Um das Verhalten von Actiniden im Menschen (Stoffwechsel), in geologischen und in biologischen Systemen vorherzusagen, ist es erforderlich deren Speziation genau zu kennen. Zur Bestimmung dieser wird das chemische Verhalten des Urans hinsichtlich Komplexbildungsreaktionen und Redoxreaktionen in Modellsystemen untersucht. Anhand der gewonnenen thermodynamischen Konstanten und dem Redoxverhalten können Risikoabschätzungen für das jeweilige untersuchte System getroffen werden. Das umweltrelevante Uran(IV)-Uran(VI)-Redoxsystem besitzt mit der metastabilen fünfwertigen Oxidationsstufe einen zumeist kurzlebigen Zwischenzustand. Innerhalb dieser Arbeit gelang es erstmalig die Uran(V)-Fluoreszenz mittels laserspektroskopischer Methoden nach zu weisen. Beispielsweise konnte das Bandenmaximum von aquatischem Uranyl(V) im perchlorhaltigem Medium (λex = 255 nm) mit 440 nm, bei einer Fluoreszenzlebensdauer von 1,10 ± 0,02 µs bestimmt werden. Die fluoreszenzspektroskopische Untersuchung eines aquatischen [U(V)O2(CO3)3]5--Komplexes (λex= 255 nm und 408 nm) zeigte bei Raumtemperatur keine Fluoreszenz. Durch Anwendung der Tieftemperaturtechnik wurden bekannte Quencheffekte des Carbonats unterdrückt, so dass bei beiden Anregungswellenlängen ein für Uran(V) typisches Fluoreszenzspektrum im Bereich von 375 nm bis 450 nm, mit Bandenmaxima bei 401,5 nm (λex = 255 nm) und 413,0 nm (λex = 408 nm) detektiert werden konnte. Darüber hinaus konnte bei 153 K (λex = 255 nm) eine Fluoreszenzlebensdauer von 120 ± 0,1 µs bestimmt werden. Untersetzt wurden diese fluoreszenzspektroskopischen Nachweise durch mikroskopische Studien verschiedener Uran(IV)-Festphasen (Uraninit…UO2, Uran(IV) Tetrachlorid…UCl4) und einer sulfathaltigen Uran(IV)-Lösung (UIVSO4). Diese wurden durch kontinuierliche Sauerstoffzufuhr zu Uran(VI) oxidiert. Die ablaufende Oxidation wurde mit dem konfokalen Laser Scanning Mikroskop (CLSM) verfolgt, wobei die Proben mit einer Wellenlänge von 408 nm zur Fluoreszenz angeregt wurden. Die auftretenden Bandenmaxima bei 445,5 nm (UO2), bei 445,5 nm (UCl4) und bei 440,0 nm (UIVSO4) konnten eindeutig der Uran(V)-Fluoreszenz zugeordnet werden. Zur Bestimmung thermodynamischer Konstanten mit Hilfe der Tieftemperaturfluoreszenz wurde zunächst der Einfluss der Temperatur auf das Fluoreszenzverhalten des freien Uranyl(VI)-Ions näher betrachtet. Es zeigte sich, dass mit Erwärmung der Probe (T>298 K) die Fluoreszenzlebensdauer von 1,88 µs (298 K) deutlich absinkt. Die Fluoreszenzintensität verringerte sich dabei um 2,3 % pro 1 K zwischen 273 K und 313 K. Im Gegensatz dazu, steigt die Fluoreszenzlebensdauer um das 150-fache auf 257,9 µs bei einer Verminderung der Temperatur (T <298 K) auf 153 K. Das weitere Absenken der Temperatur (T <153 K) zeigte keinen Einfluss auf die Fluoreszenzlebensdauer. Die Lage der Hauptemissionsbanden des freien Uranyl(VI)-Ions (488,0 nm, 509,4 nm, 532,4 nm, 558,0 nm, 586,0 nm) zeigte bei diesen Untersuchungen keine temperaturabhängige Verschiebung. Die Validierung der Tieftemperaturtechnik zur Bestimmung thermodynamischer Konstanten mittels zeitaufgelöster laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie erfolgte anhand des Uran(VI)-Citrat-Systems. Im Gegensatz zu bisherigen fluoreszenzspektroskopischen Betrachtungen bei Raumtemperatur wurde das Fluoreszenzsignal bei tiefen Temperaturen mit einsetzender Komplexierung nicht gequencht, woraus die Ausprägung einer gut interpretierbaren Fluoreszenz resultierte. Die Analyse der spektralen Daten mit SPECFIT ergaben mit log β101 = 7,24 ± 0,16 für den [UO2(Cit)]--Komplex und log β202 = 18,90 ± 0,26 für den [(UO2)2(Cit)2]2 -Komplex exakt die in der Literatur angegebenen Stabilitätskonstanten. Zudem konnten Einzelkomponentenspektren mit Bandenmaxima bei 475,3 nm, 591,8 nm, 513,5 nm, 537,0 nm und 561,9 nm für den 1:0:1-Komplex und 483,6 nm, 502,7 nm, 