Joustava hitsausautomaatio piensarjatuotannossa

Kustannuspaineet, tuotteiden laatuvaatimukset ja lisääntyvässä määrin myös ammattitaitoisen työvoiman pula lisäävät robotisoinnin käyttötarvetta hitsauksessa. Tämä työ on tehty edellä mainituista lähtökohdista ja käsittelee robottihitsausjärjestelmän suunnitteluprojektia, joustavaa hitsausautomaatiota ja robotiikan soveltamista. Näkökohtana on Savonia-ammattikorkeakoulun sekä Pohjois-Savon alueen yritysten tutkimus-, kehitys- ja koulutustoiminnan tarpeet. Joustavuus on hitsausjärjestelmän päätavoite, jolla pyritään vastaamaan asiakasohjautuvan yksittäis- ja piensarjatuotannon haasteisiin. Ratkaisua yksittäis- ja piensarjatuotteiden kokonaistaloudelliseen hitsaukseen on haettu hitsausrobotin rinnalle lisätyllä apurobotilla, jonka päätehtävä on kappaleenkäsittely, mutta sitä voidaan käyttää myös mm. robotisoituun leikkauksen ja särmäykseen. Tavallisuudesta poikkeavaa järjestelmäratkaisua on perusteltu sillä, että ohjaus- ja ohjelmointitekniikan sekä kehittyneen anturoinnin myötä on robottien käytettävyys parantunut ja aiempaa haasteellisempien robottijärjestelmien toteuttaminen on tullut näin mahdolliseksi. Lisäksi virtuaalimallinnus, simulointi ja etäohjelmointi ovat työkaluja, joita voidaan käyttää mm. tuotannon laadun ja tehokkuuden parantamiseen. Työssä esitetty robottiaseman suunnittelu alkaa järjestelmän määrittelystä, vaatimuslistan laadinnasta sekä visioinnista ja päättyy kolmen järjestelmävaihtoehdon vertailuun. Esitetyillä järjestelmävaihtoehdoilla on haettu mahdollisuutta yhdistää yleensä erillisinä toteutettuja työvaiheita yhteiseen soluun. Tuotannon joustavuus on ollut tuotantokapasiteettia tärkeämpi laitteistokokoonpanon valintaperuste.

Sulfatiatsolin leijupetikiteytys

Työssä tutkittiin leijupetikiteyttimen toimivuutta sulfatiatsolikiteiden kasvunopeuksien mittaamisessa. Sulfatiatsoli on lääkeaine, jota käytetään antibioottina. Kirjallisuusosassa on käsitelty kiteytyksen perusteita sekä olosuhteiden vaikutuksia kidemorfologiaan. Koska kyseessä on lääkeaine, on työssä myös selvitetty tekijöitä, jotka vaikuttavat syntyvän kiteen polymorfimuotoon. Näitä ovat mm. siemenkiteen polymorfimuoto sekä käytetty liuotin. Kirjallisuusosassa on myös esitelty teollisia ja laboratoriomittakaavan leijupetikiteyttimiä. Kokeellisessa osassa on keskitytty testaamaan leijupetikiteyttimen toimintaa sekä etsimään sopivia olosuhteita kasvukokeiden suorittamiselle. Kokeissa tutkittiin ylikylläisyyden vaikutusta sulfatiatsolikiteen kasvuun. Kiteen kasvun seurantaan pyrittiin etsimään sopivia hiukkaskokoanalysaattoreita. Mittauksissa käytetyt laitteistot olivat PIA 4000 mod LUT on-line-videomikroskooppi ja laserdiffraktioon perustuva Coulter LS 130 off-line-partikkelikokoanalysaattori.

