The formation of OH radicals from Criegee intermediates: a LIF-FAGE study from laboratory to ambient

Das Hydroxyl Radikal ist, auf globalem Maßstab, das bedeutendste Oxidant in der Atmosphäre. Es initiiert den Abbauprozess vieler, teilweise schädlicher, Spurengase und insbesondere den von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC). Die OH Konzentration ist somit ein gutes Maß für die augenblickliche Selbstreinigungskapazität der Atmosphäre. Messungen zu nächtlicher Zeit mit LIF-FAGE-Instrumenten (engl.: laser-induced fluorescence - fluorescence assay by gas expansion) haben Konzentrationen des Hydroxylradikals (OH) ergeben, die signifikant höher waren, als sich mit der bekannten Chemie erklären ließ. Um herauszufinden, ob ein solches Signal wirklich atmosphärisches OH ist oder von einer störenden Spezies stammt, die im Messinstrument OH produziert, wurde das LIF-FAGE-Instrument des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) im Rahmen dieser Doktorarbeit modifiziert und getestet. Dazu wurde ein so genannter Inlet Pre-Injector (IPI) entwickelt, mit dem in regelmäßigen Abständen ein OH-Fänger in die Umgebungsluft abgegeben werden kann, bevor das OH vom Instrument erfasst wird. Mit dieser Technik ist es möglich, ein Hintergrund-OH (OHbg), d. h. ein im Instrument erzeugtes OH-Signal, vom gemessenen OH-Gesamtsignal (OHtot) zu trennen. Die Differenz zwischen OHtot und OHbg ist die atmosphärische OH-Konzentration (OHatm). Vergleichsmessungen mit der hier entwickelten Technik, dem IPI, in zwei verschiedenen Umgebungen mit Instrumenten basierend auf Massenspektrometrie mit chemischer Ionisation (CIMS, engl.: chemical ionization mass spectrometry) als alternativer Methode des OH-Nachweises, zeigten eine weitgehende Übereinstimmung. Eine umfassende Beschreibung des Systems zur Ermittlung der Ursache des OHbg hat ergeben, dass es weder von einem Artefakt des Instruments noch von hinlänglich bekannten und beschriebenen LIF-FAGE-Interferenzen stammt. Zur Bestimmung der Spezies, die das OHbg-Signal verursacht, wurden verschiedene Laborstudien durchgeführt. Die Arbeit im Rahmen dieser Doktorarbeit hat ergeben, dass das LIF-FAGE-Instrument leicht auf OH reagiert, das beim monomolekularen Zerfall stabilisierter Criegee-Intermediate (SCI) im Niederdruckbereich des Instruments gebildet wird. Criegee-Intermediate oder Carbonyloxide entstehen bei der Ozonolyse ungesättigter flüchtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) und können daher in der Umgebungsluft vorkommen. Anhand von Tests mit verschiedenen Verweilzeiten der SCI im Niederdruckbereich des Instruments in Verbindung mit einem detaillierten Modell mit der neuesten SCI-Chemie wurde die monomolekulare Zerfallsgeschwindigkeit von 20  10 s-1 für den syn-Acetaldehyd-Oxykonformer bestimmt. Der in Feldkampagnen gemessene OHbg-Wert wurde dahingehend untersucht, ob SCI die Quelle des beobachteten Hintergrund-OH im Feld sein könnten. Das Budget für die SCI-Konzentration, das für die Kampagnen HUMPPA-COPEC 2010 und HOPE 2012 berechnet wurde, ergab eine SCI-Konzentration zwischen ca. 103 und 106 Molekülen pro cm3. In der Kampagne HUMPPA-COPEC 2010 ergab die Schwefelsäurekonzentration, dass die OH-Oxidation von SO2 allein die gemessene H2SO4-Konzentration nicht erklären konnte. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Hintergrund-OH mit dieser ungeklärten Produktionsrate von H2SO4 korreliert und somit die Oxidation von SO2 durch SCI als mögliche Erklärung in Frage kommt. Ferner korreliert das Hintergrund-OH in der Kampagne HOPE 2012 mit dem Produkt aus Ozon und VOC und konnte mit SO2 als SCI Fänger entfernt werden. Qualitativ zeigen wir somit, dass das in der Umgebungsluft gemessene Hintergrund-OH wahrscheinlich durch den monomolekularen Zerfall von SCI verursacht wird, doch sind weitere Studien notwendig, um die quantitativen Beziehung für diese Spezies und dem Hintergrund-OH in unserem Instrument zu bestimmen.

