Investigations on the effect of amino acids on acrylamide, pyrazines, and Michael addition products in model systems

Acrylamide and pyrazine formation, as influenced by the incorporation of different amino acids, was investigated in sealed low-moisture asparagine-glucose model systems. Added amino acids, with the exception of glycine and cysteine and at an equimolar concentration to asparagine, increased the rate of acrylamide formation. The strong correlation between the unsubstituted pyrazine and acrylamide suggests the promotion of the formation of Maillard reaction intermediates, and in particular glyoxal, as the determining mode of-action. At increased amino acid concentrations, diverse effects were observed. The initial rates of acrylamide formation remained high for valine, alanine, phenylalanine, tryptophan, glutamine, and Ieucine, while a significant mitigating effect, as evident from the acrylamide yields after 60 min of heating at 160 degrees C, was observed for proline, tryptophan, glycine, and cysteine. The secondary amine containing amino acids, proline and tryptophan, had the most profound mitigating effect on acrylamide after 60 min of heating. The relative importance of the competing effect of added amino acids for alpha-dicarbonyls and acrylamide-amino, acid alkylation reactions is discussed and accompanied by data on the relative formation rates of selected amino acid-AA adducts.

Acrylamide and pyrazine formation in model systems containing asparagine

The effect of different sugars and glyoxal on the formation of acrylamide in low-moisture starch-based model systems was studied, and kinetic data were obtained. Glucose was more effective than fructose, tagatose, or maltose in acrylamide formation, whereas the importance of glyoxal as a key sugar fragmentation intermediate was confirmed. Glyoxal formation was greater in model systems containing asparagine and glucose rather than fructose. A solid phase microextraction GC-MS method was employed to determine quantitatively the formation of pyrazines in model reaction systems. Substituted pyrazine formation was more evident in model systems containing fructose; however, the unsubstituted homologue, which was the only pyrazine identified in the headspace of glyoxal-asparagine systems, was formed at higher yields when aldoses were used as the reducing sugar. Highly significant correlations were obtained for the relationship between pyrazine and acrylamide formation. The importance of the tautomerization of the asparagine-carbonyl decarboxylated Schiff base in the relative yields of pyrazines and acrylamide is discussed.

Proteomic analysis of the site specificity of glycation and carboxymethylation of ribonuclease

Proteomic analysis using electrospray liquid chromatography-mass spectrometry (ESI-LC-MS) has been used to compare the sites of glycation (Amadori adduct formation) and carboxymethylation of RNase and to assess the role of the Amadori adduct in the formation of the advanced glycation end-product (AGE), N-is an element of-(carboxymethyl)lysine (CIVIL). RNase (13.7 mg/mL, 1 mM) was incubated with glucose (0.4 M) at 37 degreesC for 14 days in phosphate buffer (0.2 M, pH 7.4) under air. On the basis of ESI-LC-MS of tryptic peptides, the major sites of glycation of RNase were, in order, K41, K7, K1, and K37. Three of these, in order, K41, K7, and K37 were also the major sites of CIVIL formation. In other experiments, RNase was incubated under anaerobic conditions (1 mM DTPA, N-2 purged) to form Amadori-modified protein, which was then incubated under aerobic conditions to allow AGE formation. Again, the major sites of glycation were, in order, K41, K7, K1, and K37 and the major sites of carboxymethylation were K41, K7, and K37. RNase was also incubated with 1-5 mM glyoxal, substantially more than is formed by autoxidation of glucose under experimental conditions, but there was only trace modification of lysine residues, primarily at K41. We conclude the following: (1) that the primary route to formation of CIVIL is by autoxidation of Amadori adducts on protein, rather than by glyoxal generated on autoxidation of glucose; and (2) that carboxymethylation, like glycation, is a site-specific modification of protein affected by neighboring amino acids and bound ligands, such as phosphate or phosphorylated compounds. Even when the overall extent of protein modification is low, localization of a high proportion of the modifications at a few reactive sites might have important implications for understanding losses in protein functionality in aging and diabetes and also for the design of AGE inhibitors.

