A novel, portable, filter fluorometer was developed for the determination of chloroform and TCE at environmentally-relevant levels when coupled with improved sampling techniques and reagents. Reagents selective for the TCE or chloroform convert these toxic species into fluorescent species that can be monitored. The fluorometer is based on LED excitation light sources, a battery-operated photomultiplier tube as a radiation detector, and appropriate excitation and emission filters. A unique low-power, miniature heater inside the cell holder of the fluorometer provides control of the temperature of the reagent solution above ambient temperature. The fluorometer and the sampling systems, including a miniature air pump, are portable and can be operated from a small lead battery over an entire day. Sparging, passive transfer, and membrane sampling techniques were used to transfer TCE or chloroform from the sample solution as a vapor into the appropriate reagent and to provide preconcentration. The apparatus for membrane sampling was improved to be applicable for continuous sampling of water in the field situations with minimal sample manipulation. Each of the three sampling techniques provides a transfer rate of the analyte of ~1 ng/min per ng/mL of analyte in the sample. The optimized reagent based on 1-(3-pyridylmethyl)urea provides high selectivity to chloroform and the reagent based on isonicotinamide has excellent selectivity to TCE. These two reagents serve as an alternative to the more common pyridine reagent for the determination of chloroform or TCE in water and eliminate the exposure of the user to toxic pyridine vapor. The developed filter fluorometer, the optimized reagents, and the membrane sampling technique provide a detection limit for chloroform of 0.2 and 10 ng/mL, respectively, with the pyridine and 1-(3-pyridylmethyl)urea reagent. The detection limit for TCE is 0.3 ng/mL with the isonicotinamide reagent. For TCE, the detection limit is almost two orders of magnitude better than obtained previously with a fluorometric technique. Analysis times vary from 15 to 30 min. / Graduation date: 2003

No abstract available. / Thesis (Ph.D.)-University of Natal, Durban, 1985.

O rio Paraíba do Sul, após formar o reservatório do Funil, abastece cidades ribeirinhas e a cidade do Rio de Janeiro. A INB, uma empresa da área nuclear, está localizada na margem norte deste reservatório. Neste trabalho, Ag, Al, As, Ba, Cd, Co, Cr, Fe, Mn, Ni e Pb foram determinados por ICP OES em água e sedimentos em pontos a montante e a jusante do Funil e neste. Urânio, usando fluorimetria, também foi determinado em amostras coletadas a montante e a jusante do ponto de descarga de efluentes da INB, no ribeirão da Água Branca. O estudo não mostrou evidências que a INB está provocando impacto ambiental nesse ribeirão. As, Ni e Pb em todos os pontos de amostragem e Al, Cr e Fe na maioria desses pontos apresentaram concentrações em água acima do máximo permitido pela CONAMA 357. A maioria dos elementos apresentou concentrações nas amostras de água a montante do reservatório do Funil superiores às verficadas a jusante, para ambas as estações chuvosa e seca. Os sedimentos estão impactados por As, Cd, Cr e Pb em quase todos os pontos estudados. / The Paraiba do Sul River after forming the Funil Reservoir serves as the major source of potable water for downstream cities and for the city of Rio de Janeiro. INB, a company of the nuclear area, is located in the north margin of this reservoir. In the present study, Ag, Al, As, Ba, Cd, Co, Cr, Fe, Mn, Ni and Pb were determined by ICP OES in water and sediments samples at points upstream and downstream from Funil and in this one. Uranium, using fluorimetry, was also determined in samples collected upstream and downstream from the INB effluent discharge point at the Água Branca Creek. The study did not show evidences that INB is provoking environmental impact in this creek. As, Ni and Pb in all the sampling points and Al, C and Fe in most of those points exceeded the CONAMA 357 standards for water. Most of the elements presented concentration in the water samples at the points upstream from Funil reservoir higher than those downstream, for both rainy and dry seasons. Sediments are impacted by As, Cd, Cr and Pb in almost all the studied points.