The sensitivity of the photostationary state of NOx and its implication for the oxidation capacity in a semi-rural and boreal forest region

Für das Vermögen der Atmosphäre sich selbst zu reinigen spielen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) eine bedeutende Rolle. Diese Spurengase bestimmen die photochemische Produktion von Ozon (O3) und beeinflussen das Vorkommen von Hydroxyl- (OH) und Nitrat-Radikalen (NO3). Wenn tagsüber ausreichend Solarstrahlung und Ozon vorherrschen, stehen NO und NO2 in einem schnellen photochemischen Gleichgewicht, dem „Photostationären Gleichgewichtszustand“ (engl.: photostationary state). Die Summe von NO und NO2 wird deshalb als NOx zusammengefasst. Vorhergehende Studien zum photostationären Gleichgewichtszustand von NOx umfassen Messungen an unterschiedlichsten Orten, angefangen bei Städten (geprägt von starken Luftverschmutzungen), bis hin zu abgeschiedenen Regionen (geprägt von geringeren Luftverschmutzungen). Während der photochemische Kreislauf von NO und NO2 unter Bedingungen erhöhter NOx-Konzentrationen grundlegend verstanden ist, gibt es in ländlicheren und entlegenen Regionen, welche geprägt sind von niedrigeren NOx-Konzetrationen, signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Zyklierungsprozesse. Diese Lücken könnten durch messtechnische NO2-Interferenzen bedingt sein - insbesondere bei indirekten Nachweismethoden, welche von Artefakten beeinflusst sein können. Bei sehr niedrigen NOx-Konzentrationen und wenn messtechnische NO2-Interferenzen ausgeschlossen werden können, wird häufig geschlussfolgert, dass diese Verständnislücken mit der Existenz eines „unbekannten Oxidationsmittels“ (engl.: unknown oxidant) verknüpft ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird der photostationäre Gleichgewichtszustand von NOx analysiert, mit dem Ziel die potenzielle Existenz bislang unbekannter Prozesse zu untersuchen. Ein Gasanalysator für die direkte Messung von atmosphärischem NO¬2 mittels laserinduzierter Fluoreszenzmesstechnik (engl. LIF – laser induced fluorescence), GANDALF, wurde neu entwickelt und während der Messkampagne PARADE 2011 erstmals für Feldmessungen eingesetzt. Die Messungen im Rahmen von PARADE wurden im Sommer 2011 in einem ländlich geprägten Gebiet in Deutschland durchgeführt. Umfangreiche NO2-Messungen unter Verwendung unterschiedlicher Messtechniken (DOAS, CLD und CRD) ermöglichten einen ausführlichen und erfolgreichen Vergleich von GANDALF mit den übrigen NO2-Messtechniken. Weitere relevante Spurengase und meteorologische Parameter wurden gemessen, um den photostationären Zustand von NOx, basierend auf den NO2-Messungen mit GANDALF in dieser Umgebung zu untersuchen. Während PARADE wurden moderate NOx Mischungsverhältnisse an der Messstelle beobachtet (10^2 - 10^4 pptv). Mischungsverhältnisse biogener flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen (BVOC, engl.: biogenic volatile organic compounds) aus dem umgebenden Wald (hauptsächlich Nadelwald) lagen in der Größenordnung 10^2 pptv vor. Die Charakteristiken des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx bei niedrigen NOx-Mischungsverhältnissen (10 - 10^3 pptv) wurde für eine weitere Messstelle in einem borealen Waldgebiet während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 untersucht. HUMPPA–COPEC–2010 wurde im Sommer 2010 in der SMEARII-Station in Hyytiälä, Süd-Finnland, durchgeführt. Die charakteristischen Eigenschaften des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx in den beiden Waldgebieten werden in dieser Arbeit verglichen. Des Weiteren ermöglicht der umfangreiche Datensatz - dieser beinhaltet Messungen von relevanten Spurengasen für die Radikalchemie (OH, HO2), sowie der totalen OH-Reaktivität – das aktuelle Verständnis bezüglich der NOx-Photochemie unter Verwendung von einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, zu überprüfen und zu verbessern. Während NOx-Konzentrationen in HUMPPA-COPEC 2010 niedriger sind, im Vergleich zu PARADE 2011 und BVOC-Konzentrationen höher, sind die Zyklierungsprozesse von NO und NO2 in beiden Fällen grundlegend verstanden. Die Analyse des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx für die beiden stark unterschiedlichen Messstandorte zeigt auf, dass potenziell unbekannte Prozesse in keinem der beiden Fälle vorhanden sind. Die aktuelle Darstellung der NOx-Chemie wurde für HUMPPA-COPEC 2010 unter Verwendung des chemischen Mechanismus MIM3* simuliert. Die Ergebnisse der Simulation sind konsistent mit den Berechnungen basierend auf dem photostationären Gleichgewichtszustand von NOx.

