UVA I-protection effectiveness of bioactive compound and organic UV filters: an in vitro assessment

This research work aimed at determining the UVA effectiveness (UVA I/UV ratio), by diffuse transmittance analysis, of sunscreens developed with a bioactive substance, the rutin, associating or not with organic UVB-UVA filters incorporated at a phosphate-base O/W emulsion. Sunscreens provided conflicting and unpredictable results concerning the anti-UVA protection, specially, at the UVA I region. Possible interactions among the organic UV filters and the polyphenolic bioactive substance may have accounted with improvement or reduction of UV protection by a complex and not yet elucidated mechanism, probably regarding wavelength delocalization to superior or inferior values, by resonant molecule stabilization or destabilization.

Organic acids and/or compound with defined microorganisms to control Salmonella enterica serovar Enteritidis experimental infection in chickens

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Leaf level VOC emissions of single plants from Amazonian and Mediterranean ecosystems: Ontogeny and flooding as stress factor for VOC emissions

Die Vegetation ist die wichtigste Quelle von organischen flüchtigen Verbindungen (auf Englisch volatile organic compounds,VOCs), die einen bemerkenswerten Einfluss auf der Chemie und Physik der Atmosphäre haben. VOCs beeinflussen die oxidative Kapazität der Atmosphäre und tragen zu der Bildung und zum Wachstum von sekundären organischen Aerosolen bei, welche einerseits eine Streuung und Reflektierung der Energie verursachen und andererseits sich an der Bildung und Entwicklung von Wolken beteiligen. Ziel dieser Arbeit war die Beschreibung und der Vergleich von VOC Emissionen aus Pflanzen aus zwei verschiedenen Ökosystemen: Mediterranes Ökosystem und Tropisches Ökosystem. Für diese Aufgabe wurden gewöhnliche Pflanzen von beiden Ökosystemen untersucht. Siebzehn Pflanzenspezies aus der Mittelmeergebiet, welches bekannt ist für seine Vielfalt an VOC emittierenden Pflanzen, wurden in die Untersuchungen einbezogen. Im Gegensatz zum mediterranen Ökosystem sind nur wenig Information verfügbar über VOC Emissionen aus Blättern tropischer Baumspezies. Vor diesem Hintergrund wurden sechsundzwanzig Baumspezies aus verschiedenen Ökotypen des Amazonasbeckens (Terra firme, Várzea und Igapó) wurden auf VOC Emissionen auf Blattebene mit einem Küvetten-System untersucht. Analysen von flüchtigen organischen Verbindungen wurden online mit PTR-MS und offline mittels Sammlung auf entsprechenden Adsorbern (Kartuschen) und nachfolgender GC-FID Analyse untersucht. Die höchsten Emissionen wurden für Isoprene beobachtete, gefolgt durch Monoterpene, Methanol und Aceton. Die meisten Mittelmeer Spezies emittierten eine hohe Vielfalt an Monoterpenspezies, hingegen zeigten nur fünf tropische Pflanzenspezies eine Monoterpene mit einen sehr konservativen Emissionsprofil (α-Pinen>Limonen>Sabinen >ß-Pinen). Mittelmeerpflanzen zeigten zusätzlich Emissionen von Sesquiterpenen, während bei der Pflanzen des Amazonas Beckens keine Sesquiterpenemissionen gefunden wurden. Dieser letzte Befund könnte aber auch durch eine niedrigere Sensitivität des Messsystems während der Arbeiten im Amazonasgebiet erklärt werden. Zusätzlich zu den Isoprenoidemissionen waren Methanolemissionen als Indikator für Wachtumsvorgänge sehr verbreitet in den meisten Pflanzenspezies aus tropischen und mediterranen Gebieten. Einige Pflanzenspezies beider Ökosystemen zeigten Acetonemissionen. rnrnVOC Emissionen werde durch eine große Vielfalt an biotischen und abiotischen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur, CO2 und Trockenheit beeinflusst. Ein anderer, öfter übersehener Faktor, der aber sehr wichtig ist für das Amazonas Becken, ist die regelmäßige Überflutung. In dieser Untersuchung wir fanden heraus, dass am Anfang einer Wurzelanoxie, die durch die Überflutung verursacht wurde, Ethanol und Acetaldehyd emittiert werden können, vor allem in Pflanzenspezies, die schlechter an eine unzureichende Sauerstoffversorgung bei Flutung adaptiert sind, wie z.B. Vatairea guianensis. Die Spezies Hevea spruceana, welche besser an Überflutung adaptiert ist, könnte möglicherweise der gebildete Ethanol sofort remetabolisieren ohne es zu emittieren. Nach einer langen Periode einer Überflutung konnte allerdings keine Emission mehr beobachtet werden, was auf eine vollständige Adaptation mit zunehmender Dauer schließen lässt. Als Reaktion auf den ausgelösten Stress können Isoprenoidemissionen ebenfalls kurzfristig nach einigen Tage an Überflutung zunehmen, fallen dann aber dann nach einer langen Periode zusammen mit der Photosynthese, Transpiration und stomatäre Leitfähigkeit deutlich ab.rnrnPflanzen Ontogenese ist anscheinend von Bedeutung für die Qualität und Quantität von VOC Emissionen. Aus diesem Grund wurden junge und erwachsene Blätter einiger gut charakterisierten Pflanzen Spezies aus dem Mittelmeerraum auf VOC Emissionen untersucht. Standard Emissionsfaktoren von Isopren waren niedriger in jungen Blättern als in erwachsene Blätter. Hingegen wurden höhere Monoterpen- und Sesquiterpenemissionen in jungen Blätter einiger Pflanzenspezies gefunden. Dieser Befund deutet auf eine potentielle Rolle dieser VOCs als Abwehrkomponenten gegen Pflanzenfresser oder Pathogene bei jungen Blätter hin. In einigen Fällen variierte auch die Zusammensetzung der Monoterpen- und Sesquiterpenspezies bei jungen und erwachsenen Blättern. Methanolemissionen waren, wie erwartet, höher in jungen Blättern als in ausgewachsenen Blättern, was mit der Demethylierung von Pectin bei der Zellwandreifung erklärt werden kann. Diese Befunde zu Änderungen der Emissionskapazität der Vegetation können für zukünftige Modellierungen herangezogen werden. rn

