Recently, there has been a growing drive towards the bottom-up development of synthetic cells that mimic key cellular features. A cellular feature ubiquitous amongst cells is that of compartmentalisation. Compartmentalisation enables the spatiotemporal control of biochemical reactions and is thus vital for the development of synthetic cells. To date, most synthetic cell models have utilised classical membrane bound containers as model compartments. However, recent advances in cell biology have highlighted the importance of membraneless compartments formed via liquid-liquid phase separation (LLPS) as organisation centres. It has been suggested that these organelles play a critical role in regulating cell biochemistry, yet very little is known about their interactions with enzymatic reactions. Thus, aiming to develop novel synthetic capabilities, the work presented in this thesis designs and characterises synthetic cells which include features of membraneless compartmentalisation. These systems utilise complex coacervates, a specific type of LLPS that is driven by the electrostatic attraction of oppositely charged polymers, as model membraneless compartments. These low complexity systems subsequently provide ideal platforms for systematic investigations of the interaction of membraneless coacervate compartments with enzymatic reactions. In Chapter 3 and 4, I focus on developing a responsive synthetic cell system that recapitulates features of membrane-bound and membraneless compartmentalisation. I generate a pH-responsive system by exploiting the intrinsic pKa of cationic polylysine to trigger coacervation within a liposome. This synthetic cell is then functionalised with the enzyme formate dehydrogenase (FDH). I show that coacervate properties can be utilized to locally concentrate and activate the FDH reaction at low enzyme concentrations, thus demonstrating that membraneless compartments can activate reactions via sequestration into coacervate reaction centres. In Chapter 5, I then proceed to characterise whether the diffusive exchange of molecules across a droplet phase boundary effects enzyme dynamics. Synthetic cells constructed from emulsion droplets with coacervate sub-compartments were used as model systems with diffusive exchange, while bulk coacervate and supernatant phases were used as uncoupled model systems without exchange. I studied the FDH reaction in both models and I conclude that coupling of the phases increases reaction rates compared to an uncoupled system. When coupled, the supernatant acts as a ’sink’ removing the product NADH from the coacervate droplets. This increases the apparent reaction rate in the supernatant, while the reduction of NADH concentration in the coacervate reduces product inhibition. This demonstrated that the open phase boundary tightly couples membraneless droplets to their surroundings, which can ultimately lead to increased reaction rates both inside and outside the compartments. Finally in Chapter 6, I scrutinize enzyme kinetics of the enzymes FDH and β -galactosidase in the unique coacervate physicochemical environment using Michaelis-Menten assays in CM-Dex/PDDA bulk phase. Results show that the KM and Vmax of FDH significantly increased compared to buffer, while those of β-galactosidase do not. I hypothesise that the negatively charged formate substrate of the FDH reaction interacts strongly with the positively charged PDDA, decreasing its affinity for the enzyme. Furthermore, I suggest that the coacervate environment facilitates the rate limiting hydride transfer of the reaction, thereby increasing the maximum rate. This data demonstrates that the coacervate environment itself can tune and control enzyme dynamics. In conclusion, my work establishes responsive, tunable and enzymatically active syn- thetic cellular systems with features of membraneless compartmentalisation. My results indicate that membraneless compartments can have significant impact on the dynamics of enzymatic reactions, opening up possible ways to control reaction rates in synthetic systems and suggesting plausible functions for membraneless organelles in vivo. Overall, I demonstrate that rationally designed synthetic cells provide biomimetic experimental platforms that offer insights into the influence of membraneless compartmentalisation on enzymatic reactions. Parts of the presented work have been published as two first author publications in peer-reviewed journals. / ‘Bottom-up'’ Modelle synthetischer Zellen, die Schlüsselmerkmale zellbasierten Lebens imitieren, rücken immer mehr in den Fokus. Von zentraler Bedeutung ist hier die Kompartmentbildung. Sie erst ermöglicht die räumliche und zeitliche Kontrolle biochemischer Abläufe und ist daher entscheidend bei der Entwicklung synthetischer Zellen. Bisher wurden in der Mehrzahl der synthetischen Zellmodelle klassische, membrangebundene Reaktionsräume als Modellkompartimente verwendet. Jüngste Fortschritte in der Zellbiologie belegen jedoch die Bedeutung von membranlosen Kompartimenten, die durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS) gebildet werden. Es wird angenommen, dass diese membranlosen Kompartimente eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Zellchemie spielen. Jedoch ist bisher nur sehr wenig über ihren Einfluss auf enzymatische Reaktionen bekannt und experimentell belegt. Mit dem Ziel, die Bandbreite und das Verständnis synthetischer Modelle zu erweitern, wurden in dieser Arbeit neue Methoden entwickelt und dargestellt, die membranlose Kompartmentbildung benutzen. Es wurden hierfür komplexe Koazervate eingesetzt, eine spezielle Art der LLPS, welche durch die elektrostatische Anziehung von entgegengesetzt geladenen Polymeren angetrieben wird. Diese verhältnismäßig einfachen Systeme bieten eine ideale Plattform für systematische Untersuchungen des Einflusses von membranlosen Koazervatkompartimenten auf enzymatische Reaktionen. In den Kapiteln 3 und 4 konzentrierte ich mich auf die Entwicklung eines reaktionsfähigen synthetischen Modellsystems, das die Phänomene sowohl membrangebundener als auch membranfreier Kompartmentbildung vereint. Zur Steuerung der Koazervierung innerhalb von Liposomen wurde ein pH-reaktives System verwendet, welches sich den intrinsischen pKa von kationischen Polylysin zunutze macht. Diese synthetis- che Zelle wurde im folgenden Schritt mit dem Enzym Formiat-Dehydrogenase (FDH) funktionalisiert. Ich konnte damit zeigen, dass es die Eigenschaften von Koazervaten ermöglichen, die FDH-Reaktion bei global sehr niedrigen Enzymkonzentrationen zu aktivieren. Hierbei wirken die membranlosen Koazervate in Folge einer lokal er- höhten Enzymkonzentration als Zentren gesteigerter Reaktivität. Dies geschieht durch die lokale Konzentrationserhöhung in Koazervaten, was bei LLPS auch durch den