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.

Valutazione del contributo emissivo in condizioni non-stazionarie alle emissioni totali di una stufa a pellet domestica

The aim of this work is to evaluate the emissions of the main pollutants of a pellet stove, by trying to simulate the real use in domestic operations. All the operating phases of this system were considered: ignition, partial load, increase in power, and nominal load. In each phase, quantity and type of some pollutants in emissions were determined: the main pollutant gases (CO, NOx, SO2, H2S and volatile organic compounds (VOCs)), total dust (PM) and its content of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), regulated heavy metals (Ni, Cd, As and Pb), main soluble ions and Total Carbon (TC). Results show that emission factors of TSP, CO, and of the main determined pollutants (TC, Cd and PAHs) are higher during ignition phase. In particular, this phase prevalently contributes to PAHs emissions. During increase in power phase, gas and particulate emissions do not appreciably differ from nominal load ones; nevertheless, PAH emission factors are higher than steady state ones, but lower than ignition phase. Moreover, during not-steady state phases, PAH mixture is more toxic than during steady state phases. In conclusion, this study allowed to go deeper in pellet stove environmental impact, by pointing out how the different operating conditions can modify the emissions. These are different from certificated data, which are based exclusively on measurements in steady state conditions.

Plant volatiles: production, function and pharmacology

Plant volatiles typically occur as a complex mixture of low-molecular weight lipophilic compounds derived from different biosynthetic pathways, and are seemingly produced as part of a defense strategy against biotic and abiotic stress, as well as contributing to various physiological functions of the producer organism. The biochemistry and molecular biology of plant volatiles is complex, and involves the interplay of several biochemical pathways and hundreds of genes. All plants are able to store and emit volatile organic compounds (VOCs), but the process shows remarkable genotypic variation and phenotypic plasticity. From a physiological standpoint, plant volatiles are involved in three critical processes, namely plant–plant interaction, the signaling between symbiotic organisms, and the attraction of pollinating insects. Their role in these ‘‘housekeeping’’ activities underlies agricultural applications that range from the search for sustainable methods for pest control to the production of flavors and fragrances. On the other hand, there is also growing evidence that VOCs are endowed with a range of biological activities in mammals, and that they represent a substantially under-exploited and still largely untapped source of novel drugs and drug leads. This review summarizes recent major developments in the study of biosynthesis, ecological functions and medicinal applications of plant VOCs.

A study of high solids anaerobic digestion of Bucknell University food waste followed by aerobic curing

