Speciation of Pu(III) in the environmental system humic substances-groundwater-kaolinite

For the safety assessments of nuclear waste repositories, the possible migration of the radiotoxic waste into environment must be considered. Since plutonium is the major contribution at the radiotoxicity of spent nuclear waste, it requires special care with respect to its mobilization into the groundwater. Plutonium has one of the most complicated chemistry of all elements. It can coexist in 4 oxidation states parallel in one solution. In this work is shown that in the presence of humic substances it is reduced to the Pu(III) and Pu(IV). This work has the focus on the interaction of Pu(III) with natural occurring compounds (humic substances and clay minerals bzw. Kaolinite), while Pu(IV) was studied in a parallel doctoral work by Banik (in preparation). As plutonium is expected under extreme low concentrations in the environment, very sensitive methods are needed to monitor its presence and for its speciation. Resonance ionization mass spectrometry (RIMS), was used for determining the concentration of Pu in environmental samples, with a detection limit of 106- 107 atoms. For the speciation of plutonium CE-ICP-MS was routinely used to monitor the behaviour of Pu in the presence of humic substances. In order to reduce the detection limits of the speciation methods, the coupling of CE to RIMS was proposed. The first steps have shown that this can be a powerful tool for studies of pu under environmental conditions. Further, the first steps in the coupling of two parallel working detectors (DAD and ICP_MS ) to CE was performed, for the enabling a precise study of the complexation constants of plutonium with humic substances. The redox stabilization of Pu(III) was studied and it was determined that NH2OHHCl can maintain Pu(III) in the reduced form up to pH 5.5 ��� 6. The complexation constants of Pu(III) with Aldrich humic acid (AHA) were determined at pH 3 and 4. the log�� = 6.2 ��� 6.8 found for these experiments was comparable with the literature. The sorption of Pu(III) onto kaolinite was studied in batch experiments and it was determine dthat the pH edge was at pH ~ 5.5. The speciation of plutonium on the surface of kaolinite was studied by EXAFS/XANES. It was determined that the sorbed species was Pu(IV). The influence of AHA on the sorption of Pu(III) onto kaolinite was also investigated. It was determined that at pH < 5 the adsorption is enhanced by the presence of AHA (25 mg/L), while at pH > 6 the adsorption is strongly impaired (depending also on the adding sequence of the components), leading to a mobilization of plutonium in solution.

Differential cell type-specific transcriptional regulation of the CYP1A1 gene

Cytochrome P450 1A1 (CYP1A1) monooxygenase plays an important role in the metabolism of environmental pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and halogenated polycyclic aromatic hydrocarbons (HAHs). Oxidation of these compounds converts them to the metabolites that subsequently can be conjugated to hydrophilic endogenous entities e.g. glutathione. Derivates generated in this way are water soluble and can be excreted in bile or urine, which is a defense mechanism. Besides detoxification, metabolism by CYP1A1 may lead to deleterious effects since the highly reactive intermediate metabolites are able to react with DNA and thus cause mutagenic effects, as it is in the case of benzo(a) pyrene (B[a]P). CYP1A1 is normally not expressed or expressed at a very low level in the cells but it is inducible by many PAHs and HAHs e.g. by B[a]P or 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). Transcriptional activation of the CYP1A1 gene is mediated by aryl hydrocarbon receptor (AHR), a basic-helix-loop-helix (bHLH) transcription factor. In the absence of a ligand AHR stays predominantly in the cytoplasm. Ligand binding causes translocation of AHR to the nuclear compartment, its heterodimerization with another bHLH protein, the aryl hydrocarbon nuclear translocator (ARNT) and binding of the AHR/ARNT heterodimer to a DNA motif designated dioxin responsive element (DRE). This process leads to the transcriptional activation of the responsive genes containing DREs in their regulatory regions, e.g. that coding for CYP1A1. TCDD is the most potent known agonist of AHR. Since it is not metabolized by the activated enzymes, exposure to this compound leads to a persisting activation of AHR resulting in diverse toxic effects in the organism. To enlighten the molecular mechanisms that mediate the toxicity of xenobiotics like TCDD and related compounds, the AHR-dependent regulation of the CYP1A1 gene was investigated in two cell lines: human cervix carcinoma (HeLa) and mouse hepatoma (Hepa). Study of AHR activation and its consequence concerning expression of the CYP1A1 enzyme confirmed the TCDD-dependent formation of the AHR/ARNT complex on DRE leading to an increase of the CYP1A1 transcription in Hepa cells. In contrast, in HeLa cells formation of the AHR/ARNT heterodimer and binding of a protein complex containing AHR and ARNT to DRE occurred naturally in the absence of TCDD. Moreover, treatment with TCDD did not affect the AHR/ARNT dimer formation and binding of these proteins to DRE in these cells. Even though the constitutive complex on DRE exists in HeLa, transcription of the CYP1A1 gene was not increased. Furthermore, the CYP1A1 level in HeLa cells remained unchanged in the presence of TCDD suggesting repressional mechanism of the AHR complex function which may hinder the TCDD-dependent mechanisms in these cells. Similar to the native, the mouse CYP1A1-driven reporter constructs containing different regulatory elements were not inducible by TCDD in HeLa cells, which supported a presence of cell type specific trans-acting factor in HeLa cells able to repress both the native CYP1A1 and CYP1A1-driven reporter genes rather than species specific differences between CYP1A1 genes of human and rodent origin. The different regulation of the AHR-mediated transcription of CYP1A1 gene in Hepa and HeLa cells was further explored in order to elucidate two aspects of the AHR function: (I) mechanism involved in the activation of AHR in the absence of exogenous ligand and (II) factor that repress function of the exogenous ligand-independent AHR/ARNT complex. Since preliminary studies revealed that the activation of PKA causes an activation of AHR in Hepa cells in the absence of TCDD, the PKA-dependent signalling pathway was the proposed endogenous mechanism leading to the TCDD-independent activation of AHR in HeLa cells. Activation of PKA by forskolin or db-cAMP as well as inhibition of the kinase by H89 in both HeLa and Hepa cells did not lead to alterations in the AHR interaction with ARNT in the absence of TCDD and had no effect on binding of these proteins to DRE. Moreover, the modulators of PKA did not influence the CYP1A1 activity in these cells in the presence and in the absence of TCDD. Thus, an involvement of PKA in the regulation of the CYP1A1 Gen in HeLa cells was not evaluated in the course of this study. Repression of genes by transcription factors bound to their responsive elements in the absence of ligands has been described for nuclear receptors. These receptors interact with protein complex containing histone deacetylase (HDAC), enzyme responsible for the repressional effect. Thus, a participation of histone deacetylase in the transcriptional modulation of CYP1A1 gene by the constitutively DNA-bound AHR/ARNT complex was supposed. Inhibition of the HDAC activity by trichostatin A (TSA) or sodium butyrate (NaBu) led to an increase of the CYP1A1 transcription in the presence but not in the absence of TCDD in Hepa and HeLa cells. Since amount of the AHR and ARNT proteins remained unchanged upon treatment of the cells with TSA or NaBu, the transcriptional upregulation of CYP1A1 gene was not due to an increased expression of the regulatory proteins. These findings strongly suggest an involvement of HDAC in the repression of the CYP1A1 gene. Similar to the native human CYP1A1 also the mouse CYP1A1-driven reporter gene transfected into HeLa cells was repressed by histone deacetylase since the presence of TSA or NaBu led to an increase in the reporter activity. Induction of reporter gene did not require a presence of the promoter or negative regulatory regions of the CYP1A1 gene. A promoter-distal fragment containing three DREs together with surrounding sequences was sufficient to mediate the effects of the HDAC inhibitors suggesting that the AHR/ARNT binding to its specific DNA recognition site may be important for the CYP1A1 repression. Histone deacetylase is recruited to the specific genes by corepressors, proteins that bind to the transcription factors and interact with other members of the HDAC complex. Western blot analyses revealed a presence of HDAC1 and the corepressors mSin3A (mammalian homolog of yeast Sin3) and SMRT (silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptor) in both cell types, while the corepressor NCoR (nuclear receptor corepressor) was expressed exclusively in HeLa cells. Thus the high inducibility of CYP1A1 in Hepa cells may be due to the absence of NCoR in these cells in contrast to the non-responsive HeLa cells, where the presence of NCoR would support repression of the gene by histone deacetylase. This hypothesis was verified in reporter gene experiments where expression constructs coding for the particular members of the HDAC complex were cotransfected in Hepa cells together with the TCDD-inducible reporter constructs containing the CYP1A1 regulatory sequences. An overexpression of NCoR however did not decrease but instead led to a slight increase of the reporter gene activity in the cells. The expected inhibition was observed solely in the case of SMRT that slightly reduced constitutive and TCDD-induced reporter gene activity. A simultaneous expression of NCoR and SMRT shown no further effects and coexpression of HDAC1 with the two corepressors did not alter this situation. Thus, additional factors that are likely involved in the repression of CYP1A1 gene by HDAC complex remained to be identified. Taking together, characterisation of an exogenous ligand independent AHR/ARNT complex on DRE in HeLa cells that repress transcription of the CYP1A1 gene creates a model system enabling investigation of endogenous processes involved in the regulation of AHR function. This study implicates HDAC-mediated repression of CYP1A1 gene that contributes to the xenobiotic-induced expression in a tissue specific manner. Elucidation of these processes gains an insight into mechanisms leading to deleterious effects of TCDD and related compounds.