Erikoispaperin käyristymisen pienentäminen mittapysyvyyttä parantamalla

Diplomityössä on tutkittu Tervakoski Oy:n PK8:lla valmistettavan irrokepaperin mittapy-syvyysongelmaa. Tämä ilmenee asiakkaan jatkojalostusprosesseissa esim. silikonointi- ja liimausvaiheissa paperin huonona ajettavuutena. Työ pohjautuu PK8:lla suoritettavien tehdasmittakaavaisten koeajojen prosessiolosuhteiden ja mittapysyvyyttä kuvaavien analyysien tulosten tarkasteluun. Työn kirjallisuusosassa kerrotaan silikonointi- ja laminointiprosessin vaatimuksista irrokepaperille. Mittapysyvyyden teoreettista taustaa lähestytään puukuidun sorptio-ominaisuuksien tarkastelulla. Osassa perehdytään mm. paperin mittapysyvyyteen ja käyristymiseen vaikuttaviin eri tekijöihin. Osio sisältää myös katsauksen paperin mittapysyvyyden ja käyristymisen eri mittausmenetelmistä. Työn kokeellisessa osassa tarkastellaan PK8:n prosessiolosuhteiden vaikutuksia mittapysy- vyyden tasoon. Kokeellinen osa sisältää neljä tehdasmittakaavaista koeajosarjaa ja 23 eri koepistettä, joiden tarkoituksena on löytää PK8:lle mittapysyvyyden kannalta parhaimmat mahdolliset olosuhteet muiden laatuarvojen kärsimättä. Koesarjojen muuttujina on käytetty kuivatusviirojen kireyttä, konesuuntaista vetojännitystä sekä suihkusuhteen ja jauhatusasteen muutoksia. Lisäksi paperin käyristymiseen pyrittiin vaikuttamaan PK8:lla toispuoleisella kuivatuksella ja erilliskostutuskoneen toispuoleisella kostutusvesimäärällä. Koesarjojen prosessiolosuhteiden ja analyysitulosten perusteella PK8:lla muutettiin ajotapamallia jo työn kuluessa. Kokeellisen osan loputtua PK8:n tuotantolinjalle määriteltiin uusi ajotapamalli. PK8:n tuotantolinjalla valmistettavan glassiinin poikkisuuntainen kuivatuskutistuma aleni eräässä koesarjassa prosessiolosuhteiden muutosten myötä noin 13 %. Mittapysy-vyyttä kuvaavat kosteuslaajentuma, märkämuodonmuutos ja käyristyminen paranivat keskimäärin 11 %. Uuden ajotapamallin myötä PK8:n valmistaman irrokepaperin laatutaso on noussut, jolloin on jo nyt havaittu, että glassiinin ajettavuus on selkeästi parantunut asiakkaan jatkojalostusprosesseissa.

Implisiittisen kalibroinnin soveltamismahdollisuudet kemiantekniikassa

Työn taustalla oli tavoite parantaa erään teollisuusprosessin toimintaa ja sen tuottoa mallintamalla reaktiovaiheen alussa tapahtuvan välituotteen muodostumisen reaktiokinetiikka sekä perinteisellä tavalla että implisiittisellä kalibroinnilla. Toisena tavoitteena oli selvittää, kuinka implisiittistä kalibrointia voidaan yleisemmin hyödyntää kemiantekniikassa. Implisiittinen kalibrointi on menetelmä, jolla voidaan ratkaista jonkin teoreettisen mallin parametrit suoraan epäsuorasta mittausdatasta (esimerkiksi spektreistä) lähes kokonaan ilman off-line analyysejä. Tämän työn kirjallisuusosassa on esitetty implisiittisen kalibroinnin toimintaperiaate sekä lyhyesti FTIR-spektrometrian perusteita. Työn kokeellisessa osassa on estimoitu tutkitun välituotteen muodostumisen kineettiset parametrit sekä tavanomaisella parametriestimoinnilla että implisiittisellä kalibroinnilla. Lisäksi kokeellisessa osassa on selvitetty lyhyesti tutkitun prosessin FTIR-spektrien lämpötilariippuvuuksia ja esitetty neljä mahdollista uutta sovelluskohdetta implisiittiselle kalibroinnille. Tavanomaisella parametriestimoinnilla saatiin estimoitua varsin yksiselitteiset arvot kineettisille parametreille. Myös mallin sovitus koedataan on hyvä kolmessa kokeessa viidestä. Parametriestimointi implisiittisellä kalibroinnilla onnistui lupaavasti vaikka tulokset eivät ole aivan niin hyviä kuin tavanomaisessa parametriestimoinnissa. Parhaat tulokset implisiittisessä kalibroinnissa saavutettiin suoralla kalibrointitavalla GRR (Generalized Ridge Regression)-kalibrointimenetelmää käyttämällä.