Anaerobic digestion of food scraps has the potential to accomplish waste minimization, energy production, and compost or humus production. At Bucknell University, removal of food scraps from the waste stream could reduce municipal solid waste transportation costs and landfill tipping fees, and provide methane and humus for use on campus. To determine the suitability of food waste produced at Bucknell for high-solids anaerobic digestion (HSAD), a year-long characterization study was conducted. Physical and chemical properties, waste biodegradability, and annual production of biodegradable waste were assessed. Bucknell University food and landscape waste was digested at pilot-scale for over a year to test performance at low and high loading rates, ease of operation at 20% solids, benefits of codigestion of food and landscape waste, and toprovide digestate for studies to assess the curing needs of HSAD digestate. A laboratory-scale curing study was conducted to assess the curing duration required to reduce microbial activity, phytotoxicity, and odors to acceptable levels for subsequent use ofhumus. The characteristics of Bucknell University food and landscape waste were tested approximately weekly for one year, to determine chemical oxygen demand (COD), total solids (TS), volatile solids (VS), and biodegradability (from batch digestion studies). Fats, oil, and grease and total Kjeldahl nitrogen were also tested for some food waste samples. Based on the characterization and biodegradability studies, Bucknell University dining hall food waste is a good candidate for HSAD. During batch digestion studies Bucknell University food waste produced a mean of 288 mL CH4/g COD with a 95%confidence interval of 0.06 mL CH4/g COD. The addition of landscape waste for digestion increased methane production from both food and landscape waste; however, because the landscape waste biodegradability was extremely low the increase was small.Based on an informal waste audit, Bucknell could collect up to 100 tons of food waste from dining facilities each year. The pilot-scale high-solids anaerobic digestion study confirmed that digestion ofBucknell University food waste combined with landscape waste at a low organic loading rate (OLR) of 2 g COD/L reactor volume-day is feasible. During low OLR operation, stable reactor performance was demonstrated through monitoring of biogas production and composition, reactor total and volatile solids, total and soluble chemical oxygendemand, volatile fatty acid content, pH, and bicarbonate alkalinity. Low OLR HSAD of Bucknell University food waste and landscape waste combined produced 232 L CH4/kg COD and 229 L CH4/kg VS. When OLR was increased to high loading (15 g COD/L reactor volume-day) to assess maximum loading conditions, reactor performance became unstable due to ammonia accumulation and subsequent inhibition. The methaneproduction per unit COD also decreased (to 211 L CH4/kg COD fed), although methane production per unit VS increased (to 272 L CH4/kg VS fed). The degree of ammonia inhibition was investigated through respirometry in which reactor digestate was diluted and exposed to varying concentrations of ammonia. Treatments with low ammoniaconcentrations recovered quickly from ammonia inhibition within the reactor. The post-digestion curing process was studied at laboratory-scale, to provide a preliminary assessment of curing duration. Digestate was mixed with woodchips and incubated in an insulated container at 35 °C to simulate full-scale curing self-heatingconditions. Degree of digestate stabilization was determined through oxygen uptake rates, percent O2, temperature, volatile solids, and Solvita Maturity Index. Phytotoxicity was determined through observation of volatile fatty acid and ammonia concentrations.Stabilization of organics and elimination of phytotoxic compounds (after 10–15 days of curing) preceded significant reductions of volatile sulfur compounds (hydrogen sulfide, methanethiol, and dimethyl sulfide) after 15–20 days of curing. Bucknell University food waste has high biodegradability and is suitable for high-solids anaerobic digestion; however, it has a low C:N ratio which can result in ammonia accumulation under some operating conditions. The low biodegradability of Bucknell University landscape waste limits the amount of bioavailable carbon that it can contribute, making it unsuitable for use as a cosubstrate to increase the C:N ratio of food waste. Additional research is indicated to determine other cosubstrates with higher biodegradabilities that may allow successful HSAD of Bucknell University food waste at high OLRs. Some cosubstrates to investigate are office paper, field residues, or grease trap waste. A brief curing period of less than 3 weeks was sufficient to produce viable humus from digestate produced by low OLR HSAD of food and landscape waste.

Prevalence of halitosis in the population of the city of Bern, Switzerland: a study comparing self-reported and clinical data

Epidemiological data on halitosis are rare. In this study we evaluated the prevalence of halitosis in the population of the city of Bern, Switzerland, using a standardized questionnaire and clinical examination. First of all, a standardized questionnaire was filled out by all 419 participants. In the clinical examination, 'objective' values for halitosis were gathered through two different organoleptic assessments and by the measurement of volatile sulfur compounds (VSC). Additionally, tongue coating and the modified periodontal screening index (PSI) were evaluated for each participant. The questionnaire revealed that 32% of all subjects sometimes or often experienced halitosis. The organoleptic evaluation (grade 0-5) identified 48 persons with grade 3 and higher. Measurement of VSC identified 117 subjects (28%) with readings of >or= 75 parts per billion (ppb). Tongue coating, modified PSI, and smoking were significantly associated with higher organoleptic scores, and tongue coating and smoking were associated with higher VSC values. For about one-third of the Bernese city population, halitosis seems to pose an oral health problem. Only a weak correlation between self-reported halitosis and either organoleptic or VSC measurements could be detected.

