Identifizierung und Quantifizierung von sauren Markersubstanzen für troposphärisches sekundäres organisches Aerosol aus biogenen Kohlenwasserstoffen mittels Kapillar-HPLC-ESI-MS n

Sekundäres organisches Aerosol (SOA) ist ein wichtiger Bestandteil von atmosphärischen Aerosolpartikeln. Atmosphärische Aerosole sind bedeutsam, da sie das Klima über direkte (Streuung und Absorption von Strahlung) und indirekte (Wolken-Kondensationskeime) Effekte beeinflussen. Nach bisherigen Schätzungen ist die SOA-Bildung aus biogenen Kohlenwasserstoffen global weit wichtiger als die SOA-Bildung aus anthropogenen Kohlenwasserstoffen. Reaktive Kohlenwasserstoffe, die in großen Mengen von der Vegetation emittiert werden und als die wichtigsten Vorläufersubstanzen für biogenes SOA gelten, sind die Terpene. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode entwickelt, welche die Quantifizierung von aciden Produkten der Terpen-Oxidation ermöglicht. Die Abscheidung des größenselektierten Aerosols (PM 2.5) erfolgte auf Quarzfilter, die unter Zuhilfenahme von Ultraschall mittels Methanol extrahiert wurden. Nach Aufkonzentrierung und Lösungsmittelwechsel auf Wasser sowie Standardaddition wurden die Proben mit einer Kapillar-HPLC-ESI-MSn-Methode analysiert. Das verwendete Ionenfallen-Massenspektrometer (LCQ-DECA) bietet die Möglichkeit, Strukturaufklärung durch selektive Fragmentierung der Qasimolekülionen zu betreiben. Die Quantifizierung erfolgte teilweise im MS/MS-Modus, wodurch Selektivität und Nachweisgrenze verbessert werden konnten. Um Produkte der Terpen-Oxidation zu identifizieren, die nicht als Standards erhältlich waren, wurden Ozonolysexperimente durchgeführt. Dadurch gelang die Identifizierung einer Reihe von Oxidationsprodukten in Realproben. Neben schon bekannten Produkten der Terpen-Oxidation konnten einige Produkte erstmals in Realproben eindeutig als Produkte des α Pinens nachgewiesen werden. In den Proben der Ozonolyseexperimente konnten auch Produkte mit hohem Molekulargewicht (>300 u) nachgewiesen werden, die Ähnlichkeit zeigen zu den als Dimeren oder Polymeren in der Literatur bezeichneten Substanzen. Sie konnten jedoch nicht in Feldproben gefunden werden. Im Rahmen von 5 Messkampagnen in Deutschland und Finnland wurden Proben der atmosphärischen Partikelphase genommen. Die Quantifizierung von Produkten der Oxidation von α-Pinen, β-Pinen, 3-Caren, Sabinen und Limonen in diesen Proben ergab eine große zeitliche und örtliche Variationsbreite der Konzentrationen. Die Konzentration von Pinsäure bewegte sich beispielsweise zwischen etwa 0,4 und 21 ng/m³ während aller Messkampagnen. Es konnten stets Produkte verschiedener Terpene nachgewiesen werden. Produkte einiger Terpene eignen sich sogar als Markersubstanzen für verschiedene Pflanzenarten. Sabinen-Produkte wie Sabinsäure können als Marker für die Emissionen von Laubbäumen wie Buchen oder Birken verwendet werden, während Caren-Produkte wie Caronsäure als Marker für Nadelbäume, speziell Kiefern, verwendet werden können. Mit den quantifizierten Substanzen als Marker wurde unter zu Hilfenahme von Messungen des Gehaltes an organischem und elementarem Kohlenstoff im Aerosol der Anteil des sekundären organischen Aerosols (SOA) errechnet, der von der Ozonolyse der Terpene stammt. Erstaunlicherweise konnten nur 1% bis 8% des SOA auf die Ozonolyse der Terpene zurückgeführt werden. Dies steht im Gegensatz zu der bisherigen Meinung, dass die Ozonolyse der Terpene die wichtigste Quelle für biogenes SOA darstellt. Gründe für diese Diskrepanz werden in der Arbeit diskutiert. Um die atmosphärischen Prozesse der Bildung von SOA vollständig zu verstehen, müssen jedoch noch weitere Anstrengungen unternommen werden.