O monitoramento ambiental de forma contínua e em tempo real são desafios da realidade atual dos grandes centros urbanos, com a finalidade de prevenir desastres ambientais que possam pôr em perigo a saúde dos seres humanos e a existência de sistemas biológicos. Na presente tese foram propostos e desenvolvidos sistemas optoeletrônicos portáteis aplicados na detecção de O2, OD e íons de metais pesados, visando seu emprego no monitoramento de sistemas hidrológicos como mares, rios, lagos e lençóis freáticos. A definição final da estrutura do sistema portátil foi atingida após o desenvolvimento sistemático de diferentes ensaios experimentais. Primeiramente, foram estudadas e analisadas matrizes hospedeiras em estado sólido que fossem capazes de hospedar sistemas moleculares corantes sensíveis a certas substâncias específicas. A seguir, foi proposta e executada a integração direta dos filmes hospedeiros, dopados com moléculas corantes ativas, diretamente na superfície ativa de dispositivos fotodetectores para detecção de O2 e OD. Os resultados obtidos com estes sistemas que integram o detector e o filme ativo mostraram o mesmo nível de desempenho aos espectrômetros de bancada. Finalmente, de posse destes resultados, foi projetado e desenvolvido um sistema colorimétrico e fluorimétrico portátil e embarcado em uma placa de aquisição (myRIO-1900) da National Instruments, aplicado na detecção e classificação de íons metálicos. Destaque principal é outorgado à aplicação do colorímetro que, juntamente com o processamento de sinais e análises de padrões, utilizando o método de discriminante de Fisher, permitiu obter resultados excelentes na detecção e classificação dos íons de Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ e Ni2+, com os mesmos níveis de desempenho que os obtidos a partir de espectrômetros de bancada de elevada resolução espectral. O sistema portátil desenvolvido sugere sua aplicação no controle ambiental in situ e em tempo real, podendo ser integrado em uma rede de sensores que possam fornecer dados de maneira contínua e receber comandos de centros de controle de monitoramento ambiental. No entanto, seria necessária a formulação de algoritmos eficientes no processo de mineração de dados da rede de sensores. / The continuous and in real time environmental monitoring are challenges of the current days of large urban centers, with the aim of preventing environmental disasters that could endanger human health and the existence of biological systems. In this thesis we have proposed and developed portable optoelectronic systems applied to the detection of O2, OD and heavy metal ions, aiming its use in monitoring hydrological systems such as oceans, rivers, lakes and groundwater. The final definition of the portable system structure was achieved after the systematic development of different experimental assays. First, host matrices were studied and analyzed in solid state which were able to host dye molecular systems sensitive to certain substances. Then, we proposed and executed the direct integration of the host film, doped with active dye molecules directly on the active surface of photodetector devices to the detection of O2 and OD. The results obtained with these systems that integrate the detector and the active film showed the same level of performance than those of benchtop spectrometers. Finally, with these results, we designed and developed a colorimetric and fluorimetric portable system with an embedded acquisition board (myRIO-1900) from National Instruments, applied to the detection and classification of metal ions. Main focus is given to the application of the colorimeter which, along with the signal processing and pattern analysis using the Fisher discriminant method, allowed to obtain excellent results in the detection and classification of Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ and Ni2+ ions, with the same level of performance related to those obtained from high spectral resolution benchtop spectrometers. The portable system developed in the present thesis suggests its application in environmental control in situ and in real time, so that it can be integrated in a network of sensors that may provide continuous data and receive commands from environmental monitoring control center; nevertheless, requiring for that the development of efficient algorithms in data mining process of the sensor network.