Variation of stable silicon isotopes: Analytical developments and applications in Precambrian geochemistry

Die vorliegende Dissertation behandelt die Gesamtgesteinsanalyse stabiler Siliziumisotope mit Hilfe einer ���Multi Collector-ICP-MS���. Die Analysen fanden in Kooperation mit dem ���Royal Museum for Central Africa��� in Belgien statt. Einer der Schwerpunkte des ersten Kapitels ist die erstmalige Analyse des ��30Si ���Wertes an einem konventionellen Nu PlasmaTM ���Multi-Collector ICP-MS��� Instrument, durch die Eliminierung der den 30Si ���peak��� ��berlagernden 14N16O Interferenz. Die Analyse von ��30Si wurde durch technische Modifikationen der Anlage erreicht, welche eine h��herer Massenaufl��sung erm��glichten. Die sorgsame Charakterisierung eines ad��quaten Referenzmaterials ist unabdingbar f��r die Absch��tzung der Genauigkeit einer Messung. Die Bestimmung der ���U.S. Geological Survey��� Referenzmaterialien bildet den zweiten Schwerpunkt dieses Kapitales. Die Analyse zweier hawaiianischer Standards (BHVO-1 and BHVO-2), belegt die pr��zise und genaue ��30Si Bestimmung und bietet Vergleichsdaten als Qualit��tskontrolle f��r andere Labore. Das zweite Kapitel befasst sich mit kombinierter Silizium-/Sauerstoffisotope zur Untersuchung der Entstehung der Silizifizierung vulkanischer Gesteine des ���Barberton Greenstone Belt���, S��dafrika. Im Gegensatz zu heute, war die Silizifizierung der Oberfl��chennahen Schichten, einschlie��lich der ���Chert��� Bildung, weitverbreitete Prozesse am pr��kambrischen Ozeanboden. Diese Horizonte sind Zeugen einer extremen Siliziummobilisierung in der Fr��hzeit der Erde. Dieses Kapitel behandelt die Analyse von Silizium- und Sauerstoffisotopen an drei unterschiedlichen Gesteinsprofilen mit unterschiedlich stark silizifizierten Basalten und ��berlagernden geschichteten ���Cherts��� der 3.54, 3.45 und 3.33 Mill. Jr. alten Theespruit, Kromberg und Hooggenoeg Formationen. Siliziumisotope, Sauerstoffisotope und die SiO2-Gehalte demonstrieren in allen drei Gesteinsprofilen eine positive Korrelation mit dem Silizifizierungsgrad, jedoch mit unterschiedlichen Steigungen der ��30Si-��18O-Verh��ltnisse. Meerwasser wird als Quelle des Siliziums f��r den Silizifizierungsprozess betrachtet. Berechnungen haben gezeigt, dass eine klassische Wasser-Gestein Wechselwirkung die Siliziumisotopenvariation nicht beeinflussen kann, da die Konzentration von Si im Meerwasser zu gering ist (49 ppm). Die Daten stimmen mit einer Zwei-Endglieder-Komponentenmischung ��berein, mit Basalt und ���Chert��� als jeweilige Endglieder. Unsere gegenw��rtigen Daten an den ���Cherts��� best��tigen einen Anstieg der Isotopenzusammensetzung ��ber der Zeit. M��gliche Faktoren, die f��r unterschiedliche Steigungen der ��30Si-��18O Verh��ltnisse verantwortlich sein k��nnten sind Ver��nderungen in der Meerwasserisotopie, der Wassertemperatur oder sekund��re Alterationseffekte. Das letzte Kapitel beinhaltet potentielle Variationen in der Quellregion archaischer Granitoide: die Si-Isotopen Perspektive. Natriumhaltige Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit (TTG) Intrusiva repr��sentieren gro��e Anteile der archaischen Kruste. Im Gegensatz dazu ist die heutige Kruste kaliumhaltiger (GMS-Gruppe: Granit-Monzonite-Syenite). Prozesse, die zu dem Wechsel von natriumhaltiger zu kaliumhaltiger Kruste f��hrten sind die Thematik diesen Kapitels. Siliziumisotopenmessungen wurden hier kombiniert mit Haupt- und Spurenelementanalysen an unterschiedlichen Generationen der 3.55 bis 3.10 Mill. Yr. alten TTG und GMS Intrusiva aus dem Arbeitsgebiet. Die ��30Si-Werte in den unterschiedlichen Plutonit Generationen zeigen einen leichten Anstieg der Isotopie mit der Zeit, wobei natriumhaltige Intrusiva die niedrigste Si-Isotopenzusammensetzung aufweisen. Der leichte Anstieg in der Siliziumisotopenzusammensetzung ��ber die Zeit k��nnte auf unterschiedliche Temperaturbedingungen in der Quellregion der Granitoide hinweisen. Die Entstehung von Na-reichen, leichten d30Si Granitoiden w��rde demnach bei h��heren Temperaturen erfolgen. Die ��hnlichkeit der ��30Si-Werte in archaischen K-reichen Plutoniten und phanerozoischen K-reichen Plutoniten wird ebenfalls deutlich.