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

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

Semi-synthetic bile acids as novel drug candidate in liver diseases: physico-chemical characterization and HPLC-ES-MS/MS methods for their quali-quantitative analysis in different experimental animal models

The physico-chemical characterization, structure-pharmacokinetic and metabolism studies of new semi synthetic analogues of natural bile acids (BAs) drug candidates have been performed. Recent studies discovered a role of BAs as agonists of FXR and TGR5 receptor, thus opening new therapeutic target for the treatment of liver diseases or metabolic disorders. Up to twenty new semisynthetic analogues have been synthesized and studied in order to find promising novel drugs candidates. In order to define the BAs structure-activity relationship, their main physico-chemical properties (solubility, detergency, lipophilicity and affinity with serum albumin) have been measured with validated analytical methodologies. Their metabolism and biodistribution has been studied in “bile fistula rat”, model where each BA is acutely administered through duodenal and femoral infusion and bile collected at different time interval allowing to define the relationship between structure and intestinal absorption and hepatic uptake ,metabolism and systemic spill-over. One of the studied analogues, 6α-ethyl-3α7α-dihydroxy-5β-cholanic acid, analogue of CDCA (INT 747, Obeticholic Acid (OCA)), recently under approval for the treatment of cholestatic liver diseases, requires additional studies to ensure its safety and lack of toxicity when administered to patients with a strong liver impairment. For this purpose, CCl4 inhalation to rat causing hepatic decompensation (cirrhosis) animal model has been developed and used to define the difference of OCA biodistribution in respect to control animals trying to define whether peripheral tissues might be also exposed as a result of toxic plasma levels of OCA, evaluating also the endogenous BAs biodistribution. An accurate and sensitive HPLC-ES-MS/MS method is developed to identify and quantify all BAs in biological matrices (bile, plasma, urine, liver, kidney, intestinal content and tissue) for which a sample pretreatment have been optimized.

A new sensitive method for the quantification of glyoxal and methylglyoxal in snow and ice by stir bar sorptive extraction and liquid desorption-HPLC-ESI-MS

In this study, the development of a new sensitive method for the analysis of alpha-dicarbonyls glyoxal (G) and methylglyoxal (MG) in environmental ice and snow is presented. Stir bar sorptive extraction with in situ derivatization and liquid desorption (SBSE-LD) was used for sample extraction, enrichment, and derivatization. Measurements were carried out using high-performance liquid chromatography coupled to electrospray ionization tandem mass spectrometry (HPLC-ESI-MS/MS). As part of the method development, SBSE-LD parameters such as extraction time, derivatization reagent, desorption time and solvent, and the effect of NaCl addition on the SBSE efficiency as well as measurement parameters of HPLC-ESI-MS/MS were evaluated. Calibration was performed in the range of 1–60 ng/mL using spiked ultrapure water samples, thus incorporating the complete SBSE and derivatization process. 4-Fluorobenzaldehyde was applied as internal standard. Inter-batch precision was <12 % RSD. Recoveries were determined by means of spiked snow samples and were 78.9 ± 5.6 % for G and 82.7 ± 7.5 % for MG, respectively. Instrumental detection limits of 0.242 and 0.213 ng/mL for G and MG were achieved using the multiple reaction monitoring mode. Relative detection limits referred to a sample volume of 15 mL were 0.016 ng/mL for G and 0.014 ng/mL for MG. The optimized method was applied for the analysis of snow samples from Mount Hohenpeissenberg (close to the Meteorological Observatory Hohenpeissenberg, Germany) and samples from an ice core from Upper Grenzgletscher (Monte Rosa massif, Switzerland). Resulting concentrations were 0.085–16.3 ng/mL for G and 0.126–3.6 ng/mL for MG. Concentrations of G and MG in snow were 1–2 orders of magnitude higher than in ice core samples. The described method represents a simple, green, and sensitive analytical approach to measure G and MG in aqueous environmental samples.

Taxonomy of Australian Funnel-web spiders using rp-HPLC/ESI-MS profiling techniques

The complex nature of venom from spider species offers a unique natural source of potential pharmacological tools and therapeutic leads. The increased interest in spider venom molecules requires reproducible and precise identification methods. The current taxonomy of the Australian Funnel-web spiders is incomplete, and therefore, accurate identification of these spiders is difficult. Here, we present a study of venom from numerous morphologically similar specimens of the Hadronyche infensa species group collected from a variety of geographic locations in southeast Queensland. Analysis of the crude venoms using online reversed-phase high performance liquid chromatography/electrospray ionisation mass spectrometry (rp-HPLC/ESI-MS) revealed that the venom profiles provide a useful means of specimen identification, from the species level to species variants. Tables defining the descriptor molecules for each group of specimens were constructed and provided a quick reference of the relationship between one specimen and another. The study revealed that the morphologically similar specimens from the southeast Queensland region are a number of different species/species variants. Furthermore, the study supports aspects of the current taxonomy with respect to the H. infensa species group. Analysis of Australian Funnel-web spider venom by rp-HPLC/ESI-MS provides a rapid and accurate method of species/species variant identification. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Otimização e validação de método empregando SPE e LC-APCI-MS/MS para determinação de fármacos em água de supefície e de abastecimento público

