Untersuchungen zur biotischen Bildung von Methylquecksilber aus anorganischem Quecksilber durch intestinale Sulfat-reduzierende Bakterien und die Bestimmung alkylierter Quecksilberverbindungen mittels GC-ICP-MS und Isotopenverdünnungsanalyse

Alkylierte Quecksilberspezies sind hundertfach toxischer als anorganisches Quecksilber (Hg) und werden in der Nahrungskette mit zunehmender Trophieebene im Gewebe von Tieren und dem Menschen akkumuliert. Aufgrund der Relevanz für die Umwelt und den Effekt auf die menschliche Gesundheit kommt der biotischen Transformation von anorganischem Hg zu Monomethylquecksilber (MeHg) eine große Bedeutung zu. Es ist bekannt, dass Sulfat-reduzierende Bakterien zu den Hauptproduzenten von MeHg gehören. Darüber hinaus gibt es jedoch nur wenige Untersuchungen über die biologischen Mechanismen und die Zusammenhänge in terrestrischen und insbesondere in intestinalen Systemen. Die vorliegende Arbeit leistet daher einen wichtigen Beitrag zur Abschätzung des Potentials zur Hg-Methylierung durch intestinale Bakterien und vertieft die Kenntnisse zu der damit verbundenen Akkumulation der organischen Schwermetallverbindung im Gewebe des Kompostwurms Eisenia foetida (E. foetida). rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals unter Anwendung der Gas Chromatographie mit induktiv gekoppelter Massenspektrometrie (GC-ICP-MS) und Isotopenverdünnungsanalyse verschiedene Kulturen intestinaler Sulfat-reduzierender Bakterien auf die Bildung von organischem Monomethylquecksilber aus Hg(II) untersucht. Da in komplexen bakteriellen Nährlösungen mit hohem Sulfidgehalt Matrixeffekte auftreten und die Analyse von MeHg im Ultraspurenbereich erschweren können, erfolgte die Probenvorbereitung mittels der Methanol-Kaliumhydroxid-Extraktion unter Verwendung eines Maskierungsreagenzes und der Derivatisierung mit Natriumtetrapropylborat. Das Detektionslimit für MeHg in bakteriellen Nährlösungen betrug 0,03 ng/mL. Die Wiederfindung von zertifiziertem Referenzmaterial ERM® CE-464 Tuna Fish war sehr gut und lag in einem Bereich zwischen 98 – 105%. rnDie Resultate der Untersuchung von 14 verschiedenen Rein- und Anreicherungskulturen Sulfat-reduzierender Bakterien zeigten, dass neun Kulturen innerhalb von 12 h nach einer Inkubation mit 0,1 mg/L Hg2+ im Durchschnitt 100 bis 1200 pg/mL MeHg produzierten. Darunter waren zwei Desulfovibrio sp. Stämme, die Spezies Desulfovibrio piger, Desulfovibrio giganteus, Desulfovibrio termitidis, Desulfotomaculum ruminis, Desulfobulbus propionicus sowie Anreicherungskulturen aus dem Intestinaltrakt einer Zygoptera-Larve Zy1 und E. foetida EF4. Die Fähigkeit zur Hg-Methylierung durch eine Spezies der Ordnung Desulfotomaculum aus der Gruppe der Gram-positiven Firmicutes wurde hiermit erstmals beobachtet.rnWeiterhin wurde gezeigt, dass im Intestinaltrakt von E. foetida im Gegensatz zu mikrobiellen Bodenproben eine signifikante biotische Methylierung von Hg(II) durchgeführt wird. Dass diese Transformationen in hohem Maße von der intestinalen Region ausgeht und somit zur Akkumulation von MeHg im Gewebe beiträgt, konnte durch weiterführende Experimente mittels Laserablations-ICP-MS an histologischen Gefrierschnitten des Invertebraten darge-stellt werden. rn

Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur Bestimmung von halogenierten Kohlenwasserstoffen in Luft mittels anreichernder Probenahme,Thermodesorption und GC,MS mit negativer chemischer Ionisation

