also performed in solutions containing other surfactants (C14TABr, C12TABr e C10TABr) to investigate the dependence of D on the length of the hydrophobic tail. The influence of the hydrodynamic radii and supporting electrolyte concentration for the sphere to rod transition on the surfactant tail was also studied. A brief study on the electrochemical oxidation of ferrocene at two different micellar media (C16TABr and SDS sodium dodecyl sulfate) was done. The voltammetric experiments showed that the anodic process occurs at less positive potentials in solutions containing SDS and a likely explanation involves the electrostatic interaction between the micelle and the electrode surface. Experiments with a homemade twin-electrode thin-layer cell (TETLC) were performed in order to evaluate the interaction of ferrocinium, the product of ferrocene oxidation, with C16TABr micelles. The diffusion coefficient of ferrocinium was obtained and the affinity of this generated electroactive species with the micellar core was discussed.