Etablierung eines In-vivo-Modells zur Untersuchung der Rolle epidermaler Langerhanszellen bei der Entstehung der Transplantat-gegen-Wirt-Erkrankung nach allogener Blutstammzelltransplantation

Dendritische Zellen der Haut, wie z.B. die Langerhanszellen (LC) der Epidermis, sind potente antigenpra��sentierende Zellen (APC). Nach allogener Blutstammzelltransplantation (engl.: hematopoietic stemm cell transplantation, HSCT) persistieren Empfa��nger-APC und ko��nnen Spender-T-Zellen aktivieren. Somit spielen dendritische Zellen eine kritische Rolle bei der Initiierung von akuter Transplantat-Gegen-Wirt-Reaktion (engl.: graft-versus-host-disease, GvHD).rnIn der vorliegenden Arbeit wurde ein Modellsystem entwickelt, welches humane Haut in einem Xenotransplantationsmodell nutzt, um die Wechselwirkung dieser gewebssta��ndigen APC mit alloreaktiven T-Zellen zu untersuchen. Dafu��r wurden humane Resthautpra��parate von subkutanem Gewebe befreit und intraskaptula��r auf immunsupprimierte NOD/LtSz-scid IL2R#-null Ma��use (NSG) transplantiert. Diesen Tieren fehlen funktionale T-, B- und NK-Zellen, und sie tolerieren somit ein xenogenes Transplantat. Im Vergleich zu anderen immundefizienten Sta��mmen, haben sie eine erho��hte Lebenserwartung und es ist zudem mo��glich humane Ha��matopoese durch Stammzellgabe zu etablieren.rnPublizierte Methoden der Hauttransplantation wurden fu��r diese Arbeit optimiert und weiterentwickelt. So konnte die Erfolgsrate von 44% auf bis zu 95% gesteigert werden. Erste Untersuchungen fokussierten den Einfluss der Wundheilung auf die Verteilung dermaler Zellpopulationen, wie z.B. CD11c positive APC, und die Population der LC in der Epidermis. Wa��hrend der ersten Wochen der Wundheilung war ein voru��bergehendes Verschwinden der LC aus der Epidermis zu beobachten. Im Gegensatz dazu waren CD11c positive dermale Zellen permanent detektierbar. Die zu spa��teren Zeitpunkten festgestellte Repopulation der Epidermis mit LC unterstu��tzt die Hypothese einer lokalen Vorla��uferzelle. Die vorgelegten Daten und die lokale proliferative Aktivita��t dieser Zellen unterstreichen ihre Unabha��ngigkeit vom peripheren Blut. Versuche, eine Depletion der LC mittels UVC-Bestrahlung zu erreichen, gelangen nicht. Auch dies spricht fu��r das Vorhandensein eines lokalen Vorla��ufers.rnZur Induktion von GvHD in der transplantierten Haut wurden in vitro DC des Hautspenders generiert und damit HLA-disparate T-Zellen stimuliert. Auf diese Weise sollte eine maximale Alloreaktivita��t gegen das Hauttransplantat generiert werden. In allen vorgestellten Systemen lie�� sich nach Infusion der T-Lymphozyten in transplantierte Tiere, eine T-Zellinduzierte inflammatorische Reaktion auslo��sen. Optisch war eine deutliche Ro��tung des Transplantats feststellbar. Diese war jedoch nur in den Proben besonders deutlich, welche T-Zellen mit vorheriger in vitro Stimulation durch DC des Hautspenders erhalten hatten. Histologisch konnten Anzeichen einer Entzu��ndung nachgewiesen werden. Neben Akanthose und Hyperparakeratose, waren deutliche T-Zellinfiltrate detektierbar. Auch Spaltbildung und Ablo��sung der Epidermis, sowie vereinzelte Apoptosen der epidermalen Zellen wiesen auf eine GvHD artige Entzu��ndung hin.rnEine weitere Beobachtung nach T-Zellgabe, war die Depletion der LC aus der Epidermis. Auch konnte durch spa��tere T-Zellgaben keine weitere Hautro��tung ausgelo��st werden. Dies belegt die Funktion der LC als prima��re Zielzelle der alloreaktiven T-Zellen. Unterstrichen wird dies durch Verwendung einer LC defizienten Haut, welche keine Hautro��tung oder Anzeichen einer Entzu��ndung entwickelte.rnZusammenfassend wurde fu��r diese Arbeit ein Modellsystem entwickelt, welches es erlaubt Untersuchungen entzu��ndlicher Hautkrankheiten unter Beru��cksichtigung hautsta��ndiger APC durchzufu��hren. Dabei kann dieses Modell in Zukunft fu��r die Untersuchung von APC modulierenden Agenzien genutzt werden, da pra��klinische Modelle fu��r spezies-spezifische Therapien bislang fehlten. Das Entstehen einer Entzu��ndung ko��nnte so verhindert oder eine Behandlung ermo��glicht werden.

