Entwicklung von chiralen- sowie RP-HPLC-Methoden in Verbindung mit hochauflösender MS und deren Anwendung zur Analyse sekundärer organischer Aerosole in der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Edelga¬sen. Obwohl Partikel weniger als 0,1% ausmachen, spielen sie eine entscheidende Rolle in der Chemie und Physik der Atmosphäre, da sie das Klima der Erde sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen. Je nach Art der Bildung unterscheidet man zwischen primären und sekundären Partikeln, wobei primäre Partikel direkt in die Atmosphäre eingetragen werden. Sekundäre Partikel hingegen entstehen durch Kondensation von schwerflüchtigen Verbindungen aus der Gasphase, welche durch Reaktionen von gasförmigen Vorläufersubstanzen (volatile organic compounds, VOCs) mit atmosphärischen Oxidantien wie Ozon oder OH-Radikalen gebildet werden. Da die meisten Vorläufersubstanzen organischer Natur sind, wird das daraus gebil¬dete Aerosol als sekundäres organisches Aerosol (SOA) bezeichnet. Anders als die meisten primären Partikel stammen die VOCs überwiegend aus biogenen Quellen. Es handelt sich da¬bei um ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die bei intensiver Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen von Pflanzen emittiert werden. Viele der leichtflüchtigen Vorläufersubstanzen sind chiral, sowohl die Vorläufer als auch die daraus gebildeten Partikel werden aber in den meisten Studien als eine Verbindung betrachtet und gemeinsam analysiert. Die mit Modellen berechneten SOA-Konzentrationen, welche auf dieser traditionellen Vorstellung der SOA-Bil¬dung beruhen, liegen deutlich unterhalb der in der Atmosphäre gefundenen, so dass neben diesem Bildungsweg auch noch andere SOA-Bildungsarten existieren müssen. Aus diesem Grund wird der Fokus der heutigen Forschung vermehrt auf die heterogene Chemie in der Partikelphase gerichtet. Glyoxal als Modellsubstanz kommt hierbei eine wichtige Rolle zu. Es handelt sich bei dieser Verbindung um ein Molekül mit einem hohen Dampfdruck, das auf Grund dieser Eigenschaft nur in der Gasphase zu finden sein sollte. Da es aber über zwei Alde¬hydgruppen verfügt, ist es sehr gut wasserlöslich und kann dadurch in die Partikelphase über¬gehen, wo es heterogenen chemischen Prozessen unterliegt. Unter anderem werden in An¬wesenheit von Ammoniumionen Imidazole gebildet, welche wegen der beiden Stickstoff-He¬teroatome lichtabsorbierende Eigenschaften besitzen. Die Verteilung von Glyoxal zwischen der Gas- und der Partikelphase wird durch das Henrysche Gesetz beschrieben, wobei die Gleichgewichtskonstante die sogenannte Henry-Konstante ist. Diese ist abhängig von der un¬tersuchten organischen Verbindung und den im Partikel vorhandenen anorganischen Salzen. Für die Untersuchung chiraler Verbindungen im SOA wurde zunächst eine Filterextraktions¬methode entwickelt und die erhaltenen Proben anschließend mittels chiraler Hochleistungs-Flüssigchromatographie, welche an ein Elektrospray-Massenspektrometer gekoppelt war, analysiert. Der Fokus lag hierbei auf dem am häufigsten emittierten Monoterpen α-Pinen und seinem Hauptprodukt, der Pinsäure. Da bei der Ozonolyse des α-Pinens das cyclische Grund¬gerüst erhalten bleibt, können trotz der beiden im Molekül vorhanden chiralen Zentren nur zwei Pinsäure Enantiomere gebildet werden. Als Extraktionsmittel wurde eine Mischung aus Methanol/Wasser 9/1 gewählt, mit welcher Extraktionseffizienzen von 65% für Pinsäure Enan¬tiomer 1 und 68% für Pinsäure Enantiomer 2 erreicht werden konnten. Des Weiteren wurden Experimente in einer Atmosphärensimulationskammer durchgeführt, um die Produkte der α-Pinen Ozonolyse eindeutig zu charakterisieren. Enantiomer 1 wurde demnach aus (+)-α-Pinen gebildet und Enantiomer 2 entstand aus (-)-α-Pinen. Auf Filterproben aus dem brasilianischen Regenwald konnte ausschließlich Pinsäure