O monitoramento ambiental de forma contínua e em tempo real são desafios da realidade atual dos grandes centros urbanos, com a finalidade de prevenir desastres ambientais que possam pôr em perigo a saúde dos seres humanos e a existência de sistemas biológicos. Na presente tese foram propostos e desenvolvidos sistemas optoeletrônicos portáteis aplicados na detecção de O2, OD e íons de metais pesados, visando seu emprego no monitoramento de sistemas hidrológicos como mares, rios, lagos e lençóis freáticos. A definição final da estrutura do sistema portátil foi atingida após o desenvolvimento sistemático de diferentes ensaios experimentais. Primeiramente, foram estudadas e analisadas matrizes hospedeiras em estado sólido que fossem capazes de hospedar sistemas moleculares corantes sensíveis a certas substâncias específicas. A seguir, foi proposta e executada a integração direta dos filmes hospedeiros, dopados com moléculas corantes ativas, diretamente na superfície ativa de dispositivos fotodetectores para detecção de O2 e OD. Os resultados obtidos com estes sistemas que integram o detector e o filme ativo mostraram o mesmo nível de desempenho aos espectrômetros de bancada. Finalmente, de posse destes resultados, foi projetado e desenvolvido um sistema colorimétrico e fluorimétrico portátil e embarcado em uma placa de aquisição (myRIO-1900) da National Instruments, aplicado na detecção e classificação de íons metálicos. Destaque principal é outorgado à aplicação do colorímetro que, juntamente com o processamento de sinais e análises de padrões, utilizando o método de discriminante de Fisher, permitiu obter resultados excelentes na detecção e classificação dos íons de Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ e Ni2+, com os mesmos níveis de desempenho que os obtidos a partir de espectrômetros de bancada de elevada resolução espectral. O sistema portátil desenvolvido sugere sua aplicação no controle ambiental in situ e em tempo real, podendo ser integrado em uma rede de sensores que possam fornecer dados de maneira contínua e receber comandos de centros de controle de monitoramento ambiental. No entanto, seria necessária a formulação de algoritmos eficientes no processo de mineração de dados da rede de sensores. / The continuous and in real time environmental monitoring are challenges of the current days of large urban centers, with the aim of preventing environmental disasters that could endanger human health and the existence of biological systems. In this thesis we have proposed and developed portable optoelectronic systems applied to the detection of O2, OD and heavy metal ions, aiming its use in monitoring hydrological systems such as oceans, rivers, lakes and groundwater. The final definition of the portable system structure was achieved after the systematic development of different experimental assays. First, host matrices were studied and analyzed in solid state which were able to host dye molecular systems sensitive to certain substances. Then, we proposed and executed the direct integration of the host film, doped with active dye molecules directly on the active surface of photodetector devices to the detection of O2 and OD. The results obtained with these systems that integrate the detector and the active film showed the same level of performance than those of benchtop spectrometers. Finally, with these results, we designed and developed a colorimetric and fluorimetric portable system with an embedded acquisition board (myRIO-1900) from National Instruments, applied to the detection and classification of metal ions. Main focus is given to the application of the colorimeter which, along with the signal processing and pattern analysis using the Fisher discriminant method, allowed to obtain excellent results in the detection and classification of Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ and Ni2+ ions, with the same level of performance related to those obtained from high spectral resolution benchtop spectrometers. The portable system developed in the present thesis suggests its application in environmental control in situ and in real time, so that it can be integrated in a network of sensors that may provide continuous data and receive commands from environmental monitoring control center; nevertheless, requiring for that the development of efficient algorithms in data mining process of the sensor network.