DSA-elektrodien testaaminen kulumisen arvioimiseksi

Työn tavoitteena oli tutkia eri mittausmenetelmillä metallipinnoitettujen elektrodien kulumista kulumiskokeiden aikana. Mittausmenetelminä olivat käytössä syklinen voltammetria, polarisaatiokäyrän määritys ja sähkökemiallinen impedanssispektrometria, jotka olivat offline-mittausmenetelmiä. Näiden menetelmien avulla pystyttiin seuraamaan yksittäisten elektrodien kulumista ajon aikana. Elektrodin pinnoitteen alkuaineiden pitoisuuksia tutkittiin myös elektronimikroskoopin röntgenspektrometrin avulla. Työn aikana tehdyissä kulumiskokeista havaittiin elektrodin kuluvan sitä nopeammin mitä suurempi on virrantiheys. Työssä tehtyjen elektronimikroskooppikokeiden avulla havaittiin, että harvinaisten metallien seostaminen pinnoitteeseen pidentää metallipinnoitetun elektrodin käyttöikää. Syklisen voltammetrian avulla pystyttiin seuraamaan elektrodin pinta-alan muuttumista ajon aikana. Työssä käytettyjen kulumiskokeiden avulla ei suoranaisesti pystytty määrittämään elektrodin jäljellä olevaa elinikää.

Characterization of volatile organic gunshot residues in fired handgun cartridges by headspace sorptive extraction

In forensic investigation of firearm-related cases, determination of the residual amount of volatile compounds remaining inside a cartridge could be useful in estimating the time since its discharge. Published approaches are based on following the decrease of selected target compounds as a function of time by using solid phase micro-extraction (SPME). Naphthalene, as well as an unidentified decomposition product of nitrocellulose (referred to as "TEA2"), are usually employed for this purpose. However, reliability can be brought into question given their high volatility and the low reproducibility of their extracted quantities. In order to identify alternatives and therefore develop improved dating methods, an extensive study on the composition and variability of volatile residues in nine different types of cartridges was carried out. Analysis was performed using headspace sorptive extraction (HSSE), which is a more exhaustive technique compared to SPME. 166 compounds were identified (several of which for the first time), and it was observed that the final compositional characteristics of each residue were strongly dependent on its source. Variability of single identified compounds within and between different types of cartridge, as well as their evolution over time, was also studied. Many explosion products containing up to 4 aromatic rings were found to be globally present in high proportions amongst residues. 27 of them (excluding naphthalene) also presented detectable decreases during the first 24 h. Therefore, they could be used as complementary target analytes in future dating methods.

Betuliinijohdannaiset

Opinnäytetyön aiheena oli betuliinijohdannaiset. Tavoitteena oli tehdä synteesisarja, jossa betuliiniin ja betulonihappoon liitettiin esteröintireaktiolla erilaisia happoja, terpeenialkoholeja ja fenoleja. Lisäksi tavoitteena oli saada selvyys bioaktiivisista ominaisuuksista ja mahdollisista muista soveltuvuuksista. Työ tehtiin osana VTT:n Kuori- tutkimusprojektia, jossa betuliinille ja muille puiden kuori- ja uuteaineille pyritään löytämään kaupallisia käyttökohteita esimerkiksi lääkeaineina, pestisideinä ja kosmetiikka-alan raaka-aineina. Betuliini on pentasyklinen triterpeenialkoholi, jota saadaan eristettyä varsin tehokkaasti koivun kuoresta ja tuohesta uuttamalla. Betuliinilla ja sen johdannaisilla on todistettu olevan useita lääkinnällisiä vaikutuksia kuten esimerkiksi tulehduksia estäviä, antiviraalisia, antimalaarisia, antitumoraalisia sekä anti-HIV-aktiivisuutta. Betuliinissa, lup-20(29)-ene-3β,28-diolissa, on käytännössä kolme reaktiivista ryhmää, primäärinen hydroksyyliryhmä hiilessä 28, sekundäärinen hydroksyyliryhmä hiilessä 3 sekä alkeenirakenne hiilessä 20, joista jokaisen ryhmän reaktioilla voidaan helposti saada aikaan betuliinijohdannaisia. Betuliinin ja betulonihapon reaktioihin valittiin erilaisia esteröintimenetelmiä, joissa katalyytteinä käytettiin mm. p-tolueenisulfonihappoa, titaani(IV)isopropylaattia, N,N-dimetyyli-4-aminopyridiini ja N-(3-dimetyyliaminopropyyli)-N-etyylikarbodiimidihydroklori-dia. Synteesituotteiden puhdistusmenetelminä käytettiin uudelleen kiteyttämistä ja pylväskromatografiaa. Synteesituotteet analysoitiin NMR:llä, GC-MS:llä, IR-spektrometrillä ja alkuaineanalyysillä. Lisäksi reaktiotuotteista mitattiin sulamispisteet ja Rf-arvot. Synteesisarjaan suunnitelluista betuliini- ja betulonihappojohdannaisista onnistuivat betuliini-28-ferulihappoesteri, betulonihappo-28-vaniliiniesteri ja betulonihappo-28-karva-kroliesteri. Tuotteille on tehty ja tullaan tekemään erilaisia bioaktiivisuustestejä ja näin ollen kaikkia tuloksia ei ole vielä saatu. Osassa testeistä kyseiset tuotteet ovat osoittautuneet jo lievästi aktiivisiksi, joten kyseisten tuotteiden testaamista sekä betuliiniin ja sen johdannaisiin liittyvää syntetiikkaa ja tutkimustyötä kannattaa ehdottomasti jatkaa, koska betuliinijohdannaisilla voi olla ratkaiseva merkitys esimerkiksi sairauksien hoidossa.