Enantiomer 2 gefunden werden. Enantiomer 1 lag dauerhaft unterhalb der Nachweisgrenze von 18,27 ng/mL. Im borealen Nadelwald war das Verhältnis umgekehrt und Pinsäure Enantiomer 1 überwog vor Pinsäure Enantiomer 2. Das Verhältnis betrug 56% Enantiomer 1 zu 44% Enantiomer 2. Saisonale Verläufe im tropischen Regenwald zeigten, dass die Konzentrationen zur Trockenzeit im August höher waren als wäh¬rend der Regenzeit im Februar. Auch im borealen Nadelwald wurden im Sommer höhere Kon¬zentrationen gemessen als im Winter. Die Verhältnisse der Enantiomere änderten sich nicht im jahreszeitlichen Verlauf. Die Bestimmung der Henry-Konstanten von Glyoxal bei verschiedenen Saataerosolen, nämlich Ammoniumsulfat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid und Ammoniumnitrat sowie die irreversible Produktbildung aus Glyoxal in Anwesenheit von Ammoniak waren Forschungs¬gegenstand einer Atmosphärensimulationskammer-Kampagne am Paul-Scherrer-Institut in Villigen, Schweiz. Hierzu wurde zunächst das zu untersuchende Saataerosol in der Kammer vorgelegt und dann aus photochemisch erzeugten OH-Radikalen und Acetylen Glyoxal er¬zeugt. Für die Bestimmung der Glyoxalkonzentration im Kammeraerosol wurde zunächst eine beste¬hende Filterextraktionsmethode modifiziert und die Analyse mittels hochauflösender Mas¬senspektrometrie realisiert. Als Extraktionsmittel kam 100% Acetonitril, ACN zum Einsatz wo¬bei die Extraktionseffizienz bei 85% lag. Für die anschließende Derivatisierung wurde 2,4-Di¬nitrophenylhydrazin, DNPH verwendet. Dieses musste zuvor drei Mal mittels Festphasenex¬traktion gereinigt werden um störende Blindwerte ausreichend zu minimieren. Die gefunde¬nen Henry-Konstanten für Ammoniumsulfat als Saataerosol stimmten gut mit in der Literatur gefundenen Werten überein. Die Werte für Natriumnitrat und Natriumchlorid als Saataerosol waren kleiner als die von Ammoniumsulfat aber größer als der Wert von reinem Wasser. Für Ammoniumnitrat und Kaliumsulfat konnten keine Konstanten berechnet werden. Alle drei Saataerosole führten zu einem „Salting-in“. Das bedeutet, dass bei Erhöhung der Salzmolalität auch die Glyoxalkonzentration im Partikel stieg. Diese Beobachtungen sind auch in der Litera¬tur beschrieben, wobei die Ergebnisse dort nicht auf der Durchführung von Kammerexperi¬menten beruhen, sondern mittels bulk-Experimenten generiert wurden. Für die Trennung der Imidazole wurde eine neue Filterextraktionsmethode entwickelt, wobei sich ein Gemisch aus mit HCl angesäuertem ACN/H2O im Verhältnis 9/1 als optimales Extrak¬tionsmittel herausstellte. Drei verschiedenen Imidazole konnten mit dieser Methode quanti¬fiziert werden, nämlich 1-H-Imidazol-4-carbaldehyd (IC), Imidazol (IM) und 2,2‘-Biimidazol (BI). Die Effizienzen lagen für BI bei 95%, für IC bei 58% und für IM bei 75%. Kammerexperimente unter Zugabe von Ammoniak zeigten höhere Imidazolkonzentrationen als solche ohne. Wurden die Experimente ohne Ammoniak in Anwesenheit von Ammoni¬umsulfat durchgeführt, wurden höhere Imidazol-Konzentrationen gefunden als ohne Ammo¬niumionen. Auch die relative Luftfeuchtigkeit spielte eine wichtige Rolle, da sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige relative Luftfeuchtigkeit zu einer verminderten Imidazolbildung führte. Durch mit 13C-markiertem Kohlenstoff durchgeführte Experimente konnte eindeutig gezeigt werden, dass es sich bei den gebildeten Imidazolen und Glyoxalprodukte handelte. Außerdem konnte der in der Literatur beschriebene Bildungsmechanismus erfolgreich weiter¬entwickelt werden. Während der CYPHEX Kampagne in Zypern konnten erstmalig Imidazole in Feldproben nach¬gewiesen werden. Das Hauptprodukt IC zeigte einen tageszeitlichen Verlauf mit höheren Kon¬zentrationen während der Nacht und korrelierte signifikant aber schwach mit der Acidität und Ammoniumionenkonzentration des gefundenen Aerosols.