O genoma de Xanthomonas citri (Xac) possui mais de 20 tipos de transportadores do tipo ABC incluindo o operon ssuABC associado ao transporte de alcano sulfonatos. Deste operon, escolhemos a proteína periplasmática ligadora de alcano sulfonatos SsuA2, para caracterização e análises espectroscópicas e estruturais. A rSsuA2 foi expressa no citoplasma de células de Escherichia coli e utilizada para a preparação de anticorpos em camundongos, que foram capazes de reconhecer a proteína recombinante, mas não a nativa no extrato de células de Xac. A rSssuA2 apresenta estrutura característica de proteínas alfa-beta, maior estabilidade em pH neutro (7.0), como também foi evidenciado pela obtenção de cristais somente nesta faixa, e pouca flexibilidade ao desenovelamento térmico. Os cristais difratam com resolução de 1.8 Å e pertencem ao grupo espacial de simetria P21. Além do o operon ssu (ssu2) altamente conservado, Xac apresenta o operon tau (ssu1) para captação de taurina. O papel do operon para Xac é discutido. / Xanthomonas citri (Xac) genome has more than 20 different ABC transporters, including the ssuABC operon. In this work, the alkanosulphonate-periplasmic binding protein SsuA2 was chosen for spectroscopic and structural analysis. The rSsuA2 protein was expressed as a soluble form and purified by immobilized metal affinity chromatography. Antibodies produced from the recombinant protein were able to recognize the rSsuA2, but not the native protein in the Xac extract samples. The protein presents secondary structure defined by alfa helices and beta-sheets, high stability in neutral pH and low flexibility to the thermal denaturation. The determination of the optimal pH range was important to produce crystals of high quality diffracting at 1.8 Å with symmetry of the P21 spatial group. Besides the highly conserved operon ssu (ssu2), Xac has the tau operon (ssu1) for taurine uptake.

Em face das recentes exigências das agências regulatórias quanto à aprovação de novos fármacos, os estudos de biotransformação têm-se tornado uma etapa indispensável para a identificação e otimização de compostos bioativos. O objetivo desses estudos é identificar, já nas fases iniciais da descoberta de fármacos, candidatos que apresentam propriedades indesejáveis como a (i) presença de metabólitos ativos ou tóxicos; (ii) inibição de enzimas metabolizadoras; (iii) depuração metabólica inadequada, entre outras. Neste estudo, foi realizada a caracterização metabólica e a identificação de possíveis inibidores das enzimas do citocromo P450 de oito promissores candidatos a fármacos, identificados através de ensaios virtuais como inibidores da TcGAPDH, Cruzaina e TcDHODH, todas do Trypanosoma cruzi, agente causador da doença de Chagas. Esses compostos foram testados contra as três principais isoformas do citrocromo P450: CYP 3A4, CYP 2D6 e CYP2C9. Os valores de IC50 de 1,4 µM e 1,3 µM contra a CYP2C9 foram encontrados para os compostos Nequimed53 e Nequimed125, enquanto o Nequimed42 inibiu a CYP 3A4 com um valor de IC50 de 7,12 µM. Posteriormente foi conduzida a caracterização metabólica dos compostos Nequimed53 e 125 com foco na identificação dos principais metabólitos, sítios de metabolismo e vias de biotransformação através da técnica de LC-ESI-QqTOF-MS. Para ambos os compostos, a biotransformação por microssomas extraídos de fígado de ratos deu-se preferencialmente por uma única via dependente de NADPH. No caso do Nequimed54, o metabólito formado apresentou uma variação da razão m/z de +16, indicando a ocorrência da hidroxilação do composto parental, enquanto que para o composto Nequimed125, o metabólito formado apresentou uma variação da razão m/z de -28, condizente com a perda de um fragmento etila do composto parental. / In the light of recent demands from regulatory agencies for the acceptance of new drugs, the biotransformation studies have become an essential step for the identification and optimization of bioactive compounds. The objective of these studies is to identify compounds that have undesirable properties such as (i) the presence of toxic or active metabolites, (ii) inhibition of metabolizing enzymes, (iii) excessive metabolic clearance, inter alia. In this study we characterized the metabolism and cytochrome P450 inhibition of eight compounds identified by virtual screening as inhibitors of TcGAPDH, Cruzain and TcDHODH which are of interest as targets for intervention in treatment of Chagas Disease. These compounds were tested against cytochrome P450 isoforms 3A4, 2D6 and 2C9. IC50 values of 1.4 µM and 1.3 µM against CYP 2C9 were observed for Nequimed53 and Nequimed125.while Nequimed42 inhibited CYP 3A4 with an IC50 of 7.1 µM. Subsequently, we characterized the in vitro metabolism of Nequimed53 and 125 with a focus on metabolite identification and biotransformation pathways using the LC-ESI-MS-QqTOF technique. For each, the biotransformation by rat liver microsomes occurred by a single NADPH-dependent pathway. For Nequimed54, the observed metabolite [M+16]+ indicated hydroxylation of parent compound. The metabolite [M-28]+ observed for Nequimed125 indicated desethylation of the parent compound.

