Diodenlaserbasierte Resonanzionisations-Massenspektrometrie zur Spektroskopie und Ultraspurenanalyse an Uranisotopen

In dieser Arbeit wird die Erweiterung und Optimierung eines Diodenlasersystems zur hochauflösenden Resonanzionisationsmassenspektrometrie beschrieben. Ein doppelinterferometrisches Frequenzkontrollsystem, welches Absolutstabilisierung auf ca. 1 MHz sowie sekundenschnelle Frequenzverstimmungen um mehrere GHz für bis zu drei Laser parallel ermöglicht, wurde optimiert. Dieses Lasersystem dient zwei wesentlichen Anwendungen. Ein Aspekt waren umfangreiche spektroskopische Untersuchungen an Uranisotopen mit dem Ziel der präzisen und eindeutigen Bestimmung von Energielagen, Gesamtdrehimpulsen, Hyperfeinkonstanten und Isotopieverschiebungen sowie die Entwicklung eines effizienten, mit kommerziellen Diodenlasern betreibbaren Anregungsschemas. Mit diesen Erkenntnissen wurde die Leistungsfähigkeit des Lasermassenspektrometers für die Ultraspurenanalyse des Isotops 236U, welches als Neutronendosimeter und Tracer für radioaktive anthropogene Kontaminationen in der Umwelt verwendet wird, optimiert und charakterisiert. Anhand von synthetischen Proben wurde eine Isotopenselektivität von 236U/238U=4,5(1,5)∙10-9 demonstriert.

Messungen von salpetriger Säure und Eispartikeln im Nachlauf von Flugzeugen

Ziel dieser Arbeit war der Aufbau und Einsatz des Atmosphärischen chemischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS für boden- und flugzeuggetragene Messungen von salpetriger Säure (HONO). Für das Massenspektrometer wurden eine mit Gleichspannung betriebene Gasentladungsionenquelle und ein spezielles Druckregelventil entwickelt. Während der Instrumentenvergleichskampagne FIONA (Formal Intercomparisons of Observations of Nitrous Acid) an einer Atmosphären-Simulationskammer in Valencia (Spanien) wurde AIMS für HONO kalibriert und erstmals eingesetzt. In verschiedenen Experimenten wurden HONO-Mischungsverhältnisse zwischen 100 pmol/mol und 25 nmol/mol erzeugt und mit AIMS interferenzfrei gemessen. Innerhalb der Messunsicherheit von ±20% stimmen die massenspektrometrischen Messungen gut mit den Methoden der Differenziellen Optischen Absorptions-Spektrometrie und der Long Path Absorption Photometrie überein. Die Massenspektrometrie kann somit zum schnellen und sensitiven Nachweis von HONO in verschmutzter Stadtluft und in Abgasfahnen genutzt werden.rnErste flugzeuggetragene Messungen von HONO mit AIMS wurden 2011 bei der Messkampagne CONCERT (Contrail and Cirrus Experiment) auf dem DLR Forschungsflugzeug Falcon durchgeführt. Hierbei konnte eine Nachweisgrenze von < 10 pmol/mol (3σ, 1s) erreicht werden. Bei Verfolgungsflügen wurden im jungen Abgasstrahl von Passagierflugzeugen molare HONO zu Stickoxid-Verhältnisse (HONO/NO) von 2.0 bis 2.5% gemessen. HONO wird im Triebwerk durch die Reaktion von NO mit OH gebildet. Ein gemessener abnehmender Trend der HONO/NO Verhältnisse mit zunehmendem Stickoxid-Emissionsindex wurde bestätigt und weist auf eine OH Limitierung im jungen Abgasstrahl hin.rnNeben den massenspektrometrischen Messungen wurden Flugzeugmessungen der Partikelsonde Forward Scattering Spectrometer Probe FSSP-300 in jungen Kondensstreifen ausgewertet und analysiert. Aus den gemessenen Partikelgrößenverteilungen wurden Extinktions- und optische Tiefe-Verteilungen abgeleitet und für die Untersuchung verschiedener wissenschaftlicher Fragestellungen, z.B. bezüglich der Partikelform in jungen Kondensstreifen und ihrer Klimawirkung, zur Verfügung gestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss des Flugzeug- und Triebwerktyps auf mikrophysikalische und optische Eigenschaften von Kondensstreifen untersucht. Unter ähnlichen meteorologischen Bedingungen bezüglich Feuchte, Temperatur und stabiler thermischer Schichtung wurden 2 Minuten alte Kondensstreifen der Passagierflugzeuge vom Typ A319-111, A340-311 und A380-841 verglichen. Im Rahmen der Messunsicherheit wurde keine Änderung des Effektivdurchmessers der Partikelgrößenverteilungen gefunden. Hingegen nehmen mit zunehmendem Flugzeuggewicht die Partikelanzahldichte (162 bis 235 cm-3), die Extinktion (2.1 bis 3.2 km-1), die Absinktiefe des Kondensstreifens (120 bis 290 m) und somit die optische Tiefe der Kondensstreifen (0.25 bis 0.94) zu. Der gemessene Trend wurde durch Vergleich mit zwei unabhängigen Kondensstreifen-Modellen bestätigt. Mit den Messungen wurde eine lineare Abhängigkeit der totalen Extinktion (Extinktion mal Querschnittsfläche des Kondensstreifens) vom Treibstoffverbrauch pro Flugstrecke gefunden und bestätigt.

