Complex organic molecules in protoplanetary disks

Context. Protoplanetary disks are vital objects in star and planet formation, possessing all the material, gas and dust, which may form a planetary system orbiting the new star. Small, simple molecules have traditionally been detected in protoplanetary disks; however, in the ALMA era, we expect the molecular inventory of protoplanetary disks to significantly increase.

Aims. We investigate the synthesis of complex organic molecules (COMs) in protoplanetary disks to put constraints on the achievable chemical complexity and to predict species and transitions which may be observable with ALMA.

Methods. We have coupled a 2D steady-state physical model of a protoplanetary disk around a typical T Tauri star with a large gas-grain chemical network including COMs. We compare the resulting column densities with those derived from observations and perform ray-tracing calculations to predict line spectra. We compare the synthesised line intensities with current observations and determine those COMs which may be observable in nearby objects. We also compare the predicted grain-surface abundances with those derived from cometary comae observations.

Results. We find COMs are efficiently formed in the disk midplane via grain-surface chemical reactions, reaching peak grain-surface fractional abundances similar to 10(-6)-10(-4) that of the H nuclei number density. COMs formed on grain surfaces are returned to the gas phase via non-thermal desorption; however, gas-phase species reach lower fractional abundances than their grain-surface equivalents, similar to 10(-12)-10(-7). Including the irradiation of grain mantle material helps build further complexity in the ice through the replenishment of grain-surface radicals which take part in further grain-surface reactions. There is reasonable agreement with several line transitions of H2CO observed towards T Tauri star-disk systems. There is poor agreement with HC3(N) lines observed towards LkCa 15 and GO Tau and we discuss possible explanations for these discrepancies. The synthesised line intensities for CH3OH are consistent with upper limits determined towards all sources. Our models suggest CH3OH should be readily observable in nearby protoplanetary disks with ALMA; however, detection of more complex species may prove challenging, even with ALMA "Full Science" capabilities. Our grain-surface abundances are consistent with those derived from cometary comae observations providing additional evidence for the hypothesis that comets (and other planetesimals) formed via the coagulation of icy grains in the Sun's natal disk.

Proton irradiation of DNA nucleosides in the gas phase

The four DNA nucleosides guanosine, adenosine, cytidine and thymidine have been produced in the gas phase by a laser thermal desorption source, and irradiated by a beam of protons with 5 keV kinetic energy. The molecular ions as well as energetic neutrals formed have been analyzed by mass spectrometry in order to shed light on the ionization and fragmentation processes triggered by proton collision. A range of 8-20 eV has been estimated for the binding energy of the electron captured by the proton. Glycosidic bond cleavage between the base and sugar has been observed with a high probability for all nucleosides, resulting in predominantly intact base ions for guanosine, adenosine, and cytidine but not for thymidine where intact sugar ions are dominant. This behavior is influenced by the ionization energies of the nucleobases (G < A < C < T), which seems to determine the localization of the charge following the initial ionization. This charge transfer process can also be inferred from the production of protonated base ions, which have a similar dependence on the base ionization potential. Other dissociation pathways have also been identified, including further fragmentation of the base and sugar moieties for thymidine and guanosine, respectively, and partial breakup of the sugar ring without glycosidic bond cleavage mainly for adenosine and cytidine. These results show that charge localization following ionization by proton irradiation is important in determining dissociation pathways of isolated nucleosides, which could in turn influence direct radiation damage in DNA.

ALMA-resolved salt emission traces the chemical footprint and inner wind morphology of VY Canis Majoris