Verteilungskoeffizient beschrieben wird. Mit anderen Worten agieren diese membran- losen Kompartimente durch Sequestrierung als Reaktionszentren. Im Kapitel 5 charakterisierte ich den Einfluss von diffusivem Molekülaustausch auf die Enzymkinetik über die Koazervat-Phasengrenze hinweg. Hierbei wurden zwei Systeme miteinander verglichen. Einerseits wurde ein synthetisches Zellmodell, beste- hend aus mikrofluidisch hergestellten Wasser-in-Öl Emulsionstropfen, die Koazervate enthalten, als Modellsystem mit diffusivem Austausch zwischen den Phasen verwendet. Andererseits wurden separate, reine Koazervatphasen und reine Überstandsphasen als Modellsysteme ohne Austausch verwendet. Ich habe die FDH-Reaktion in beiden Modellsystemen untersucht und kam zu dem Schluss, dass die Kopplung der Phasen die Reaktionsgeschwindigkeiten im Vergleich zu den ungekoppelten Systemen erhöht. Bei der Kopplung wirkt die Überstandsphase als Senke, die das Produkt NADH aus den Koazervaten aufnimmt. Dies erhöht die scheinbare Reaktionsgeschwindigkeit im Überstand, während die Verringerung der NADH-Konzentration im Koazervat die Produkthemmung verringert. Dies zeigt, dass die offene Phasengrenze membranloser Kompartimente eng mit ihrer Umgebung gekoppelt ist, was als erhöhte Reaktionsraten sowohl innerhalb als auch außerhalb der Kompartimente gemessen werden kann. Schließlich untersuchte ich in Kapitel 6 die Enzymkinetik der Enzyme FDH und β- Galaktosidase in der physikalisch-chemischen Umgebung des Koazervats. Mit Hilfe von Michaelis-Menten-Experimenten in der CM-Dextran/PDDA-Bulkphase konnte gezeigt werden, dass KM und Vmax von FDH im Vergleich zum Überstand signifikant erhöht sind, wohingegen jene von β-Galaktosidase ein solches Verhalten nicht zeigen. Das führte mich zu der Hypothese, dass das negativ geladene Formiatsubstrat der FDH- Reaktion stark mit dem positiv geladenen PDDA interagiert, wodurch seine Affinität für das Enzym abnimmt. Darüber hinaus wird der ratenbegrenzende Hydridtransfer in der Umgebung des Koazervats erleichtert und es kann eine Erhöhung der Reaktionsrate beobachtet werden. Die Daten zeigen, dass abhängig vom Koazervat-Milieu die Enzymdynamik in verschiedene Richtungen gesteuert werden kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass meine Arbeit reaktionsfähige, steuerbare und enzymatisch aktive synthetische Zellsysteme mit Eigenschaften membranloser Kompartmentbildung etabliert. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass membranlose Kompartimente einen signifikanten Einfluss auf die Dynamik enzymatischer Reaktio- nen haben. Meine Untersuchungen eröffnen damit neuartige Wege zur Kontrolle der Reaktionsgeschwindigkeit in synthetischen Systemen und erweitern das Verständnis möglicher Funktionen membranloser Organellen in vivo. Insgesamt zeige ich, dass über- legt entworfene synthetische Zellen eine hervorragende biomimetische Plattform bieten, um Einblicke in den Einfluss von membranloser Kompartimentierung auf enzymatische Reaktionen zu gewinnen. Teile der vorgestellten Arbeit wurden als wissenschaftliche Beiträge in zwei begutachteten Journalen als Erstautor veröffentlicht.

Les protéines de type prion, contenant des Séquences en acides aminés de Faible Complexité (SFC), ont tendance à s’agréger et à former des compartiments non-membranaires dans la cellule. Ces derniers ont des propriétés physiques communes à celles des liquides, telles que la capacité de mouiller les surfaces, de s’écouler et de fusionner avec d’autres corps liquides. Dans cette étude, nous avons démontré que la protéine Hrp1 forme, in vitro, des gouttes de différentes tailles via une transition de phase liquide à liquide, et ce, uniquement lorsqu’elle est exposée à un milieu chargé négativement. Exclusivement dans ce même milieu, nous avons aussi observé que le domaine SFC de Hrp1 s’assemble et forme une matière de type gel. Sur la base de ces observations, nous avons émis l’hypothèse que la tendance des systèmes moléculaires à former des compartiments liquides in vivo peut être influencée par la présence, dans le cytosol, de polyélectrolytes chargés négativement tels que l'ADN, l'ARN et les polyphosphates (PolyP). En utilisant la levure comme modèle cellulaire et des techniques de microscopie à fluorescence, nous nous sommes focalisés sur l’étude du rôle des PolyP dans l'assemblage des P-bodies. Les P-bodies ont été choisis comme système moléculaire de référence in vivo, étant des corps qui, après une transition de phase, se trouvent dans le cytosol sous forme de gouttes. Nous avons démontré que la déplétion du phosphate et la délétion du gène vtc4, responsable de la synthèse des PolyP dans la levure, n’ont pas d’influence dans la formation des P-bodies. Nous avons aussi remarqué que les PolyP et la protéine Edc3, une des composantes principales des P-bodies, ne sont pas co-localisés dans la cellule. Cette étude préliminaire nous suggère un manque de corrélation entre la formation des P-bodies et la présence de PolyP dans la cellule. Cependant, pour confirmer nos observations, des expériences complémentaires doivent être envisagées, en considérant d’autres composantes des P-bodies, tel que Lsm4, ou en analysant, in vivo, les effets des PolyP sur d’autres systèmes moléculaires de nature liquide. / Prion-like proteins containing Low Complexity Sequences (LCSs) have the propensity to aggregate and form membrane-less compartments in the cell. These proteins form droplets that have liquid features such as wetting, dripping and fusion. In this study, we demonstrated that the prion domain-containing protein Hrp1 forms droplets of different sizes in the presence of negatively charged polymers via liquid-liquid phase separation, whereas under the same conditions, the prion-like domain PolyQ/N of Hrp1 forms a gel-like material. Based on these findings, we hypothesize that droplets in vivo could be modulated by negatively charged polyelectrolytes found in the cell such as DNA, RNA and polyphosphate (PolyP). My goal was to examine the role of the polyanionic nature of PolyP on the assembly of P-bodies using Saccharomyces cerevisiae as a cellular model and fluorescence microscopy. We chose to study processing (P)- bodies, based on previous findings that these cellular subcompartments are formed by liquid-liquid phase separation of component proteins in the cytoplasm. We found that depleting phosphate from the media and deleting vtc4 gene, which is responsible for PolyP synthesis, did not have any effect on P-body formation. In addition, we demonstrated that PolyP and the protein Edc3, a core component of P-bodies, do not colocalize. Our data suggest that PolyP does not affect P-body formation. However, further and complementary studies have to be performed to confirm that PolyP have no effects on other membrane-less organelles.

