Esta tese tem como objetivo estudar a derivatização da celulose sob condições homogêneas, utilizando líquidos iônicos (LIs), em micro-ondas, através de um método simples e reprodutível. Foram estudadas três etapas: i) Síntese dos LIs, buscando otimizar seu preparo; ii) Efeitos da estrutura dos LIs sobre a dissolução de celulose; iii) Otimização da derivatização da celulose em LIs. Foi realizado um planejamento experimental para a otimização da síntese dos LIs, mostrando-se que o uso de solvente molecular como diluente não traz vantagens. Na dissolução de celuloses fibrosas em LIs, observou-se a importância das estruturas dos cátions e ânions destes. Estudou-se a influência de um solvente molecular, DMSO, na reação de derivatização de celulose em LIs e percebeu-se que o uso do mesmo não é vantajoso. Por fim, realizou-se um planejamento experimental da acetilação da celulose, mostrando-se quais fatores mais afetam esse processo: tempo de reação, razão molar de anidrido acético/celulose e temperatura / The work reported has the target of studying the acylation of cellulose under homogeneous reaction conditions. Imidazolium-based ionic Liquids (ILs) were employed as solvents, and the reaction was assisted by a microwave. These following processes have been studied: Optimization of the synthesis of ILs; ii) Effects of the structure of ILs on the dissolution of cellulose; iii) Optimization of cellulose acylation. Experimental design has been applied in order to optimize the synthesis of ILs. The use of DMSO as a diluent decreased the efficiency of the synthesis. Dissolution of cellulose (eucalyptus, mercerized eucalyptus and mercerized cotton) in several ILs has shown the importance of the counter-ion and the structure of the cation side-chain. The addition of DMSO decreased the amount of dissolved cellulose. Experimental design has been applied in order to optimize the acetylation of cellulose. Reaction time, molar ratio acetic anhydride/anhydroglucose unit, and cellulose concentration influenced the reaction outcome.

Different multiple-injection methodologies and the partial filling technique (PFT) have been utilized for separation of pharmaceuticals by capillary elec-trophoresis. In multiple-injection capillary zone electrophoresis (MICZE), the samples and all standards, used for construction of the calibration curve, are analyzed within a single run. Four different modes of MICZE have been described by means of equations, which were experimentally verified. The developed equations facilitate the transfer from conventional single-injection CZE to one or more of these MICZE-modes, depending on the selectivity between the analyte and the injection marker. The applicability of two of these modes was then demonstrated by quantification of buserelin and salbutamol, re-spectively in commercially available pharmaceutical products. The content of buserelin in an injection solution was determined to 0.94 mg/ml, which only deviated slightly from the declared concentration (1 mg/ml). An alter-native mode of MICZE, offering a higher number of sequential sample injec-tions, was then utilized for single-run determination of salbutamol in 15 tab-lets, with a labelled content of 8 mg. The average content of the tablets was determined to 7.8 mg, with an intra-tablet variation of 3 % or less. Moreover, UV- and mass-spectrometric detection of enantiomeric amines, resolved by non-aqueous capillary electrophoresis (NACE), was demon-strated. Separation of enantiomeric amines was achieved using the chiral selector (-)-2,3:4,6-di-O-isopropylidene-2-keto-L-gulonic acid, (-)-DIKGA. Introduction of the non-volatile (-)-DIKGA into the mass-spectrometer was avoided by using the PFT, where the capillary is only partially filled with electrolyte containing the chiral selector.

Vinyltrialkoxysilanes are grafted onto polyolefins via a radical mechanism; in a subsequent step, the pendant alkoxysilanes hydrolyze and condense upon exposure to water, resulting formation of crosslinks. Straight chain hydrocarbons were used as model compounds to investigate the regioselectivity of vinyltrimethoxysilane grafting. To stabilize the water-sensitive grafted products, the methoxy groups were substituted using phenyllithium. It was found that this reaction must be carried out for a minimum of three days to ensure full substitution. The grafted products were then separated on a weight basis using semi-preparative HPLC. Analysis of the di-grafted fraction using edited HSQC and HSQC-TOCSY NMR showed that radical propagation occurs via 1,4- and 1,5-intramolecular hydrogen shifts along the hydrocarbon backbone, resulting in multiple grafts per backbone. Post-combustion carbon capture targets CO₂ emissions from large point sources for capture and sequestration. A new class of potential carbon capture agents known as reversible ionic liquids (RevILs) has been synthesized and evaluated in terms of potential performance parameters (e.g. CO₂ capacity, viscosity, enthalpy of regeneration). These RevILs are silylated amines, which react with CO₂ to form a salt comprising an ammonium cation and a carbamate anion that is liquid at room temperature. Structural modifications of the basic silylamine skeleton result in drastic differences in the performance of the resulting RevIL. Systematic variation of the silylated amines allowed determination of a structure-property relationship, and continued iterations will allow development of an ideal candidate for scale-up. The properties and potential applications of gold nanoparticles (AuNP) are highly dependent on their size and shape. These properties are commonly controlled during liquid-phase synthesis through the use of capping agents, which must be removed following synthesis. Reverse micelles can also be used to control the morphology of AuNP during their synthesis. When RevILs are used in the formation of these reverse micelles, either as the disperse phase or as the surfactant, the built-in switch can be used to release the nanoparticles following their synthesis. This release on command could decrease the post-synthetic steps required to clean and purify AuNP prior to use. We have successfully synthesized AuNP using a number of different RevILs.