(abreviated) We aim to study the inner-wind structure (R<250 Rstar) of the well-known red supergiant VY CMa. We analyse high spatial resolution (~0".24x0".13) ALMA Science Verification (SV) data in band 7 in which four thermal emission lines of gaseous sodium chloride (NaCl) are present at high signal-to-noise ratio. For the first time, the NaCl emission in the inner wind region of VY CMa is spatially resolved. The ALMA observations reveal the contribution of up to four different spatial regions. The NaCl emission pattern is different compared to the dust continuum and TiO2 emission already analysed from the ALMA SV data. The emission can be reconciled with an axisymmetric geometry, where the lower density polar/rotation axis has a position angle of ~50 degrees measured from north to east. However, this picture can not capture the full morphological diversity, and discrete mass ejection events need to be invoked to explain localized higher-density regions. The velocity traced by the gaseous NaCl line profiles is significantly lower than the average wind terminal velocity, and much slower than some of the fastest mass ejections, signalling a wide range of characteristic speeds for the mass loss. Gaseous NaCl is detected far beyond the main dust condensation region. Realising the refractory nature of this metal halide, this hints at a chemical process preventing all NaCl from condensing onto dust grains. We show that in the case of the ratio of the surface binding temperature to the grain temperature being ~50, only some 10% of NaCl remains in gaseous form, while for lower values of this ratio thermal desorption efficiently evaporates NaCl. Photodesorption by stellar photons seems not to be a viable explanation for the detection of gaseous NaCl at 220 Rstar from the central star, and instead, we propose shock-induced sputtering driven by localized mass ejection events as alternative.

Analyse quantitative des cyanotoxines d'eau douce par LDTD-APCI-MS/MS

Avec la hausse mondiale de la fréquence des floraisons de cyanobactéries (CB), dont certaines produisent des cyanotoxines (CT), le développement d’une méthode de détection/quantification rapide d’un maximum de CT s’impose. Cette méthode permettrait de faire un suivi quotidien de la toxicité de plans d’eau contaminés par des CB et ainsi d’émettre rapidement des avis d’alerte appropriés afin de protéger la santé publique. Une nouvelle technologie utilisant la désorption thermique induite par diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique sous pression atmosphérique (APCI) et reliée à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) a déjà fait ses preuves avec des temps d'analyse de l’ordre de quelques secondes. Les analytes sont désorbés par la LDTD, ionisés en phase gazeuse par APCI et détectés par la MS/MS. Il n’y a donc pas de séparation chromatographique, et la préparation de l’échantillon avant l’analyse est minimale selon la complexité de la matrice contenant les analytes. Parmi les quatre CT testées (microcystine-LR, cylindrospermopsine, saxitoxine et anatoxine-a (ANA-a)), seule l’ANA-a a généré une désorption significative nécessaire au développement d’une méthode analytique avec l’interface LDTD-APCI. La forte polarité ou le poids moléculaire élevé des autres CT empêche probablement leur désorption. L’optimisation des paramètres instrumentaux, tout en tenant compte de l’interférence isobarique de l’acide aminé phénylalanine (PHE) lors de la détection de l’ANA-a par MS/MS, a généré une limite de détection d’ANA-a de l’ordre de 1 ug/L. Celle-ci a été évaluée à partir d’une matrice apparentée à une matrice réelle, démontrant qu’il serait possible d’utiliser la LDTD pour effectuer le suivi de l’ANA-a dans les eaux naturelles selon les normes environnementales applicables (1 à 12 ug/L). Il a été possible d’éviter l’interférence isobarique de la PHE en raison de sa très faible désorption avec l’interface LDTD-APCI. En effet, il a été démontré qu’une concentration aussi élevée que 500 ug/L de PHE ne causait aucune interférence sur le signal de l’ANA-a.

Développement d’une nouvelle méthode d’analyse multi-résidus par LDTD/APCI-MS/MS pour la quantification de pesticides et de produits pharmaceutiques dans les eaux usées

Une nouvelle méthode d'extraction en phase solide (SPE) couplée à une technique d'analyse ultrarapide a été développée pour la détermination simultanée de neuf contaminants émergents (l'atrazine, le déséthylatrazine, le 17(béta)-estradiol, l'éthynylestradiol, la noréthindrone, la caféine, la carbamazépine, le diclofénac et le sulfaméthoxazole) provenant de différentes classes thérapeutiques et présents dans les eaux usées. La pré-concentration et la purification des échantillons a été réalisée avec une cartouche SPE en mode mixte (Strata ABW) ayant à la fois des propriétés échangeuses de cations et d'anions suivie d'une analyse par une désorption thermique par diode laser/ionisation chimique à pression atmosphérique couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LDTD-APCI-MS/MS). La LDTD est une nouvelle méthode d'introduction d'échantillon qui réduit le temps total d'analyse à moins de 15 secondes par rapport à plusieurs minutes avec la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem traditionnelle (LC-MS/MS). Plusieurs paramètres SPE ont été évalués dans le but d'optimiser l'efficacité de récupération lors de l'extraction des analytes provenant des eaux usées, tels que la nature de la phase stationnaire, le débit de chargement, le pH d'extraction, le volume et la composition de la solution de lavage et le volume de l'échantillon initial. Cette nouvelle méthode a été appliquée avec succès à de vrais échantillons d'eaux usées provenant d'un réservoir de décantation primaire. Le recouvrement des composés ciblés provenant des eaux usées a été de 78 à 106%, la limite de détection a été de 30 à 122 ng L-1, alors que la limite de quantification a été de 88 à 370 ng L-1. Les courbes d'étalonnage dans les matrices d'eaux usées ont montré une bonne linéarité (R2 > 0,991) pour les analytes cibles ainsi qu’une précision avec un coefficient de variance inférieure à 15%.