We have synthesized dimethyl derivatives of the GFP chromophore (p-HOBDI) and several of its derivatives, and their photochemistry and photophysics were investigated using various steady-state and time-resolved techniques as follows. We first consider the effect of the £]-barrel on the optical properties of the GFP chromophore (p-HOBDI) experimentally by selective variation of the protonation state of chromophores and different solvents. Each of these forms shows a complex solvatochromic behavior and is governed by both polar and acid/base properties of the solvents. In contrast to their solution behavior, some O-alkyl GFP chromophore (alkoxy-BDI) derivatives exhibit large fluorescent enhancement in the solid state. The color of the crystalline BDI is tuned by substituent-mediated crystal packing, showing the potential applications in optoelectronic devices. Using femtosecond polarization-sensitive infrared (IR) spectrosceopy of the C=O stretching mode of the HOBDI, we have then discovered a near complete twisting around the ethylenic bridge between the phenolate and imidazolidinone groups upon electronic excitation. Cis/trans isomerization induced by the rotation around the bridge is thought to be responsible for the behavior of blinking in fluorescent protein; however, the mechanism of the thermal reverse isomerization is more problematic. Thus we synthesized BDI derivatives with decreasing para-donating ability, HO, CH3O, CH3, H, and Cl, and used a Hammett plot for the rate study. With a positive â value, we conceived, for the first time, a novel nucleophilic addition/elimination mechanism. Finally, the GFP chromophore falls into the general category of hydroxyarene photoacids, which exhibit high excited-state acidities but neutral ground states. A hydroxyl substituent at the meta position shows enhanced charge transfer and greater acidity in the excited state. As a result, we have demonstrated that the fast quenching of the excited state by internal conversion to the ground state is much slower in meta- than in para-HOBDI derivatives. This allows studies of this ultrafast intermolecular ESPT that competes with isomerization. The photoinduced dynamics of the meta isomer of GFP chromophore was further investigated using femtosecond transient absorption and fluorescence upconversion spectroscopies.

Em face das recentes exigências das agências regulatórias quanto à aprovação de novos fármacos, os estudos de biotransformação têm-se tornado uma etapa indispensável para a identificação e otimização de compostos bioativos. O objetivo desses estudos é identificar, já nas fases iniciais da descoberta de fármacos, candidatos que apresentam propriedades indesejáveis como a (i) presença de metabólitos ativos ou tóxicos; (ii) inibição de enzimas metabolizadoras; (iii) depuração metabólica inadequada, entre outras. Neste estudo, foi realizada a caracterização metabólica e a identificação de possíveis inibidores das enzimas do citocromo P450 de oito promissores candidatos a fármacos, identificados através de ensaios virtuais como inibidores da TcGAPDH, Cruzaina e TcDHODH, todas do Trypanosoma cruzi, agente causador da doença de Chagas. Esses compostos foram testados contra as três principais isoformas do citrocromo P450: CYP 3A4, CYP 2D6 e CYP2C9. Os valores de IC50 de 1,4 µM e 1,3 µM contra a CYP2C9 foram encontrados para os compostos Nequimed53 e Nequimed125, enquanto o Nequimed42 inibiu a CYP 3A4 com um valor de IC50 de 7,12 µM. Posteriormente foi conduzida a caracterização metabólica dos compostos Nequimed53 e 125 com foco na identificação dos principais metabólitos, sítios de metabolismo e vias de biotransformação através da técnica de LC-ESI-QqTOF-MS. Para ambos os compostos, a biotransformação