Entwicklung eines Pikoliter-Tropfengenerators f��r die Massenspektrometrische Spuren- und Speziesanalytik

Die Dissertationsschrift besch��ftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung einer alternativen Probenzuf��hrungstechnik f��r fl��ssige Proben in der Massenspektrometrie. Obwohl bereits einige Anstrengungen zur Verbesserung unternommen wurden, weisen konventionelle pneumatische Zerst��uber- und Spr��hkammersysteme, die in der Elementspurenanalytik mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) standardm����ig verwendet werden, eine geringe Gesamteffizienz auf. Pneumatisch erzeugtes Aerosol ist durch eine breite Tropfengr����enverteilung gekennzeichnet, was den Einsatz einer Spr��hkammer bedingt, um die Aerosolcharakteristik an die Betriebsbedingungen des ICPs anzupassen.. Die Erzeugung von Tropfen mit einer sehr engen Tropfengr����enverteilung oder sogar monodispersen Tropfen k��nnte die Effizienz des Probeneintrags verbessern. Ein Ziel dieser Arbeit ist daher, Tropfen, die mittels des thermischen Tintenstrahldruckverfahrens erzeugt werden, zum Probeneintrag in der Elementmassenspektrometrie einzusetzen. Das thermische Tintenstrahldruckverfahren konnte in der analytischen Chemie im Bereich der Oberfl��chenanalytik mittels TXRF oder Laserablation bisher zur gezielten, reproduzierbaren Deposition von Tropfen auf Oberfl��chen eingesetzt werden. Um eine kontinuierliche Tropfenerzeugung zu erm��glichen, wurde ein elektronischer Mikrokontroller entwickelt, der eine Dosiereinheit unabh��ngig von der Hard- und Software des Druckers steuern kann. Dabei sind alle zur Tropfenerzeugung relevanten Parameter (Frequenz, Heizpulsenergie) unabh��ngig voneinander einstellbar. Die Dosiereinheit, der &quot;drop-on-demand&quot; Aerosolgenerator (DOD), wurde auf eine Aerosoltransportkammer montiert, welche die erzeugten Tropfen in die Ionisationsquelle bef��rdert. Im Bereich der anorganischen Spurenanalytik konnten durch die Kombination des DOD mit einem automatischen Probengeber 53 Elemente untersucht und die erzielbare Empfindlichkeiten sowie exemplarisch f��r 15 Elemente die Nachweisgrenzen und die Untergrund��quivalentkonzentrationen ermittelt werden. Damit die Vorteile komfortabel genutzt werden k��nnen, wurde eine Kopplung des DOD-Systems mit der miniaturisierten Flie��injektionsanalyse (FIA) sowie miniaturisierten Trenntechniken wie der ��HPLC entwickelt. Die Flie��injektionsmethode wurde mit einem zertifizierten Referenzmaterial validiert, wobei f��r Vanadium und Cadmium die zertifizierten Werte gut reproduziert werden konnten. Transiente Signale konnten bei der Kopplung des Dosiersystems in Verbindung mit der ICP-MS an eine ��HPLC abgebildet werden. Die Modifikation der Dosiereinheit zum Ankoppeln an einen kontinuierlichen Probenfluss bedarf noch einer weiteren Reduzierung des verbleibenden Totvolumens. Dazu ist die Unabh��ngigkeit von den bisher verwendeten, kommerziell erh��ltlichen Druckerpatronen anzustreben, indem die Dosiereinheit selbst gefertigt wird. Die Vielseitigkeit des Dosiersystems wurde mit der Kopplung an eine k��rzlich neu entwickelte Atmosph��rendruck-Ionisationsmethode, die &quot;flowing atmospheric-pressure afterglow&quot; Desorptions/Ionisations Ionenquelle (FAPA), aufgezeigt. Ein direkter Eintrag von fl��ssigen Proben in diese Quelle war bislang nicht m��glich, es konnte lediglich eine Desorption von eingetrockneten R��ckst��nden oder direkt von der Fl��ssigkeitsoberfl��che erfolgen. Die Pr��zision der Analyse ist dabei durch die variable Probenposition eingeschr��nkt. Mit dem Einsatz des DOD-Systems k��nnen fl��ssige Proben nun direkt in die FAPA eingetragen, was ebenfalls das Kalibrieren bei quantitativen Analysen organischer Verbindungen erm��glicht. Neben illegalen Drogen und deren Metaboliten konnten auch frei verk��ufliche Medikamente und ein Sprengstoffanalogon in entsprechend pr��pariertem reinem L��sungsmittel nachgewiesen werden. Ebenso gelang dies in Urinproben, die mit Drogen und Drogenmetaboliten versetzt wurden. Dabei ist hervorzuheben, dass keinerlei Probenvorbereitung notwendig war und zur Ermittlung der NWG der einzelnen Spezies keine interne oder isotopenmarkierte Standards verwendet wurden. Dennoch sind die ermittelten NWG deutlich niedriger, als die mit der bisherigen Prozedur zur Analyse fl��ssiger Proben erreichbaren. Um im Vergleich zu der bisher verwendeten &quot;pin-to-plate&quot; Geometrie der FAPA die L��sungsmittelverdampfung zu beschleunigen, wurde eine alternative Elektrodenanordnung entwickelt, bei der die Probe l��nger in Kontakt mit der &quot;afterglow&quot;-Zone steht. Diese Glimmentladungsquelle ist ringf��rmig und erlaubt einen Probeneintrag mittels eines zentralen Gasflusses. Wegen der ringf��rmigen Entladung wird der Name &quot;halo-FAPA&quot; (h-FAPA) f��r diese Entladungsgeometrie verwendet. Eine grundlegende physikalische und spektroskopische Charakterisierung zeigte, dass es sich tats��chlich um eine FAPA Desorptions/Ionisationsquelle handelt.