Odor emission control and reduce in betaine manufacture

This thesis was made in Naantali plant of Finnfeeds Finland Oy. In this thesis the main study was in reducing, controlling, measuring and processing odour effluents in various methods. Also are considered legislation, marketing issues and environmental requirements of reducing of odour effluents. The literature review introduces odours complications, legislations and various methods of odour removal. There is also a review of volatile organic compounds detection and measuring methods. The experimental section consists TD-GC-MS-measurements and expansive measurements with electronic nose. Electronic nose is a new solution for recognition and measuring industrial odours. In this thesis the electronic nose was adapted into reliable recognition and measuring method. Measurements with electronic nose was made in betaine factory and main targets were odour removal process and other odours from factory. As a result of experimental work with TD-GC-MS-measurements becomes odour compound of 2-and 3- methylbutanal and dimethyldisulfide, which odour is sweet and fug. Extensive study with electronic nose found many developmental subjects. Odour balance measurements of factory and after calculation made adjustment of odour removal process, over all odour effluent to environment will reduce 25 %.

Blood monitoring of perfluorocarbon compounds (F-tert-butylcyclohexane, perfluoromethyldecalin and perfluorodecalin) by headspace-gas chromatography-tandem mass spectrometry.

A headspace-gas chromatography-tandem mass spectrometry (HS-GC-MS/MS) method for the trace measurement of perfluorocarbon compounds (PFCs) in blood was developed. Due to oxygen carrying capabilities of PFCs, application to doping and sports misuse is speculated. This study was therefore extended to perform validation methods for F-tert-butylcyclohexane (Oxycyte(®)), perfluoro(methyldecalin) (PFMD) and perfluorodecalin (PFD). The limit of detection of these compounds was established and found to be 1.2µg/mL blood for F-tert-butylcyclohexane, 4.9µg/mL blood for PFMD and 9.6µg/mL blood for PFD. The limit of quantification was assumed to be 12µg/mL blood (F-tert-butylcyclohexane), 48µg/mL blood (PFMD) and 96µg/mL blood (PFD). HS-GC-MS/MS technique allows detection from 1000 to 10,000 times lower than the estimated required dose to ensure a biological effect for the investigated PFCs. Thus, this technique could be used to identify a PFC misuse several hours, maybe days, after the injection or the sporting event. Clinical trials with those compounds are still required to evaluate the validation parameters with the calculated estimations.

Etude de la composition initiale et du vieillissement des traces digitales: vers le développement d'une méthode de datation?