Bleaching of nonvital teeth: a clinically relevant literature review

Today, the bleaching of nonvital, discolored teeth is a low-risk routine treatment for improving esthetics. This review article focuses on the etiology of tooth discolorations, different treatment techniques, and risks of bleaching procedures. Some tooth discolorations in endodontically treated teeth are caused by dental treatments. The three most popular techniques for nonvital tooth bleaching are the walking bleach technique, inside/outside bleaching, and in-office bleaching. The walking bleach technique is a relatively reliable, fairly simple technique for dentists and patients. Inside/outside bleaching can be used additionally when internal and external bleaching must be combined. Inoffice bleaching seems to be a short-term solution, the effects of which can largely be attributed to dehydration of the teeth. There are still some open questions concerning the bleaching agents. Improved safety seems desirable with regard to adding thiourea as a scavenger of radicals or newer materials such as sodium percarbonate. The thermocatalytic technique, insufficient cervical sealing, and high concentrations of bleaching agents should be avoided, as this can increase the risk of cervical root resorptions. Patients should be informed about the low predictability of bleaching success and the risk of recurrent discoloration. The risk of cervical root resorption should be discussed with the patient. There is a strong correlation between root resorption and dental trauma.

Response of gram-positive bacteria to copper stress

The Gram-positive bacteria Enterococcus hirae, Lactococcus lactis, and Bacillus subtilis have received wide attention in the study of copper homeostasis. Consequently, copper extrusion by ATPases, gene regulation by copper, and intracellular copper chaperoning are understood in some detail. This has provided profound insight into basic principles of how organisms handle copper. It also emerged that many bacterial species may not require copper for life, making copper homeostatic systems pure defense mechanisms. Structural work on copper homeostatic proteins has given insight into copper coordination and bonding and has started to give molecular insight into copper handling in biological systems. Finally, recent biochemical work has shed new light on the mechanism of copper toxicity, which may not primarily be mediated by reactive oxygen radicals.

Sperm of colourful males are better protected against oxidative stress

Sperm cells are highly vulnerable to free radicals, and sperm quality and male fertility are critically affected by oxidative stress. Recently, sexual ornaments, particularly carotenoid-based colourful traits, have been proposed to depend on a male's capacity to resist oxidative stress, and thus to signal sperm quality. We conducted an experimental test of this hypothesis on great tits Parus major, in which adults are sexually dichromatic in carotenoid-based breast plumage. We report the first evidence that ornaments and sperm quality may be linked through oxidative stress. When experimentally subjected to oxidative stress resulting from increased workload, less colourful males suffered a greater reduction in sperm motility and swimming ability, and increased levels of sperm lipid peroxidation compared to more colourful males. Moreover, the level of sperm lipid peroxidation was negatively correlated with sperm quality. Finally, carotenoid supplementation increased sperm quality of less colourful males, suggesting that pale males are deficient in carotenoid antioxidants.