Expansionen komprimierter Fluide finden breite Anwendung und werden hier mit Hilfe der Schwingungsspektroskopie untersucht. Dabei ist der Aggregatzustand der bei der Zerstäubung entstehenden Partikel von besonderem Interesse. In Abhängigkeit von Stagnationsdruck, Düsentemperatur, und Düsenabstand werden neben Lachgas tert-Butylalkohol und n-Pentan hinsichtlich ihrer Partikelbildung charakterisiert. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für die Expansion nahkritischer Lösungen.

L’effort physique a été reconnu comme l’un des déterminants majeurs qui affecte l’absorption pulmonaire et la cinétique des solvants industriels, composés volatils très répandus dans le milieu de travail. L’objectif global de ce projet était de caractériser la relation entre divers niveaux de charge de travail et les concentrations biologiques de l’acétone et du styrène ou de ses métabolites utilisés comme des indicateurs biologiques de l’exposition (IBEs) à ces solvants. Des modèles pharmacocinétiques à base physiologique ont été développés et validés afin de reproduire une exposition professionnelle à l’acétone et au styrène, individuellement et en combinaison, durant une semaine complète de travail (8h/jour, 5 jours). Les simulations ont été effectuées suivant une exposition aux valeurs limite d’exposition (500 ppm et 20 ppm, respectivement) et à des charges de travail de 12,5 W (repos), 25 W et 50 W. Les valeurs prédites par les modèles ont été comparées aux valeurs de référence des IBEs actuels. Le niveau d’acétone dans l’urine obtenu à la fin du dernier quart de travail était 3,5 fois supérieur à la valeur au repos (28 mg/L) pour un effort de 50 W, tandis que les niveaux de styrène dans le sang veineux et de ses métabolites dans l’urine ont augmenté d’un facteur d’environ 3,0 en comparaison avec les valeurs au repos, respectivement de 0,17 mg/L et 144 mg/g créatinine. Pour une co-exposition à des concentrations de 20 ppm de styrène et 200 ppm d’acétone et à une activité physique de 50 W, les simulations ont montré une augmentation de 10% du styrène sanguin et une faible diminution de ses métabolites dans l’urine. Les valeurs simulées par les modèles pour l’acétone ou le styrène montrent que des travailleurs dont la charge de travail équivaut à plus de 25 W sont susceptibles d’avoir des concentrations internes pouvant dépasser les valeurs de référence des IBEs respectifs de ces solvants et peuvent être à risque. Les résultats soulignent ainsi l’importance de tenir compte de la charge de travail dans la détermination d’une valeur de référence pour la surveillance biologique de l’acétone et du styrène. / Workload has been recognized as a major determinant for the pulmonary absorption and the kinetics of industrial solvents, which are volatile compounds largely used in the workplace. This study was undertaken to characterize the relationship between different levels of workload and the biological levels of acetone and styrene or its metabolites used as biological exposure indices (BEIs). Physiologically based pharmacokinetic models were adapted and validated in order to simulate a typical week long occupational exposure (8h/day, 5 days) to acetone and styrene alone or in co-exposure. Simulations were conducted at the current threshold limit values of 500 ppm and 20 ppm, respectively, and under workload levels corresponding to rest (12,5 W), 25 W and 50 W. The predicted values were compared to the current reference value of the BEIs. The end-of-shift level of acetone in urine for a workload of 50 W showed a 3,5-fold increase compared to the value at rest (28 mg/L), whereas the level of styrene in venous blood and its metabolites in urine showed about 3,0-fold increases compared to rest (0,17 mg/L and 144 mg/g creatinine, respectively). Simulations showed that a combined exposure of 20 ppm of styrene with 200 ppm of acetone at 50 W lead to an increase of styrene in blood of 10% of the corresponding level without acetone, while the level of metabolites in urine was slightly decreased. The simulated values for both acetone and styrene showed that workers performing heavy tasks (>25 W) are more likely to present higher internal levels which exceed the current BEIs reference values and may lead to health effects.The models described well the impact of workload on internal exposure and highlighted that workload needs to be taken into account while determining reference values for biological monitoring of acetone and styrene.