524,5 nm, 548,1 nm und 574,0 nm für den 2:0:2-Komplex und Fluoreszenzlebensdauern von 79 ± 15 µs (1:0:1) und 10 ± 3 µs (2:0:2) bestimmt werden. Zur Modellkomplexierung des Uran-Citrat-Systems wurde in dieser Arbeit auch das Komplexbildungsverhalten von U(IV) in Gegenwart von Citronensäure untersucht. Hierbei wurden über den gesamten pH-Wertbereich gelöste Uran-Citrat-Spezies spektroskopisch nachgewiesen und die Stabilitätskonstanten sowie die Einzelkomponentenspektren für die neu gebildeten Uran(IV) und (VI)-Spezies bestimmt. Für die neu gebildeten Citrat-Komplexe des sechswertigen Urans wurden Komplexbildungskonstanten von log β203 = 22,67 ± 0,34 ([(UO2)2(Cit)3]5-) und log β103 = 12,35 ± 0,22 ([UO2(Cit)3]7-) und für die Komplexe des vierwertigen Urans von log β1-21 = -9,74 ± 0,23 ([U(OH)2Cit]-) und log β1 31 = -20,36 ± 0,22 ([U(OH)3Cit]2-) bestimmt. Untersuchungen zum Redoxverhalten von Uran in Gegenwart von Citronensäure zeigten unter aeroben und anaeroben Versuchsbedingungen eine photochemische Reduktion vom U(VI) zu U(IV), welche spektroskopisch nachgewiesen werden konnte. Dabei zeigt speziell die Reaktion unter oxidierenden Bedingungen, welchen großen Einfluss vor allem organischen Liganden auf das chemische Verhalten des Urans haben können. Sowohl die Reduktion unter O2- als auch die unter N2-Atmosphäre, weisen ein Maximum bei einem pH Wert von 3,5 bis 4 auf. Unter anaeroben Bedingungen reduziert die Citronensäure mit ca. 66 %, 14 % mehr Uran(VI) zu Uran(IV) als unter anaeroben Bedingungen mit ca. 52 %. Ab einem pH-Wert von 7 konnte eine Reduktion nur unter sauerstofffreien Bedingungen festgestellt werden. Die Wechselwirkung von U(VI) in Gegenwart von Glucose wurde hinsichtlich Reduktion und Komplexierung des Uran(VI) betrachtet. Mit Hilfe der zeitaufgelösten laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen wurde dabei ein Uranyl(VI)-Glucose-Komplex nachgewiesen. Die Komplexierung wurde lediglich bei pH 5 beobachtet und weist eine Komplexbildungskonstante von log βI=0,1 M = 15,25 ± 0,96 für den [UO2(C6H12O6)]2+-Komplex auf. Mit einer Fluoreszenzlebensdauer von 20,9 ± 2,9 µs und den Hauptemissionsbanden bei 499,0nm, 512,1 nm, 525,2 nm, 541,7 nm und 559,3 nm konnte der Uranyl(VI)-Glucose-Komplex fluoreszenzspektroskopisch charakterisiert werden. Unter reduzierenden Bedingungen wurde, ab pH-Wert 4 eine auftretende Umwandlung vom sechswertigen zum vierwertigen Uran durch Glucose in Gegenwart von Licht beobachtet. Der Anteil an gebildetem Uran(IV) steigt asymptotischen bis zu einem pH-Wert von 9, wo das Maximum mit 16 % bestimmt wurde. Als Reaktionsprodukt der Redoxreaktion wurde eine Uran(VI)-Uran(IV)-Mischphase mit der Summenformel [UIV(UVIO2)5(OH)2]12+ identifiziert. Mit Hilfe der cryo-TRLFS wurde, durch Verminderung von Quencheffekten die Uranspeziation in natürlichen Medien (Urin, Mineralwasser) direkt bestimmt. Proben mit Uran Konzentrationen von < 0,1 µg/L konnten dadurch analysiert werden. In handelsüblichen Mineralwässern wurde die zu erwartende Komplexierung durch Carbonat nachgewiesen. Im Urin zeigte sich in Abhängigkeit vom pH-Wert eine unterschiedliche Uranspeziation. Die fluoreszenzspektroskopische Untersuchung wies bei niedrigerem pH Wert (pH<6) eine Mischung aus Citrat- und Phosphat-Komplexierung des U(VI) und bei höheren pH-Wert (pH>6) eine deutliche Beteilung von Carbonat an der Komplexierung auf. Diese Ergebnisse stehen in sehr guter Übereinstimmung mit theoretischen Modellrechnungen zur Uranspeziation im Urin. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass für eine zuverlässigere Prognose des Urantransportes in Geo- und Biosphäre in Zukunft nicht nur Betrachtungen zur Komplexchemie, sondern auch zum Redoxverhalten des Urans nötig sind, um die Mobilität in der Natur richtig abschätzen zu können.