Bifenilas policloradas (PCBs) são componentes de óleo ascarel, usado extensamente (no Brasil até os anos 80) como isolante em transformadores de energia devido às suas propriedades físico-químicas como estabilidade térmica e alta constante dielétrica. Apesar de ter sido proibido em todo o mundo devido à alta toxicidade dos PCBs presentes em sua composição, ainda resta grande quantidade de ascarel em circulação como resíduo \"passivo\" e resultante de contaminação em trocas dos fluidos dos transformadores, além de vazamentos. A principal forma de eliminação é por incineração, que, além de ser um processo caro, pode provocar a formação de compostos mais tóxicos, as dioxinas. Por isso é importante o monitoramento da concentração dessas substâncias, a fim de evitar maiores impactos ambientais na sua disposição, bem como em estudos de biodegradação. Esta matriz é extremamente complexa, o que torna a extração e determinação desses analitos um processo trabalhoso e difícil. Neste trabalho avaliaram-se métodos de extração e determinação de PCBs presentes na solução padrão comercial PCB Congener MIX 1, SUPELCO (PCBs 10, 28, 52, 138, 153 e 180). O desenvolvimento de métodos de extração (cromatografia em coluna, extração líquido-líquido (L-L), extração em fase sólida (SPE) e micro-extração em fase sólida - SPME) dos PCBs foi seguido da determinação, por cromatografia gasosa com detector por captura de elétrons (CG/DCE), em três matrizes diferentes: óleo ascarel, amostras provenientes de reatores anaeróbios em batelada e solo. Os métodos cuja purificação e extração diminuíram o efeito dos interferentes da matriz, como SPE - Sulfoxide, cromatografia em coluna de sílica e extração L-L com n-hexano foram validados pela avaliação dos seguintes parâmetros: linearidade e faixa de aplicação; precisão instrumental; limite de detecção, limite de quantificação e recuperação absoluta. O critério de escolha entre os métodos para extração dos PCBs do óleo que forneceram maior eficiência (cartucho SPE Sulfoxide e coluna de sílica gel, após lavagem ácida; método da adição de padrão, entre 1,0 e 4,0 mg L-1) deve considerar a disponibilidade de recursos, pois a sílica gel é mais viável economicamente do que o cartucho SPE. Os valores de R2 > 0,99 para o método de extração com sílica, mesmo tendo sido considerados apenas três pontos para a curva de calibração, atestam maior linearidade do que o método com SPE Sulfoxide (R2 entre 0,97 e 0,99). A extração L-L e determinação por CG/DCE dos PCBs (padronização interna) de amostras provenientes de reatores anaeróbios em batelada (aquosas, em matriz extremamente complexa com biomassa e espuma de poliuretano para imobilização de microrganismos) foram eficientes na faixa de concentração entre 0,05 e 0,5 mg L-1. Esse método foi adequado para monitorar PCBs em estudo de degradação anaeróbia e teste de adsorção dos PCBs em espuma; forneceu linearidade com R2 entre 0,93 e 0,96 e limites de detecção de 0,048 a 0,298 mg L-1, além de recuperação absoluta entre 14,1% e 110,7%. As condições testadas por SPME não permitiram a extração dos PCBs de óleo e de solo, principalmente devido à dessorção incompleta dos PCBs da fibra de polidimetil-siloxano, de 100 μm. / Polychlorinated biphenyls (PCBs) are components of ascarel, oil widely used as insulation (until the \'80s in Brazil) due to its physicochemical properties such as thermal stability and high dielectric constant. Despite having been banned worldwide due to the high toxicity of PCBs present in its composition, there are still lots of outstanding ascarel as \"passive\" residue and resulting contamination of fluids in transformers exchanges, plus leaks. The main form of disposal is incineration, which, besides being costly, can cause the formation of more toxic compounds, that is, dioxins. It is therefore important to monitor the concentration of these substances in order to prevent further environmental impacts in their disposal, as well as in studies of biodegradation. This is an extremely complex matrix, which makes the extraction and determination of this analytes very difficult and labor intensive. In this work we have evaluated methods of extraction and determination of the PCBs present in the standard solution Congener MIX 1, SUPELCO (PCBs 10, 28, 52, 138, 153 e 180). The extraction and cleanup developed methods which reduced the effects of interfering matrix as solid phase extraction (SPE) - Sulfoxide, column chromatography on silica and liquid-liquid (L-L) extraction with n-hexane, and solid phase microextraction (SPME) after determination of the PCBs by gas chromatography with electron capture detector (GC/ECD) were validated by assessing the following parameters: linearity and range of application; instrumental precision; detection limit; limit of quantification and absolute recovery. The criterion for choosing between the methods for extraction of PCBs from the oil with a higher efficiency (SPE cartridge Sulfoxide and silica gel column, after acid washing; using the standard addition method, between 1.0 and 4.0 mg L-1) must evaluate the availability resources, since the silica gel is more economically viable than the SPE cartridge. The R2 values > 0.99 for silica extraction method, even though it was considered only three points for the calibration curve, attested higher linearity than the method with SPE Sulfoxide (R2 between 0.97 and 0.99). The L-L extraction and determination by GC/ECD of the PCBs (internal standardization) of samples from batch anaerobic reactors (aqueous, in a very complex matrix with biomass and polyurethane foam for the immobilization of microorganisms) were efficient in the concentration range between 0.05 and 0.5 mg L-1. This method was suitable to monitor PCBs in anaerobic degradation studies and its adsorption on foam; provided R2 linearity between 0.93 and 0.96 and detection limits from 0.048 to 0.298 mg L-1, as well as absolute recovery between 14.1% and 110.7%. The conditions tested for SPME technique did not allow the extraction of the PCBs from the oil and soil, mainly due to the \"incomplete dessorption\" of PCBs from the polydimethylsiloxane fiber of 100 micron.