Development and application of an analytical method for the determination of total atmospheric biogenic non-methane organic carbon

Ein wesentlicher Anteil an organischem Kohlenstoff, der in der Atmosphäre vorhanden ist, wird als leichtflüchtige organische Verbindungen gefunden. Diese werden überwiegend durch die Biosphäre freigesetzt. Solche biogenen Emissionen haben einen großen Einfluss auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre, indem sie zur Bildung von bodennahem Ozon und sekundären organischen Aerosolen beitragen. Um die Bildung von bodennahem Ozon und von sekundären organischen Aerosolen besser zu verstehen, ist die technische Fähigkeit zur genauen Messung der Summe dieser flüchtigen organischen Substanzen notwendig. Häufig verwendete Methoden sind nur auf den Nachweis von spezifischen Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffverbindungen fokussiert. Die Summe dieser Einzelverbindungen könnte gegebenenfalls aber nur eine Untergrenze an atmosphärischen organischen Kohlenstoffkonzentrationen darstellen, da die verfügbaren Methoden nicht in der Lage sind, alle organischen Verbindungen in der Atmosphäre zu analysieren. Einige Studien sind bekannt, die sich mit der Gesamtkohlenstoffbestimmung von Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffverbindung in Luft beschäftigt haben, aber Messungen des gesamten organischen Nicht-Methan-Verbindungsaustauschs zwischen Vegetation und Atmosphäre fehlen. Daher untersuchten wir die Gesamtkohlenstoffbestimmung organische Nicht-Methan-Verbindungen aus biogenen Quellen. Die Bestimmung des organischen Gesamtkohlenstoffs wurde durch Sammeln und Anreichern dieser Verbindungen auf einem festen Adsorptionsmaterial realisiert. Dieser erste Schritt war notwendig, um die stabilen Gase CO, CO2 und CH4 von der organischen Kohlenstofffraktion zu trennen. Die organischen Verbindungen wurden thermisch desorbiert und zu CO2 oxidiert. Das aus der Oxidation entstandene CO2 wurde auf einer weiteren Anreicherungseinheit gesammelt und durch thermische Desorption und anschließende Detektion mit einem Infrarot-Gasanalysator analysiert. Als große Schwierigkeiten identifizierten wir (i) die Abtrennung von CO2 aus der Umgebungsluft von der organischen Kohlenstoffverbindungsfaktion während der Anreicherung sowie (ii) die Widerfindungsraten der verschiedenen Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff-verbindungen vom Adsorptionsmaterial, (iii) die Wahl des Katalysators sowie (iiii) auftretende Interferenzen am Detektor des Gesamtkohlenstoffanalysators. Die Wahl eines Pt-Rd Drahts als Katalysator führte zu einem bedeutenden Fortschritt in Bezug auf die korrekte Ermittlung des CO2-Hintergrund-Signals. Dies war notwendig, da CO2 auch in geringen Mengen auf der Adsorptionseinheit während der Anreicherung der leichtflüchtigen organischen Substanzen gesammelt wurde. Katalytische Materialien mit hohen Oberflächen stellten sich als unbrauchbar für diese Anwendung heraus, weil trotz hoher Temperaturen eine CO2-Aufnahme und eine spätere Abgabe durch das Katalysatormaterial beobachtet werden konnte. Die Methode wurde mit verschiedenen leichtflüchtigen organischen Einzelsubstanzen sowie in zwei Pflanzenkammer-Experimenten mit einer Auswahl an VOC-Spezies getestet, die von unterschiedlichen Pflanzen emittiert wurden. Die Pflanzenkammer-messungen wurden durch GC-MS und PTR-MS Messungen begleitet. Außerdem wurden Kalibrationstests mit verschiedenen Einzelsubstanzen aus Permeations-/Diffusionsquellen durchgeführt. Der Gesamtkohlenstoffanalysator konnte den tageszeitlichen Verlauf der Pflanzenemissionen bestätigen. Allerdings konnten Abweichungen für die Mischungsverhältnisse des organischen Gesamtkohlenstoffs von bis zu 50% im Vergleich zu den begleitenden Standardmethoden beobachtet werden.