O uso mundial dos fármacos classificados como contaminantes emergentes tornouse um novo problema ambiental devido à possível contaminação das águas de superfície e de abastecimento, podendo impactar o meio ambiente e causar danos à saúde pública. Na cidade de Rio Grande, RS, Brasil, o suprimento de água potável é realizado pela CORSAN (Companhia Riograndense de Saneamento), que capta a água do Canal São Gonçalo, o qual estabelece uma ligação entre as lagoas: dos Patos e Mirim. Neste trabalho um método analítico empregando Extração em Fase Sólida (SPE) e Cromatografia Líquida com Fonte de Ionização Química a Pressão Atmosférica acoplada a Espectrometria de Massas (LC-APCI-MS/MS) foi desenvolvido e validado para a determinação dos fármacos atenolol, cafeína, diclofenaco, fluoxetina e sulfametoxazol em amostras de água superficial e de abastecimento público. O método foi validado conforme parâmetros do INMETRO e SANCO. Os limites de detecção do método variaram entre 0,053 – 0,53 µg L -1 , enquanto para os limites de quantificação a variação foi de 0,16 – 1,6 µg L-1 . Todos os compostos apresentaram excelente linearidade, com coeficiente de correlação maior do que 0,99. Os valores de recuperação estiveram na faixa de 70 a 120%, com RSD menores que 20% para todos os compostos. Através do monitoramento de múltiplas reações (MRM), duas transições diferentes (íon precursor – íon produto) foram selecionadas para cada composto, uma para quantificação e outra para confirmação, o que aumentou a seletividade do método. O efeito de matriz foi avaliado, e dois compostos apresentaram supressão de sinal. O efeito de matriz foi compensado com calibração dos padrões na matriz.

Development and application of a selenium speciation method in cattle feed and beef samples using HPLC-ICP-MS: evaluating the selenium metabolic process in cattle.

2016

Temperature proxies of sediment cores from the Sea of Marmara

Reconstructing ocean temperature values is a major target in paleoceanography and climate research. However, most temperature proxies are organism-based and thus suffer from an "ecological bias". Multiproxy approaches can potentially overcome this bias but typically require more investment in time and resources, while being susceptible to errors induced by sample preparation steps necessary before analysis. Three lipid-based temperature proxies are widely used: UK'37 (based on long chain alkenones from phytoplanktonic haptophytes), TEX86 [based on glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs) from pelagic archaea] and LDI (based on long chain diols from phytoplanktonic eustigmatophytes). So far, separate analytical methods, including gas chromatography (GC) and liquid chromatography (LC), have been used to determine these proxies. Here we present a sensitive method for determining all three in a single normal phase high performance LC-atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry (NP-HPLC-APCI-MS) analysis. Each of the long chain alkenones and long chain diols was separated and unambiguously identified from the accurate masses and characteristic fragmentation during multiple stage MS analysis (MS2). Comparison of conventional GC and HPLC-MS methods showed similar results for UK'37 and LDI, respectively, using diverse environmental samples and an Emiliania huxleyi culture. Including the three sea surface temperature (SST) proxies; the NP-HPLC-APCI-MS method in fact allows simultaneous determination of nine paleoenvironmental proxies. The extent to which the ecology of the source organisms (ecological bias) influences lipid composition and thereby the reconstructed temperature values was demonstrated by applying the new method to a sediment core from the Sea of Marmara, covering the last 21 kyr BP. Reconstructed SST values differed considerably between the proxies for the Last Glacial Maximum (LGM) and the period of Sapropel S1 formation at ca. 10 kyr BP, whereas the trends during the late Holocene were similar. Changes in the composition of alkenone-producing species at the transition from the LGM to the Bølling/Allerød (B/A) were inferred from unreasonably high UK'37-derived SST values (ca. 20 °C) during the LGM. We ascribe discrepancies between the reconstructed temperature records during S1 deposition to habitat change, e.g. a different depth due to changes in nutrient availability.