Massenspektrometrische Wasserdampfmessung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung des flugzeuggetragenen Atmosphärischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS-H2O zur Messung von Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) und erste Flugzeugmessungen mit dem Instrument. Wasserdampf beeinflusst das Klima in der UTLS aufgrund seiner Strahlungseigenschaften und agiert als wichtiger Parameter bei der Bildung von Zirruswolken und Kondensstreifen. Deshalb sind genaue Wasserdampfmessungen für das Verständnis vieler atmosphärischer Prozesse unerlässlich. Instrumentenvergleiche wie sie im SPARC Report No. 2 und dem Bericht der AUQAVIT Kampagne zusammengefasst sind, haben gezeigt, dass große Abweichungen zwischen einzelnen Methoden und Instrumenten bestehen. Diese Unsicherheiten limitieren das Verständnis des Einflusses von Wasserdampf auf die Dynamik und die Strahlungseigenschaften in der UTLS. Die in dieser Arbeit vorgestellte Entwicklung einer neuen Messmethode für Wasserdampf mit dem Massenspektrometer AIMS-H2O ist deshalb auf die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen in der UTLS fokussiert. Mit AIMS H2O wird Umgebungsluft in einer neu entwickelten Gasentladungsquelle ionisiert. Durch eine Reihe von Ionen-Molekül-Reaktionen entstehen H3O+(H2O) und H3O+(H2O)2 Ionen. Diese Ionen werden genutzt, um die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre zu bestimmen. Um die erforderliche hohe Genauigkeit zu erzielen, wird AIMS H2O im Flug kalibriert. In dem zu diesem Zweck aufgebauten Kalibrationsmodul wird die katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auf einer Platinoberfläche genutzt, um definierte Wasserdampfkonzentrationen für die Kalibration im Flug zu erzeugen. Bei ersten Messungen auf der Falcon während der Kampagne CONCERT 2011 konnte dabei eine Genauigkeit von 8 bis 15% für die Messung der Wasserdampfkonzentration in einem Messbereich von 0,5 bis 250 ppmv erreicht werden. Die Messfrequenz betrug 4 Hz, was einer räumlichen Auflösung von etwa 50 m entspricht. Der Vergleich der Messung des Massenspektrometers mit dem Laserhygrometer Waran zeigt eine sehr gute Übereinstimmung im Rahmen der Unsicherheiten. Anhand zweier Fallstudien werden die Messungen von AIMS H2O während CONCERT 2011 detailliert analysiert. In der ersten Studie werden zwei Flüge in eine stratosphärische Intrusion über Nordeuropa untersucht. In dieser Situation wurde stratosphärische Luft bis hinunter auf 6 km Höhe transportiert und war dadurch mit der Falcon erreichbar. Es konnte gezeigt werden, dass AIMS-H2O sehr gut für die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen, in diesem Fall bis etwa 3,5 ppmv, geeignet ist. Der Vergleich der Messung mit Analysen des ECMWF Integrated Forecast Systems zeigt eine gute Übereinstimmung der gemessenen Wasserdampfstrukturen mit der dynamischen Tropopause. Unterschiede tauchen dagegen beim Vergleich der Wasserdampfkonzentrationen in der unteren Stratosphäre auf. Hier prognostiziert das Modell deutlich höhere Feuchten. Die zweite Fallstudie beschäftigt sich mit der Verteilung der relativen Feuchte in jungen Kondensstreifen im Vergleich zu ihrer direkten Umgebung. Dabei wurde für drei Messsequenzen im Abgasstrahl von Flugzeugen beobachtet, dass die relative Feuchte innerhalb des Kondensstreifens im Vergleich zur Umgebung sowohl bei unter- als auch übersättigten Umgebungsbedingungen in Richtung Sättigung verschoben ist. Die hohe Anzahl an Eispartikeln und die damit verbundene große Eisoberfläche in jungen Kondensstreifen führt also zu einer schnellen Relaxation von Gasphase und Eis in Richtung Gleichgewicht. In der Zukunft soll AIMS-H2O auch auf HALO für die genaue Messung von Wasserdampf bei ML-CIRRUS und weiteren Kampagnen eingesetzt 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.