Analyse par spectrométrie de masse d’hormones stéroïdiennes dans les eaux usées et abattement par oxydation chimique

Thèse réalisée en cotutelle avec Michèle Prévost (Ph.D), Professeure titulaire au département des génies civil, géologique et des mines de l'École Polytechnique de Montréal.

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.

Analyse par spectrométrie de masse des antibiotiques vétérinaires liés à l’élevage porcin

L’élevage des porcs représente une source importante de déversement d’antibiotiques dans l’environnement par l’intermédiaire de l’épandage du lisier qui contient une grande quantité de ces molécules sur les champs agricoles. Il a été prouvé que ces molécules biologiquement actives peuvent avoir un impact toxique sur l’écosystème. Par ailleurs, elles sont aussi suspectées d’engendrer des problèmes sanitaires et de contribuer à la résistance bactérienne pouvant mener à des infections difficilement traitables chez les humains. Le contrôle de ces substances dans l’environnement est donc nécessaire. De nombreuses méthodes analytiques sont proposées dans la littérature scientifique pour recenser ces composés dans plusieurs types de matrice. Cependant, peu de ces méthodes permettent l’analyse de ces contaminants dans des matrices issues de l’élevage agricole intensif. Par ailleurs, les méthodes analytiques disponibles sont souvent sujettes à des faux positifs compte tenu de la complexité des matrices étudiées et du matériel utilisé et ne prennent souvent pas en compte les métabolites et produits de dégradation. Enfin, les niveaux d’analyse atteints avec ces méthodes ne sont parfois plus à jour étant donné l’évolution de la chimie analytique et de la spectrométrie de masse. Dans cette optique, de nouvelles méthodes d’analyses ont été développées pour rechercher et quantifier les antibiotiques dans des matrices dérivées de l’élevage intensif des porcs en essayant de proposer des approches alternatives sensibles, sélectives et robustes pour quantifier ces molécules. Une première méthode d’analyse basée sur une technique d’introduction d’échantillon alternative à l’aide d’une interface fonctionnant à l’aide d’une désorption thermique par diode laser munie d’une source à ionisation à pression atmosphérique, couplée à la spectrométrie de masse en tandem a été développée. L’objectif est de proposer une analyse plus rapide tout en atteignant des niveaux de concentration adaptés à la matrice étudiée. Cette technique d’analyse couplée à un traitement d’échantillon efficace a permis l’analyse de plusieurs antibiotiques vétérinaires de différentes classes dans des échantillons de lisier avec des temps d’analyse courts. Les limites de détection atteintes sont comprises entre 2,5 et 8,3 µg kg-1 et sont comparables avec celles pouvant être obtenues avec la chromatographie liquide dans une matrice similaire. En vue d’analyser simultanément une série de tétracyclines, une deuxième méthode d’analyse utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) a été proposée. L’utilisation de la HRMS a été motivée par le fait que cette technique d’analyse est moins sensible aux faux positifs que le triple quadripôle traditionnel. Des limites de détection comprises entre 1,5 et 3,6 µg kg-1 ont été atteintes dans des échantillons de lisier en utilisant un mode d’analyse par fragmentation. L’utilisation de méthodes de quantifications ciblées est une démarche intéressante lorsque la présence de contaminants est suspectée dans un échantillon. Toutefois, les contaminants non intégrés à cette méthode d’analyse ciblée ne peuvent être détectés même à de fortes concentrations. Dans ce contexte, une méthode d’analyse non ciblée a été développée pour la recherche de pharmaceutiques vétérinaires dans des effluents agricoles en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution et une cartouche SPE polymérique polyvalente. Cette méthode a permis l’identification d’antibiotiques et de pharmaceutiques couramment utilisés dans l’élevage porcin. La plupart des méthodes d’analyse disponibles dans la littérature se concentrent sur l’analyse des composés parents, mais pas sur les sous-produits de dégradation. L’approche utilisée dans la deuxième méthode d’analyse a donc été étendue et appliquée à d’autres classes d’antibiotiques pour mesurer les concentrations de plusieurs résidus d’antibiotiques dans les sols et les eaux de drainage d’un champ agricole expérimental. Les sols du champ renfermaient un mélange d’antibiotiques ainsi que leurs produits de dégradation relatifs à des concentrations mesurées jusqu’à 1020 µg kg-1. Une partie de ces composés ont voyagé par l’intermédiaire des eaux de drainage du champ ou des concentrations pouvant atteindre 3200 ng L-1 ont pu être relevées.