Detektion von Nickel- und Cobaltspezies in einzelnen lebenden Zellen mit hoher lateraler Aufl��sung

��bergangsmetallen wie Nickel und Cobalt kommt meist eine gro��e Bedeutung als Cofaktor in Enzymen oder Metallkomplexen im Metabolismus von Lebewesen zu. Da eine sehr geringe Konzentration dieser ��bergangsmetalle in einer Zelle f��r deren Funktionalit��t ausreicht, ist eine konstante Konzentration der Spurenelemente in einer Zelle angestrebt. Durch meist anthropogene Einfl��sse sind Pflanzen und Menschen zunehmend hohen Konzentrationen von ��bergangsmetallen ausgesetzt, die in Abh��ngigkeit von ihrer Spezies, der Konzentration und der Lokalisation unterschiedliche Toxizit��ten aufweisen k��nnen. Die Speziation von Metallen wurde bisher mittels g��ngiger Analyseverfahren, wie der ICP-MS und ��hnlicher Verfahren, anhand von bulk-Material durchgef��hrt. Durch die Entwicklung von optischen Sensoren f��r Metallionen war es m��glich, diese Metalle auch in lebenden Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie zu lokalisieren. Ke und Kollegen (2006, 2007) nutzten einen solchen optischen Sensor - Newport Green DCF, um die Aufnahme von Nickel in humane A543 Lungenbronchialepithelzellen nach Inkubation mit dem wasserl��slichen NiCl2 (0,5 mM und 1 mM) sowie den wasserunl��slichen Verbindungen Ni3S2 (0,5 ��g/cm2 und 1 ��g/cm2) und NiS (2,5 ��g/cm2) nachzuweisen und zu lokalisieren und konnten damit eine Akkumulation von Nickel im Zytoplasma und im Zellkern aufzeigen. Dabei war bei wasserl��slichen und wasserunl��slichen Nickelverbindungen Nickel nach 24 h im Zytoplasma und erst nach 48 h im Zellkern zu beobachten.rnrnDa Nickel und Cobalt keine detektierbare Eigenfluoreszenz unter den gegebenen Bedingungen zeigten, wurde f��r den optischen Nachweis von Nickel und Cobalt mit dem konfokalen Laser-Raster Mikroskop (CLSM) nach der Zugabe der verschiedenen wasserl��slichen und wasserunl��slichen Metallverbindungen NiCl2, NiSO4, Ni3S2 und CoCl2 in einzelnen lebenden humanen Gingiva-Fibroblasten, sowie in Pflanzenzellen in dieser Arbeit ebenfalls der optische Sensor Newport Green DCF genutzt. Korrespondierend zu den Ergebnissen fr��herer Arbeiten von Ke et al. (2006, 2007), in denen die Nickelaufnahme bei Konzentrationen von >0,5 mM NiCl2 bzw. >0,5 ��g/cm2 Ni3S2 gezeigt wurde, wurde Nickel in Fibroblasten in Abh��ngigkeit von der Spezies mit steigender Metallkonzentration von 100 ��M bis 500 ��M nach 16 h im Zytoplasma und zunehmend nach 24 h bis 48 h im Zellkern detektiert. Bei der wasserunl��slichen Verbindung Ni3S2 war der Nachweis von Nickel im Zellkern bereits nach 16 h bis 24 h erfolgreich. Zus��tzlich wurden weitere Strukturen wie das Endoplasmatische Retikulum, die Mitochondrien und die Nukleoli durch eine starke Fluoreszenz des optischen Sensors bei Colokalisationsexperimenten mit Organell-spezifischen Fluoreszenzfarbstoffen als target f��r die Nickelbindung vermutet. Die Lokalisation von Cobalt in den Fibroblasten entsprach weitgehend der Lokalisation von Nickel. Im Zellkern war die Cobaltlokalisation jedoch auf die Nukleoli beschr��nkt. Weiterf��hrende Versuche an humanen Gingiva-Fibroblasten zeigten, dass die Aufnahme der Metalle in die Fibroblasten pH-Wert abh��ngig war. Niedrige pH-Werte im sauren pH-Bereich verringerten die Aufnahme der Metalle in die Zellen, wobei ein pH-Wert im basischen Bereich keinen bedeutenden Unterschied zum neutralen pH-Bereich aufwies. Im Vergleich zu den Fibroblasten war in Pflanzenzellen zu jedem Zeitpunkt, auch bei geringen Konzentrationen der Metallverbindungen sowie des optischen Sensors, Nickel und Cobalt in den Zellkernen detektierbar. Durch die Eigenschaft der Pflanzenzellen eine Vakuole zu besitzen, war Nickel und Cobalt haupts��chlich in den Vakuolen lokalisiert. Weitere Strukturen wie das Endoplasmatische Retikulum, die Mitochondrien oder auch die Zellwand kamen bei Pflanzenzellen als target in Frage.rnrnDie Fluoreszenz und Lokalisation der Metalle in den Fibroblasten waren unabh��ngig von der Spezies sehr ��hnlich, sodass in den Zellen die Spezies anhand der fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen kaum unterschieden werden konnten. Lambda-Scans in verschiedenen regions of interest (ROI) wurden durchgef��hrt, um durch die Fluoreszenzspektren Hinweise auf eine charakteristische Beeinflussung der Bindungspartner von Nickel und Cobalt oder dieser Metalle selbst in den Zellen auf den optischen Sensor zu bekommen und diese dadurch identifizieren zu k��nnen. Das Ziel der parallelen Detektion bzw. Lokalisation und gleichzeitigen Speziation bestimmter Nickel- und Cobaltpezies in einzelnen lebenden Zellen konnte in dieser Arbeit durch den optischen Sensor Newport Green DCF nicht erreicht werden.

Methodenentwicklung zur Charakterisierung von metallischen Nanopartikeln und deren potentieller Einsatz bei der Analyse von Biomolek��len mittels ICP-MS Kopplungstechniken

