Removal of tetracycline from contaminated water by Moringa oleifera seed preparations

The aim of this study was to evaluate tetracycline antibiotic (TA) removal from contaminated water by Moringa oleifera seed preparations. The composition of synthetic water approximate river natural contaminated water and TA simulated its presence as an emerging pollutant. Interactions between TA and protein preparations (extract; fraction and lectin) were also evaluated. TA was determined by solid phase extraction followed by high performance liquid chromatography - mass spectrometry. Moringa extract and flour removed TA from water. Extract removed TA in all concentrations and better removal (40%) was obtained with 40 mg L1; seed flour (particles < 5mm), 1.25 g L1 and 2.50 g L1 removed 28 and 29% of tetracycline, respectively; particles > 5 mm (0.50 g L1) removed 55% of antibiotic. Interactions between TA and seed preparations were assayed by haemagglutinating activity (HA). Specific HA (SHA) of extract (pH 7) was abolished with tetracycline (5 mg L1); fraction (75%) and lectin HA (97%) were inhibited with TA. Extract SHA decreased by 75% at pH 8. Zeta potential (ZP) of extract 700 mg L1 and tetracycline 50 mg L1 , pH range 5 to 8, showed different results. Extract ZP was more negative (10.73 mV to 16.00 mV) than tetracycline ZP (0.27 mV to 20.15 mV); ZP difference was greater in pH 8. The focus of this study was achieved since moringa preparations removed TA from water and compounds interacting with tetracycline involved at least lectin binding sites. This is a natural process, which do not promote environmental damage.

Structure-function characterization and optimization of a plant-derived antibacterial peptide.

Crushed seeds of the Moringa oleifera tree have been used traditionally as natural flocculants to clarify drinking water. We previously showed that one of the seed peptides mediates both the sedimentation of suspended particles such as bacterial cells and a direct bactericidal activity, raising the possibility that the two activities might be related. In this study, the conformational modeling of the peptide was coupled to a functional analysis of synthetic derivatives. This indicated that partly overlapping structural determinants mediate the sedimentation and antibacterial activities. Sedimentation requires a positively charged, glutamine-rich portion of the peptide that aggregates bacterial cells. The bactericidal activity was localized to a sequence prone to form a helix-loop-helix structural motif. Amino acid substitution showed that the bactericidal activity requires hydrophobic proline residues within the protruding loop. Vital dye staining indicated that treatment with peptides containing this motif results in bacterial membrane damage. Assembly of multiple copies of this structural motif into a branched peptide enhanced antibacterial activity, since low concentrations effectively kill bacteria such as Pseudomonas aeruginosa and Streptococcus pyogenes without displaying a toxic effect on human red blood cells. This study thus identifies a synthetic peptide with potent antibacterial activity against specific human pathogens. It also suggests partly distinct molecular mechanisms for each activity. Sedimentation may result from coupled flocculation and coagulation effects, while the bactericidal activity would require bacterial membrane destabilization by a hydrophobic loop.

Oxidative potential of particles in different occupational environments: a pilot study