Sistemas de análises químicas em fluxo com multi-impulsão empregam bombas solenoide como unidade propulsora de fluidos, as quais proporcionam fluxos pulsados. Estes provêm um eficiente transporte radial de massas, o que garante boa homogeneização das soluções envolvidas, mesmo em situações de dispersão limitada. O objetivo principal deste trabalho foi então comparar o desempenho de metodologias envolvendo reagentes imobilizados em sistemas de análises em fluxo com fluxos constantes ou pulsados. Para isto, foram selecionadas as determinações espectrofotométricas de ácido ascórbico em produtos farmacêuticos, utilizando reator tubular de polietileno (50 cm) com MnO2(s) imobilizado, e reação com formaldoxima (0,25 mol L-1); e de carbaril em águas naturais, explorando extração líquido-líquido com xileno imobilizado em membrana de PVDF, e solução de NaOH a 0,1 mol L-1 como fluxo aceptor. Adicionalmente, compararam-se os dois tipos de fluxo em uma nova titulação em fluxo, a titulação monitorada por traçador; a determinação de acidez total em vinagres foi selecionada e utilizaram-se as titulações por injeção em fluxo e programada em triângulo, ambas empregando solução de NaOH a 0,01 mol L-1 como titulante e fenolftaleína como indicador ácido-base, com monitoramento por traçador empregando azul brilhante FCF (ca. 6 mg L-1). Na determinação de ácido ascórbico, o desempenho do sistema com fluxos pulsados foi superior àquele com fluxos constantes quanto ao limite de detecção: 0,33 contra 0,60 mg L-1 (critério 3,3 ?), e à repetibilidade: d.p.r. estimado como 2,5 contra 5,6% (n = 20); quanto à exatidão, não foi encontrada diferença estatisticamente significativa entre o método proposto e o da Farmacopeia Britânica ao nível de confiança de 95%. Na determinação de carbaril, o uso de fluxos pulsados favoreceu a extração do analito, obtendo-se uma sensibilidade 9,3% maior relativamente ao emprego de fluxos constantes, além de uma melhor linearidade da curva analítica; entretanto, o método mostrou-se susceptível a interferência de outros metilcarbamatos, o que comprometeu sua aplicação à análise de águas naturais. Na determinação de acidez total, a exploração de fluxos pulsados proporcionou menores variações da razão dos valores de absorbância relativos ao monitoramento do traçador e do indicador; não foi encontrada diferença estatística entre as titulações em fluxo propostas e o método titulométrico de referência ao nível de confiança de 95% / Multi-pumping flow systems use solenoid pumps as fluid propelling devices, which deliver pulsed flows. These flows provide an efficient radial mass transport, thus good mixing conditions even in limited sample dispersion situations. The main objective of this work was then to compare the performance of methodologies involving immobilized reagents in flow systems with constant or pulsed flows. To this end, the spectrophotometric determinations of ascorbic acid in pharmaceutical products using a 50-cm polyethylene tubular reactor with immobilized MnO2(s) with further colour-forming reaction with 0.25 mol L-1 formaldoxime; and carbaryl in natural waters exploiting liquid-liquid extraction with xylene immobilized in a PVDF membrane and a 0.1 mol L-1 ¬¬NaOH solution as acceptor stream, were selected. Moreover, constant and pulsed flows were compared in relation to a novel strategy for flow titration, named tracer-monitored titration; the determination of total acidity in vinegars was selected and flow injection and triangle-programmed titrations were applied, both using a 0.01 mol L-1 NaOH solution as titrant, phenolphtalein as acid-base indicator and ca. 6 mg L-1 brilliant blue FCF as tracer. Regarding ascorbic acid determination, the pulsed flow system was superior in relation to the constant flow system for detection limit: 0.33 against 0.60 mg L-1 (3.3 ? criterion), and for repeatability: r.s.d. estimated as 2.5 against 5.6% (n = 20); in relation to accuracy, no significant differences between the proposed method and that of the British Pharmacopoeia were found at the 95% confidence level. Regarding carbaryl determination, use of pulsed flows favored the analyte extraction, leading to a 9.3% sensitivity improvement in relation to use of constant flows; besides the attainment of better linearity of the analytical curve. The method was however susceptible to interference of other methylcarbamates, thus the application to natural water analyses was impaired. Regarding total acidity determination, pulsed flows exploitation provided lower variations in the ratio of absorbance values related to the monitoring of tracer and indicator; no significant differences between the proposed titrations and the reference method were found at the 95% confidence level

Bifenilas policloradas (PCBs) são componentes de óleo ascarel, usado extensamente (no Brasil até os anos 80) como isolante em transformadores de energia devido às suas propriedades físico-químicas como estabilidade térmica e alta constante dielétrica. Apesar de ter sido proibido em todo o mundo devido à alta toxicidade dos PCBs presentes em sua composição, ainda resta grande quantidade de ascarel em circulação como resíduo \"passivo\" e resultante de contaminação em trocas dos fluidos dos transformadores, além de vazamentos. A principal forma de eliminação é por incineração, que, além de ser um processo caro, pode provocar a formação de compostos mais tóxicos, as dioxinas. Por isso é importante o monitoramento da concentração dessas substâncias, a fim de evitar maiores impactos ambientais na sua disposição, bem como em estudos de biodegradação. Esta matriz é extremamente complexa, o que torna a extração e determinação desses analitos um processo trabalhoso e difícil. Neste trabalho avaliaram-se métodos de extração e determinação de PCBs presentes na solução padrão comercial PCB Congener MIX 1, SUPELCO (PCBs 10, 28, 52, 138, 153 e 180). O desenvolvimento de métodos de extração (cromatografia em coluna, extração líquido-líquido (L-L), extração em fase sólida (SPE) e micro-extração em fase sólida - SPME) dos PCBs foi seguido da determinação, por cromatografia gasosa com detector por captura de elétrons (CG/DCE), em três matrizes diferentes: óleo ascarel, amostras provenientes de reatores anaeróbios em batelada e solo. Os métodos cuja purificação e extração diminuíram o efeito dos interferentes da matriz, como SPE - Sulfoxide, cromatografia em coluna de sílica e extração L-L com n-hexano foram validados pela avaliação dos seguintes parâmetros: linearidade e faixa de aplicação; precisão instrumental; limite de detecção, limite de quantificação e recuperação absoluta. O critério de escolha entre os métodos para extração dos PCBs do óleo que forneceram maior eficiência (cartucho SPE Sulfoxide e coluna de sílica gel, após lavagem ácida; método da adição de padrão, entre 1,0 e 4,0 mg L-1) deve considerar a disponibilidade de recursos, pois a sílica gel é mais viável economicamente do que o cartucho SPE. Os valores de R2 > 0,99 para o método de extração com sílica, mesmo tendo sido considerados apenas três pontos para a curva de calibração, atestam maior linearidade do que o método com SPE Sulfoxide (R2 entre 0,97 e 0,99). A extração L-L e determinação por CG/DCE dos PCBs (padronização interna) de amostras provenientes de reatores anaeróbios em batelada (aquosas, em matriz extremamente complexa com biomassa e espuma de poliuretano para imobilização de microrganismos) foram eficientes na faixa de concentração entre 0,05 e 0,5 mg L-1. Esse método foi adequado para monitorar PCBs em estudo de degradação anaeróbia e teste de adsorção dos PCBs em espuma; forneceu linearidade com R2 entre 0,93 e 0,96 e