Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.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.

Investigation of different shellac grades and improvement of release from air suspension coated pellets

Shellac is the purified product of the natural polymer Lac. Shellac types, from different origins and with different ages, all purified by the solvent extraction process were compared in this study. Their physicochemical properties acid value, glass transition temperatures, color numbers and molecular sizes were determined. Metoprolol tartrate pellets were coated by air suspension coating with these different grades of shellac. Two coating levels 20% w/w and 25% w/w were applied and then subjected to in vitro dissolution testing. Enteric resistance was achieved for all tested brands for the two coating levels. At pH 6.8, 7.2 and 7.4, significant variations were obvious between the brands. rnMoreover the molecular size of shellac has a pronounced effect in that shellac types with larger molecular size show a higher and faster release than others, while the one with the smaller molecular size show the opposite effect on the release of metoprolol.rnIn this study commercially available ready for use aqueous shellac solutions (SSB AQUAGOLD), which are based on shellac SSB 57 (Dewaxed Orange Shellac, Bysakhi-Ber type refined in a solvent extraction process), with different manufacturing dates were used. rnTo improve the enteric coating properties of films from aqueous shellac solutions, different aqueous polymeric solutions of hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), hydroxypropyl cellulose (HPC), carboyxmethyl cellulose (CMC), gum arabic and polysaccharides (Pullulan®) were used. These water soluble polymers will act as pore formers to enhance drug release from pellets coated with the combination of shellac and these polymers. The influence of these polymers on the gloss of the shellac films, mechanical properties of the films and drug release from metoprolol tartrate pellets were studied.rnThe potential of ethanol to alter the rate of drug release from shellac coated pellets was assessed by using a modified in vitro dose dumping in alcohol (DDA) method and the test concluded that shellac coated dosage forms can be co-administered with alcohol beverages containing ≤ 5% with no effect of alcohol on the shellac coat.rnPellets coated with shellac sodium salts, showed higher release rates than pellets coated with shellac as ammonium salt forms. rn

Simulations of amphiphilic peptides at the air-water interface

Amphiphile Peptide, Pro-Glu-(Phe-Glu)n-Pro, Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, und Phe-Glu-(Phe-Glu)n-Phe, können so aus n alternierenden Sequenzen von hydrophoben und hydrophilen Aminosäuren konstruiert werden, dass sie sich in Monolagen an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen. In biologischen Systemen können Strukturen an der organisch-wässrigen Grenzfläche als Matrix für die Kristallisation von Hydroxyapatit dienen, ein Vorgang der für die Behandlung von Osteoporose verwendet werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurden Computersimulationenrneingesetzt, um die Strukturen und die zugrunde liegenden Wechselwirkungen welche die Aggregation der Peptide auf mikroskopischer Ebene steuern, zu untersuchen. Atomistische Molekulardynamik-Simulationen von einzelnen Peptidsträngen zeigen, dass sie sich leicht an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen und die Fähigkeit haben, sich in β-Schleifen zu falten, selbst für relativ kurze Peptidlängen (n = 2). Seltene Ereignisse wie diese (i.e. Konformationsänderungen) erfordern den Einsatz fortgeschrittener Sampling-Techniken. Hier wurde “Replica Exchange” Molekulardynamik verwendet um den Einfluss der Peptidsequenzen zu untersuchen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass Peptide mit kürzeren azidischen Seitenketten (Asp vs. Glu) gestrecktere Konformationen aufwiesen als die mit längeren Seitenketten, die in der Lage waren die Prolin-Termini zu erreichen. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Prolin-Termini (Pro vs. Phe) notwendig sind, um eine 2D-Ordnung innerhalb derrnAggregate zu erhalten. Das Peptid Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, das beide dieser Eigenschaften enthält, zeigt das geordnetste Verhalten, eine geringe Verdrehung der Hauptkette, und ist in der Lage die gebildeten Aggregate durch Wasserstoffbrücken zwischen den sauren Seitenketten zu stabilisieren. Somit ist dieses Peptid am besten zur Aggregation geeignet. Dies wurde auch durch die Beurteilung der Stabilität von experimentnah-aufgesetzten Peptidaggregaten, sowie der Neigung einzelner Peptide zur Selbstorganisation von anfänglich ungeordneten Konfigurationen unterstützt. Da atomistische Simulationen nur auf kleine Systemgrößen und relativ kurze Zeitskalen begrenzt sind, wird ein vergröbertes Modell entwickelt damit die Selbstorganisation auf einem größeren Maßstab studiert werden kann. Da die Selbstorganisation an der Grenzfläche vonrnInteresse ist, wurden existierenden Vergröberungsmethoden erweitert, um nicht-gebundene Potentiale für inhomogene Systeme zu bestimmen. Die entwickelte Methode ist analog zur iterativen Boltzmann Inversion, bildet aber das Update für das Interaktionspotential basierend auf der radialen Verteilungsfunktion in einer Slab-Geometrie und den Breiten des Slabs und der Grenzfläche. Somit kann ein Kompromiss zwischen der lokalen Flüssigketsstruktur und den thermodynamischen Eigenschaften der Grenzfläche erreicht werden. Die neue Methode wurde für einen Wasser- und einen Methanol-Slab im Vakuum demonstriert, sowie für ein einzelnes Benzolmolekül an der Vakuum-Wasser Grenzfläche, eine Anwendung die von besonderer Bedeutung in der Biologie ist, in der oft das thermodynamische/Grenzflächenpolymerisations-Verhalten zusätzlich der strukturellen Eigenschaften des Systems erhalten werden müssen. Daraufrnbasierend wurde ein vergröbertes Modell über einen Fragment-Ansatz parametrisiert und die Affinität des Peptids zur Vakuum-Wasser Grenzfläche getestet. Obwohl die einzelnen Fragmente sowohl die Struktur als auch die Wahrscheinlichkeitsverteilungen an der Grenzfläche reproduzierten, diffundierte das Peptid als Ganzes von der Grenzfläche weg. Jedoch führte eine Reparametrisierung der nicht-gebundenen Wechselwirkungen für eines der Fragmente der Hauptkette in einem Trimer dazu, dass das Peptid an der Grenzfläche blieb. Dies deutet darauf hin, dass die Kettenkonnektivität eine wichtige Rolle im Verhalten des Petpids an der Grenzfläche spielt.