Exclusive vector meson production in pp collisions at the COMPASS experiment

Produktionsmechanismen für Teilchenproduktion im mittleren Energiebereich wurden in Proton-Proton Kollisionen innerhalb der COMPASS-Kollaboration mit Hilfe des COMPASS-Spektrometers am SPS Beschleuniger am CERN untersucht. Die verschiedenen Produktionsmechanismen werden mittels Produktion der Vektormesonen omega und phi studiert und können die diffraktive Anregung des Strahlteilchens mit anschliessendem Zerfall der Resonanz, zentrale Produktion und den damit verwandten “Shake-off” Mechanismus enthalten. Die für diese Arbeit verwendeten Daten wurden in den Jahren 2008 und 2009 mit 190 GeV/c-Protonen aufgenommen, die auf ein Flüssigwasserstofftarget trafen. Das Target war von einem Rückstoßprotonendetektor umgeben, der ein integraler Bestandteil des neuentwickelten Hadrontriggersystems ist. Für dieses System wurden außerdem einige neue Detektoren gebaut. Die Leistungsfähigkeit des Rückstoßprotonendetektors und des Triggersystems wird untersucht und Effizienzen extrahiert. Außerdem wird sowohl eine Methode zur Rekonstruktion von Rückstoßprotonen als auch eine Methode zur Kalibration des Rückstoßprotonendetektors entwickelt und beschrieben. Die Produktion von omega-Mesonen wurde in der Reaktion pp -> p omega p, omega -> pi+pi-pi0 und die Produktion von phi-Mesonen in der Reaktion pp -> p phi p, phi -> K+K- bei einem Impulsübertrag zwischen 0.1 (GeV/c)^2 und 1 (GeV/c)^2 gemessen. Das Produktionsverhältnis s(pp -> p phi p)/s(pp -> p omega p) wird als Funktion des longitudinalen Impulsanteils xF bestimmt und mit der Vorhersage durch die Zweigregel verglichen. Es ergibt sich eine signifikante Verletzung der Zweigregel, die abhängig von xF ist. Die Verletzung wird in Verbindung zu resonanten Strukturen im pomega-Massenspektrum diskutiert. Die xF-Abhängigkeit verschwindet, wenn man die Region niedriger pomega- und pphi-Masse entfernt, die solche resonanten Strukturen aufweist. Zusätzlich wird die Spinausrichtung bzw. das Spindichtematrixelement rho00 für omega- und phi-Mesonen untersucht. Die Spinausrichtung wird im Helizitätssystemrnanalysiert, welches für eine Abgrenzung von resonanten, diffraktiven Anregungen geeignet ist. Außerdem wird die Spinausrichtung in einem Referenzsystem mit Bezug auf die Richtung des Impulsübertrags untersucht, mit dessen Hilfe zentrale Prozesse wie zentrale Produktion oder “shake-off” abgegrenzt werden. Auch hier wird eine Abhängigkeit von xF und der invarianten Masse des pomega-Systems beobachtet. Diese Abhängigkeit kann wieder auf die resonanten Strukturen in der Produktion von omega-Mesonen zurückgeführt werden. Die Ergebnisse werden abschließend im Hinblick auf die verschiedenen Produktionsmechanismen diskutiert.

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.