Prevalence of halitosis in young male adults: a study in swiss army recruits comparing self-reported and clinical data

BACKGROUND: Sound epidemiologic data on halitosis are rare. We evaluated the prevalence of halitosis in a young male adult population in Switzerland using a standardized questionnaire and clinical examination. METHODS: Six hundred twenty-six Swiss Army recruits aged 18 to 25 years (mean: 20.3 years) were selected as study subjects. First, a standardized questionnaire focusing on dental hygiene, self-reported halitosis, smoking, and alcohol consumption was filled out by all participants. In the clinical examination, objective values for the presence of halitosis were gathered through an organoleptic assessment of the breath odor and the measurement of volatile sulfur compounds (VSCs). Additionally, tongue coating, plaque index, and probing depths were evaluated for each recruit. RESULTS: The questionnaire revealed that only 17% of all included recruits had never experienced halitosis. The organoleptic evaluation (grades 0 to 3) identified eight persons with grade 3, 148 persons with grade 2, and 424 persons with grade 1 or 0. The calculation of the Pearson correlation coefficient to evaluate the relationship among the three methods of assessing halitosis revealed little to no correlation. The organoleptic score showed high reproducibility (kappa = 0.79). Tongue coating was the only influencing factor found to contribute to higher organoleptic scores and higher VSC values. CONCLUSIONS: Oral malodor seemed to pose an oral health problem for about one-fifth of 20-year-old Swiss males questioned. No correlation between self-reported halitosis and organoleptic or VSC measurements could be detected. Although the organoleptic method described here offers a high reproducibility, the lack of correlation between VSC values and organoleptic scores has to be critically addressed. For further studies assessing new organoleptic scores, a validated index should always be included as a direct control.

Halitosis and tongue coating in patients with erosive gastroesophageal reflux disease versus nonerosive gastroesophageal reflux disease

OBJECTIVE The aim of this study was to investigate whether patients with diagnosed erosive gastroesophageal reflux disease (ERD) have an increased probability of halitosis and tongue coating compared to patients with nonerosive gastroesophageal reflux disease (NERD). MATERIALS AND METHODS Sixty-six patients (33 males and 33 females) were recruited for the study and received an upper gastrointestinal endoscopy. The presence of ERD (n = 31) and NERD (n = 35) was classified based on the Los Angeles classification for erosive changes in the esophagus. Additionally, the patients filled in a questionnaire regarding their subjective assessment of halitosis, and an organoleptic assessment of halitosis, a measurement of oral volatile sulfur compounds (VSC) with the Halimeter, and a tongue coating index were performed. ERD and NERD subjects were compared with regard to Halitosis-related clinical and anamnestic findings. RESULTS No statistically significant difference could be found between ERD and NERD patients regarding tongue coating index, organoleptic scores, and VSC values as well as self-perceived bad taste, tongue coating, and bad breath. CONCLUSIONS These data suggest that halitosis is not typically associated with erosive gastroesophageal reflux disease and the presence of esophageal mucosal damage (ERD patients). CLINICAL RELEVANCE The data of this investigation support the findings of interdisciplinary bad breath clinics that gastroesophageal reflux disease is not a leading cause for halitosis.

The short-term treatment effects on the microbiota at the dorsum of the tongue in intra-oral halitosis patients-a randomized clinical trial