Zur Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an Aktivkohle

Die Verwendung von Aktivkohlen und -koksen stellt eine Alternative zu herkömmlichen Prozessen zur Verminderung der NOx-Emissionen in Rauchgasen dar. An diesen Materialien wird Stickstoffmonoxid adsorbiert und katalytisch zu N2 reduziert. Eine einheitliche Erklärung über die ablaufenden Vorgänge und die Reaktionsmechanismen gibt es noch nicht. Die Ergebnisse der bisher veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten sind sehr unterschiedlich, wenn nicht sogar widersprüchlich. In dieser Arbeit wird, anhand der Messung von NO-Durchbruchskurven und thermischen Desorptionsspektren, die Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an Aktivkohlen und -koksen in Anwesenheit von Sauerstoff und Wasserdampf untersucht. Zur Durchführung der experimentellen Untersuchungen wird eine Versuchsanlage, bestehend aus einer Vorrichtung zur Gasgemischaufbereitung, einem Festbettreaktor und einer Gasanalytik, konzipiert und aufgebaut. Die Untersuchungen erfolgen bei Temperaturen zwischen 100 und 150 °C. Die NO-, O2- und H2O-Konzentrationen werden anhand der Rauchgaszusammensetzung kohlegefeuerter Kraftwerke gewählt. Die experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Verwendung einer Aktivkohle aus Ölpalmschalen, die in einem Drehrohrreaktor am Institut für Thermische Energietechnik der Universität Kassel hergestellt wurde. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass während des Prozesses NO-Adsorption, -Reduktion und -Oxidation, NO2-Bildung, -Adsorption und -reduktive Desorption, H2O-Adsorption sowie O2-Vergasung gleichzeitig stattfinden. Bei niedrigen Temperaturen werden die NO2-Bildung und die Adsorption bevorzugt. Die NO-Reduktion läuft über adsorbiertes NO mit CO2- und CO-Bildung. Durch O2-Vergasung werden aktive freie Cf-Plätzen für die NO-Reaktion und -Adsorption gebildet. Wasserdampf wird an der Aktivkohle adsorbiert und belegt aktive Plätze für diese Prozesse. Aus den experimentellen Ergebnissen werden kinetische und Gleichgewichtsparameter der NO-Sorption bestimmt. Ein vereinfachtes mathematisches Modell des Festbettreaktors, das zur Berechnung der NO-Durchbruchskurven bei unterschiedlichen Temperaturen dient, wird aufgestellt.

On the preparation of clean tungsten single crystals

The cleaning procedure consists of two-step-flashing: (i) cycles of low power flashes T similar to 1200 K) at an oxygen partial pressure of P(o2) = 6 x 10(-8) mbar, to remove the carbon from the surface, and (ii) a single high power flash (T similar to 2200 K), to remove the oxide layer. The removal of carbon from the surface through the chemical reaction with oxygen during low power flash cycles is monitored by thermal desorption spectroscopy. The exposure to O(2) leads to the oxidation of the W surface. Using a high power flash, the volatile W-oxides and the atomic oxygen are desorbed, leaving a clean crystal surface at the end of procedure. The method may also be used for cleaning other refractory metals like Mo, Re and It. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Determination of fluoxetine in plasma by gas chromatography-mass spectrometry using stir bar sorptive extraction