por microssomas extraídos de fígado de ratos deu-se preferencialmente por uma única via dependente de NADPH. No caso do Nequimed54, o metabólito formado apresentou uma variação da razão m/z de +16, indicando a ocorrência da hidroxilação do composto parental, enquanto que para o composto Nequimed125, o metabólito formado apresentou uma variação da razão m/z de -28, condizente com a perda de um fragmento etila do composto parental. / In the light of recent demands from regulatory agencies for the acceptance of new drugs, the biotransformation studies have become an essential step for the identification and optimization of bioactive compounds. The objective of these studies is to identify compounds that have undesirable properties such as (i) the presence of toxic or active metabolites, (ii) inhibition of metabolizing enzymes, (iii) excessive metabolic clearance, inter alia. In this study we characterized the metabolism and cytochrome P450 inhibition of eight compounds identified by virtual screening as inhibitors of TcGAPDH, Cruzain and TcDHODH which are of interest as targets for intervention in treatment of Chagas Disease. These compounds were tested against cytochrome P450 isoforms 3A4, 2D6 and 2C9. IC50 values of 1.4 µM and 1.3 µM against CYP 2C9 were observed for Nequimed53 and Nequimed125.while Nequimed42 inhibited CYP 3A4 with an IC50 of 7.1 µM. Subsequently, we characterized the in vitro metabolism of Nequimed53 and 125 with a focus on metabolite identification and biotransformation pathways using the LC-ESI-MS-QqTOF technique. For each, the biotransformation by rat liver microsomes occurred by a single NADPH-dependent pathway. For Nequimed54, the observed metabolite [M+16]+ indicated hydroxylation of parent compound. The metabolite [M-28]+ observed for Nequimed125 indicated desethylation of the parent compound.

O genoma de Xanthomonas citri (Xac) possui mais de 20 tipos de transportadores do tipo ABC incluindo o operon ssuABC associado ao transporte de alcano sulfonatos. Deste operon, escolhemos a proteína periplasmática ligadora de alcano sulfonatos SsuA2, para caracterização e análises espectroscópicas e estruturais. A rSsuA2 foi expressa no citoplasma de células de Escherichia coli e utilizada para a preparação de anticorpos em camundongos, que foram capazes de reconhecer a proteína recombinante, mas não a nativa no extrato de células de Xac. A rSssuA2 apresenta estrutura característica de proteínas alfa-beta, maior estabilidade em pH neutro (7.0), como também foi evidenciado pela obtenção de cristais somente nesta faixa, e pouca flexibilidade ao desenovelamento térmico. Os cristais difratam com resolução de 1.8 Å e pertencem ao grupo espacial de simetria P21. Além do o operon ssu (ssu2) altamente conservado, Xac apresenta o operon tau (ssu1) para captação de taurina. O papel do operon para Xac é discutido. / Xanthomonas citri (Xac) genome has more than 20 different ABC transporters, including the ssuABC operon. In this work, the alkanosulphonate-periplasmic binding protein SsuA2 was chosen for spectroscopic and structural analysis. The rSsuA2 protein was expressed as a soluble form and purified by immobilized metal affinity chromatography. Antibodies produced from the recombinant protein were able to recognize the rSsuA2, but not the native protein in the Xac extract samples. The protein presents secondary structure defined by alfa helices and beta-sheets, high stability in neutral pH and low flexibility to the thermal denaturation. The determination of the optimal pH range was important to produce crystals of high quality diffracting at 1.8 Å with symmetry of the P21 spatial group. Besides the highly conserved operon ssu (ssu2), Xac has the tau operon (ssu1) for taurine uptake.