limites de detecção de 0,048 a 0,298 mg L-1, além de recuperação absoluta entre 14,1% e 110,7%. As condições testadas por SPME não permitiram a extração dos PCBs de óleo e de solo, principalmente devido à dessorção incompleta dos PCBs da fibra de polidimetil-siloxano, de 100 μm. / Polychlorinated biphenyls (PCBs) are components of ascarel, oil widely used as insulation (until the \'80s in Brazil) due to its physicochemical properties such as thermal stability and high dielectric constant. Despite having been banned worldwide due to the high toxicity of PCBs present in its composition, there are still lots of outstanding ascarel as \"passive\" residue and resulting contamination of fluids in transformers exchanges, plus leaks. The main form of disposal is incineration, which, besides being costly, can cause the formation of more toxic compounds, that is, dioxins. It is therefore important to monitor the concentration of these substances in order to prevent further environmental impacts in their disposal, as well as in studies of biodegradation. This is an extremely complex matrix, which makes the extraction and determination of this analytes very difficult and labor intensive. In this work we have evaluated methods of extraction and determination of the PCBs present in the standard solution Congener MIX 1, SUPELCO (PCBs 10, 28, 52, 138, 153 e 180). The extraction and cleanup developed methods which reduced the effects of interfering matrix as solid phase extraction (SPE) - Sulfoxide, column chromatography on silica and liquid-liquid (L-L) extraction with n-hexane, and solid phase microextraction (SPME) after determination of the PCBs by gas chromatography with electron capture detector (GC/ECD) were validated by assessing the following parameters: linearity and range of application; instrumental precision; detection limit; limit of quantification and absolute recovery. The criterion for choosing between the methods for extraction of PCBs from the oil with a higher efficiency (SPE cartridge Sulfoxide and silica gel column, after acid washing; using the standard addition method, between 1.0 and 4.0 mg L-1) must evaluate the availability resources, since the silica gel is more economically viable than the SPE cartridge. The R2 values > 0.99 for silica extraction method, even though it was considered only three points for the calibration curve, attested higher linearity than the method with SPE Sulfoxide (R2 between 0.97 and 0.99). The L-L extraction and determination by GC/ECD of the PCBs (internal standardization) of samples from batch anaerobic reactors (aqueous, in a very complex matrix with biomass and polyurethane foam for the immobilization of microorganisms) were efficient in the concentration range between 0.05 and 0.5 mg L-1. This method was suitable to monitor PCBs in anaerobic degradation studies and its adsorption on foam; provided R2 linearity between 0.93 and 0.96 and detection limits from 0.048 to 0.298 mg L-1, as well as absolute recovery between 14.1% and 110.7%. The conditions tested for SPME technique did not allow the extraction of the PCBs from the oil and soil, mainly due to the \"incomplete dessorption\" of PCBs from the polydimethylsiloxane fiber of 100 micron.

Microalgae, photosynthetic microorganisms, are rich in lipids, polyunsaturated fatty acids, carbohydrates, proteins, vitamins, as well as carotenoids, which are antioxidants that may protect human body from various diseases including obesity, cardiovascular disease, vision-related diseases such as macular degeneration and certain types of cancer. These natural pigments have applications in the pharmaceutical (nutraceutical), food (coloring, functional food, and supplements), and cosmetics industries (e.g. sunscreen), as well as in aquaculture (animal feed). The Dunaliella salina microalga can synthesize 10% of dry weight in &#946;-carotene (orange pigment, pro-vitamin A activity) under high light intensity and nitrogen and phosphorus limitation, among other stress conditions. The first chapter of this thesis presents a review focused on microalgae carotenoids: culture systems, mode of operation, and applications. In this bibliographic survey, the advantages of microalgae cultivation in relation to traditional sources (higher plants) were discussed, as well as a discussion of the main cultivation systems and their importance in cell growth. This review presented a critical analysis of the different operational regimes like batch, fed-batch, semi-continuous and continuous. Relevant information on the most important world producers of microalgae carotenoids were presented. Chapter II presents the development of a modified method of dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME) for rapid extraction of &#946;-carotene from Dunaliella salina cultivated in tubular photobioreactor, with subsequent development of a rapid chromatographic screening method using a C4 column for separation of geometric isomer of &#946;-carotene. The use of benzene as extraction solvent and water with 50% acetone as dispersant provided the best condition for the extraction of this carotenoid. In HPLC (High Performance Liquid Chromatography), employing mobile phase composed of methanol and water (95:5, v/v), it was possible to detect/quantify &#946;-carotene at 14 min (retention time). Besides the short analysis time (<20 min), by the miniaturized extraction (< 10 mL organic waste) this method abide by green chemistry analytical principles. It is known that nitrogen, phosphorus, as well as carbon and vitamins are vital elements for the growth of microalgae, also determining the biochemical composition of biomass. In this sense, Chapter III presents the study of the influence of different amounts of sodium nitrate (1N = 75 mg L-1; 1.5N = 112.5 mg L-1, and 3N = 225 mg L-1) and phosphate monobasic dehydrate (1P = 5.65 mg L-1, 1.5P = 8.47 mg L-1, and 3P = 16.95 mg L-1) in seawater-based f/2 medium on the growth of Dunaliella salina and &#946;-carotene biosynthesis, by continuous process with different replenishment proportions (R = 20% and 80%). Best results of cell productivity were obtained by semicontinuous process (mean values of Px up to 6.7 x 104 cells mL-1 d-1 with medium 1N:1P; R =20%) in comparison with batch process cultivation. Maximum cell density (Xm) obtained in this work was not dependent of R, but the best results were obtained when using medium 1.5N:1.5P (mean values up to 5.6 x 105 cells mL-1 with R =80%) instead of 1N:1P. The content of &#946;-carotene in the cells, in general, was higher in cells grown in medium 1N:1P (mean yield values up to 57.5 mg g-1 with R =80%) in comparison with medium 1.5N:1.5P. The cultivation of D. salina with media 3N:3P led to a long lag phase, followed by decrease in cell density and cell lysis. The use of a tubular photobioreactor contributed to successfully cultivate this microalga without contamination by protozoa. The cultivation of Dunaliella salina in tubular photobioreactor with the use of 12:12 photoperiod was appropriate, as well as to induce carotenogenesis, in the second stage, by increasing the light intensity and absence of pH control / As microalgas, micro-organismos fotossintetizantes, são ricas em lipídios, ácidos graxos poli-insaturados, carboidratos, proteínas, vitaminas, além de carotenoides que são antioxidantes com potencial de proteger o organismo humano de várias doenças incluindo a obesidade, doenças cardiovasculares, doenças relacionadas à visão como a degeneração macular e certos tipos de câncer, entre outras. Esses pigmentos naturais têm aplicações em indústrias farmacêuticas (nutracêuticos), alimentícias (colorantes, alimentos