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Biodegradable, edible wheat gluten films offer a renewable alternative to plastic food packaging or can be incorporated directly in the food product. Wheat gluten is a good option because it forms a fibrous network, lending strength and elasticity to films. The goal of this research project was to produce, with a water-based film formulation and methodology, smooth, homogeneous wheat gluten films with low water vapour permeability (WVP). The water-based film formulation also served to compare the FT Wonder wheat cultivar, grown in Ontario, to commercially produced wheat gluten and determine the effect of wheat source on the film properties, surface morphology, surface hydrophobicity, WVP, and film swelling in water for different pH, temperature and casting surface conditions. Fluorescence, SPR, and casting formulation viscosity provided preliminary information on the mechanism of film formation and on gluten protein structure induced by modifying the film formulation. This research provides an alternate use for some Ontario wheat cultivars based on their properties in films compared to commercial sources of gluten. As a result, using Ontario cultivars to prepare gluten film packaging material has potential as an alternate source of income for Ontario farmers. This research also defines the film properties for gluten films produced from aqueous solutions, helping to identify processing parameters that could bring gluten films on par with plastic packaging and make gluten films a viable alternative food packaging material. Finally, it was determined that the water vapour permeability of wheat gluten films was not correlated to film surface contact angle.

This work presents the development of a laser-induced fluorescence technique to measure atmospheric formaldehyde. In conjunction with the technique, the design of a compact, narrow linewidth, etalon-tuned titanium:sapphire laser cavity which is pumped by the second harmonic of a kilohertz Nd:YAG laser is also presented. The fundamental tunable range is from 690-1100 nm depending on mirror reflectivities and optics kit used. The conversion efficiency is at least 25% for the fundamental, and 2-3% for intracavity frequency doubling from 3.5-4W 532 nm pump power. The linewidth is < 0.1 cm-1, and the pulsewidth is 18 nsec. Also presented are observations of gas-phase sulfuric acid from the NEAQS-ITCT 2K4 (New England Air Quality Study Intercontinental Transport and Chemical Transformation) field campaign in July and August 2004. Sulfuric acid values are reported for a polluted environment and possible nucleation events as well as particle growth within the boundary layer are explored. Sulfate production rates via gas phase oxidation of sulfur dioxide are also reported. This analysis allows an important test of our ability to predict sulfuric acid concentration and probe its use as a fast time response photochemical tracer for the hydroxyl radical, OH. In comparison, the NASA time-dependent photochemical box model is used to calculate OH concentration. Nighttime H2SO4 values are examined to test our understanding of nocturnal OH levels and oxidation processes. In comparison, sulfuric acid from a large ground based mission in Tecámac, México (near the northern boundary of Mexico City) during MIRAGE-Mex field campaign (March 2006) is presented. The observations in conjunction with the NASA LARc Photochemical box model are used to explore ozone production, nitrate and sulfate formation, and radical levels and radical production rates during the day. The one minute observations of sulfuric acid, sulfur dioxide, and aerosol surface area were again used to calculate OH levels assuming steady state, and are in good agreement with observations of OH (R2 = 0.7). Photochemical activity is found to be a maximum during the morning hours, as seen in ozone and nitrate formation.