Volatile organic compounds at the air-sea interface : gas exchange rates, oceanic emissions and the effect of ocean acidification

Oceans are key sources and sinks in the global budgets of significant atmospheric trace gases, termed Volatile Organic Compounds (VOCs). Despite their low concentrations, these species have an important role in the atmosphere, influencing ozone photochemistry and aerosol physics. Surprisingly, little work has been done on assessing their emissions or transport mechanisms and rates between ocean and atmosphere, all of which are important when modelling the atmosphere accurately.rnA new Needle Trap Device (NTD) - GC-MS method was developed for the effective sampling and analysis of VOCs in seawater. Good repeatability (RSDs <16 %), linearity (R2 = 0.96 - 0.99) and limits of detection in the range of pM were obtained for DMS, isoprene, benzene, toluene, p-xylene, (+)-α-pinene and (-)-α-pinene. Laboratory evaluation and subsequent field application indicated that the proposed method can be used successfully in place of the more usually applied extraction techniques (P&T, SPME) to extend the suite of species typically measured in the ocean and improve detection limits. rnDuring a mesocosm CO2 enrichment study, DMS, isoprene and α-pinene were identified and quantified in seawater samples, using the above mentioned method. Based on correlations with available biological datasets, the effects of ocean acidification as well as possible ocean biological sources were investigated for all examined compounds. Future ocean's acidity was shown to decrease oceanic DMS production, possibly impact isoprene emissions but not affect the production of α-pinene. rnIn a separate activity, ocean - atmosphere interactions were simulated in a large scale wind-wave canal facility, in order to investigate the gas exchange process and its controlling mechanisms. Air-water exchange rates of 14 chemical species (of which 11 VOCs) spanning a wide range of solubility (dimensionless solubility, α = 0:4 to 5470) and diffusivity (Schmidt number in water, Scw = 594 to 1194) were obtained under various turbulent (wind speed at ten meters height, u10 = 0:8 to 15ms-1) and surfactant modulated (two different sized Triton X-100 layers) surface conditions. Reliable and reproducible total gas transfer velocities were obtained and the derived values and trends were comparable to previous investigations. Through this study, a much better and more comprehensive understanding of the gas exchange process was accomplished. The role of friction velocity, uw* and mean square slope, σs2 in defining phenomena such as waves and wave breaking, near surface turbulence, bubbles and surface films was recognized as very significant. uw* was determined as the ideal turbulent parameter while σs2 described best the related surface conditions. A combination of both uw* and σs2 variables, was found to reproduce faithfully the air-water gas exchange process. rnA Total Transfer Velocity (TTV) model provided by a compilation of 14 tracers and a combination of both uw* and σs2 parameters, is proposed for the first time. Through the proposed TTV parameterization, a new physical perspective is presented which provides an accurate TTV for any tracer within the examined solubility range. rnThe development of such a comprehensive air-sea gas exchange parameterization represents a highly useful tool for regional and global models, providing accurate total transfer velocity estimations for any tracer and any sea-surface status, simplifying the calculation process and eliminating inevitable calculation uncertainty connected with the selection or combination of different parameterizations.rnrn