funcionais e suplementos) e de cosméticos (exemplo: filtro solar) e na aquacultura (ração animal). A microalga Dunaliella salina é capaz de sintetizar, sob alta intensidade luminosa e limitação de nutrientes como fontes de fósforo e nitrogênio, dentre outras condições de estresse, 10 % do peso seco em &#946;-caroteno (pigmento laranja com atividade pró-vitamina A). Assim, neste trabalho, numa primeira etapa, foi feita uma revisão da literatura abordando a produção de carotenoides por microalgas, bem como sua aplicação. Nesse levantamento bibliográfico abordou-se, dentre outros assuntos, as vantagens do cultivo de microalgas em relação as fontes tradicionais (plantas superiores), assim como uma discussão dos diferentes sistemas de cultivos e sua importância no crescimento celular. Esse review apresentou uma análise crítica dos principais regimes operacionais como batch, fed-batch, semicontínuo e contínuo. Apresentou-se também informações relevantes sobre os mais importantes produtores mundiais de carotenoides de microalgas. Numa segunda etapa, foi desenvolvido um método modificado de microextração líquido-líquido dispersivo modificado (DLLME) para a rápida extração de &#946;-caroteno de Dunaliella salina cultivada em fotobiorreatores tubulares, com subsequente desenvolvimento de método cromatográfico em uma coluna C4 para a separação do isômero geométrico de &#946;-caroteno. A extração ótima de &#946;-caroteno foi obtida com benzeno como solvente extrator e água com 50% de acetona como dispersante. Empregando uma fase móvel composta por metanol e água (95:5, v/v) em HPLC, foi possível a detecção/quantificação de &#946;-caroteno com 14 minutos de tempo de retenção. Além dos tempos curtos de análises (<20 min), pela extração em volume reduzido (< 10 mL resíduos orgânicos) este método obedece aos princípios da química verde. Sabe-se que nitrogênio, fósforo, assim como carbono e vitaminas são elementos vitais para o crescimento das microalgas e também exercem influência na composição bioquímica da biomassa. Assim, na terceira etapa deste trabalho, estudou-se a influência das quantidades de nitrato de sódio (75 mg L-1, denominado 1N; 112,5 mg L-1, denominado 1,5N; 225 mg L-1, denominado 3N) e de fosfato monobásico dihidratado (5,65 mg L-1, denominado 1P; 8,47 mg L-1, denominado 1,5P; 16,95 mg L-1, denominado 3P) em meio f/2, que tem como base a água do mar, no crescimento e na síntese de &#946;-caroteno da Dunaliella salina por processo semicontínuo, com uso de frações de corte (R) de 20% e 80%. Foram obtidas produtividades celulares mais elevadas em processos semicontínuos do que em processo descontínuo, com produtividades médias de até 6,7 x 104 células mL-1 d-1 (meio 1N:1P; R =20%). A máxima concentração celular (Xm) obtida neste trabalho não foi dependente de R. Os melhores resultados de Xm foram obtidos quando se usou meio 1,5N:1,5P em vez de meio, com 1N:1P, com valores médios de até 5,6 x 105 células m L-1 (R =80%). O conteúdo de &#946;-caroteno nas células, de maneira geral, foi maior nas células cultivadas em meio 1N:1P do que no meio 1,5N:1,5P, com valores até 57,5 mg g-1 (R =80%). O cultivo de D. salina com o meio 3N:3P levou a uma longa fase lag, seguida por uma diminuição na concentração celular e sua lise. O cultivo de células em um fotobiorreator tubular contribuiu para um crescimento celular sem contaminação por protozoários. O cultivo de Dunaliella salina em fotobiorreator tubular com o uso de fotoperíodo 12:12 foi apropriado, assim como induzir a carotenogênese, no segundo estágio, por meio do aumento da intensidade luminosa e ausência de controle de pH.

O escoamento líquido-líquido, em especial o escoamento óleo-água, vem atraindo a atenção de pesquisadores devido à alta demanda pelo combustível fóssil no atual cenário petrolífero mundial e nacional. Os desafios tecnológicos colocados pelas descobertas de reservas de óleos pesados e altamente viscosos consideram, em especial, a preocupação por minimizar as perdas energéticas nas linhas. Emulsões inversas ou dispersões óleo-em-água, na qual o óleo se encontra disperso de maneira uniforme em água, caracteriza-se pela baixa viscosidade aparente, tornando-se um tipo de emulsão desejável em algumas etapas do transporte de petróleo. Esses fatos tornam essencial o estudo deste tipo de padrão para o dimensionamento e operação ótima de dutos de produção de petróleo. Contudo, não existe ainda um número abrangente de trabalhos sobre padrão disperso líquido-líquido, ao comparar com escoamento em fases separadas. Trabalhos sobre dispersões têm reportado redução de atrito sem a adição de substâncias químicas em regime turbulento. No entanto, não há ainda um entendimento satisfatório do fenômeno. Na maioria dos trabalhos, sendo quase todos realizados com óleos leves e pouco viscosos, a redução é reportada em dispersões água-em-óleo, com escassos trabalhos reportando o fenômeno em dispersões óleo-em-água. A pesquisa realizada tratou do estudo experimental e teórico de dispersões óleo-em-água em tubulações. O escoamento foi caracterizado a partir da obtenção de dados de holdup, gradiente de pressão por fricção, distribuição das fases e padrão de escoamento. Uma teoria foi proposta para explicar a redução de atrito detectada neste trabalho, baseada na existência de um filme fino de água que escoa em contato com a parede do tubo, a baixos números de Reynolds, evitando o contato direto do núcleo turbulento (mistura bifásica) com a parede do tubo. O referido filme líquido foi detectado e quantificado utilizando-se técnica visual. Além disso, um modelo dinâmico baseado na teoria de lubrificação hidrodinâmica foi desenvolvido como tentativa de explicar a formação do filme líquido parietal no escoamento turbulento de dispersões óleo-água. / Liquid-liquid flow, especially oil-water flow, has attracted the attention of researchers due to the high demand for petroleum in the current global scenario. The discovery of reserves of heavy and highly viscous oils creates new challenges which are mainly concerned with reducing the significant pressure drop in pipes. Inverse emulsion or oil-in-water dispersions in which the oil is dispersed in water is characterized by its low effective viscosity, making it a desirable type of emulsion in some steps of oil production. These facts make the study of dispersed liquid-liquid flow essential for the design and optimal operation of oil pipelines. However, the studies on such flow pattern are scanty in comparison to those on separate flows, as stratified and annular flow patterns. Drag reduction in oil-water turbulent flow without the addition of any chemical substance has been reported in some studies. This phenomenon has received increasing attention in recent years, because there is not a satisfactory understanding of its dynamics yet. Most studies, almost all using light oils, report drag reduction in dispersion of water-in-oil, with few studies reporting the phenomenon in oil-in-water dispersions. This research comprises an experimental and theoretical study on oil-in-water dispersions in pipes. Pressure gradient, holdup, phase distribution and flow patterns data were obtained to characterize the two-phase flow. A theory was proposed to explain the drag reduction detected in this work, based on the existence of a thin water film flowing in contact with the pipe wall at low Reynolds numbers, avoiding contact between the turbulent core (mixture) and the pipe wall. The liquid film was detected and quantified using visual technique. In addition, a dynamic model based on the hydrodynamic lubrication theory was developed as an attempt to explain the formation of the liquid film.