Fluorescence spectroscopy was examined as a potential technique for identifying aerosol particles like bacterial spores. This technique was used for laboratory measurements on some common biological agent simulants. We have measured the intrinsic steady-state fluorescence emission spectra as a function of the excitation wavelength for several bacterial spores (washed and unwashed) in dry and aqueous suspensions at room temperature using excitation wavelengths from 200 to 600 nm. These measurements were compared to those of common, naturally occurring biological components like fungal spores and pollen and non spore samples like ovalbumin. The spectra of samples were combined into fluorescence profiles or fluorescence fingerprints. Different substrates were used for collection and detection of spores. Each bacterium produces a unique in vitro fluorescence profile when measured in dried and aqueous suspension and exhibits a strong maximum in its fluorescence emission spectrum near 330-340 nm. The fluorescence profiles were reproducible. The complexity of microorganisms made the interpretation of their spectral signature a difficult task. Principal components analysis (PCA) and cluster analysis were done as a data reduction technique for detection and identification from different backgrounds. PCA illustrates that linear combination of detected fluorescence intensities, which are present in different ratios in each of samples studied, can be used to discriminate biological agent simulants from other biological samples. The hydration effects, washing effects and the role of tryptophan on spore fluorescence were also investigated. The emission spectra of the dried spores showed a maximum near 330 nm, suggesting a hydrophobic environment for its tryptophan residues. The aqueous solution of tryptophan showed fluorescence shifted to 360 nm and in ethanol solution the maximum was shifted to 340 nm, suggesting a rather more polar average location of the tryptophan. To find the limit of detection we measured the quantum efficiency (QE) of a few samples. We concluded that spectroscopy techniques coupled with effective interpretation models are applicable to biological simulants agents. Index Heading: Bacteria; Spores; Identification; Fluorescence; Fluorescence Quantum Efficiency; Principal Components Analysis; Cluster Analysis.

Thesis (Ph.D.)--Mississippi State University. Department of Physics and Astronomy. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--Miami University, Dept. of Chemistry and Biochemistry, 2004. / Title from first page of PDF document. Includes bibliographical references (p. 57-64).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-16Bitstream added on 2014-06-13T20:31:07Z : No. of bitstreams: 1 estebanflorez_fl_me_arafo.pdf: 4818126 bytes, checksum: 136867861dfe8fc2d361248949270525 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O clareamento dental é uma técnica que surgiu no inicio do século XIX. Desde então, e em função dos resultados obtidos ao longo do tempo, esta foi sendo alterada de maneira a reduzir os riscos do procedimento e ao mesmo tempo melhorar o resultado estético obtido. Com o aparecimento das fontes de luz para uso odontológico, novas e interessantes possibilidades surgiram e permitiram a utilização de métodos de aceleração que respeitem a fisiologia pulpar, que diminuam o tempo de exposição do paciente aos agentes peróxidos e promovam ainda a obtenção de bons resultados estéticos. Nos dias de hoje, pode-se observar na literatura importantes questionamentos acerca da contribuição efetiva da luz visível no processo e, os efeitos dos agentes peróxidos nas estruturas cristalinas dos dentes, materiais restauradores em geral e tecidos moles. Estas preocupações foram o cerne da motivação para a realização desta pesquisa, sendo assim, este trabalho vem propor uma série de metodologias inovadoras que avaliem através de tecnologias modernas os mecanismos básicos de interação da luz visível com o peróxido de hidrogênio e com os pigmentos orgânicos. Os experimentos aqui demonstrados abordam os fatores críticos relacionados com a eficiência do processo em diferentes substratos por meio de análise de transmitância, de fluorescência e imagens digitais. Com estes estudos pretendemos responder de maneira objetiva algumas das questões que foram observadas serem de fundamental importância no esclarecimento da real eficiência e eficácia da luz no clareamento dental. / The dental bleaching is a technique that appeared in the beginning of the XIX century. Since then, and