Synthesis of prebiotic galactooligosaccharides from lactose using bifidobacterial β-galactosidase (BbgIV) immobilised on DEAE-Cellulose, Q-Sepharose and amino-ethyl agarose

The bifidobacterial β-galactosidase BbgIV was immobilised on DEAE-Cellulose and Q-Sepharose via ionic binding and on amino-ethyl- and glyoxal-agarose via covalent attachment, and was then used to catalyse the synthesis of galactooligosaccharides (GOS). The immobilisation yield exceeded 90 % using ionic binding, while it was low using aminoethyl agarose (25 – 28 %) and very low using glyoxal agarose (< 3 %). This was due to the mild conditions and absence of chemical reagents in ionic binding, compared to covalent attachment. The maximum GOS yield obtained using DEAE-Cellulose and Q-Sepharose was similar to that obtained using free BbgIV (49 – 53 %), indicating the absence of diffusion limitation and mass transfer issues. For amino-ethyl agarose, however, the GOS yield obtained was lower (42 – 44 %) compared to that obtained using free BbgIV. All the supports tried significantly (P < 0.05) increased the BbgIV operational stability and the GOS synthesis productivity up to 55 °C. Besides, six successive GOS synthesis batches were performed using BbgIV immobilised on Q-Sepharose; all resulted in similar GOS yields, indicating the possibility of developing a robust synthesis process. Overall, the GOS synthesis operation performance using BbgIV was improved by immobilising the enzyme onto solid supports, in particular on Q-Sepharose

Effect of chemical treatment on the mechanical properties, water vapour permeability and sorption isotherms of gelatin-based films

Proteins contain hydrophilic groups, which can bind to water molecules through hydrogen bridges, resulting in water vapour adsorption. An increase in the degree of cross-linking can be a method to improve the cohesiveness force and functional properties of protein-based films. Thus, the objective of this work was to evaluate the effect of chemical treatment of gelatin with formaldehyde and glyoxal on the mechanical properties, water vapour permeability (WVP) and water vapour sorption characteristics of gelatin-based films. Films were produced using gelatin, with and without chemical treatment. The formaldehyde treatments caused a significant increase in the tensile strength and a reduction in the WVP of films. The Guggenheim-Anderson-De Boer and Halsey models could be used to model the sorption isotherms of films. It was observed that an increase in temperature produced a decrease in water sorption, and the chemical modifications did not affect the monolayer moisture content. Copyright (c) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

Properties of chemically modified gelatin films

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

Anaerobic effluent disinfected with ozone/hydrogen peroxide efluente anaeróbio desinfetado com ozônio/peróxido de hidrogênio

This research aimed at studying the oxidation process, to verify the effectiveness of coliform inactivation and to evaluate the formation of ozonation disinfection byproducts (DBP) in anoxic sanitary wastewater treated with ozone/hydrogen peroxide applied at doses of 2.6 mg O3 L-1 and 2.0 mg H2O2 L-1 with contact time of 10 min and 8.1 mg O3 L-1 and 8.0 mg H2O2 L-1 with contact time of 20 min. The mean chemical oxygen demand (COD) reductions were 7.50 and 9.40% for applied dosages of 2.5-2.8 and 6.4-9.4 mg O3 L-1 + 2.0 and 8.0 mg H2O2.L-1, respectively. The Escherichia coli (E. coli) inactivation range was 2.98-4.04 log10 and the total coliform inactivation range was 2.77-4.01 log10. The aldehydes investigated were formaldehyde, acetaldehyde, glyoxal and methylglyoxal. It was observed only the formation of acetaldehyde that ranged 5.53 to 29.68 μg L-1.