Labeling the human skeleton with 41Ca to assess changes in bone calcium metabolism

Bone research is limited by the methods available for detecting changes in bone metabolism. While dual X-ray absorptiometry is rather insensitive, biochemical markers are subject to significant intra-individual variation. In the study presented here, we evaluated the isotopic labeling of bone using 41Ca, a long-lived radiotracer, as an alternative approach. After successful labeling of the skeleton, changes in the systematics of urinary 41Ca excretion are expected to directly reflect changes in bone Ca metabolism. A minute amount of 41Ca (100 nCi) was administered orally to 22 postmenopausal women. Kinetics of tracer excretion were assessed by monitoring changes in urinary 41Ca/40Ca isotope ratios up to 700 days post-dosing using accelerator mass spectrometry and resonance ionization mass spectrometry. Isotopic labeling of the skeleton was evaluated by two different approaches: (i) urinary 41Ca data were fitted to an established function consisting of an exponential term and a power law term for each individual; (ii) 41Ca data were analyzed by population pharmacokinetic (NONMEM) analysis to identify a compartmental model that describes urinary 41Ca tracer kinetics. A linear three-compartment model with a central compartment and two sequential peripheral compartments was found to best fit the 41Ca data. Fits based on the use of the combined exponential/power law function describing urinary tracer excretion showed substantially higher deviations between predicted and measured values than fits based on the compartmental modeling approach. By establishing the urinary 41Ca excretion pattern using data points up to day 500 and extrapolating these curves up to day 700, it was found that the calculated 41Ca/40Ca isotope ratios in urine were significantly lower than the observed 41Ca/40Ca isotope ratios for both techniques. Compartmental analysis can overcome this limitation. By identifying relative changes in transfer rates between compartments in response to an intervention, inaccuracies in the underlying model cancel out. Changes in tracer distribution between compartments were modeled based on identified kinetic parameters. While changes in bone formation and resorption can, in principle, be assessed by monitoring urinary 41Ca excretion over the first few weeks post-dosing, assessment of an intervention effect is more reliable approximately 150 days post-dosing when excreted tracer originates mainly from bone.

Eicosanoids in exhaled breath condensates in the assessment of childhood asthma

The value of measurements of eicosanoids in exhaled breath condensate (EBC) for the evaluation of childhood asthma is still inconclusive most likely because of the limited value of the methods used. In this case-control study in 48 asthmatic and 20 healthy children, we aimed to characterize the baseline profile of the inflammatory mediators cysteinyl leukotrienes (cysLTs), 9(alpha)11(beta)PGF(2), PGE(2), PGF(2alpha), 8-isoprostane (8-iso-PGF(2alpha)) within EBC in asthmatic compared with healthy children using new methods. In addition, we investigated their relation to other inflammatory markers. The assessment included collection of EBC, measurement of fractional exhaled nitric oxide (FE(NO)) and evaluation of urinary excretion of leukotriene E(4.) cysLTs were measured directly in EBC by radioimmunoassay and prostanoids were measured using gas chromatography negative-ion chemical ionization mass spectrometry. Only cysLT levels were significantly higher in asthmatic compared with healthy children (p = 0.002). No significant differences in cysLTs were found between steroid naïve and patients receiving inhaled corticosteroids. In contrast, FE(NO) was significantly higher in steroid naïve compared with steroid-treated asthmatic and healthy children (p = 0.04 and 0.024, respectively). The diagnostic accuracy of cysLTs in EBC for asthma was 73.6% for the whole group and 78.2% for steroid-naïve asthmatic children. The accuracy to classify asthmatic for FE(NO) was poor (62.9%) for the whole group, but improved to 79.9% when only steroid-naïve asthmatic children were taken into consideration. cysLTs in EBC is an inflammatory marker which distinguishes asthmatics, as a whole group, from healthy children.

A gamma-glutamyl peptide isolated from onion (Allium cepa L.) by bioassay-guided fractionation inhibits resorption activity of osteoclasts

One gram of onion added to the food of rats inhibits significantly (p < 0.05) bone resorption as assessed by the urinary excretion of tritium released from bone of 9-week-old rats prelabeled with tritiated tetracycline from weeks 1 to 6. To isolate and identify the bone resorption inhibiting compound from onion, onion powder was extracted and the extract fractionated by column chromatography and medium-pressure liquid chromatography. A single active peak was finally obtained by semipreparative high-performance liquid chromatography. The biological activity of the various fractions was tested in vitro on the activity of osteoclasts to form resorption pits on a mineralized substrate. Medium, containing the various fractions or the pure compound, was added to osteoclasts of new-born rats settled on ivory slices. After 24 h of incubation, the tartrate-resistant acid phosphatase positive multinucleated cells, that is, osteoclasts, were counted. Subsequently, the number of resorption pits was determined. Activity was calculated as the ratio of resorption pits/osteoclasts and was compared to a negative control, that is, medium containing 10% fetal bovine serum only and to calcitonin (10(-12) M) as a positive control. Finally, a single peak inhibited osteoclast activity significantly (p < 0.05). The structure of this compound was elucidated with high-performance liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry, time-of-flight electrospray ionization mass spectrometry, and nuclear magnetic resonance spectroscopy. The single peak was identified as gamma-L-glutamyl-trans-S-1-propenyl-L-cysteine sulfoxide (GPCS). It has a molecular mass of 306 Da and inhibits dose-dependently the resorption activity of osteoclasts, the minimal effective dose being approximately 2 mM. As no other peak displayed inhibitory activity, it likely is responsible for the effect of onion on bone resorption.