in function of the obtained results a long the time, this has been altered in way to reduce the procedure risks and at the same time improve the aesthetic results. With the rise of light sources to be used in dentistry, new and exciting possibilities appeared and allowed the use of catalytic methods that respect the pulpal physiology, which diminishes the exposure time of the patients to the bleaching agents and provides good aesthetic results. In nowadays, it is possible to observe in the literature important questionings over the real contribution of light in the process and, the effects of the peroxide over the crystalline structure of the teeth, restorative materials and soft tissues. These concerning were the major motivation to the realization of this research, in this way, this work proposes a new series of methods that asses by the use of new technologies the basic mechanisms of visible light interaction with the hydrogen peroxide and with the organic pigments. The experiments here demonstrated study the critical factors related with the process efficiency in different substrates by digital images, transmittance and fluorescence. With these studies we pretend to respond in objective way some questions that were observed to be of fundamental importance in the understanding of the light efficiency and efficacy to the dental bleaching.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Osmir Batista de Oliveira Júnior / Banca: Vanderlei Salvador Bagnato / Banca: Carlos EduardoFrancci / Resumo: O clareamento dental é uma técnica que surgiu no inicio do século XIX. Desde então, e em função dos resultados obtidos ao longo do tempo, esta foi sendo alterada de maneira a reduzir os riscos do procedimento e ao mesmo tempo melhorar o resultado estético obtido. Com o aparecimento das fontes de luz para uso odontológico, novas e interessantes possibilidades surgiram e permitiram a utilização de métodos de aceleração que respeitem a fisiologia pulpar, que diminuam o tempo de exposição do paciente aos agentes peróxidos e promovam ainda a obtenção de bons resultados estéticos. Nos dias de hoje, pode-se observar na literatura importantes questionamentos acerca da contribuição efetiva da luz visível no processo e, os efeitos dos agentes peróxidos nas estruturas cristalinas dos dentes, materiais restauradores em geral e tecidos moles. Estas preocupações foram o cerne da motivação para a realização desta pesquisa, sendo assim, este trabalho vem propor uma série de metodologias inovadoras que avaliem através de tecnologias modernas os mecanismos básicos de interação da luz visível com o peróxido de hidrogênio e com os pigmentos orgânicos. Os experimentos aqui demonstrados abordam os fatores críticos relacionados com a eficiência do processo em diferentes substratos por meio de análise de transmitância, de fluorescência e imagens digitais. Com estes estudos pretendemos responder de maneira objetiva algumas das questões que foram observadas serem de fundamental importância no esclarecimento da real eficiência e eficácia da luz no clareamento dental. / Abstract: The dental bleaching is a technique that appeared in the beginning of the XIX century. Since then, and in function of the obtained results a long the time, this has been altered in way to reduce the procedure risks and at the same time improve the aesthetic results. With the rise of light sources to be used in dentistry, new and exciting possibilities appeared and allowed the use of catalytic methods that respect the pulpal physiology, which diminishes the exposure time of the patients to the bleaching agents and provides good aesthetic results. In nowadays, it is possible to observe in the literature important questionings over the real contribution of light in the process and, the effects of the peroxide over the crystalline structure of the teeth, restorative materials and soft tissues. These concerning were the major motivation to the realization of this research, in this way, this work proposes a new series of methods that asses by the use of new technologies the basic mechanisms of visible light interaction with the hydrogen peroxide and with the organic pigments. The experiments here demonstrated study the critical factors related with the process efficiency in different substrates by digital images, transmittance and fluorescence. With these studies we pretend to respond in objective way some questions that were observed to be of fundamental importance in the understanding of the light efficiency and efficacy to the dental bleaching. / Mestre