Massenspektrometrische Untersuchungen zur Aufklärung der Bildungsmechanismen von Oligomeren in sekundärem organischen Aerosol und zur Zusammensetzung von marinem Hintergrund-Aerosol

Diese Arbeit präsentiert Forschungsergebnisse der beiden wissenschaftlichen Projekte POLYSOA und OOMPH. Für das POLYSOA-Projekt, welches sich mit der Oligomerbildung in sekundären organischen Aerosolen befasst, wurden zwei Dicarbonylverbindungen bezüglich ihres Oligomerisationsverhaltens untersucht. Hierfür wurden zunächst verschiedene Herstellungsmethoden für die reinen, wasserfreien Monomere Glyoxal (Ethandial) und Methylglyoxal (2-Oxopropanal) erprobt. Diese wurden mit Reinstwasser umgesetzt und die Reaktionsprodukte massenspektrometrisch mittels Direktinfusion in ein ESI-MS untersucht. Es wurde bei den wässrigen Lösungen von Glyoxal eine starke Tendenz zur Oligomerbildung beobachtet. Die Zusammensetzung dieser Acetal-Oligomere wurde durch MS2-Experimente analysiert. Methylglyoxal bildete bei den durchgeführten Experimenten ebenfalls bei der Reaktion mit Wasser Oligomere. Zum Ausschluss, dass es sich bei den mittels ESI-MS gemessenen Oligomer-Ionen nicht um Ionenquellenartefakte handelte, wurde eine HPLC-Trennung vorgenommen. Diese Experimente ergaben, dass es sich nicht um Artefakte handelt. Als Teil des OOMPH-Projekts wurden mit einem Aerodyne-HRToF-AMS Messungen an Bord des französischem Forschungsschiffes RV Marion Dufresne durchgeführt. Um detaillierte Informationen über die hierbei im organischen Aerosol enthaltenen Moleküle zu erhalten wurde eine neue Methode entwickelt. Es wurde eine Ionenliste erstellt, die mögliche Fragment-Ionen sowie deren exakte Masse enthält. Reihen von homologen Ionen wurden in Gruppen zusammengefasst. Ein selbstentwickelter Algorithmus berechnet die Signalanteile der einzelnen Ionen aus der Ionenliste am Gesamtsignal. Die erhaltenen einzelnen Signalanteile wurden entsprechend den Ionengruppen zusammengefasst. Hieraus können Informationen über die im Aerosol enthaltenen Molekülbausteine erhalten werden. Im OOMPH-Datensatz konnten so Aerosole verschiedener chemischer Zusammensetzung unterschieden werden. Ein Rückschluss auf einzelne Moleküle kann jedoch nicht gezogen werden.

The oxidation capacity of the atmosphere - OH and HO 2 radical measurements in a boreal forest environment using laser induced fluorescence spectroscopy