Profenofós é um organofosforado empregado como inseticida e acaricida amplamente utilizado no Brasil para o controle de pragas de cebolas, milho, soja, café, tomate, algodão, feijão, batata e outros. A irradiação é um processo empregado em todo o mundo e recomendada por diversos órgãos de saúde para a conservação de alimentos. A radiação ionizante utiliza raios gama, raios X ou aceleradores de elétrons e tem sido aplicada para eliminar ou reduzir a ação de agentes patogênicos e contribuir para aumentar o tempo de estocagem de vários alimentos. Os objetivos desse trabalho foram: (a) avaliar a degradação de soluções aquosas de profenofós submetidas à radiação ionizante, identificar e quantificar a formação de novos produtos por GC-MS; (b) analisar o efeito de feixe de elétrons em ervilhas inoculadas com soluções aquosas de profenofós; (c) sintetizar Polímeros Molecularmente Impressos (MIP) e Sílica Impressa Molecularmente (MIS), posteriormente, caracterizar os adsorventes em fase sólida e verificar sua seletividade para profenofós. O tratamento com aceleradores de elétrons com dose 31,6 kGy promoveu a formação de um novo produto de degradação e redução de 93,40 % de profenofós em soluções aquosas. Em ervilhas inoculadas com 1 &mu;g de profenofós submetidas à radiação ionizante de 30,4 kGy promoveu uma redução na concentração de profenofós em 57,46 %. Além disso, foram realizadas sínteses de MIP e MIS para a extração em fase sólida de profenofós. Os MIS sintetizados por sol-gel mostraram-se eficazes para o reconhecimento molecular e extração seletiva de profenofós. / Profenofos is an organophosphate widely used in Brazil as insecticide and acaricide in the control of pests in onions, corn, soybeans, coffee, tomato, cotton, beans, potatoes among others. Irradiation is a process used worldwide and recommended by many health agencies for food preservation. Food irradiation preserving process uses accelerated electrons, gamma rays or X-rays. Ionizing radiation treatment is applied to eliminate or to reduce the action of pathogens and to increase the shelf life of some foods. The objective of this study were (a) to evaluate the degradation of aqueous solutions of Profenofos by ionizing radiation, identify and quantify the formation of new products by GC-MS; (b) to analyze the effects of electron beam in peas inoculated with aqueous solutions of Profenofos; (c) to synthesize Molecularly Imprinted Polymer (MIP) and Molecularly Imprinted Silica (MIS), subsequently characterize the adsorbents in solid phase and check its selectivity for profenofos. The treatment with electron accelerators with 31.6 kGy dose promoted the formation of a new by-product and 93.40 % reduction of profenofos in aqueous solutions. In peas inoculated with 1 &mu;g of profenofos by ionizing radiation of 30.4 kGy promoted a reduction of 57.46 % in the concentration of profenofos. Furthermore, the MIP and MIS were performed for solid phase extraction of profenofos. The MIS synthesized by sol-gel proved to be effective for the recognition molecular and selective extraction of profenofos.

A eletroforese capilar (CE) é uma técnica de separação eficiente, que tem merecido grande atenção nas últimas duas décadas, e que oferece soluções analíticas alternativas ou complementares à cromatografia líquida num número crescente campos de aplicação, incluindo análises de fármacos, compostos biológicos e biogênicos, dentre outros. Entre as vantagens comparativas da técnica figuram separações mais rápidas com pequeno dispêndio de amostras, solução tampão (e solvente orgânico, se usado), baixo custo de operação e manutenção. Todavia, a exigüidade de amostra no capilar tem como reflexo, via de regra, limites de detecção menos favoráveis que os da HPLC, uma limitação significativa na análise de traços, suplantável por técnicas e procedimentos de extração/acumulação prévia dos analitos. Nesta tese concebeu-se e implementou-se a combinação inédita entre a CE e a préconcentração eletroquímica de metais. Novos dispositivos para extração líquido/gás/líquido mediada por membranas microporosas também foram propostos e aplicados à analise de aminas voláteis, sempre utilizando detector de condutância medida sem contato direto com a solução (C4D, contactless capacitively coupled conductivity detection). Primeiramente, sem recorrer à preconcentração, definiu-se condições de análise para 16 aminas (metilamina, dimetilamina, trimetilamina, propilamina, n-butilamina, s-butilamina, t-butilamina, hexilamina, DMAE, etanolamina, dietanolamina, trietanolamina, 1,3-diaminopropano, 1,4-diaminobutano, 1,5-diaminopentano e 1,6-diaminohexano) juntamente com íon amônio, e, para análise de 9 metais (TI++, Cd2+, Pb2+,Cr3+, Zn2+, Ag+, Cu2+, Co2+ e Ni2+). Um método completo para análise de dimetilaminoetanol em formulações cosméticas por CE-C4D foi desenvolvido e validado. Os estudos de extração e pré-concentração líquido/gás/líquido foram realizados utilizando filamento oco de Oxyphan preenchido com solução coletora. Foi construída cela para extração gasosa constituída de recipiente fechado no qual se introduz amostra com analitos voláteis, ou volatilizáveis pela adição de reagente e/ou aquecimento (pervaporação). A bobina coletora de filamento oco preenchido com solução coletora foi montada na parte interna da tampa da cela. Testes realizados com amostras de tecidos de peixe demonstraram o funcionamento do sistema, que poderá ser aperfeiçoado e aplicado, por exemplo, à análise de aminas biogênicas primárias de baixo peso molecular, indicadoras de decomposição de certos alimentos. Criou-se também extrator microvolumétrico em que o filamento de Oxyphan é montado concentricamente no interior de um capilar de sílica fundida, para realização de estudos de extração líquido/gás/líquido em fluxo. Um sistema em fluxo compreendendo válvulas e microbombas foi montado e colocado sob controle de um programa de computador (Labview), que, entre outras funções, controla o deslocamento da solução coletora exposta no filamento oco (13 &#181;L) até o ponto exato da interface em que se dá a injeção no capilar da CE. Pela primeira vez recorreu-se à acumulação eletroquímica (ECPC) de analitos num sistema FIA-CE-C4D - uma configuração baseada inteiramente na eletroquímica -, visando expandir os limites de detecção das determinações e eliminar interferência de matriz por troca de meio. Implementou-se a pré-concentração catódica seguida de redissolução anódica com uma célula eletroquímica especial, em que o capilar da eletroforese é posicionado junto ao eletrodo de trabalho, feito de ouro obtido a partir de CD\'s graváveis. Uma célula microfluídica ECPC-FIA-CE-C4D também foi construída. Tomando íons Cu2+ como sistema modelo, demonstrou-se o aumento do sinal referente aos íons cobre(lI) no eletroferograma para tempos crescentes de acumulação eletroquímica. Para a solução de alto teor salino contendo mistura dos íons Cd(II), Pb(II), Zn(lI) e Cu(II), comprovou-se a eliminação da interferência da matriz por troca de meio antes da redissolução