Orientation dependent molecular friction on organic layer compound crystals

High resolution friction force maps of the benzylammonium terminated crystalline surface of a layer compound are presented. The lateral force map acquired with an atomic force microscope, reveals a significant contrast between different molecular orientations yielding molecular rows which differ from their neighboring ones. The single crystals are formed by stacks of copper oxalate sheets sandwiched between stereoregular organic cations, resulting in highly organized surface structures. Single molecular defects are observed at small loads. The experimental results are compared with numerical calculations which indicate a transition from an unperturbed state at small loads to a distorted state at higher loads. (C) 2011 American Institute of Physics.

Gasoline emissions dominate over diesel in formation of secondary organic aerosol mass

Although laboratory experiments have shown that organic compounds in both gasoline fuel and diesel engine exhaust can form secondary organic aerosol (SOA), the fractional contribution from gasoline and diesel exhaust emissions to ambient SOA in urban environments is poorly known. Here we use airborne and ground-based measurements of organic aerosol (OA) in the Los Angeles (LA) Basin, California made during May and June 2010 to assess the amount of SOA formed from diesel emissions. Diesel emissions in the LA Basin vary between weekdays and weekends, with 54% lower diesel emissions on weekends. Despite this difference in source contributions, in air masses with similar degrees of photochemical processing, formation of OA is the same on weekends and weekdays, within the measurement uncertainties. This result indicates that the contribution from diesel emissions to SOA formation is zero within our uncertainties. Therefore, substantial reductions of SOA mass on local to global scales will be achieved by reducing gasoline vehicle emissions.

TERPENE AND TERPENOID EMISSIONS AND SECONDARY ORGANIC AEROSOL PRODUCTION

Approximately 90% of fine aerosol in the Midwestern United States has a regional component with a sizable fraction attributed to secondary production of organic aerosol (SOA). The Ozark Forest is an important source of biogenic SOA precursors like isoprene (> 150 mg m-2 d-1), monoterpenes (10-40 mg m-2 d-1), and sesquiterpenes (10-40 mg m-2d-1). Anthropogenic sources include secondary sulfate and nitrate and biomass burning (51-60%), vehicle emissions (17-26%), and industrial emissions (16-18%). Vehicle emissions are an important source of volatile and vapor-phase, semivolatile aliphatic and aromatic hydrocarbons that are important anthropogenic sources of SOA precursors. The short lifetime of SOA precursors and the complex mixture of functionalized oxidation products make rapid sampling, quantitative processing methods, and comprehensive organic molecular analysis essential elements of a comprehensive strategy to advance understanding of SOA formation pathways. Uncertainties in forecasting SOA production on regional scales are large and related to uncertainties in biogenic emission inventories and measurement of SOA yields under ambient conditions. This work presents a bottom-up approach to develop a conifer emission inventory based on foliar and cortical oleoresin composition, development of a model to estimate terpene and terpenoid signatures of foliar and bole emissions from conifers, development of processing and analytic techniques for comprehensive organic molecular characterization of SOA precursors and oxidation products, implementation of the high-volume sampling technique to measure OA and vapor-phase organic matter, and results from a 5 day field experiment conducted to evaluate temporal and diurnal trends in SOA precursors and oxidation products. A total of 98, 115, and 87 terpene and terpenoid species were identified and quantified in commercially available essential oils of Pinus sylvestris, Picea mariana, and Thuja occidentalis, respectively, by comprehensive, two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometric detection (GC × GC-ToF-MS). Analysis of the literature showed that cortical oleoresin composition was similar to foliar composition of the oldest branches. Our proposed conceptual model for estimation of signatures of terpene and terpenoid emissions from foliar and cortical oleoresin showed that emission potentials of the foliar and bole release pathways are dissimilar and should be considered for conifer species that develop resin blisters or are infested with herbivores or pathogens. Average derivatization efficiencies for Methods 1 and 2 were 87.9 and 114%, respectively. Despite the lower average derivatization efficiency of Method 1, distinct advantages included a greater certainty of derivatization yield for the entire suite of multi- and poly-functional species and fewer processing steps for sequential derivatization. Detection limits for Method 1 using GC × GC- ToF-MS were 0.09-1.89 ng μL-1. A theoretical retention index diagram was developed for a hypothetical GC × 2GC analysis of the complex mixture of SOA precursors and derivatized oxidation products. In general, species eluted (relative to the alkyl diester reference compounds) from the primary column (DB-210) in bands according to n and from the secondary columns (BPX90, SolGel-WAX) according to functionality, essentially making the GC × 2GC retention diagram a Carbon number-functionality grid. The species clustered into 35 groups by functionality and species within each group exhibited good separation by n. Average recoveries of n-alkanes and polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by Soxhlet extraction of XAD-2 resin with dichloromethane were 80.1 ± 16.1 and 76.1 ± 17.5%, respectively. Vehicle emissions were the common source for HSVOCs [i.e., resolved alkanes, the unresolved complex mixture (UCM), alkylbenzenes, and 2- and 3-ring PAHs]. An absence of monoterpenes at 0600-1000 and high concentrations of monoterpenoids during the same period was indicative of substantial losses of monoterpenes overnight and the early morning hours. Post-collection, comprehensive organic molecular characterization of SOA precursors and products by GC × GC-ToFMS in ambient air collected with ~2 hr resolution is a promising method for determining biogenic and anthropogenic SOA yields that can be used to evaluate SOA formation models.