The oxidative potential (OP) of particulate matter has been proposed as a toxicologically relevant metric. This concept is already frequently used for hazard characterization of ambient particles but it is still seldom applied in the occupational field. The objective of this study was to assess the OP in two different types of workplaces and to investigate the relationship between the OP and the physicochemical characteristics of the collected particles. At a toll station, at the entrance of a tunnel ('Tunnel' site), and at three different mechanical yards ('Depot' sites), we assessed particle mass (PM4 and PM2.5 and size distribution), number and surface area, organic and elemental carbon, polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH), and four quinones as well as iron and copper concentration. The OP was determined directly on filters without extraction by using the dithiothreitol assay (DTT assay-OP(DTT)). The averaged mass concentration of respirable particles (PM4) at the Tunnel site was about twice the one at the Depot sites (173±103 and 90±36 µg m(-3), respectively), whereas the OP(DTT) was practically identical for all the sites (10.6±7.2 pmol DTT min(-1) μg(-1) at the Tunnel site; 10.4±4.6 pmol DTT min(-1) μg(-1) at the Depot sites). The OP(DTT) of PM4 was mostly present on the smallest PM2.5 fraction (OP(DTT) PM2.5: 10.2±8.1 pmol DTT min(-1) μg(-1); OP(DTT) PM4: 10.5±5.8 pmol DTT min(-1) μg(-1) for all sites), suggesting the presence of redox inactive components in the PM2.5-4 fraction. Although the reactivity was similar at the Tunnel and Depot sites irrespective of the metric chosen (OP(DTT) µg(-1) or OP(DTT) m(-3)), the chemicals associated with OP(DTT) were different between the two types of workplaces. The organic carbon, quinones, and/or metal content (Fe, Cu) were strongly associated with the DTT reactivity at the Tunnel site whereas only Fe and PAH were associated (positively and negatively, respectively) with this reactivity at the Depot sites. These results demonstrate the feasibility of measuring of the OP(DTT) in occupational environments and suggest that the particulate OP(DTT) is integrative of different physicochemical properties. This parameter could be a potentially useful exposure proxy for investigating particle exposure-related oxidative stress and its consequences. Further research is needed mostly to demonstrate the association of OP(DTT) with relevant oxidative endpoints in humans exposed to particles.

Développement de méthodes de dépistage des médicaments de contrefaçon et des produits adultérés par LC-MS/MS

Ce projet de maitrise implique le développement et l’optimisation de deux méthodes utilisant la chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (HPLC-MS/MS). L'objectif du premier projet était de séparer le plus rapidement possible, simultanément, 71 médicaments traitant la dysfonction érectile (ED) et 11 ingrédients naturels parfois retrouvés avec ces médicaments dans les échantillons suspectés d’être adultérés ou contrefaits. L'objectif du deuxième projet était de développer une méthode de dépistage permettant l'analyse rapide simultanée de 24 cannabinoïdes synthétiques et naturels pour une grande variété d'échantillons tels que les mélanges à base de plantes, des bâtons d'encens, de sérums et de cannabis. Dans les deux projets, la séparation a été réalisée en moins de 10 min et cela en utilisant une colonne C18 à noyau solide 100 x 2,1 mm avec des particules de 2,6 µm de diamètre couplée à un système MS avec trappe ionique orbitale fonctionnant en électronébulisation positive. En raison du nombre élevé de composés dans les deux méthodes et de l’émergence de nouveaux analogues sur le marché qui pourraient être présents dans les échantillons futurs, une méthode de dépistage LC-MS/MS ciblée/non-ciblée a été développée. Pour les deux projets, les limites de détection étaient sous les ng/mL et la variation de la précision et de l’exactitude étaient inférieures de 10,5%. Le taux de recouvrement à partir des échantillons réels variait entre 92 à 111%. L’innovation des méthodes LC-MS/MS développées au cours des projets est que le spectre de masse obtenu en mode balayage lors de l'acquisition, fournit une masse exacte pour tous les composés détectés et permet l'identification des composés initialement non-ciblés, comme des nouveaux analogues. Cette innovation amène une dimension supplémentaire aux méthodes traditionnellement utilisées, en permettant une analyse à haute résolution sur la masse de composés non-ciblés.