«Quel est l'âge de cette trace digitale?» Cette question est relativement souvent soulevée au tribunal ou lors d'investigations, lorsque la personne suspectée admet avoir laissé ses empreintes digitales sur une scène de crime mais prétend l'avoir fait à un autre moment que celui du crime et pour une raison innocente. Toutefois, aucune réponse ne peut actuellement être donnée à cette question, puisqu'aucune méthodologie n'est pour l'heure validée et acceptée par l'ensemble de la communauté forensique. Néanmoins, l'inventaire de cas américains conduit dans cette recherche a montré que les experts fournissent tout de même des témoignages au tribunal concernant l'âge de traces digitales, même si ceux-­‐ci sont majoritairement basés sur des paramètres subjectifs et mal documentés. Il a été relativement aisé d'accéder à des cas américains détaillés, ce qui explique le choix de l'exemple. Toutefois, la problématique de la datation des traces digitales est rencontrée dans le monde entier, et le manque de consensus actuel dans les réponses données souligne la nécessité d'effectuer des études sur le sujet. Le but de la présente recherche est donc d'évaluer la possibilité de développer une méthode de datation objective des traces digitales. Comme les questions entourant la mise au point d'une telle procédure ne sont pas nouvelles, différentes tentatives ont déjà été décrites dans la littérature. Cette recherche les a étudiées de manière critique, et souligne que la plupart des méthodologies reportées souffrent de limitations prévenant leur utilisation pratique. Néanmoins, certaines approches basées sur l'évolution dans le temps de composés intrinsèques aux résidus papillaires se sont montrées prometteuses. Ainsi, un recensement détaillé de la littérature a été conduit afin d'identifier les composés présents dans les traces digitales et les techniques analytiques capables de les détecter. Le choix a été fait de se concentrer sur les composés sébacés détectés par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC/MS) ou par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Des analyses GC/MS ont été menées afin de caractériser la variabilité initiale de lipides cibles au sein des traces digitales d'un même donneur (intra-­‐variabilité) et entre les traces digitales de donneurs différents (inter-­‐variabilité). Ainsi, plusieurs molécules ont été identifiées et quantifiées pour la première fois dans les résidus papillaires. De plus, il a été déterminé que l'intra-­‐variabilité des résidus était significativement plus basse que l'inter-­‐variabilité, mais que ces deux types de variabilité pouvaient être réduits en utilisant différents pré-­‐ traitements statistiques s'inspirant du domaine du profilage de produits stupéfiants. Il a également été possible de proposer un modèle objectif de classification des donneurs permettant de les regrouper dans deux classes principales en se basant sur la composition initiale de leurs traces digitales. Ces classes correspondent à ce qui est actuellement appelé de manière relativement subjective des « bons » ou « mauvais » donneurs. Le potentiel d'un tel modèle est élevé dans le domaine de la recherche en traces digitales, puisqu'il permet de sélectionner des donneurs représentatifs selon les composés d'intérêt. En utilisant la GC/MS et la FTIR, une étude détaillée a été conduite sur les effets de différents facteurs d'influence sur la composition initiale et le vieillissement de molécules lipidiques au sein des traces digitales. Il a ainsi été déterminé que des modèles univariés et multivariés pouvaient être construits pour décrire le vieillissement des composés cibles (transformés en paramètres de vieillissement par pré-­‐traitement), mais que certains facteurs d'influence affectaient ces modèles plus sérieusement que d'autres. En effet, le donneur, le substrat et l'application de techniques de révélation semblent empêcher la construction de modèles reproductibles. Les autres facteurs testés (moment de déposition, pression, température et illumination) influencent également les résidus et leur vieillissement, mais des modèles combinant différentes valeurs de ces facteurs ont tout de même prouvé leur robustesse dans des situations bien définies. De plus, des traces digitales-­‐tests ont été analysées par GC/MS afin d'être datées en utilisant certains des modèles construits. Il s'est avéré que des estimations correctes étaient obtenues pour plus de 60 % des traces-­‐tests datées, et jusqu'à 100% lorsque les conditions de stockage étaient connues. Ces résultats sont intéressants mais il est impératif de conduire des recherches supplémentaires afin d'évaluer les possibilités d'application de ces modèles dans des cas réels. Dans une perspective plus fondamentale, une étude pilote a également été effectuée sur l'utilisation de la spectroscopie infrarouge combinée à l'imagerie chimique (FTIR-­‐CI) afin d'obtenir des informations quant à la composition et au vieillissement des traces digitales. Plus précisément, la capacité de cette technique à mettre en évidence le vieillissement et l'effet de certains facteurs d'influence sur de larges zones de traces digitales a été investiguée. Cette information a ensuite été comparée avec celle obtenue par les spectres FTIR simples. Il en a ainsi résulté que la FTIR-­‐CI était un outil puissant, mais que son utilisation dans l'étude des résidus papillaires à des buts forensiques avait des limites. En effet, dans cette recherche, cette technique n'a pas permis d'obtenir des informations supplémentaires par rapport aux spectres FTIR traditionnels et a également montré des désavantages majeurs, à savoir de longs temps d'analyse et de traitement, particulièrement lorsque de larges zones de traces digitales doivent être couvertes. Finalement, les résultats obtenus dans ce travail ont permis la proposition et discussion d'une approche pragmatique afin d'aborder les questions de datation des traces digitales. Cette