Fractional abundance and indices for brGDGTs and crenarchaeol in dust samples, surface water samples and surface sediment samples

Branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (brGDGTs) are membrane lipids produced by soil bacteria and occur in near coastal marine sediments as a result of soil organic matter input. Their abundance relative to marine-derived crenarchaeol, quantified in the BIT index, generally decreases offshore. However, in distal marine sediments, low relative amounts of brGDGTs can often still be observed. Sedimentary in situ production as well as dust input have been suggested as potential, though as yet not well constrained, sources. In this study brGDGT distributions in dust were examined and compared with those in distal marine sediments. Dust was sampled along the equatorial West African coast and brGDGTs were detected in most of the samples, albeit in low abundance. Their degree of methylation and cyclisation, expressed in the MBT' (methylation index of branched tetraethers) and DC (degree of cyclisation) indices, respectively, were comparable with those for African soils, their presumed source. Comparison of DC index values for brGDGTS in global soils, Congo deep-sea river fan sediments and dust with those of distal marine sediments clearly showed, however, that distal marine sediments had significantly higher values. This distinctive distribution is suggestive of sedimentary in situ production as a source of brGDGTs in marine sediments, rather than dust input. The presence of in situ produced brGDGTs in marine sediments means that caution should be exercised when applying the MBT'-CBT palaeothermometer to sediments with low BIT index values, i.e. < 0.1, based on our dataset.

Temperature and CO2 estimation for the Middle Eocene section of ODP Hole 189-1172A

The long-term warmth of the Eocene (~56 to 34 million years ago) is commonly associated with elevated partial pressure of atmospheric carbon dioxide (pCO2). However, a direct relationship between the two has not been established for short-term climate perturbations. We reconstructed changes in both pCO2 and temperature over an episode of transient global warming called the Middle Eocene Climatic Optimum (MECO; ~40 million years ago). Organic molecular paleothermometry indicates a warming of southwest Pacific sea surface temperatures (SSTs) by 3° to 6°C. Reconstructions of pCO2 indicate a concomitant increase by a factor of 2 to 3. The marked consistency between SST and pCO2 trends during the MECO suggests that elevated pCO2 played a major role in global warming during the MECO.

Alkenones and TEX86 temperature proxies for core-top sediments from the southern Adriatic Sea

The Mediterranean Sea is at the transition between temperate and tropical air masses and as such of importance for studying climate change. The Gulf of Taranto and adjacent SW Adriatic Sea are at the heart of this region. Their sediments are excellently suited for generating high quality environmental records for the last millennia with a sub-decadal resolution. The quality of these records is dependent on a careful calibration of the transfer functions used to translate the sedimentary lipid signals to the local environment. Here, we examine and calibrate the UK'37 and TEX86 lipid-based temperature proxies in 48 surface sediments and relate these to ambient sea surface temperatures and other environmental data. The UK'37-based temperatures in surface sediments reflect winter/spring sea surface temperatures in agreement with other studies demonstrating maximum haptophyte production during the colder season. The TEX86-based temperatures for the nearshore sites also reflect winter sea surface temperatures. However, at the most offshore sites, they correspond to summer sea surface temperatures. Additional lipid and environmental data including the distribution of the BIT index and remote-sensed chlorophyll-a suggest a shoreward increase of the impact of seasonal and spatial variability in nutrients and control of planktonic archaeal abundance by primary productivity, particle loading in surface waters and/or overprint by a cold-biased terrestrial TEX86 signal. As such the offshore TEX86 values seem to reflect a true summer signal to the effect that offshore UK'37 and TEX86 reconstruct winter and summer temperature, respectively, and hence provide information on the annual temperature amplitude.

Bacteriohopanepolyol data of sediment cores GeoB3918-2 and GeoB1514-6 from the Amazon River

We have investigated the delivery of terrestrial organic carbon (OC) to the Amazon shelf and deep sea fan based on soil marker bacteriohopanepolyols (BHPs; adenosylhopane and related compounds) and branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs), as well as on 14C dating of bulk organic matter. The microbial biomarker records show persistent burial of terrestrial OC, evidenced by almost constant and high BIT values (0.6) and soil marker BHP concentration [80-230 µg/g TOC (total OC)] on the late Holocene shelf and even higher BIT values (0.8-0.9), but lower and more variable soil-marker BHP concentration (40-100 µg/g TOC), on the past glacial deep sea fan. Radiocarbon data show that OC on the shelf is 3-4 kyr older than corresponding bivalve shells, emphasizing the presence of old carbon in this setting. We observe comparable and unexpectedly invariant BHP composition in both marine sediment records, with a remarkably high relative abundance of C-35 amino BHPs including compounds specific for aerobic methane oxidation on the shelf (avg. 50% of all BHPs) and the fan (avg. 40%). Notably, these marine BHP signatures are strikingly similar to those of a methane-producing floodplain area in one of the Amazonian wetland (várzea) regions. The observation indicates that BHPs in the marine sediments may have initially been produced within wetland regions of the Amazon basin and may therefore document persistent export from terrestrial wetland regions, with subsequent re-working in the marine environment, both during recent and past glacial climate conditions.