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

Microbiologic results after non-surgical erbium-doped:yttrium, aluminum, and garnet laser or air-abrasive treatment of peri-implantitis: a randomized clinical trial

The purpose of this study is to assess clinical and microbiologic effects of the non-surgical treatment of peri-implantitis lesions using either an erbium-doped:yttrium, aluminum, and garnet (Er:YAG) laser or an air-abrasive subgingival polishing method.

Postmortem ventilation: A new method for improved detection of pulmonary pathologies in forensic imaging

Postmortem imaging has gained prominence in the field of forensic pathology. Even with experience in this procedure, difficulties arise in evaluating pathologies of the postmortem lung. The effect of postmortem ventilation with applied pressures of 10, 20, 30 and 40mbar was evaluated in 10 corpses using simultaneous postmortem computed tomography (pmCT) scans. Ventilation was performed via a continuous positive airway pressure mask (n=5), an endotracheal tube (n=4) and a laryngeal mask (n=1) using a portable home care ventilator. The lung volumes were measured and evaluated by a segmentation technique based on reconstructed CT data. The resulting changes to the lungs were analyzed. Postmortem ventilation at 40mbar induced a significant (p<0.05) unfolding of the lungs, with a mean volume increase of 1.32l. Small pathologies of the lung such as scarring and pulmonary nodules as well as emphysema were revealed, while inner livores were reduced. Even though lower ventilation pressures resulted in a significant (p<0.05) volume increase, pathologies were best evaluated when a pressure of 40mbar was applied, due to the greater reduction of the inner livores. With the ventilation-induced expansion of the lungs, a decrease in the heart diameter and gaseous distension of the stomach was recognized. In conclusion, postmortem ventilation is a feasible method for improving evaluation of the lungs and detection of small lung pathologies. This is because of the volume increase in the air-filled portions of the lung and reduced appearance of inner livores.

A sublimation technique for high-precision measurements of d13CO2 and mixing ratios of CO2 and N2O from air trapped in ice cores

In order to provide high precision stable carbon isotope ratios (δ13CO2 or δ13C of CO2) from small bubbly, partially and fully clathrated ice core samples we developed a new method based on sublimation coupled to gas chromatography-isotope ratio mass spectrometry (GC-IRMS). In a first step the trapped air is quantitatively released from ~30 g of ice and CO2 together with N2O are separated from the bulk air components and stored in a miniature glass tube. In an off-line step, the extracted sample is introduced into a helium carrier flow using a minimised tube cracker device. Prior to measurement, N2O and organic sample contaminants are gas chromatographically separated from CO2. Pulses of a CO2/N2O mixture are admitted to the tube cracker and follow the path of the sample through the system. This allows an identical treatment and comparison of sample and standard peaks. The ability of the method to reproduce δ13C from bubble and clathrate ice is verified on different ice cores. We achieve reproducibilities for bubble ice between 0.05 ‰ and 0.07 ‰ and for clathrate ice between 0.05 ‰ and 0.09 ‰ (dependent on the ice core used). A comparison of our data with measurements on bubble ice from the same ice core but using a mechanical extraction device shows no significant systematic offset. In addition to δ13C, the CO2 and N2O mixing ratios can be volumetrically derived with a precision of 2 ppmv and 8 ppbv, respectively.