approche permet ainsi d'identifier quel type d'information le scientifique serait capable d'apporter aux enquêteurs et/ou au tribunal à l'heure actuelle. De plus, le canevas proposé décrit également les différentes étapes itératives de développement qui devraient être suivies par la recherche afin de parvenir à la validation d'une méthodologie de datation des traces digitales objective, dont les capacités et limites sont connues et documentées. -- "How old is this fingermark?" This question is relatively often raised in trials when suspects admit that they have left their fingermarks on a crime scene but allege that the contact occurred at a time different to that of the crime and for legitimate reasons. However, no answer can be given to this question so far, because no fingermark dating methodology has been validated and accepted by the whole forensic community. Nevertheless, the review of past American cases highlighted that experts actually gave/give testimonies in courts about the age of fingermarks, even if mostly based on subjective and badly documented parameters. It was relatively easy to access fully described American cases, thus explaining the origin of the given examples. However, fingermark dating issues are encountered worldwide, and the lack of consensus among the given answers highlights the necessity to conduct research on the subject. The present work thus aims at studying the possibility to develop an objective fingermark dating method. As the questions surrounding the development of dating procedures are not new, different attempts were already described in the literature. This research proposes a critical review of these attempts and highlights that most of the reported methodologies still suffer from limitations preventing their use in actual practice. Nevertheless, some approaches based on the evolution of intrinsic compounds detected in fingermark residue over time appear to be promising. Thus, an exhaustive review of the literature was conducted in order to identify the compounds available in the fingermark residue and the analytical techniques capable of analysing them. It was chosen to concentrate on sebaceous compounds analysed using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS) or Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). GC/MS analyses were conducted in order to characterize the initial variability of target lipids among fresh fingermarks of the same donor (intra-­‐variability) and between fingermarks of different donors (inter-­‐variability). As a result, many molecules were identified and quantified for the first time in fingermark residue. Furthermore, it was determined that the intra-­‐variability of the fingermark residue was significantly lower than the inter-­‐variability, but that it was possible to reduce both kind of variability using different statistical pre-­‐ treatments inspired from the drug profiling area. It was also possible to propose an objective donor classification model allowing the grouping of donors in two main classes based on their initial lipid composition. These classes correspond to what is relatively subjectively called "good" or "bad" donors. The potential of such a model is high for the fingermark research field, as it allows the selection of representative donors based on compounds of interest. Using GC/MS and FTIR, an in-­‐depth study of the effects of different influence factors on the initial composition and aging of target lipid molecules found in fingermark residue was conducted. It was determined that univariate and multivariate models could be build to describe the aging of target compounds (transformed in aging parameters through pre-­‐ processing techniques), but that some influence factors were affecting these models more than others. In fact, the donor, the substrate and the application of enhancement techniques seemed to hinder the construction of reproducible models. The other tested factors (deposition moment, pressure, temperature and illumination) also affected the residue and their aging, but models combining different values of these factors still proved to be robust. Furthermore, test-­‐fingermarks were analysed with GC/MS in order to be dated using some of the generated models. It turned out that correct estimations were obtained for 60% of the dated test-­‐fingermarks and until 100% when the storage conditions were known. These results are interesting but further research should be conducted to evaluate if these models could be used in uncontrolled casework conditions. In a more fundamental perspective, a pilot study was also conducted on the use of infrared spectroscopy combined with chemical imaging in order to gain information about the fingermark composition and aging. More precisely, its ability to highlight influence factors and aging effects over large areas of fingermarks was investigated. This information was then compared with that given by individual FTIR spectra. It was concluded that while FTIR-­‐ CI is a powerful tool, its use to study natural fingermark residue for forensic purposes has to be carefully considered. In fact, in this study, this technique does not yield more information on residue distribution than traditional FTIR spectra and also suffers from major drawbacks, such as long analysis and processing time, particularly when large fingermark areas need to be covered. Finally, the results obtained in this research allowed the proposition and discussion of a formal and pragmatic framework to approach the fingermark dating questions. It allows identifying which type of information the scientist would be able to bring so far to investigators and/or Justice. Furthermore, this proposed framework also describes the different iterative development steps that the research should follow in order to achieve the validation of an objective fingermark dating methodology, whose capacities and limits are well known and properly documented.