Die qualitative und quantitative Analyse von Biomolek��len hat in den letzten Jahren und Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung gewonnen. Durch das Aufkommen und die kontinuierliche Weiterentwicklung neuer Separations- und Detektionsmethoden und deren Verbindung miteinander zu leistungsf��higen Einheiten, erlangte man Schritt f��r Schritt neue Erkenntnisse bei ihrer Untersuchung. Die Elementmassenspektrometrie als nachweisstarke Detektionsmethode wird von vielen wissenschaftlichen Arbeitsgruppen bei der Trennung und Quantifizierung von Proteinen und Metalloproteinen mittels Detektion der in den Biomolek��len vorkommenden Metalle und Heteroatome angewendet. Heteroatome (z.B. Schwefel, Phosphor) haben im Plasma des ICP-MS (inductively coupled plasma - mass spectrometer) schlechte Ionisationseigenschaften und dementsprechend deutlich h��here Nachweisgrenzen als Metalle. Ein Ansatz, schlecht oder nicht detektierbare Verbindungen (also solche, die keine Metalle oder Heteroatome enthalten) mit dem ICP-MS sichtbar zu machen, ist die Markierung der selbigen mit Metallionen oder -cluster. rnIn dieser Arbeit ist es gelungen, der Analyse ganz unterschiedlicher Substanzklassen, zum einen metallische Nanopartikel und zum anderen Proteine, neue Impulse zu geben und zuk��nftiges Potential bei der Anwendung gekoppelter Techniken zur Separation und Detektion aufzuzeigen. Durch die Verwendung einer alten, aber neu konzipierten Trenntechnik, der Gelelektrophorese (GE), und deren Kopplung an einen modernen Detektor, dem ICP-MS, kann die f��r die Proteinanalytik weit verbreitete Gelelektrophorese ihr enormes Potential bei der Trennung verschiedenster Verbindungsklassen mit der exzellenten Nachweisst��rke und Elementspezifit��t des ICP-MS verbinden und dadurch mit deutlich weniger Arbeitsaufwand als bisher qualitative und auch quantitative Ergebnisse produzieren. Bisher war dies nur mit gro��em pr��parativem Aufwand unter Verwendung der laser ablation m��glich. Bei der Analyse von Nanopartikeln konnte aufgezeigt werden, dass durch die GE-ICP-MS-Kopplung aufgrund der guten Trenneigenschaften der GE vorhandene Spezies bzw. Fraktionen voneinander separiert werden und mit Hilfe des ICP-MS Informationen auf atomarem Niveau gewonnen werden k��nnen. Es war m��glich, das atomare Verh��ltnis der Metallatome im Kern und der Schwefelatome in der Ligandenh��lle eines Nanopartikels zu bestimmen und damit die Gr����e des Partikels abzusch��tzen. Auch konnte die Anzahl der Goldatome in einem dem Schmid-Cluster ��hnlichen Nanopartikel bestimmt werden, was vorher nur mit Hilfe von MALDI-TOF m��glich war. Bei der Analyse von Biomolek��len konnte auf einfache Weise der Phosphorylierungsgrad verschiedener Proteine bestimmt werden. Auch bei kleinen Molek��len erzielt die Gelelektrophorese ausgezeichnete Trennergebnisse, wie z. B. bei der Analyse verschiedener Brom- und Iodspezies.rnDie st��chiometrische Kopplung eines Proteins an einen Nanopartikel, ohne eine der beiden Verbindungen in einem gr����eren Ma��e zu ver��ndern, stellte jedoch eine Herausforderung dar, die im Rahmen dieser Arbeit nicht vollst��ndig gel��st werden konnte. Verschiedene Ans��tze zur Kopplung der beiden Substanzen wurden erprobt, jedoch f��hrte keine zu dem gew��nschten Ergebnis einer st��chiometrisch vollst��ndigen und spezifischen Modifikation eines Proteins mit einem Nanopartikel. Durch das Potential der GE-ICP-MS-Kopplung bei der Analyse beider Substanz-klassen und dem Beweis der Praktikabilit��t und Zuverl��ssigkeit der Methode ist jedoch der Grundstein f��r weitere Forschungen auf diesem Gebiet gelegt worden. Ist eine geeignete chemische Kopplung der beiden Substanzklassen gefunden und beherrscht, steht auf analytischer Seite eine leistungsstarke Kombination aus Trennung und Detektion zur Verf��gung, um die Quantifizierung von Proteinen entscheidend zu verbessern.rn

Clay mineralogy and multi-element chemistry of surface sediments on the Aiberian-Arctic Shelf

Clay mineral and bulk chemical (Si, Al, K, Mg, Sr, La, Ce, Nd) analyses of terrigenous surface sediments on the Siberian-Arctic shelf indicate that there are five regions with distinct, or endmember, sedimentary compositions. The formation of these geochemical endmembers is controlled by sediment provenance and grain size sorting. (1) The shale endmember (Al, K and REE rich sediment) is eroded from fine-grained marine sedimentary rocks of the Verkhoyansk Mountains and Kolyma-Omolon superterrain, and discharged to the shelf by the Lena, Yana, Indigirka and Kolyma Rivers. (2) The basalt endmember (Mg rich) originates from NE Siberia's Okhotsk-Chukotsk volcanic belt and Bering Strait inflow, and is prevalent in Chukchi Sea Sediments. Concentrations of the volcanically derived clay mineral smectite are elevated in Chukchi fine-fraction sediments, corroborating the conclusion that Chukchi sediments are volcanic in origin. (3) The mature sandstone endmember (Si rich) is found proximal to Wrangel Island and sections of the Chukchi Sea's Siberian coast and is derived from the sedimentary Chukotka terrain that comprises these landmasses. (4) The immature sandstone endmember (Sr rich) is abundant in the New Siberian Island region and reflects inputs from sedimentary rocks that comprise the islands. (5) The immature sandstone endmember is also prevalent in the western Laptev Sea, where it is eroded from sedimentary deposits blanketing the Siberian platform that are compositionally similar to those on the New Siberian Islands. Western Laptev can be distinguished from New Siberian Island region sediments by their comparatively elevated smectite concentrations and the presence of the basalt endmember, which indicate Siberian platform flood basalts are also a source of western Laptev sediments. In certain locations grain size sorting noticeably affects shelf sediment chemistry. (1) Erosion of fines by currents and sediment ice rafting contributes to the formation of the coarse-grained sandstone endmembers. (2) Bathymetrically controlled grain size sorting, in which fines preferentially accumulate offshore in deeper, less energetic water, helps distribute the fine-grained shale and basalt endmembers. An important implication of these results is that the observed sedimentary geochemical endmembers provide new markers of sediment provenance, which can be used to track sediment transport, ice-rafted debris dispersal or the movement of particle-reactive contaminants.

Evaluation of the multi-element capabilities of collision/reaction cell inductively coupled plasma - mass spectrometry in wine analysis

This work explores the multi-element capabilities of inductively coupled plasma - mass spectrometry with collision/reaction cell technology (CCT-ICP-MS) for the simultaneous determination of both spectrally interfered and non-interfered nuclides in wine samples using a single set of experimental conditions. The influence of the cell gas type (i.e. He, He+H2 and He+NH3), cell gas flow rate and sample pre-treatment (i.e. water dilution or acid digestion) on the background-equivalent concentration (BEC) of several nuclides covering the mass range from 7 to 238 u has been studied. Results obtained in this work show that, operating the collision/reaction cell with a compromise cell gas flow rate (i.e. 4 mL min���1) improves BEC values for interfered nuclides without a significant effect on the BECs for non-interfered nuclides, with the exception of the light elements Li and Be. Among the different cell gas mixtures tested, the use of He or He+H2 is preferred over He+NH3 because NH3 generates new spectral interferences. No significant influence of the sample pre-treatment methodology (i.e. dilution or digestion) on the multi-element capabilities of CCT-ICP-MS in the context of simultaneous analysis of interfered and non-interfered nuclides was observed. Nonetheless, sample dilution should be kept at minimum to ensure that light nuclides (e.g. Li and Be) could be quantified in wine. Finally, a direct 5-fold aqueous dilution is recommended for the simultaneous trace and ultra-trace determination of spectrally interfered and non-interfered elements in wine by means of CCT-ICP-MS. The use of the CCT is mandatory for interference-free ultra-trace determination of Ti and Cr. Only Be could not be determined when using the CCT due to a deteriorated limit of detection when compared to conventional ICP-MS.