anódica. Os testes iniciais indicam que os novos dispositivos e sistemas propostos nesta tese para uso em conjunto com a CE têm potencialidade para desencadear novas pesquisas, desenvolvimento de métodos e aplicações, sendo passíveis também de miniaturização e automação. / Capillary electrophoresis (CE) is an efficient separation technique that evolved rapidly in the last couple of decades, now offering complementary or alternative analytical solutions to liquid chromatography for an expanding number of application fields including drugs, biological and biogenic compounds. Some comparative advantages of CE are faster separation, very low consumption of buffer solutions and samples (and organic solvents, if any), lower maintenance and operational costs. However, the quantification of a few nanoliters of analyte in a capillary, as a rule, compromises the detection limits attainable by HPLC, a shortcomming in trace analysis, suplantable by extraction/preconcentration of the analytes from the sample. The combination of electrochemical preconcentration (ECPC) with CE is first proposed in this thesis and tested with metal ions. New devices for liquid/gas/liquid extraction based on microporous filaments filled with a collector solution were proposed and applied to the analysis of volatile amines, The detector of choice was the C4D (capacitively coupled contactless conductivity detection) and CE-C4D working conditions were defined for the separation and determination of: i) 16 amines (methylamine, dimethylamine, trimethylamine, propylamine, n-butylamine, s-butylamine, t-butylamine, hexilamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, DMAE, 1,3-diaminopropane, 1,4- diaminobutane, 1,5-diaminopentane and 1,6-diaminohexane) plus ammonium, ii) nine metallic ions (Tl+, Cd2+, Pb2+, Cr3+ Zn2+, Ag+, Cu2+, Co2+ e Ni2+). A complete method of analysis for Dimethyl-amino-ethanol (DMAE) in cosmetic formulations was established and validated. Liquid/gas/liquid extraction studies were based on the use of a polypropylene microporous filment (Oxyphan® ) filled with the collection solution. A closed cell was devised in which an Oxyphan® coil is installed beneath the cap and volatilization of sample components can be promoted by heating (pervaporation) or addition of a reactant. The device was successfully tested with fish samples by the detection of primary low molecular weight biogenic amines, a procedure of special interest in fast checking of fish or other foods for decomposition. A microvolumetric version of the liquid/gas/liquid extractor was created with an Oxyphan® hollow fiber mounted concentrically inside a silica capillary. A flow system comprising the micropumps, solenoid valves and the microextrator was designed, automatically operated under software control (Labview). This FIA-CE system was tested by the extraction/enrichment of volatile amines in the collecting solution (13 &#181;L) followed by accurate displacement to the interface with the CE capillary by the micropumps. Pioneering work with ECPC-FIA-CE-C4D an all-electrochemical system was conducted in this thesis aiming expanded detection limits and matrix effect reduction. An electrochemical cell for the interface with FIA-CE system was built in acrylic using gold electrodes made from gold-sputtered CD-Rs. A microfluidic version of the cell interfaced with the CE capillary was also conceived. The full system was evaluated by using Cu2+ as a model specie; an increase in analytical signal was observed as a function of the cathodic deposition time before stripping. For a mixture of Cd2+, Cu2+, Zn2+ and Pb2+ in a high saline media, elimination of the matrix interference by medium exchange before stripping was demonstrated. Initial favorable evaluations show that the devices and systems proposed in 12 the thesis have the potential to engender further research of methods and applications as well as miniaturization and automation of procedures.

Profenofós é um organofosforado empregado como inseticida e acaricida amplamente utilizado no Brasil para o controle de pragas de cebolas, milho, soja, café, tomate, algodão, feijão, batata e outros. A irradiação é um processo empregado em todo o mundo e recomendada por diversos órgãos de saúde para a conservação de alimentos. A radiação ionizante utiliza raios gama, raios X ou aceleradores de elétrons e tem sido aplicada para eliminar ou reduzir a ação de agentes patogênicos e contribuir para aumentar o tempo de estocagem de vários alimentos. Os objetivos desse trabalho foram: (a) avaliar a degradação de soluções aquosas de profenofós submetidas à radiação ionizante, identificar e quantificar a formação de novos produtos por GC-MS; (b) analisar o efeito de feixe de elétrons em ervilhas inoculadas com soluções aquosas de profenofós; (c) sintetizar Polímeros Molecularmente Impressos (MIP) e Sílica Impressa Molecularmente (MIS), posteriormente, caracterizar os adsorventes em fase sólida e verificar sua seletividade para profenofós. O tratamento com aceleradores de elétrons com dose 31,6 kGy promoveu a formação de um novo produto de degradação e redução de 93,40 % de profenofós em soluções aquosas. Em ervilhas inoculadas com 1 &mu;g de profenofós submetidas à radiação ionizante de 30,4 kGy promoveu uma redução na concentração de profenofós em 57,46 %. Além disso, foram realizadas sínteses de MIP e MIS para a extração em fase sólida de profenofós. Os MIS sintetizados por sol-gel mostraram-se eficazes para o reconhecimento molecular e extração seletiva de profenofós. / Profenofos is an organophosphate widely used in Brazil as insecticide and acaricide in the control of pests in onions, corn, soybeans, coffee, tomato, cotton, beans, potatoes among others. Irradiation is a process used worldwide and recommended by many health agencies for food preservation. Food irradiation preserving process uses accelerated electrons, gamma rays or X-rays. Ionizing radiation treatment is applied to eliminate or to reduce the action of pathogens and to increase the shelf life of some foods. The objective of this study were (a) to evaluate the degradation of aqueous solutions of Profenofos by ionizing radiation, identify and quantify the formation of new products by GC-MS; (b) to analyze the effects of electron beam in peas inoculated with aqueous solutions of Profenofos; (c) to synthesize Molecularly Imprinted Polymer (MIP) and Molecularly Imprinted Silica (MIS), subsequently characterize the adsorbents in solid phase and check its selectivity for profenofos. The treatment with electron accelerators with 31.6 kGy dose promoted the formation of a new by-product and 93.40 % reduction of profenofos in aqueous solutions. In peas inoculated with 1 &mu;g of profenofos by ionizing radiation of 30.4 kGy promoted a reduction of 57.46 % in the concentration of profenofos. Furthermore, the MIP and MIS were performed for solid phase extraction of profenofos. The MIS synthesized by sol-gel proved to be effective for the recognition molecular and selective extraction of profenofos.