La substitution est une méthode de prévention primaire qui permet l’élimination à la source des dangers pour les travailleurs. Une des étapes de la démarche est la comparaison des options afin de procéder au choix final. Divers indices de comparaison, basés sur des paramètres physicochimiques, sanitaires et environnementaux des substances, permettent de guider ce choix. Toutefois, aucune évaluation de ces indices n’a été effectuée dans le cas de la substitution des solvants. Une recherche de développement a été entreprise afin de proposer une méthodologie améliorée de comparaison des solvants. La démarche d’analyse de substitution et la comparaison des options de remplacement à l’aide du rapport de danger de vapeur (« Vapour Hazard Ratio », VHR) ont été appliquées à un cas réel de substitution de solvants en entreprise. Trois indices de potentiel de surexposition (IPS) (VHR, « Måleteknisk Arbejdshygiejnisk Luftbehov » (MAL) et « SUBstitution FACtor » (SUBFAC)) et trois indices globaux de hiérarchisation des dangers (indice air (ψiair), « Indiana Relative Chemical Hazard Score » (IRCHS) et « Final Hazard Score » (FHS)) ont été évalués et comparés à partir de listes de 56 et 67 solvants respectivement. La problématique de la non-idéalité des mélanges a aussi été considérée par rapport aux IPS par l’évaluation et la comparaison de 50 mélanges de solvant. Une méthodologie d’établissement d’une valeur limite d’exposition (VLE), pour les solvants n’en possédant pas, a été développée par modélisation de type relations quantitatives propriété-propriété (QPPR). La modélisation QPPR des VLE, effectuée sur une liste de 88 solvants possédant une VLE, a été effectuée à partir des coefficients de partage octanol:air, octanol:eau, sang:air et des constantes métaboliques. L’étude de cas a montré que l’utilisation du VHR facilitait la comparaison des options, bien qu’elle puisse se heurter à l’absence de VLE. Les indices VHR et SUBFAC ont été identifiés comme des méthodes très proches, caractérisées par une forte corrélation (R=0,99) alors que l’indice MAL se distingue des deux autres IPS par une perte d’information sur la volatilité résultant en une corrélation plus faible avec le VHR (R=0,75). L’impact de la non idealité, évalué par le calcul de coefficients d’activité sur une série de 50 mélanges, a permis d’établir que les ratios entre les indices VHR corrigés et non corrigés variaient entre 0,57 et 2,7, suggérant un facteur de sécurité de cinq lors de la comparaison de mélanges. Les analyses de corrélation et de sensibilité ont montré que les indices de hiérarchisation des dangers différaient de façon importante sur leur prise en compte de paramètres comme la volatilité, les VLE, l’exposition cutanée, l’inflammabilité, la cancérogénicité et les divers paramètres environnementaux. Aucun de ces indices ne peut être recommandé pour la substitution des solvants. Deux modèles QPPR ont été développés afin de prédire des VLE et des VHR, et 61 % et 87 % des VHR prédits variaient respectivement d’un facteur maximal de deux et de cinq par rapport aux VHR calculés. Nos résultats mènent à proposer une démarche améliorée de comparaison en deux étapes. Après un tri selon des critères prioritaires de santé, de sécurité et d’environnement, la comparaison devrait se baser sur le calcul du VHR tout en considérant d’autres paramètres selon la situation concrète de l’entreprise ou du procédé. La comparaison devra tenir compte de la non-idéalité pour les mélanges, et de VLE estimées pour les solvants n’en possédant pas. / Substitution is a primary preventive method which allows the elimination of hazards to workers at the source. One of the steps in substitution analysis is the comparison between options in order to choose the best alternative. Various comparison indices based on physicochemical, health and environmental parameters of substances may facilitate the choice. However, no evaluation of theses indices has been done in the case of solvent substitution. Development research was undertaken in order to propose an improved methodology for solvent substitution. A systematic procedure of solvent substitution was applied to a real workplace case and the comparison between options was made using the Vapour Hazard Ratio (VHR). Three Overexposure Potential Indices (OPIs) (VHR, « Måleteknisk Arbejdshygiejnisk Luftbehov » (MAL) and SUBstitution FACtor (SUBFAC)) and three comprehensive hazard screening indices (air index (ψiair), Indiana Relative Chemical Hazard Score (IRCHS) and Final Hazard Score (FHS)) were evaluated and compared using a list of 56 and 67 solvents respectively. In the case of mixtures, the effect of nonideality on OPIs was also investigated by comparing 50 solvent mixtures. Quantitative property-property relationship (QPPR) models were developed for estimating Occupational Exposure Limits (OELs) for solvents without OELs. QPPR models were made from octanol:air, blood:air and metabolic constants using a list of 88 solvents. The case study showed that the use of the VHR made comparison of replacement options easier, although it was limited by the absence of an OEL for a solvent. VHR and SUBFAC were shown to be close with excellent correlation between the two indices (R=0.99) but a worse correlation was calculated between MAL and VHR (R=0.75). This was attributed to the discrete nature of the volatility parameter in MAL. The impact of nonideality, evaluated by the calculation of activity coefficients on 50 solvent mixtures, resulted in ratios between corrected and non corrected VHRs varying between 0.57 and 2.7, suggesting that a safety factor of five could be used when comparing solvent mixtures. Correlation and sensitivity analysis showed that hazard screening indices differed in the way they integrate key substitution factors such as volatility, OEL, skin exposure, flammability, carcinogenicity and various environmental parameters. No index was found to be suitable for performing solvent substitution. Two QPPR modeling approaches were developed for computing OELs and VHRs; and 61 % and 87 % of the predicted VHRs were within a factor of two and five, respectively, of the calculated VHRs. Our results lead us to propose an improved comparison procedure using a two-tier approach. In the first tier, a selection would eliminate solvent candidates having crucial health, safety and environmental impacts. In the second tier, the comparison would emphasize the VHR but also consider other parameters which are relevant to the specific context. Comparison would also take into account nonideality for mixtures and predicted OELs for solvents without such values.