High precision determination of the terrestrial 40K abundance

Recent improvements in the precision of mass spectrometric measurements have reduced the uncertainty of K-Ar and 39Ar-40Ar ages measured on geological materials. Now the major sources of uncertainty are the uncertainties on the 40K decay constant and the absolute abundance of 40K. In order to improve on this situation we determined the abundance of the 40K isotope in terrestrial standards. A ThermoFischer Triton+ thermal ionization mass spectrometer was used for K isotope ratio measurements of the NIST K standard reference materials SRM 918b and SRM 985. Ion beams were measured in Faraday cups with amplifiers equipped with 1E10, 1E11 and 1E12 Ω resistors. Three measurement protocols were used: (A) dynamic measurement with in-run fractionation correction by normalization to the IUPAC recommended isotope ratio 41K/39K = 0.0721677; (B) total evaporation; (C) a modified total evaporation with interblock baseline measurements. Different measurement protocols were combined with different loading procedures. The best results were obtained by loading samples on single tantalum filaments with 0.1M H3PO4. The total ion yields (ionization + transmission) were tested for the evaporation procedures (B) and (C) and ranged up to 48 %. The resulting best estimate for the 40K/39K ratio is 0.000 125 116 ± 57 (2σ), corresponding to 40K/K = (1.1668 ± 8; 2σ) x 10-4.

A search for ttbar resonances in the lepton plus jets final state with ATLAS using 4.7 fb⁻¹ of collisions at sqrt(s) = 7 TeV

A search for new particles that decay into top quark pairs (t (t) over bar) is performed with the ATLAS experiment at the LHC using an integrated luminosity of 4.7 fb(-1) of proton-proton (pp) collision data collected at a center-of-mass energy root s = 7 TeV. In the t (t) over bar) -> WbWb decay, the lepton plus jets final state is used, where one W boson decays leptonically and the other hadronically. The t (t) over bar) system is reconstructed using both small-radius and large-radius jets, the latter being supplemented by a jet substructure analysis. A search for local excesses in the number of data events compared to the Standard Model expectation in the t (t) over bar) invariant mass spectrum is performed. No evidence for a t (t) over bar) resonance is found and 95% credibility-level limits on the production rate are determined for massive states predicted in two benchmark models. The upper limits on the cross section times branching ratio of a narrow Z' resonance range from 5.1 pb for a boson mass of 0.5 TeV to 0.03 pb for a mass of 3 TeV. A narrow leptophobic topcolor Z' resonance with a mass below 1.74 TeV is excluded. Limits are also derived for a broad color-octet resonance with m 15.3%. A Kaluza-Klein excitation of the gluon in a Randall-Sundrum model is excluded for masses below 2.07 TeV.

Search for Extra Dimensions in diphoton events using proton-proton collisions recorded at sqrts=7 TeV with the ATLAS detector at the LHC

The large difference between the Planck scale and the electroweak scale, known as the hierarchy problem, is addressed in certain models through the postulate of extra spatial dimensions. A search for evidence of extra spatial dimensions in the diphoton channel has been performed using the full set of proton-proton collisions at root s = 7 TeV recorded in 2011 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. This dataset corresponds to an integrated luminosity of 4.9 fb(-1). The diphoton invariant mass spectrum is observed to be in good agreement with the Standard Model expectation. In the context of the model proposed by Arkani-Hamed, Dimopoulos and Dvali, 95% confidence level lower limits of between 2.52 and 3.92 TeV are set on the ultraviolet cutoff scale MS depending on the number of extra dimensions and the theoretical formalism used. In the context of the Randall-Sundrum model, a lower limit of 2.06 (1.00) TeV at 95% confidence level is set on the mass of the lightest graviton for couplings of k/(M) over bar (Pl) = 0.1(0.01). Combining with the ATLAS dilepton searches based on the 2011 data, the 95% confidence level lower limit on the Randall-Sundrum graviton mass is further tightened to 2.23 (1.03) TeV for k/(M) over bar (Pl) = 0.1(0.01).