Iodine speciation in atmospheric aerosols in the marine boundary layer

Iodine chemistry plays an important role in the tropospheric ozone depletion and the new particle formation in the Marine Boundary Layer (MBL). The sources, reaction pathways, and the sinks of iodine are investigated using lab experiments and field observations. The aims of this work are, firstly, to develop analytical methods for iodine measurements of marine aerosol samples especially for iodine speciation in the soluble iodine; secondly, to apply the analytical methods in field collected aerosol samples, and to estimate the characteristics of aerosol iodine in the MBL. Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS) was the technique used for iodine measurements. Offline methods using water extraction and Tetra-methyl-ammonium-hydroxide (TMAH) extraction were applied to measure total soluble iodine (TSI) and total insoluble iodine (TII) in the marine aerosol samples. External standard calibration and isotope dilution analysis (IDA) were both conducted for iodine quantification and the limits of detection (LODs) were both 0.1 μg L-1 for TSI and TII measurements. Online couplings of Ion Chromatography (IC)-ICP-MS and Gel electrophoresis (GE)-ICP-MS were both developed for soluble iodine speciation. Anion exchange columns were adopted for IC-ICP-MS systems. Iodide, iodate, and unknown signal(s) were observed in these methods. Iodide and iodate were separated successfully and the LODs were 0.1 and 0.5 μg L-1, respectively. Unknown signals were soluble organic iodine species (SOI) and quantified by the calibration curve of iodide, but not clearly identified and quantified yet. These analytical methods were all applied to the iodine measurements of marine aerosol samples from the worldwide filed campaigns. The TSI and TII concentrations (medians) in PM2.5 were found to be 240.87 pmol m-3 and 105.37 pmol m-3 at Mace Head, west coast of Ireland, as well as 119.10 pmol m-3 and 97.88 pmol m-3 in the cruise campaign over the North Atlantic Ocean, during June – July 2006. Inorganic iodine, namely iodide and iodate, was the minor iodine fraction in both campaigns, accounting for 7.3% (median) and 5.8% (median) in PM2.5 iodine at Mace Head and over the North Atlantic Ocean, respectively. Iodide concentrations were higher than iodate in most of the samples. In the contrast, more than 90% of TSI was SOI and the SOI concentration was correlated significantly with the iodide concentration. The correlation coefficients (R2) were both higher than 0.5 at Mace Head and in the first leg of the cruise. Size fractionated aerosol samples collected by 5 stage Berner impactor cascade sampler showed similar proportions of inorganic and organic iodine. Significant correlations were obtained in the particle size ranges of 0.25 – 0.71 μm and 0.71 – 2.0 μm between SOI and iodide, and better correlations were found in sunny days. TSI and iodide existed mainly in fine particle size range (< 2.0 μm) and iodate resided in coarse range (2.0 – 10 μm). Aerosol iodine was suggested to be related to the primary iodine release in the tidal zone. Natural meteorological conditions such as solar radiation, raining etc were observed to have influence on the aerosol iodine. During the ship campaign over the North Atlantic Ocean (January – February 2007), the TSI concentrations (medians) ranged 35.14 – 60.63 pmol m-3 among the 5 stages. Likewise, SOI was found to be the most abundant iodine fraction in TSI with a median of 98.6%. Significant correlation also presented between SOI and iodide in the size range of 2.0 – 5.9 μm. Higher iodate concentration was again found in the higher particle size range, similar to that at Mace Head. Airmass transport from the biogenic bloom region and the Antarctic ice front sector was observed to play an important role in aerosol iodine enhancement. The TSI concentrations observed along the 30,000 km long cruise round trip from East Asia to Antarctica during November 2005 – March 2006 were much lower than in the other campaigns, with a median of 6.51 pmol m-3. Approximately 70% of the TSI was SOI on average. The abundances of inorganic iodine including iodine and iodide were less than 30% of TSI. The median value of iodide was 1.49 pmol m-3, which was more than four fold higher than that of iodate (median, 0.28 pmol m-3). Spatial variation indicated highest aerosol iodine appearing in the tropical area. Iodine level was considerably lower in coastal Antarctica with the TSI median of 3.22 pmol m-3. However, airmass transport from the ice front sector was correlated with the enhance TSI level, suggesting the unrevealed source of iodine in the polar region. In addition, significant correlation between SOI and iodide was also shown in this campaign. A global distribution in aerosol was shown in the field campaigns in this work. SOI was verified globally ubiquitous due to the presence in the different sampling locations and its high proportion in TSI in the marine aerosols. The correlations between SOI and iodide were obtained not only in different locations but also in different seasons, implying the possible mechanism of iodide production through SOI decomposition. Nevertheless, future studies are needed for improving the current understanding of iodine chemistry in the MBL (e.g. SOI identification and quantification as well as the update modeling involving organic matters).