Multi-Element Analysis of Spanish Date Palm (Phoenix dactylifera L.) by Inductively Coupled Plasma-Based Techniques. Discrimination Using Multivariate Statistical Analysis

The elemental analysis of Spanish palm dates by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry is reported for the first time. To complete the information about the mineral composition of the samples, C, H, and N are determined by elemental analysis. Dates from Israel, Tunisia, Saudi Arabia, Algeria and Iran have also been analyzed. The elemental composition have been used in multivariate statistical analysis to discriminate the dates according to its geographical origin. A total of 23 elements (As, Ba, C, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, H, In, K, Li, Mg, Mn, N, Na, Ni, Pb, Se, Sr, V, and Zn) at concentrations from major to ultra-trace levels have been determined in 13 date samples (flesh and seeds). A careful inspection of the results indicate that Spanish samples show higher concentrations of Cd, Co, Cr, and Ni than the remaining ones. Multivariate statistical analysis of the obtained results, both in flesh and seed, indicate that the proposed approach can be successfully applied to discriminate the Spanish date samples from the rest of the samples tested.

Comparison of Ba/Ca and d18OWATER as freshwater proxies: a multi-species core-top study on planktonic foraminifera from the vicinity of the Orinoco River mouth

Past river run-off is an important measure for the continental hydrological cycle and the as-sessment of freshwater input into the ocean. However, paleosalinity reconstructions applying different proxies in parallel often show offsets between the respective methods. Here, we compare the established foraminiferal Ba/Ca and d18OWATER salinity proxies for their capability to record the highly seasonal Orinoco freshwater plume in the eastern Caribbean. For this purpose we obtained a data set comprising Ba/Ca and d18OWATER determined on multiple spe-cies of planktonic foraminifera from core tops distributed around the Orinoco river mouth. Our findings indicate that interpretations based on either proxy could lead to different conclu-sions. In particular, Ba/Ca and d18OWATER diverge in their spatial distribution due to different governing factors. Apparently, the Orinoco freshwater plume is best tracked by Ba/Ca ratios of G. ruber (pink and sensu lato morphotypes), while d18OWATER based on the same species is more related to the local precipitation-evaporation balance overprinting the riverine freshwater contribution. Other shallow dwelling species (G. sacculifer, O. universa) show a muted response to the freshwater discharge, most likely due to their ecological and habitat prefer-ences. Extremely high Ba/Ca ratios recorded by G. ruber are attributed to Ba2+-desorption from suspended matter derived from the Orinoco. Samples taken most proximal to the freshwater source do not show pronounced Ba/Ca or d18OWATER anomalies. Here, the suspension loaded freshwater lid developing during maximum discharge suppresses foraminiferal populations. Both proxies are therefore biased towards dry season conditions at these sites, when surface salinity is only minimally reduced.

Characterisation and source identification of selected pollutants in house dust

House dust is a heterogeneous matrix, which contains a number of biological materials and particulate matter gathered from several sources. It is the accumulation of a number of semi-volatile and non-volatile contaminants. The contaminants are trapped and preserved. Therefore, house dust can be viewed as an archive of both the indoor and outdoor air pollution. There is evidence to show that on average, people tend to stay indoors most of the time and this increases exposure to house dust. The aims of this investigation were to: " assess the levels of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), elements and pesticides in the indoor environment of the Brisbane area; " identify and characterise the possible sources of elemental constituents (inorganic elements), PAHs and pesticides by means of Positive Matrix Factorisation (PMF); and " establish the correlations between the levels of indoor air pollutants (PAHs, elements and pesticides) with the external and internal characteristics or attributes of the buildings and indoor activities by means of multivariate data analysis techniques. The dust samples were collected during the period of 2005-2007 from homes located in different suburbs of Brisbane, Ipswich and Toowoomba, in South East Queensland, Australia. A vacuum cleaner fitted with a paper bag was used as a sampler for collecting the house dust. A survey questionnaire was filled by the house residents which contained information about the indoor and outdoor characteristics of their residences. House dust samples were analysed for three different pollutants: Pesticides, Elements and PAHs. The analyses were carried-out for samples of particle size less than 250 ��m. The chemical analyses for both pesticides and PAHs were performed using a Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS), while elemental analysis was carried-out by using Inductively-Coupled Plasma-Mass Spectroscopy (ICP-MS). The data was subjected to multivariate data analysis techniques such as multi-criteria decision-making procedures, Preference Ranking Organisation Method for Enrichment Evaluations (PROMETHEE), coupled with Geometrical Analysis for Interactive Aid (GAIA) in order to rank the samples and to examine data display. This study showed that compared to the results from previous works, which were carried-out in Australia and overseas, the concentrations of pollutants in house dusts in Brisbane and the surrounding areas were relatively very high. The results of this work also showed significant correlations between some of the physical parameters (types of building material, floor level, distance from industrial areas and major road, and smoking) and the concentrations of pollutants. Types of building materials and the age of houses were found to be two of the primary factors that affect the concentrations of pesticides and elements in house dust. The concentrations of these two types of pollutant appear to be higher in old houses (timber houses) than in the brick ones. In contrast, the concentrations of PAHs were noticed to be higher in brick houses than in the timber ones. Other factors such as floor level, and distance from the main street and industrial area, also affected the concentrations of pollutants in the house dust samples. To apportion the sources and to understand mechanisms of pollutants, Positive Matrix Factorisation (PMF) receptor model was applied. The results showed that there were significant correlations between the degree of concentration of contaminants in house dust and the physical characteristics of houses, such as the age and the type of the house, the distance from the main road and industrial areas, and smoking. Sources of pollutants were identified. For PAHs, the sources were cooking activities, vehicle emissions, smoking, oil fumes, natural gas combustion and traces of diesel exhaust emissions; for pesticides the sources were application of pesticides for controlling termites in buildings and fences, treating indoor furniture and in gardens for controlling pests attacking horticultural and ornamental plants; for elements the sources were soil, cooking, smoking, paints, pesticides, combustion of motor fuels, residual fuel oil, motor vehicle emissions, wearing down of brake linings and industrial activities.