This article presents a method employing stir bar sorptive extraction (SBSE) with in situ derivatization, in combination with either thermal or liquid desorption on-line coupled to gas chromatography-mass spectrometry for the analysis of fluoxetine in plasma samples. Ethyl chloroformate was employed as derivatizing agent producing symmetrical peaks. Parameters such as solvent polarity, time for analyte desorption, and extraction time, were evaluated. During the validation process, the developed method presented specificity, linearity (R-2 > 0.99), precision (R.S.D. < 15%), and limits of quantification (LOQ) of 30 and 1.37 pg mL(-1), when liquid and thermal desorption were employed, respectively. This simple and highly sensitive method showed to be adequate for the measurement-of fluoxetine in typical and trace concentration levels. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Screening of volatile composition from portuguese multifloral honeys using headspace solid-phase microextraction-gas chromatography–quadrupole mass spectrometry

The volatile composition from four types of multifloral Portuguese (produced in Madeira Island) honeys was investigated by a suitable analytical procedure based on dynamic headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) followed by thermal desorption gas chromatography–quadrupole mass spectrometry detection (GC–qMS). The performance of five commercially available SPME fibres: 100 μm polydimethylsiloxane, PDMS; 85 μm polyacrylate, PA; 50/30 μm divinylbenzene/carboxen on polydimethylsiloxane, DVB/CAR/PDMS (StableFlex); 75 μm carboxen/polydimethylsiloxane, CAR/PDMS, and 65 μm carbowax/divinylbenzene, CW/DVB; were evaluated and compared. The highest amounts of extract, in terms of the maximum signal obtained for the total volatile composition, were obtained with a DVB/CAR/PDMS coating fibre at 60 °C during an extraction time of 40 min with a constant stirring at 750 rpm, after saturating the sample with NaCl (30%). Using this methodology more than one hundred volatile compounds, belonging to different biosynthetic pathways were identified, including monoterpenols, C13-norisoprenoids, sesquiterpenes, higher alcohols, ethyl esters and fatty acids. The main components of the HS-SPME samples of honey were in average ethanol, hotrienol, benzeneacetaldehyde, furfural, trans-linalool oxide and 1,3-dihydroxy-2-propanone.

Development of a dynamic headspace solid-phase microextraction procedure coupled to GC–qMSD for evaluation the chemical profile in alcoholic beverages

In the present study, a simple and sensitive methodology based on dynamic headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) followed by thermal desorption gas chromatography with quadrupole mass detection (GC–qMSD), was developed and optimized for the determination of volatile (VOCs) and semi-volatile (SVOCs) compounds from different alcoholic beverages: wine, beer and whisky. Key experimental factors influencing the equilibrium of the VOCs and SVOCs between the sample and the SPME fibre, as the type of fibre coating, extraction time and temperature, sample stirring and ionic strength, were optimized. The performance of five commercially available SPME fibres was evaluated and compared, namely polydimethylsiloxane (PDMS, 100 μm); polyacrylate (PA, 85 μm); polydimethylsiloxane/divinylbenzene (PDMS/DVB, 65 μm); carboxen™/polydimethylsiloxane (CAR/PDMS, 75 μm) and the divinylbenzene/carboxen on polydimethylsiloxane (DVB/CAR/PDMS, 50/30 μm) (StableFlex). An objective comparison among different alcoholic beverages has been established in terms of qualitative and semi-quantitative differences on volatile and semi-volatile compounds. These compounds belong to several chemical families, including higher alcohols, ethyl esters, fatty acids, higher alcohol acetates, isoamyl esters, carbonyl compounds, furanic compounds, terpenoids, C13-norisoprenoids and volatile phenols. The optimized extraction conditions and GC–qMSD, lead to the successful identification of 44 compounds in white wines, 64 in beers and 104 in whiskys. Some of these compounds were found in all of the examined beverage samples. The main components of the HS-SPME found in white wines were ethyl octanoate (46.9%), ethyl decanoate (30.3%), ethyl 9-decenoate (10.7%), ethyl hexanoate (3.1%), and isoamyl octanoate (2.7%). As for beers, the major compounds were isoamyl alcohol (11.5%), ethyl octanoate (9.1%), isoamyl acetate (8.2%), 2-ethyl-1-hexanol (5.9%), and octanoic acid (5.5%). Ethyl decanoate (58.0%), ethyl octanoate (15.1%), ethyl dodecanoate (13.9%) followed by 3-methyl-1-butanol (1.8%) and isoamyl acetate (1.4%) were found to be the major VOCs in whisky samples.