Effect of sibling competition and male carotenoid supply on offspring condition and oxidative stress

Early developmental conditions have major implications for an individual's fitness. In species where offspring are born simultaneously, the level of sibling competition for food access is intense. In birds, high sibling competition may subject nestlings to decreased growth rate as a result of limited food and increased levels of oxidative stress through high metabolic activity induced by begging behaviors. We manipulated the level of sibling competition in a natural population of great tits and assessed the consequences for nestling body condition and resistance to oxidative stress. In a full factorial design, we both augmented brood size to increase sibling competition and supplemented the male parents with physiological doses of carotenoids thereby doubling the natural carotenoid intake, aiming at increasing the males' investment in current reproduction and thereby decreasing sibling competition. Nestling body mass was reduced by the brood enlargement and enhanced by the carotenoid supplementation of fathers. Nestling resistance to oxidative stress, measured as total antioxidant defenses in whole blood, was not influenced by the treatments. Because nestlings experience high metabolic activities, an absence of an effect of sibling competition on free radicals production seems unlikely. Nestling body mass decreased and resistance to oxidative stress tended to increase with initial brood size, and hence these correlational effects suggest a trade-off between morphological growth and development of the antioxidant system. However, the result of the experimental treatment did not support this trade-off hypothesis. Alternatively, it suggests that nestling developed compensatory mechanisms that were not detected by our antioxidant capacity measure.

Multidrug strategies are effective in the treatment of severe experimental pancreatitis

Trypsinogen activation, oxygen radicals, cytokines, leukocyte infiltration, and pancreatic ischemia are important steps in the pathogenesis of necrotizing pancreatitis and associated systemic complications. Several drugs that inhibit those pathogenetic steps attenuated biochemical and histologic changes, while survival remained low. The aim of the present study was to evaluate the benefit of multidrug approaches compared to monotherapies on organ injury and survival in acute experimental pancreatitis in the rat model of retrograde bile injection combined with intravenous cerulein.

Exploration of the Potential Energy Surfaces, Prediction of Atmospheric Concentrations, and Prediction of Vibrational Spectra for the HO2···(H2O)n (n = 1−2) Hydrogen Bonded Complexes

The hydroperoxy radical (HO2) plays a critical role in Earth's atmospheric chemistry as a component of many important reactions. The self-reaction of hydroperoxy radicals in the gas phase is strongly affected by the presence of water vapor. In this work, we explore the potential energy surfaces of hydroperoxy radicals hydrogen bonded to one or two water molecules, and predict atmospheric concentrations and vibrational spectra of these complexes. We predict that when the HO2 concentration is on the order of 108molecules·cm-3 at 298 K, that the number of HO2···H2O complexes is on the order of 107molecules·cm-3 and the number of HO2···(H2O)2 complexes is on the order of 106molecules·cm-3. Using the computed abundance of HO2···H2O, we predict that, at 298 K, the bimolecular rate constant for HO2···H2O + HO2 is about 10 times that for HO2 + HO2.

Antioxidant supplementation and endurance training: Win or loss?

Typically, free radicals are thought of as perpetrators of cell damage, ageing, even cancer, whereas antioxidants are seen as the defence against these threats. Accordingly, antioxidants are among the most common sports supplements used by amateur and professional athletes. However, the sensibility of this practice has recently been challenged in the scientific literature. This article briefly summarizes both positive and negative physiological effects of free radicals and antioxidants, culminating with emphasis on the signalling roles played by free radicals during training adaptations and the ability of superfluous antioxidants to weaken these desired signals, as revealed in several recent publications. The aim of this article is not to explicitly condemn antioxidant supplementation by athletes, but to underscore complexity of the situation and to champion efforts to achieve a deeper understanding of circumstances (e.g. dosage, timing, and setting) that might deem antioxidant supplementation as either largely beneficial or largely detrimental for endurance athletes in training.