Das grundlegende Verständnis von Selbstorganisationsprozessen auf molekularem Niveau ist von entscheidender Bedeutung für den Fortschritt der Nanotechnologie. In diesem Zusammenhang werden hier Untersuchungen derartiger Prozesse an der Grenzfläche zwischen einer flüssigen Phase (z.B. einer Lösung) und einer kristallinen Festkörperoberfläche durchgeführt. Die Konzentration der Lösung und die Polarität des Lösungsmittels sind von entscheidender Bedeutung für die Kontrolle der durch Selbstorganisation gebildeten Strukturen von Molekülen an den flüssig-fest Grenzflächen zu einem Graphitsubstrat (HOPG). Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen die Einflüsse dieser beiden Parameter auf die Anordnung der Moleküle. Zunächst wird die Polarität der Lösungsmittel diskutiert. Lösungsmittel mit verschiedenen Polaritäten wie Phenyloctan (unpolar), Fettsäuren (moderat polar) und Fettalkohole (stark polar) wurden verwendet um Trimesinsäure (TMA) zu lösen. TMA bildet keine geordnete Struktur aus wenn es aus Phenyloctan (PO) abgeschieden wird. Ein poröses Muster ("Chicken-wire"-Struktur) entsteht aus der Lösung von TMA in Octansäure, wohingegen aus der Lösung von TMA in Undecanol ein Linienmuster durch Koadsorption von TMA und Undecanol Molekülen gebildet wird. Als nächstes werden die Auswirkungen der Ultraschallbehandlung der Lösungen zur Kontrolle der Konzentration der Lösung und die daraus resultierende unterschiedliche molekulare Packungsdichte und Strukturen beschrieben. Eine selbstassemblierte Struktur aus Zick-Zack-Dimerketten wird bei der TMA-PO Lösung nur beobachtet, wenn die Lösung für 5 Stunden Ultraschall ausgesetzt wurde. Die hoher Packungsdichte in Form der "Flower"-Struktur wird für Lösungen von TMA in Octansäure gefunden, nachdem diese für lange Zeit mit Ultraschall behandelt wurden. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Arbeit ist die entdeckte Veresterungsreaktion an der TMA-undecanol/HOPG Grenzfläche. 1-undecyl Monoester von TMA wurde überraschender Weise an dieser Grenzfläche gefunden, nachdem die TMA-Undecanol Lösungen, für lange Zeit Ultraschall ausgesetzt wurden. Diese Monoestermoleküle bilden sich an der flüssig-fest Grenzfläche allein auf Grund der erhöhten Konzentration von TMA (ohne jegliche externe Katalysatoren). Der physikalische Hintergrund der Prozesse des Lösens und der Ultraschallbehandlung sind der Gegenstand weiterer Untersuchungen. Selbstassemblierte Abscheidung tritt auch bei Verwendung nur der reinen Lösungsmittel (Octansäure beziehungsweise Undecanol) auf, was zu verschiedenen Mustern führt, welche ebenfalls durch Ultraschallbehandlung kontrolliert eingestellt werden können.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 4 uppsatser.

19 Dec 2004. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "IS-T 2097" Chuanping Li. 12/19/2004. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

19 Dec 2004. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "IS-T 2009" Ivana Adamovic. 12/19/2004. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.