Flüchtige organische Halogenverbindungen übernehmen in der Chemie der Troposphäre eine Schlüsselrolle. Photolytisch gebildete Halogenatome reagieren mit troposphärischem Ozon und können durch Oxidation, vor allem von Iod, zur Neubildung von Partikeln beitragen. Auf diese Weise beeinflussen Halogenalkane den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Aus analytischem Blickwinkel ist es wichtig die Konzentration der einzelnen Spezies zu untersuchen um Rückschlüsse auf deren biotische oder abiotische Quellen ziehen und die Emissionswege besser verstehen zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine sensitive Methode zur Untersuchung von halogenierten Kohlenwasserstoffen entwickelt, basierend auf anreichernder Probenahme mit anschließender Thermodesorption und der Analyse mittels Massenspektrometrie mit negativer chemischer Ionisation. Die Kennwerte der Methode sind: Nachweisgrenzen zwischen 0.11 pg und 5.86 pg bzw. zwischen 1.0 ppqV und 44.7 ppqV, Linearität zwischen R2=0.993 und R2=1.000, Reproduzierbarkeit (Triplikate) RSD < 15 % und ein sicheres Probenahmevolumen von 10 L. Die Methode wurde im Anschluss im Rahmen von zwei Feldmessungen, in Mace Head, Irland und auf einer Schiffskampagne im antarktischen Amundsen-Meer, angewendet. Durch die Ergebnisse aus Irland kann gezeigt werden, dass die Mischungsverhältnisse der Iodalkane mit denen früherer Studien vergleichbar sind, und dass die verschiedenen untersuchten Algenarten deutlich unterschiedliche Emissionsraten zeigen. Die Ergebnisse der Kampagne im Amundsen-Meer zeigen einen großen Einfluss der Windrichtung auf die Halogenalkan-Konzentrationen. So sind die Mischungsverhältnisse der Halogenalkane deutlich höher, wenn der Wind zuvor über die antarktischen Eisflächen strömt. Für die biotischen Quellen wurden die Emissionsraten ausgewählter Makroalgen unter dem Einfluss von Ozon untersucht. Die Emissionsrate der Iodalkane zeigt einen exponentiellen Zusammenhang, sowohl zur I2-Emission als auch zum Gesamtiodgehalt der Algen. Unter oxidativen Bedingungen zeigt L. Digitata eine linear steigende Iodalkanemission. Mit diesem Verhalten wird die These der Bildung von Iodalkanen als Nebenprodukt beim Abbau reaktiver Sauerstoffspezies unterstützt. Neben den Makroalgen wurden auch Mikroalgen als biotische Quellen untersucht. Hierbei können zwei unterschiedliche Emissionsmuster der Halogenalkane für Diatomeen und Phaeocystis sp. gezeigt werden. Im Gegensatz zur Iodalkan-Emission hängt die I2 Emission der Mikroalgenproben von der Ozonkonzentration der Luft ab. Durch die lineare Korrelation der I2-Emission mit der Iodid-Konzentration der wässrigen Phase einerseits, und dem Ozonverbrauch andererseits, kann die Bildung von I2 durch Oxidation von Iodid durch Ozon bestätigt werden. Für das Emissionsverhalten der Mikroalgenprobe aus dem Sylter Wattenmeer, welche keine Korrelation mit dem verbrauchten Ozon zeigt, gibt es zwei Erklärungen: Zum einen kann I2 durch den hohen Gehalt an organischen Verbindungen an diesen adsorbiert bzw. chemisch gebunden werden und wird dann nicht mehr in die Gasphase emittiert. Zum anderen können aktive organische Verbindungen das Gleichgewicht zwischen HOI und I2 in Richtung HOI verlagern. Im Versuch zur abiotischen Bildung von Iodalkanen aus Partikeln, bestehend aus I2O5 und verschiedenen Alkoholen, kann gezeigt werden, dass die Bildung von Iodmethan und Diiodmethan abläuft, dass jedoch die Emission bis zu zwei Größenordnungen kleiner ist als die von I2. Somit trägt die Bildung von Iodalkanen nur in einem sehr eingeschränkten Rahmen zum Recycling des Iods in der Atmosphäre bei. Der vorgestellte abiotische Bildungsweg hängt sowohl vom pH-Wert als auch vom Mischungsverhältnis im Partikel ab.