Carbon dioxide emissions from semi-arid soils amended with biochar alone or combined with mineral and organic fertilizers

Semi-arid soils cover a significant area of Earth s land surface and typically contain large amounts of inorganic C. Determining the effects of biochar additions on CO2 emissions fromsemi-arid soils is therefore essential for evaluating the potential of biochar as a climate change mitigation strategy. Here, we measured the CO2 that evolved from semi-arid calcareous soils amended with biochar at rates of 0 and 20 t ha?1 in a full factorial combination with three different fertilizers (mineral fertilizer, municipal solid waste compost, and sewage sludge) applied at four rates (equivalent to 0, 75, 150, and 225 kg potentially available N ha?1) during 182 days of aerobic incubation. A double exponential model, which describes cumulative CO2 emissions from two active soil C compartments with different turnover rates (one relatively stable and the other more labile), was found to fit verywell all the experimental datasets. In general, the organic fertilizers increased the size and decomposition rate of the stable and labile soil C pools. In contrast, biochar addition had no effects on any of the double exponential model parameters and did not interact with the effects ascribed to the type and rate of fertilizer. After 182 days of incubation, soil organic and microbial biomass C contents tended to increase with increasing the application rates of organic fertilizer, especially of compost, whereas increasing the rate of mineral fertilizer tended to suppress microbial biomass. Biochar was found to increase both organic and inorganic C contents in soil and not to interactwith the effects of type and rate of fertilizer on C fractions. As a whole, our results suggest that the use of biochar as enhancer of semi-arid soils, either alone or combined with mineral and organic fertilizers, is unlikely to increase abiotic and biotic soil CO2 emissions.

Atmospheric PM and volatile organic compounds released from Mediterranean shrubland wildfires

Wildfires produce a significant release of gases and particles affecting climate and air quality. In the Mediterranean region, shrublands significantly contribute to burned areas and may show specific emission profiles. Our objective was to depict and quantify the primary-derived aerosols and precursors of secondary particulate species released during shrubland experimental fires, in which fire-line intensity values were equivalent to those of moderate shrubland wildfires, by using a number of different methodologies for the characterization of organic and inorganic compounds in both gas-phase and particulate-phase. Emissions of PM mass, particle number concentrations and organic and inorganic PMx components during flaming and smouldering phases were characterized in a field shrubland fire experiment. Our results revealed a clear prevalence of K+ and SO42- as inorganic ions released during the flaming-smouldering processes, accounting for 68 to 80% of the inorganic soluble fraction. During the residual-smouldering phases, in addition to K+ and SO42-, Ca2+ was found in significant amounts probably due the predominance of re-suspension processes (ashes and soil dust) over other emission sources during this stage. Concerning organic markers, the chromatograms were dominated by phenols, n-alkanals and n-alkanones, as well as by alcohol biomarkers in all the PMx fractions investigated. Levoglucosan was the most abundant degradation compound with maximum emission factors between 182 and 261 mg kg-1 in PM2.5 and PM10 respectively. However, levoglucosan was also observed in significant amounts in the gas-phase. The most representative organic volatile constituents in the smoke samples were alcohols, carbonyls, acids, monocyclic and bicyclic arenes, isoprenoids and alkanes compounds. The emission factors obtained in this study may contribute to the validation and improvement of national and international emission inventories of this intricate and diffuse emission source.