Intraoperative determination of the load-displacement behavior of scoliotic spinal motion segments: preliminary clinical results

Introduction: Spinal fusion is a widely and successfully performed strategy for the treatment of spinal deformities and degenerative diseases. The general approach has been to stabilize the spine with implants so that a solid bony fusion between the vertebrae can develop. However, new implant designs have emerged that aim at preservation or restoration of the motion of the spinal segment. In addition to static, load sharing principles, these designs also require a profound knowledge of kinematic and dynamic properties to properly characterise the in vivo performance of the implants. Methods: To address this, an apparatus was developed that enables the intraoperative determination of the load–displacement behavior of spinal motion segments. The apparatus consists of a sensor-equipped distractor to measure the applied force between the transverse processes, and an optoelectronic camera to track the motion of vertebrae and the distractor. In this intraoperative trial, measurements from two patients with adolescent idiopathic scoliosis with right thoracic curves were made at four motion segments each. Results: At a lateral bending moment of 5 N m, the mean flexibility of all eight motion segments was 0.18 ± 0.08°/N m on the convex side and 0.24 ± 0.11°/N m on the concave side. Discussion: The results agree with published data obtained from cadaver studies with and without axial preload. Intraoperatively acquired data with this method may serve as an input for mathematical models and contribute to the development of new implants and treatment strategies.

Macro Monte Carlo for dose calculation of proton beams

Although the Monte Carlo (MC) method allows accurate dose calculation for proton radiotherapy, its usage is limited due to long computing time. In order to gain efficiency, a new macro MC (MMC) technique for proton dose calculations has been developed. The basic principle of the MMC transport is a local to global MC approach. The local simulations using GEANT4 consist of mono-energetic proton pencil beams impinging perpendicularly on slabs of different thicknesses and different materials (water, air, lung, adipose, muscle, spongiosa, cortical bone). During the local simulation multiple scattering, ionization as well as elastic and inelastic interactions have been taken into account and the physical characteristics such as lateral displacement, direction distributions and energy loss have been scored for primary and secondary particles. The scored data from appropriate slabs is then used for the stepwise transport of the protons in the MMC simulation while calculating the energy loss along the path between entrance and exit position. Additionally, based on local simulations the radiation transport of neutrons and the generated ions are included into the MMC simulations for the dose calculations. In order to validate the MMC transport, calculated dose distributions using the MMC transport and GEANT4 have been compared for different mono-energetic proton pencil beams impinging on different phantoms including homogeneous and inhomogeneous situations as well as on a patient CT scan. The agreement of calculated integral depth dose curves is better than 1% or 1 mm for all pencil beams and phantoms considered. For the dose profiles the agreement is within 1% or 1 mm in all phantoms for all energies and depths. The comparison of the dose distribution calculated using either GEANT4 or MMC in the patient also shows an agreement of within 1% or 1 mm. The efficiency of MMC is up to 200 times higher than for GEANT4. The very good level of agreement in the dose comparisons demonstrate that the newly developed MMC transport results in very accurate and efficient dose calculations for proton beams.

A Method for Visualizing Multivariate Time Series Data

Visualization and exploratory analysis is an important part of any data analysis and is made more challenging when the data are voluminous and high-dimensional. One such example is environmental monitoring data, which are often collected over time and at multiple locations, resulting in a geographically indexed multivariate time series. Financial data, although not necessarily containing a geographic component, present another source of high-volume multivariate time series data. We present the mvtsplot function which provides a method for visualizing multivariate time series data. We outline the basic design concepts and provide some examples of its usage by applying it to a database of ambient air pollution measurements in the United States and to a hypothetical portfolio of stocks.