A quantitative phenytoin GC-MS method and it's validation for samples from human ex situ brain microdialysis, blood and saliva using solid-phase extraction

This study describes the development and validation of a gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) method to identify and quantitate phenytoin in brain microdialysate, saliva and blood from human samples. A solid-phase extraction (SPE) was performed with a nonpolar C8-SCX column. The eluate was evaporated with nitrogen (50°C) and derivatized with trimethylsulfonium hydroxide before GC-MS analysis. As the internal standard, 5-(p-methylphenyl)-5-phenylhydantoin was used. The MS was run in scan mode and the identification was made with three ion fragment masses. All peaks were identified with MassLib. Spiked phenytoin samples showed recovery after SPE of ≥94%. The calibration curve (phenytoin 50 to 1,200 ng/mL, n = 6, at six concentration levels) showed good linearity and correlation (r² > 0.998). The limit of detection was 15 ng/mL; the limit of quantification was 50 ng/mL. Dried extracted samples were stable within a 15% deviation range for ≥4 weeks at room temperature. The method met International Organization for Standardization standards and was able to detect and quantify phenytoin in different biological matrices and patient samples. The GC-MS method with SPE is specific, sensitive, robust and well reproducible, and is therefore an appropriate candidate for the pharmacokinetic assessment of phenytoin concentrations in different human biological samples.

Characterization of the Axial Jet Separator with a CO2/Helium Mixture: Toward GC-AMS Hyphenation

Development of interfaces for sample introduction from high pressures is important for real-time online hyphenation of chromatographic and other separation devices with mass spectrometry (MS) or accelerator mass spectrometry (AMS). Momentum separators can reduce unwanted low-density gases and introduce the analyte into the vacuum. In this work, the axial jet separator, a new momentum interface, is characterized by theory and empirical optimization. The mathematical model describes the different axial penetration of the components of a jetgas mixture and explains the empirical results for injections of CO2 in helium into MS and AMS instruments. We show that the performance of the new interface is sensitive to the nozzle size, showing good qualitative agreement with the mathematical model. Smaller nozzle sizes are more preferable due to their higher inflow capacity. The CO2 transmission efficiency of the interface into a MS instrument is ~14% (CO2/helium separation factor of 2.7). The interface receives and delivers flows of ~17.5 mL/min and ~0.9 mL/min, respectively. For the interfaced AMS instrument, the ionization and overall efficiencies are 0.7-3% and 0.1-0.4%, respectively, for CO2 amounts of 4-0.6 µg C, which is only slightly lower compared to conventional systems using intermediate trapping. The ionization efficiency depends on to the carbon mass flow in the injected pulse and is suppressed at high CO2 flows. Relative to a conventional jet separator, the transmission efficiency of the axial jet separator is lower, but its performance is less sensitive to misalignments.

Determination of polybrominated diphenyl ethers in water samples from Mendoza River Basin by HS-SPME-GC-MS/MS

Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are considered persistent organic pollutants because of their ubiquity, persistence and bioaccumulation. Its harmful effects on human health and the environment, has led to its inclusion of the Stockholm Convention. Little information is found about PBDEs in abiotic systems of the South America in open literature. This paper reports the presence and concentration level of four PBDEs congeners in Mendoza River, Argentina. The selected PBDEs were: 2,2',4,4'-tetrabromodiphenyl ether (BDE-47), 2,2',4,4',5-pentabromodiphenyl ether (BDE-99), 2,2',4,4',6-pentabromodiphenyl ether (BDE- 100) and 2,2',4,4',5,5'-hexabromodiphenyl ether (BDE-153). The analytical methodology used was head space-solid phase micro extraction combined with gas chromatographymass spectrometry (HS-SPME-GC-MS/MS). Several variables, including pH, salting out, extraction technique type and extraction time were studied and optimized over the relative response the target analytes. The precision of HS-SPME-GC-MS/MS evaluated over five replicate, leading RSDs values <13%, detection limits (S/N=3) ranging from 0.03 pg ml-1 to 0.12 pg ml-1 and the calibration graph was linear with r2=0.9959. BDE-47 and BDE-100 were the predominant congeners found in the analyzed samples. Their concentrations ranged from not detected to 1.9 pg ml-1 and to 0.5 pg ml-1, respectively.