Volatile flavour constituent patterns of terras madeirenses red wines extracted by dynamic headspace solid‐phase microextraction

A suitable analytical procedure based on static headspace solid-phase microextraction (SPME) followed by thermal desorption gas chromatography–ion trap mass spectrometry detection (GC–ITDMS), was developed and applied for the qualitative and semi-quantitative analysis of volatile components of Portuguese Terras Madeirenses red wines. The headspace SPME method was optimised in terms of fibre coating, extraction time, and extraction temperature. The performance of three commercially available SPME fibres, viz. 100 lm polydimethylsiloxane; 85 lm polyacrylate, PA; and 50/30 lm divinylbenzene/carboxen on polydimethylsiloxane, was evaluated and compared. The highest amounts extracted, in terms of the maximum signal recorded for the total volatile composition, were obtained with a PA coating fibre at 308C during an extraction time of 60 min with a constant stirring at 750 rpm, after saturation of the sample with NaCl (30%, w/v). More than sixty volatile compounds, belonging to different biosynthetic pathways, have been identified, including fatty acid ethyl esters, higher alcohols, fatty acids, higher alcohol acetates, isoamyl esters, carbonyl compounds, and monoterpenols/C13-norisoprenoids.

Effectiveness of different solid-phase microextraction fibres for differentiation of selected Madeira island fruits based on their volatile metabolite profile: identification of novel compounds

A headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) procedure based on five commercialised fibres (85 μm polyacrylate – PA, 100 μm polydimethylsiloxane – PDMS, 65 μm polydimethylsiloxane/divinylbenzene – PDMS/DVB, 70 μm carbowax/divinylbenzene – CW/DVB and 85 μm carboxen/polydimethylsiloxane – CAR/PDMS) is presented for the characterization of the volatile metabolite profile of four selected Madeira island fruit species, lemon (Citrus limon), kiwi (Actinidia deliciosa), papaya (Carica papaya L.) and Chickasaw plum (Prunus angustifolia). The isolation of metabolites was followed by thermal desorption gas chromatography–quadrupole mass spectrometry (GC–qMS) methodology. The performance of the target fibres was evaluated and compared. The SPME fibre coated with CW/DVB afforded the highest extraction efficiency in kiwi and papaya pulps, while in lemon and plum the same was achieved with PMDS/DVB fibre. This procedure allowed for the identification of 80 compounds, 41 in kiwi, 24 in plums, 23 in papaya and 20 in lemon. Considering the best extraction conditions, the most abundant volatiles identified in kiwi were the intense aldehydes and ethyl esters such as (E)-2-hexenal and ethyl butyrate, while in Chicasaw plum predominate 2-hexenal, 2-methyl-4-pentenal, hexanal, (Z)-3-hexenol and cyclohexylene oxide. The major compounds identified in the papaya pulp were benzyl isothiocyanate, linalool oxide, furfural, hydroxypropanone, linalool and acetic acid. Finally, lemon was shown to be the most divergent of the four fruits, being its aroma profile composed almost exclusively by terpens, namely limonene, γ-terpinene, o-cymene and α-terpinolene. Thirty two volatiles were identified for the first time in the fruit or close related species analysed and 14 volatiles are reported as novel volatile metabolites in fruits. This includes 5 new compounds in kiwi (2-cyclohexene-1,4-dione, furyl hydroxymethyl ketone, 4-hydroxydihydro-2(3H)-furanone, 5-acetoxymethyl-2-furaldehyde and ethanedioic acid), 4 in plum (4-hydroxydihydro-2(3H)-furanone, 5-methyl-2-pyrazinylmethanol, cyclohexylene oxide and 1-methylcyclohexene), 4 in papaya (octaethyleneglycol, 1,2-cyclopentanedione, 3-methyl-1,2-cyclopentanedione and 2-furyl methyl ketone) and 2 in lemon (geranyl farnesate and safranal). It is noteworthy that among the 15 volatile metabolites identified in papaya, 3-methyl-1,2-cyclopentanedione was previously described as a novel PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptor γ) agonist, having a potential to minimize inflammation.