Stepwise emergence of azole, echinocandin and amphotericin B multidrug resistance in vivo in Candida albicans orchestrated by multiple genetic alterations.

OBJECTIVES: The objective of this study was to characterize the underlying molecular mechanisms in consecutive clinical Candida albicans isolates from a single patient displaying stepwise-acquired multidrug resistance. METHODS: Nine clinical isolates (P-1 to P-9) were susceptibility tested by EUCAST EDef 7.2 and Etest. P-4, P-5, P-7, P-8 and P-9 were available for further studies. Relatedness was evaluated by MLST. Additional genes were analysed by sequencing (including FKS1, ERG11, ERG2 and TAC1) and gene expression by quantitative PCR (CDR1, CDR2 and ERG11). UV-spectrophotometry and GC-MS were used for sterol analyses. In vivo virulence was determined in the insect model Galleria mellonella and evaluated by log-rank Mantel-Cox tests. RESULTS: P-1 + P-2 were susceptible, P-3 + P-4 fluconazole resistant, P-5 pan-azole resistant, P-6 + P-7 pan-azole and echinocandin resistant and P-8 + P-9 MDR. MLST supported genetic relatedness among clinical isolates. P-4 harboured four changes in Erg11 (E266D, G307S, G450E and V488I), increased expression of ERG11 and CDR2 and a change in Tac1 (R688Q). P-5, P-7, P-8 and P-9 had an additional change in Erg11 (A61E), increased expression of CDR1, CDR2 and ERG11 (except for P-7) and a different amino acid change in Tac1 (R673L). Echinocandin-resistant isolates harboured the Fks1 S645P alteration. Polyene-resistant P-8 + P-9 lacked ergosterol and harboured a frameshift mutation in ERG2 (F105SfsX23). Virulence was attenuated (but equivalent) in the clinical isolates, but higher than in the azole- and echinocandin-resistant unrelated control strain. CONCLUSIONS: C. albicans demonstrates a diverse capacity to adapt to antifungal exposure. Potentially novel resistance-inducing mutations in TAC1, ERG11 and ERG2 require independent validation.

Estimation of reference curves for the urinary steroid metabolome in the first year of life in healthy children : Tracing the complexity of human postnatal steroidogenesis.

CONTEXT: Complex steroid disorders such as P450 oxidoreductase deficiency or apparent cortisone reductase deficiency may be recognized by steroid profiling using chromatographic mass spectrometric methods. These methods are highly specific and sensitive, and provide a complete spectrum of steroid metabolites in a single measurement of one sample which makes them superior to immunoassays. The steroid metabolome during the fetal-neonatal transition is characterized by (a) the metabolites of the fetal-placental unit at birth, (b) the fetal adrenal androgens until its involution 3-6 months postnatally, and (c) the steroid metabolites produced by the developing endocrine organs. All these developmental events change the steroid metabolome in an age- and sex-dependent manner during the first year of life. OBJECTIVE: The aim of this study was to provide normative values for the urinary steroid metabolome of healthy newborns at short time intervals in the first year of life. METHODS: We conducted a prospective, longitudinal study to measure 67 urinary steroid metabolites in 21 male and 22 female term healthy newborn infants at 13 time-points from week 1 to week 49 of life. Urine samples were collected from newborn infants before discharge from hospital and from healthy infants at home. Steroid metabolites were measured by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and steroid concentrations corrected for urinary creatinine excretion were calculated. RESULTS: 61 steroids showed age and 15 steroids sex specificity. Highest urinary steroid concentrations were found in both sexes for progesterone derivatives, in particular 20α-DH-5α-DH-progesterone, and for highly polar 6α-hydroxylated glucocorticoids. The steroids peaked at week 3 and decreased by ∼80% at week 25 in both sexes. The decline of progestins, androgens and estrogens was more pronounced than of glucocorticoids whereas the excretion of corticosterone and its metabolites and of mineralocorticoids remained constant during the first year of life. CONCLUSION: The urinary steroid profile changes dramatically during the first year of life and correlates with the physiologic developmental changes during the fetal-neonatal transition. Thus detailed normative data during this time period permit the use of steroid profiling as a powerful diagnostic tool.

Evaluation of steroidomics by liquid chromatography hyphenated to mass spectrometry as a powerful analytical strategy for measuring human steroid perturbations.