Search for pair-produced massive coloured scalars in four-jet final states with the ATLAS detector in proton-proton collisions at sqrts=7 TeV

A search for pair-produced massive coloured scalar particles decaying to a four-jet final state is performed by the ATLAS experiment at the LHC in proton-proton collisions at root s = 7 TeV. The analysed data sample corresponds to an integrated luminosity of 4.6 fb(-1). No deviation from the Standard Model is observed in the invariant mass spectrum of the two-jet pairs. A limit on the scalar gluon pair production cross section of 70 pb (10 pb) is obtained at the 95 % confidence level for a scalar gluon mass of 150 GeV (350 GeV). Interpreting these results as mass limits on scalar gluons, masses ranging from 150 GeV to 287 GeV are excluded at the 95 % confidence level.

Revisiting the Nd-142 deficits in the 1.48 Ga Khariar alkaline rocks, India

The 146Sm–142Nd system plays a central role in tracing the silicate differentiation of the Earth prior to 4.1 Ga. After this time, given its initial abundance, the 146Sm can be considered to be extinct. Upadhyay et al. (2009) reported unexpected negative 142Nd anomalies in 1.48 Ga rocks of the Khariar nepheline syenite complex (India) and inferred that an early enriched, low-Sm/Nd reservoir must have contributed to the mantle source rocks of the Khariar complex. As 146Sm had been effectively extinct for about 2.6 billion years before the crystallisation of the Khariar samples, this Nd signature should have remained isolated from the convective mantle for at least that long. It was thus suggested that the source rock of Khariar samples had been sequestered in the lithospheric root of the Indian craton. Using a different chemical separation method, and a different Thermal Ionization Mass Spectrometry (TIMS) analysis protocol, the present study attempted to replicate these negative 142Nd anomalies, but none were found. To determine which data set is correct, we investigated three possible sources of bias between them: imperfect cancellation of Faraday collector efficiencies during multidynamic TIMS analysis, rapid sample fractionation between the sequential measurement of 146Nd/144Nd and 142Nd/144Nd, and non-exponential law behaviour resulting from so-called “domain mixing.” Incomplete cancellation of collector efficiencies was found unlikely to cause resolvable biases at the estimated level of variation among collector efficiencies. Even in the case of highly variable efficiency and resolvable biases, there is no reason to suspect that they would reproducibly affect only four rocks out of 10 analysed by Upadhyay et al. (2009). Although domain mixing may explain apparent “reverse” fractionation trends observed in some TIMS analyses, it cannot be the cause of the apparent negative anomalies in the study of Upadhyay et al. (2009). It was determined that rapid mass fractionation during the course of a multidynamic TIMS analysis can bias all measured Nd ratios. After applying an approximate correction for this effect, only one rock from Upadhyay et al. (2009) retained an apparent negative 142Nd anomaly. This, in conjunction with our new, anomaly-free data set measured at fractionation rates too low to cause bias, leads to the conclusion that the anomalies reported by Upadhyay et al. (2009) are a subtle and reproducible analytical artefact. The absence of negative 142Nd anomalies in these rocks relaxes the need for a mechanism (other than crust formation) that can isolate a Nd reservoir from the convective mantle for billions of years.

Functional differentiation of spider hemocytes by light and transmission electron microscopy, and MALDI-MS-imaging

The most abundant cell types in the hemolymph of Cupiennius salei are plasmatocytes (70–80%) and granulocytes (20–30%). Both cells differ in shape, cytochemical and transmission electron microscopy staining of their cytoplasma and granules. According to MALDI-IMS (matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging), granulocytes exhibit ctenidin 1 (9510 Da) and ctenidin 3 (9568 Da), SIBD-1 (8675 Da), and unknown peptides with masses of 2207 and 6239 Da. Plasmatocytes exhibit mainly a mass of 6908 Da. Unknown peptides with masses of 1546 and 1960 Da were detected in plasmatocytes and granulocytes. Transmission electron microscopy confirms the presence of two compounds in one granule and cytochemical staining (light microscopy) tends to support this view. Two further hemocyte types (cyanocytes containing hemocyanin and prehemocytes as stem cells) are only rarely detected in the hemolymph. These four hemocyte types constitute the cellular part of the spider immune system and this is discussed in view of arachnid hemocyte evolution.