Das wichtigste Oxidationsmittel für den Abbau flüchtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) in der Atmosphäre ist das Hydroxylradikal (OH), welches sich in einem schnellen chemischen Gleichgewicht mit dem Hydroperoxylradical (HO2) befindet. Bisherige Messungen und Modellvergleiche dieser Radikalspezies in Waldgebieten haben signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse aufgezeigt.rnIm Rahmen dieser Doktorarbeit wurden Messungen von OH- und HO2-Radikalen mittelsrnlaserinduzierten Fluoreszensmesstechnik (LIF, engl.: laser-induced fluorescence) in einem Nadelwald in Süd-Finnland während der Messkampagne HUMPPA–COPEC–2010 (Hyytiälä United Measurements of Photochemistry and Particles in Air – Comprehensive Organic Precursor Emission and Concentration study) im Sommer 2010 durchgeführt. Unterschiedliche Komponenten des LIF-Instruments wurden verbessert. Eine modifizierte Methode zur Bestimmung des Hintergrundsignals (engl.: InletPreInjector technique) wurde in den Messaufbaurnintegriert und erstmals zur Messung von atmosphärischem OH verwendet. Vergleichsmessungen zweier Instrumente basierend auf unterschiedlichen Methoden zur Messung von OH-Radikalen, chemische Ionisationsmassenspektrometrie (CIMS - engl.: chemical ionization mass spectrometry) und LIF-Technik, zeigten eine gute Übereinstimmung. Die Vergleichsmessungen belegen das Vermögen und die Leistungsfähigkeit des modifizierten LIF-Instruments atmosphärische OH Konzentrationen akkurat zu messen. Nachfolgend wurde das LIF-Instrument auf der obersten Plattform eines 20m hohen Turmes positioniert, um knapp oberhalb der Baumkronen die Radikal-Chemie an der Schnittstelle zwischen Ökosystem und Atmosphäre zu untersuchen. Umfangreiche Messungen - dies beinhaltet Messungen der totalen OH-Reaktivität - wurden durchgeführt und unter Verwendung von Gleichgewichtszustandsberechnungen und einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, analysiert. Wenn moderate OH-Reaktivitäten(k′(OH)≤ 15 s−1) vorlagen, sind OH-Produktionsraten, die aus gemessenen Konzentrationen von OH-Vorläuferspezies berechnet wurden, konsistent mit Produktionsraten, die unter der Gleichgewichtsannahme von Messungen des totalen OH Verlustes abgeleitet wurden. Die primären photolytischen OH-Quellen tragen mit einem Anteil von bis zu einem Drittel zur Gesamt-OH-Produktion bei. Es wurde gezeigt, dass OH-Rezyklierung unter Bedingungen moderater OH-Reaktivität hauptsächlich durch die Reaktionen von HO2 mit NO oder O3 bestimmt ist. Während Zeiten hoher OH-Reaktivität (k′(OH) > 15 s−1) wurden zusätzliche Rezyklierungspfade, die nicht über die Reaktionen von HO2 mit NO oder O3, sondern direkt OH bilden, aufgezeigt.rnFür Hydroxylradikale stimmen Boxmodell-Simulationen und Messungen gut übereinrn(OHmod/OHobs=1.04±0.16), während HO2-Mischungsverhältnisse in der Simulation signifikant unterschätzt werden (HO2mod/HO2obs=0.3±0.2) und die simulierte OH-Reaktivität nicht mit der gemessenen OH-Reaktivität übereinstimmt. Die gleichzeitige Unterschätzung der HO2-Mischungsverhältnisse und der OH-Reaktivität, während OH-Konzentrationen von der Simulation gut beschrieben werden, legt nahe, dass die fehlende OH-Reaktivität in der Simulation eine noch unberücksichtigte HO2-Quelle darstellt. Zusätzliche, OH-unabhängigernRO2/HO2-Quellen, wie z.B. der thermische Zerfall von herantransportiertem peroxyacetylnitrat (PAN) und die Photolyse von Glyoxal sind indiziert.

Development and application of mass-spectrometric methods for the quantification and characterization of organic compounds in ice cores

Eisbohrkerne stellen wertvolle Klimaarchive dar, da sie atmosphärisches Aerosol konservieren. Die Analyse chemischer Verbindungen als Bestandteil atmosphärischer Aerosole in Eisbohrkernen liefert wichtige Informationen über Umweltbedingungen und Klima der Vergangenheit. Zur Untersuchung der α-Dicarbonyle Glyoxal und Methylglyoxal in Eis- und Schneeproben wurde eine neue, sensitive Methode entwickelt, die die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit der Hochleistungsflüssigchromatographie-Massenspektrometrie (HPLC-MS) kombiniert. Zur Analyse von Dicarbonsäuren in Eisbohrkernen wurde eine weitere Methode entwickelt, bei der die Festphasenextraktion mit starkem Anionenaustauscher zum Einsatz kommt. Die Methode erlaubt die Quantifizierung aliphatischer Dicarbonsäuren (≥ C6), einschließlich Pinsäure, sowie aromatischer Carbonsäuren (wie Phthalsäure und Vanillinsäure), wodurch die Bestimmung wichtiger Markerverbindungen für biogene und anthropogene Quellen ermöglicht wurde. Mit Hilfe der entwickelten Methoden wurde ein Eisbohrkern aus den Schweizer Alpen analysiert. Die ermittelten Konzentrationsverläufe der Analyten umfassen die Zeitspanne von 1942 bis 1993. Mittels einer Korrelations- und Hauptkomponentenanalyse konnte gezeigt werden, dass die organischen Verbindungen im Eis hauptsächlich durch Waldbrände und durch vom Menschen verursachte Schadstoffemissionen beeinflusst werden. Im Gegensatz dazu sind die Konzentrationsverläufe einiger Analyten auf den Mineralstaubtransport auf den Gletscher zurückzuführen. Zusätzlich wurde ein Screening der Eisbohrkernproben mittels ultrahochauflösender Massenspektrometrie durchgeführt. Zum ersten Mal wurden in diesem Rahmen auch Organosulfate und Nitrooxyorganosulfate in einem Eisbohrkern identifiziert.