This review presents the evolution of steroid analytical techniques, including gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS), immunoassay (IA) and targeted liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS), and it evaluates the potential of extended steroid profiles by a metabolomics-based approach, namely steroidomics. Steroids regulate essential biological functions including growth and reproduction, and perturbations of the steroid homeostasis can generate serious physiological issues; therefore, specific and sensitive methods have been developed to measure steroid concentrations. GC-MS measuring several steroids simultaneously was considered the first historical standard method for analysis. Steroids were then quantified by immunoassay, allowing a higher throughput; however, major drawbacks included the measurement of a single compound instead of a panel and cross-reactivity reactions. Targeted LC-MS methods with selected reaction monitoring (SRM) were then introduced for quantifying a small steroid subset without the problems of cross-reactivity. The next step was the integration of metabolomic approaches in the context of steroid analyses. As metabolomics tends to identify and quantify all the metabolites (i.e., the metabolome) in a specific system, appropriate strategies were proposed for discovering new biomarkers. Steroidomics, defined as the untargeted analysis of the steroid content in a sample, was implemented in several fields, including doping analysis, clinical studies, in vivo or in vitro toxicology assays, and more. This review discusses the current analytical methods for assessing steroid changes and compares them to steroidomics. Steroids, their pathways, their implications in diseases and the biological matrices in which they are analysed will first be described. Then, the different analytical strategies will be presented with a focus on their ability to obtain relevant information on the steroid pattern. The future technical requirements for improving steroid analysis will also be presented.

Rapid analysis of multiclass antibiotic residues and some of their metabolites in hospital, urban wastewater and river water by ultra-highperformance liquid chromatography coupled to quadrupole-linear ion trap tandem mass spectrometry

The present work describes the development of a fast and robust analytical method for the determination of 53 antibiotic residues, covering various chemical groups and some of their metabolites, in environmental matrices that are considered important sources of antibiotic pollution, namely hospital and urban wastewaters, as well as in river waters. The method is based on automated off-line solid phase extraction (SPE) followed by ultra-high-performance liquid chromatography coupled to quadrupole linear ion trap tandem mass spectrometry (UHPLC–QqLIT). For unequivocal identification and confirmation, and in order to fulfill EU guidelines, two selected reaction monitoring (SRM) transitions per compound are monitored (the most intense one is used for quantification and the second one for confirmation). Quantification of target antibiotics is performed by the internal standard approach, using one isotopically labeled compound for each chemical group, in order to correct matrix effects. The main advantages of the method are automation and speed-up of sample preparation, by the reduction of extraction volumes for all matrices, the fast separation of a wide spectrum of antibiotics by using ultra-high-performance liquid chromatography, its sensitivity (limits of detection in the low ng/L range) and selectivity (due to the use of tandem mass spectrometry) The inclusion of β-lactam antibiotics (penicillins and cephalosporins), which are compounds difficult to analyze in multi-residue methods due to their instability in water matrices, and some antibiotics metabolites are other important benefits of the method developed. As part of the validation procedure, the method developed was applied to the analysis of antibiotics residues in hospital, urban influent and effluent wastewaters as well as in river water samples

Thermal Degradation of Small Molecules: A Global Metabolomic Investigation.

Thermal processes are widely used in small molecule chemical analysis and metabolomics for derivatization, vaporization, chromatography, and ionization, especially in gas chromatography mass spectrometry (GC/MS). In this study the effect of heating was examined on a set of 64 small molecule standards and, separately, on human plasma metabolite extracts. The samples, either derivatized or underivatized, were heated at three different temperatures (60, 100, and 250 °C) at different exposure times (30 s, 60 s, and 300 s). All the samples were analyzed by liquid chromatography coupled to electrospray ionization mass spectrometry (LC/MS) and the data processed by XCMS Online ( xcmsonline.scripps.edu ). The results showed that heating at an elevated temperature of 100 °C had an appreciable effect on both the underivatized and derivatized molecules, and heating at 250 °C created substantial changes in the profile. For example, over 40% of the molecular peaks were altered in the plasma metabolite analysis after heating (250 °C, 300s) with a significant formation of degradation and transformation products. The analysis of 64 small molecule standards validated the temperature-induced changes observed on the plasma metabolites, where most of the small molecules degraded at elevated temperatures even after minimal exposure times (30 s). For example, tri- and diorganophosphates (e.g., adenosine triphosphate and adenosine diphosphate) were readily degraded into a mono-organophosphate (e.g., adenosine monophosphate) during heating. Nucleosides and nucleotides (e.g., inosine and inosine monophosphate) were also found to be transformed into purine derivatives (e.g., hypoxanthine). A newly formed transformation product, oleoyl ethyl amide, was identified in both the underivatized and derivatized forms of the plasma extracts and small molecule standard mixture, and was likely generated from oleic acid. Overall these analyses show that small molecules and metabolites undergo significant time-sensitive alterations when exposed to elevated temperatures, especially those conditions that mimic sample preparation and analysis in GC/MS experiments.