Air charged and microtip catheters cannot be used interchangeably for urethral pressure measurement: a prospective, single-blind, randomized trial

PURPOSE: We determined and compared urethral pressure measurements using air charged and microtip catheters in a prospective, single-blind, randomized trial. MATERIALS AND METHODS: A consecutive series of 64 women referred for urodynamic investigation underwent sequential urethral pressure measurements using an air charged and a microtip catheter in randomized order. Patients were blinded to the type and sequence of catheter used. Agreement between the 2 catheter systems was assessed using the Bland and Altman 95% limits of agreement method. RESULTS: Intraclass correlation coefficients of air charged and microtip catheters for maximum urethral closure pressure at rest were 0.97 and 0.93, and for functional profile length they were 0.9 and 0.78, respectively. Pearson's correlation coefficients and Lin's concordance coefficients of air charged and microtip catheters were r = 0.82 and rho = 0.79 for maximum urethral closure pressure at rest, and r = 0.73 and rho = 0.7 for functional profile length, respectively. When applying the Bland and Altman method, air charged catheters gave higher readings than microtip catheters for maximum urethral closure pressure at rest (mean difference 7.5 cm H(2)O) and functional profile length (mean difference 1.8 mm). There were wide 95% limits of agreement for differences in maximum urethral closure pressure at rest (-24.1 to 39 cm H(2)O) and functional profile length (-7.7 to 11.3 mm). CONCLUSIONS: For urethral pressure measurement the air charged catheter is at least as reliable as the microtip catheter and it generally gives higher readings. However, air charged and microtip catheters cannot be used interchangeably for clinical purposes because of insufficient agreement. Hence, clinicians should be aware that air charged and microtip catheters may yield completely different results, and these differences should be acknowledged during clinical decision making.

INVESTIGATION OF AIR JIGGING AND AIR CLASSIFICATION TO RECOVER METALLIC PARTICLES FROM ANALYTICAL SAMPLES

Analyzing “nuggety” gold samples commonly produces erratic fire assay results, due to random inclusion or exclusion of coarse gold in analytical samples. Preconcentrating gold samples might allow the nuggets to be concentrated and fire assayed separately. In this investigation synthetic gold samples were made using similar density tungsten powder and silica, and were preconcentrated using two approaches: an air jig and an air classifier. Current analytical gold sampling method is time and labor intensive and our aim is to design a set-up for rapid testing. It was observed that the preliminary air classifier design showed more promise than the air jig in terms of control over mineral recovery and preconcentrating bulk ore sub-samples. Hence the air classifier was modified with the goal of producing 10-30 grams samples aiming to capture all of the high density metallic particles, tungsten in this case. Effects of air velocity and feed rate on the recovery of tungsten from synthetic tungsten-silica mixtures were studied. The air classifier achieved optimal high density metal recovery of 97.7% at an air velocity of 0.72 m/s and feed rate of 160 g/min. Effects of density on classification were investigated by using iron as the dense metal instead of tungsten and the recovery was seen to drop from 96.13% to 20.82%. Preliminary investigations suggest that preconcentration of gold samples is feasible using the laboratory designed air classifier.

A chrysophyte stomatocyst-based reconstruction of cold-season air temperature from Alpine Lake Silvaplana (AD 1500–2003); methods and concepts for quantitative inferences

Relatively little is known about past cold-season temperature variability in high-Alpine regions because of a lack of natural cold-season temperature proxies as well as under-representation of high-altitude sites in meteorological, early-instrumental and documentary data sources. Recent studies have shown that chrysophyte stomatocysts, or simply cysts (sub-fossil algal remains of Chrysophyceae and Synurophyceae), are among the very few natural proxies that can be used to reconstruct cold-season temperatures. This study presents a quantitative, high-resolution (5-year), cold-season (Oct–May) temperature reconstruction based on sub-fossil chrysophyte stomatocysts in the annually laminated (varved) sediments of high-Alpine Lake Silvaplana, SE Switzerland (1,789 m a.s.l.), since AD 1500. We first explore the method used to translate an ecologically meaningful variable based on a biological proxy into a simple climate variable. A transfer function was applied to reconstruct the ‘date of spring mixing’ from cyst assemblages. Next, statistical regression models were tested to convert the reconstructed ‘dates of spring mixing’ into cold-season surface air temperatures with associated errors. The strengths and weaknesses of this approach are thoroughly tested. One much-debated, basic assumption for reconstructions (‘stationarity’), which states that only the environmental variable of interest has influenced cyst assemblages and the influence of confounding variables is negligible over time, is addressed in detail. Our inferences show that past cold-season air-temperature fluctuations were substantial and larger than those of other temperature reconstructions for Europe and the Alpine region. Interestingly, in this study, recent cold-season temperatures only just exceed those of previous, multi-decadal warm phases since AD 1500. These findings highlight the importance of local studies to assess natural climate variability at high altitudes.