OBJECTIVES This study aims to assess the effects of rinsing with zinc- and chlorhexidine-containing mouth rinse with or without adjunct tongue scraping on volatile sulfur compounds (VSCs) in breath air, and the microbiota at the dorsum of the tongue. MATERIAL AND METHODS A randomized single-masked controlled clinical trial with a cross-over study design over 14 days including 21 subjects was performed. Bacterial samples from the dorsum of the tongue were assayed by checkerboard DNA-DNA hybridization. RESULTS No halitosis (identified by VSC assessments) at day 14 was identified in 12/21 subjects with active rinse alone, in 10/21 with adjunct use of tongue scraper, in 1/21 for negative control rinse alone, and in 3/21 in the control and tongue scraping sequence. At day 14, significantly lower counts were identified only in the active rinse sequence (p < 0.001) for 15/78 species including, Fusobacterium sp., Porphyromonas gingivalis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, and Tannerella forsythia. A decrease in bacteria from baseline to day 14 was found in successfully treated subjects for 9/74 species including: P. gingivalis, Prevotella melaninogenica, S. aureus, and Treponema denticola. Baseline VSC scores were correlated with several bacterial species. The use of a tongue scraper combined with active rinse did not change the levels of VSC compared to rinsing alone. CONCLUSIONS VSC scores were not associated with bacterial counts in samples taken from the dorsum of the tongue. The active rinse alone containing zinc and chlorhexidine had effects on intra-oral halitosis and reduced bacterial counts of species associated with malodor. Tongue scraping provided no beneficial effects on the microbiota studied. CLINICAL RELEVANCE Periodontally healthy subjects with intra-oral halitosis benefit from daily rinsing with zinc- and chlorhexidine-containing mouth rinse.

Oviposition by a moth suppresses constitutive and herbivore-induced plant volatiles in maize

Plant volatiles function as important signals for herbivores, parasitoids, predators, and neighboring plants. Herbivore attack can dramatically increase plant volatile emissions in many species. However, plants do not only react to herbivore-inflicted damage, but also already start adjusting their metabolism upon egg deposition by insects. Several studies have found evidence that egg deposition itself can induce the release of volatiles, but little is known about the effects of oviposition on the volatiles released in response to subsequent herbivory. To study this we measured the effect of oviposition by Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) moths on constitutive and herbivore-induced volatiles in maize (Zea mays L.). Results demonstrate that egg deposition reduces the constitutive emission of volatiles and suppresses the typical burst of inducible volatiles following mechanical damage and application of caterpillar regurgitant, a treatment that mimics herbivory. We discuss the possible mechanisms responsible for reducing the plant's signaling capacity triggered by S. frugiperda oviposition and how suppression of volatile organic compounds can influence the interaction between the plant, the herbivore, and other organisms in its environment. Future studies should consider oviposition as a potential modulator of plant responses to insect herbivores. © 2011 Springer-Verlag.

Oral prophylaxis and its effects on halitosis-associated and inflammatory parameters in patients with chronic periodontitis

OBJECTIVE A controlled clinical trial was conducted to evaluate the effects of oral prophylaxis on halitosis-associated, immunological and microbiological parameters. METHODS Thirty subjects were included in this controlled clinical trial (patients with generalized chronic periodontitis and controls without clinical attachment loss; each n = 15). Before oral prophylaxis and 14 days after (including tongue cleaning) volatile sulphur compounds (VSC), organoleptic scores and a tongue coating index were evaluated. The levels of IL-1β, IL-8, IL-10 and MMP-8 were measured in GCF, and also major periodontal pathogens were detected. Data were statistically analysed using anova and paired t-test. RESULTS Supragingival plaque and calculus removal with combined tongue cleaning was able to reduce significantly (P < 0.05) the VSC values in both groups (no significant differences between both groups). Two weeks after periodontal debridement, the VSC values were observed in the periodontitis group, but not in the control group, similar to the baseline values. The difference between the groups was statistically significant (P < 0.05). Only a repeated prophylaxis session in the periodontitis group was able to reduce VSC values significantly in comparison with baseline (P < 0.05). Organoleptic scores (10 and 30 cm) were significantly different (P < 0.05) between both groups before and after the treatment. Periodontal pathogens and host-derived markers were not significantly affected by a single prophylaxis session. CONCLUSIONS Oral prophylaxis may result in a significant decrease in VSC values. However, in periodontal diseases, a more complex treatment seems to be necessary.

Plant strengtheners enhance parasitoid attraction to herbivore-damaged cotton via qualitative and quantitative changes in induced volatiles