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.

Characteristics and aldehyde concentrations of diamond dust events near Barrow, Alaska

Diamond dust (DD) refers to tiny ice crystals that form frequently in the Polar troposphere under clear sky conditions. They provide surfaces for chemical reactions and scatter light. We have measured the specific surface area (SSA) of DD at Barrow in March-April 2009. We have also measured its chemical composition in mineral and organic ions, dissolved organic carbon (DOC), aldehydes, H2O2, and the absorption spectra of water-soluble chromophores. Mercury concentrations were also measured in spring 2006, when conditions were similar. The SSA of DD ranges from 79.9 to 223 m**2/kg . The calculated ice surface area in the atmosphere reaches 11000 (±70%) µm**2/cm**3, much higher than the aerosol surface area. However, the impact of DD on the downwelling and upwelling light fluxes in the UV and visible is negligible. The composition of DD is markedly different from that of snow on the surface. Its concentrations in mineral ions are much lower, and its overall composition is acidic. Its concentrations in aldehydes, DOC, H2O2 and mercury are much higher than in surface snows. Our interpretation is that DOC from the oceanic surface microlayer, coming from open leads in the ice off of Barrow, is taken up by DD. Active chemistry in the atmosphere takes place on DD crystal surfaces, explaining its high concentrations in aldehydes and mercury. After deposition, active photochemistry modifies DD composition, as seen from the modifications in its absorption spectra and aldehyde and H2O2 content. This probably leads to the emissions of reactive species to the atmosphere.

Measurements of seawater and aerosol particles during POLARSTERN cruise ANT-XXVII/4

An analytical method for the determination of the alpha dicarbonyls glyoxal (GLY) and methylglyoxal (MGLY) from seawater and marine aerosol particles is presented. The method is based on derivatization with o-(2,3,4,5,6-Pentafluorobenzyl)-hydroxylamine (PFBHA) reagent, solvent extraction and GC-MS (SIM) analysis. The method showed good precision (RSD < 10%), sensitivity (detection limits in the low ng/l range), and accuracy (good agreement between external calibration and standard addition). The method was applied to determine GLY and MGLY in oceanic water sampled during the Polarstern cruise ANT XXVII/4 from Capetown to Bremerhaven in spring 2011. GLY and MGLY were determined in the sea surface microlayer (SML) of the ocean and corresponding bulk water (BW) with average concentrations of 228 ng/l (GLY) and 196 ng/l (MGLY). The results show a significant enrichment (factor of 4) of GLY and MGLY in the SML. Furthermore, marine aerosol particles (PM1) were sampled during the cruise and analyzed for GLY (average concentration 0.19 ng/m**3) and MGLY (average concentration 0.15 ng/m**3). On aerosol particles, both carbonyls show a very good correlation with oxalate, supporting the idea of a secondary formation of oxalic acid via GLY and MGLY. Concentrations of GLY and MGLY in seawater and on aerosol particles were correlated to environmental parameters such as global radiation, temperature, distance to the coastline and biological activity. There are slight hints for a photochemical production of GLY and MGLY in the SML (significant enrichment in the SML, higher enrichment at higher temperature). However, a clear connection of GLY and MGLY to global radiation as well as to biological activity cannot be concluded from the data. A slight correlation between GLY and MGLY in the SML and in aerosol particles could be a hint for interactions, in particular of GLY, between seawater and the atmosphere.