Isotopes in cosmochemistry: recipe for a Solar System

Extreme isotopic variations among extraterrestrial materials provide great insights into the origin and evolution of the Solar System. In this tutorial review, we summarize how the measurement of isotope ratios can expand our knowledge of the processes that took place before and during the formation of our Solar System and its subsequent early evolution. The continuous improvement of mass spectrometers with high precision and increased spatial resolution, including secondary ion mass spectrometry (SIMS), thermal ionization mass spectrometry (TIMS) and multi collector-inductively coupled plasma-mass spectrometry (MC-ICP-MS), along with the ever growing amounts of available extraterrestrial samples have significantly increased the temporal and spatial constraints on the sequence of events that took place since and before the formation of the first Solar System condensates (i.e., Ca-Al-rich inclusions). Grains sampling distinct stellar environments with a wide range of isotopic compositions were admixed to, but possibly not fully homogenized in, the Sun's parent molecular cloud or the nascent Solar System. Before, during and after accretion of the nebula, as well as the formation and subsequent evolution of planetesimals and planets, chemical and physical fractionation processes irrevocably changed the chemical and isotopic compositions of all Solar System bodies. Since the formation of the first Solar System minerals and rocks 4.568 Gyr ago, short-and long-lived radioactive decay and cosmic ray interaction also contributed to the modification of the isotopic framework of the Solar System, and permit to trace the formation and evolution of directly accessible and inferred planetary and stellar isotopic reservoirs.

Development of new applications of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) hyphenated with different sample introduction systems

225 p. : il. Texto en espa��ol con conclusiones en ingl��s

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Hand.-Mazz.) ������������������������������������������������������������6 ���������������������MS ���NMR ���������������������������������������������������������������4 ���������������������������������androsacin (1)��� ardisiacrispin A (2) ���saxifragifolin A (3) ���20(29)-lupen-3-one (4)������������������������4-������-��8,9(Z)-���������-2'-������������������������������(5)������������������������������������������(6)������������1���������13,28-epoxy-oleanane ���������������������������������������������������������LC-MS ���������������������������������������������������������������������������������������1~3 ���HepG2������������������������������������������������������������������2 ������������������IG50 ���1.65��g/mL��� ������������������������������������������������������������������������Syngenta ������������������������������68 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������68 ������������������������������14 ���������������������������������/������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� In this dissertation, an electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) signal enhancement method, as well as the work of bioactive components study, HPLC-MS/MS application, bioassay screening, chromatograph separation and structure identification of the metabolites in several medicinal herbs have been reported. First chapter expounded a rapid, simple ESI-MS sensitivity enhancement method for detecting carbonyl groups in natural products has been developed by using hydroxylamine hydrochloride (NH2OH��HCl) as a derivatization reagent. We use the oxime formed during the derivatization reactions and its Beckmann rearrangement intermediates as a means of detecting the carbonyl groups originally present in these triterpenoids. In comparison with other derivatization methods in the literature, this method is simple, specific and can be used to detect carbonyl groups in triterpenoids which have low polarity and are poorly or non-ionizable. Moreover, it can also be used to detect hydroxyl groups by using the Dess-Martin periodinane (DMP) to convert primary and secondary hydroxyls into carbonyl groups. Chapter 2 reported an HPLC-MS method for analyzing the main bioactive compounds in both wild and cultured Notopterygium incisum. The results indicated that the main bioactive compounds varied through different seasons regularly, and in different commercial parts of this herb the content of these compounds also differed from each other. The quantitative analysis results showed that in the traditional commercial parts, the content of main chemical constitutes in Silkworm Notopterygium, Bamboo Notopterygium and Irregular-nodal Notopterygium are higher than that in Striped Notopterygium. This result is tally with the traditionally concept that the quality of Notopterygium, Bamboo Notopterygium and Irregular-nodal Notopterygium are better than that of Striped Notopterygium, which means that the quality of rhizomes is better than main roots. The chemical constituents of cultured N. incisum is reported for the first time in this dissertation and the analysis results showed some growth curves of chemical constituents in this plant, but still left some questions unanswered. Chapter 3 discussed the GC/LC-MS analysis of the traditional Chinese medicines Codonopsis thalictrifolis, Passiflora incarnate, Belamcanda chinensis and Passiflora incarnate. The main constituent, luteolin was isolated and identified from the traditional Tibet medicine of C. thalictrifolis. The quantitative analysis by HPLC has revealed that the content of luteolin in this herb is 0.7%. GC-MS was employed to analyzed chemical constituents of the essential oil from the flower of C. thalictrifolis. More than 60 peaks were detected and 45 of them were identified by comparing their spectra with that of the standards in the database and literatures. ESI-MS/MS was used to analyze the n-butanol extract of Passiflora incarnate. Based on the information of pseudo molecular ions and fragment ions of the glycosides, four major flavone-C-glycosides have been detected and identified as 7-methoxyluteolin-6-C-��-D-glucopyranoside, vitexin, swertisin and orientin. The isoflavone compounds in theextracts of three samples of B. chinensis collected in Gansu, Sichuan and Hunan, and the extract of Iris tectorum collected in Sichuan were analyzed by using TOF-HRMS and IT-MS. From the extracts of these herbs, a new isoflavone, identified as 5���,5,6,7-tetrahydroxy-3���4���-dimethoxyl isoflavon, and 7 known ones have been identified by analyzing the fragmentation patterns and their molecular formulas given by HRMS and the tandem mass spectrometry acquired by IT-MS. Chapter 4 elucidated the isolation and identification of a new triterpene saponin, androsacin (1), along with five known compounds (2-6) were isolated from the whole plants of Androsace integra (Maxim.) Hand.-Mazz., an herb used in traditional Chinese and Tibetan medicine. The chemical structure of the new compound was established as 3��-O-{��-D-glucopyranosyl-(1���4)-O-��-D-xylopyranosyl-(1���2)-O-��-D-glucopyranosyl-(1���4)-[O-��-D-glucopyranosyl-(1���2)]-��-L-arabinopyranosyl}-16��-hydroxy-13��,28-epoxy-olean-30-al by analyzing its MS, 1D- and 2D-NMR spectra. Compound 2 was cytotoxic toward HepG2 cancer cell with the GI50 value of 1.65 ��g/mL. Chapter 5 described the biogenic pesticide activity screening of 68 traditional Chinese and Tibetan medicine extractions. The intention of this study is to explore bioactive natural compounds from these traditional medicinal herbs for biogenic insecticides use. Based on Syngenta���s bioassay, 14 extractions of these traditional medicines showed pesticide activities, and some of them had multi-activities on antibacterial and insecticidal. Chapter 6 is a review on the chemical and bioactivity research progress of Notopterygium incisum and N. forbesii.