BACKGROUND Herbivore-damaged plants release a blend of volatile organic compounds (VOCs) that differs from undamaged plants. These induced changes are known to attract the natural enemies of the herbivores and therefore are expected to be important determinants of the effectiveness of biological control in agriculture. One way of boosting this phenomenon is the application of plant strengtheners, which has been shown to enhance parasitoid attraction in maize. It is unclear whether this is also the case for other important crops. RESULTS The plant strengtheners BTH [benzo (1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid S-methyl ester] and laminarin were applied to cotton plants, and the effects on volatile releases and the attraction of three hymenopteran parasitoids, Cotesia marginiventris, Campoletis sonorensis and Microplitis rufiventris, were studied. After treated and untreated plants were induced by real or simulated caterpillar feeding, it was found that BTH treatment increased the attraction of the parasitoids, whereas laminarin had no significant effect. BTH treatment selectively increased the release of two homoterpenes and reduced the emission of indole, the latter of which had been shown to interfere with parasitoid attraction in earlier studies. Canonical variate analyses of the data show that the parasitoid responses were dependent on the quality rather than the quantity of volatile emission in this tritrophic interaction. CONCLUSION Overall, these results strengthen the emerging paradigm that induction of plant defences with chemical elicitors such as BTH could provide a sustainable and environmentally friendly strategy for biological control of pests by enhancing the attractiveness of cultivated plants to natural enemies of insect herbivores. © 2014 Society of Chemical Industry

Volatiles produced by soil-borne endophytic bacteria increase plant pathogen resistance and affect tritrophic interactions

Volatile organic compounds (VOCs) released by soil microorganisms influence plant growth and pathogen resistance. Yet, very little is known about their influence on herbivores and higher trophic levels. We studied the origin and role of a major bacterial VOC, 2,3-butanediol (2,3-BD), on plant growth, pathogen and herbivore resistance, and the attraction of natural enemies in maize. One of the major contributors to 2,3-BD in the headspace of soil-grown maize seedlings was identified as Enterobacter aerogenes, an endophytic bacterium that colonizes the plants. The production of 2,3-BD by E. aerogenes rendered maize plants more resistant against the Northern corn leaf blight fungus Setosphaeria turcica. On the contrary, E. aerogenes-inoculated plants were less resistant against the caterpillar Spodoptera littoralis. The effect of 2,3-BD on the attraction of the parasitoid Cotesia marginiventris was more variable: 2,3-BD application to the headspace of the plants had no effect on the parasitoids, but application to the soil increased parasitoid attraction. Furthermore, inoculation of seeds with E. aerogenes decreased plant attractiveness, whereas inoculation of soil with a total extract of soil microbes increased parasitoid attraction, suggesting that the effect of 2,3-BD on the parasitoid is indirect and depends on the composition of the microbial community.

Maternal exposure to hazardous air pollutants and oral clefts among offspring: Texas, 1999-2008

Birth defects are a leading cause of infant mortality in the United States. About one in 33 births in the United States is diagnosed with birth defects. Common birth defects include neural tube defects, Down syndrome and oral clefts. The present study focused on oral clefts. ^ Oral clefts refer to the malformation of lip, mouth or both. Birth prevalence of oral clefts in Texas is about 11 per 10,000 births. Etiologically, oral clefts have been classified into two groups, cleft lip with or without cleft palate (CL±P) and isolated cleft palate (CP). In spite of their high prevalence and clinical significance, the etiology of oral clefts in humans has not been well understood. Though a number of risk factors have been identified in epidemiological studies, most of them do not explain the majority of the cases. The need to identify novel risk factors associated with oral clefts provided the motivation for this study. The present study focused on maternal exposure to several hazardous air pollutants. A common subgroup of hazardous air pollutants is the volatile organic compounds found in petroleum derivatives. Four important hydrocarbons in this group are benzene, toluene, ethyl benzene and xylenes (BTEX). ^ The specific aim of this study was to evaluate the association between maternal exposure to environmental levels of BTEX and oral clefts among offspring in Texas for the period 1999-2008. ^ A case-control study design was used to assess if maternal exposure to BTEX increased the risk of oral clefts. The Texas Birth Defects Registry provided data on cases of non-syndromic oral clefts delivered in Texas during the period 1999-2008. Census tract level maternal exposure to BTEX concentrations were obtained from the Hazardous Air Pollutant Exposure Model (HAPEM) developed by the U.S. Environmental Protection Agency. Unconditional logistic regression was used to assess the relationship between maternal exposure to BTEX levels and risk of oral clefts in offspring. ^ In the selected population, mothers who had high estimated exposure to any of the BTEX compounds were not more likely to deliver an offspring with oral clefts. Future research efforts will focus on additional birth defects and thorough assessment of additional potential confounders.^