Biogenic volatile organic compounds in tropical, temperate and boreal forest ecosystems

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BFOV) werden in großen Mengen aus terrestrischenrnÖkosystemen, insbesondere aus Wäldern und Wiesen, in die untere Troposphäre emittiert. Austausch-rnFlüsse von BFOVs sind in der troposphärischen Chemie wichtig, weil sie eine bedeutende Rolle in derrnOzon- und Aerosolbildung haben. Trotzdem bleiben die zeitliche und räumliche Änderung der BFOVrnEmissionen und ihre Rolle in Bildung und Wachstum von Aerosolen ungewiss.rnDer Fokus dieser Arbeit liegt auf der in-situ Anwendung der Protonen Transfer ReaktionsrnMassenspektrometrie (PTR-MS) und der Messung von biogenen flüchtigen organischen Verbindungen inrnnordländischen, gemäßigten und tropischen Waldökosystemen während drei unterschiedlicherrnFeldmesskampagnen. Der Hauptvorteil der PTR-MS-Technik liegt in der hohen Messungsfrequenz,rnwodurch eine eventuelle Änderung in der Atmosphäre durch Transport, Vermischung und Chemiernonline beobachtet werden kann. Die PTR-MS-Messungen wurden zweimal am Boden aus und einmalrnvon einem Forschungsflugzug durchgeführt.rnIn Kapitel 3 werden die PTR-MS-Daten, gesammelt während der Flugmesskampagne über demrntropischen Regenwald, vorgelegt. Diese Studie zeigt den Belang der Grenzschichtdynamik für diernVerteilung von Spurengasen mittels eines eindimensionalen Säule - Chemie und KlimaModells (SCM).rnDer Tagesablauf von Isopren zeigte zwischen 14:00 und 16:15 Uhr lokaler Zeit einen Mittelwert vonrn5.4 ppbv auf der Höhe der Baumspitzen und von 3.3 ppbv über 300 m Höhe. Dies deutet darauf hin, dassrnsowohl der turbulente Austausch als auch die hohe Reaktionsfähigkeit von Isopren mit den OxidantienrnOH und Ozon eine wichtige Rolle spielen. Nach dem Ausgleich von chemischen Verlusten undrnEntrainment (Ein- und Ausmischung von Luft an der Grenzschicht), wurde ein Fluss vonrn8.4 mg Isopren m-2h-1 unter teilweise bewölkten Bedingungen für den tropischen Regenwald in derrnGuyanregion abgeschätzt. Dies entspricht einem täglichen Emissionsfluss von 28 mg Isopren prornQuadratmeter.rnIm Kapitel 4 werden die Messungen, welche auf einer Hügellage in gemäßigter Breite inrnsüddeutschland stattgefunden haben, diskutiert. Bei diesem Standort ist die Grenzschicht nachts unter diernStandorthöhe abgefallen, was den Einsatzort von Emissionen abgesondert hatte. Während diernGrenzschicht morgens wieder über die Höhe des Einsatzortes anstieg, konnten die eingeschlossenenrnnächtlichen Emissionen innerhalb der bodennahen Schicht beobachtet werden. Außerdem wurde einrndeutlicher Anstieg von flüchtigen organischen Verbindungen gemessen, wenn die Luftmassen überrnMünchen geführt wurden oder wenn verschmutzte Luftmassen aus dem Po-Tal über die Alpen nachrnDeutschland transportiert wurden. Daten von dieser Kampagne wurden genutzt, um die Änderungen inrndem Mischungsverhältnis der flüchtigen organischen Verbindungen, verbunden mit dem Durchfluss vonrnwarmen und kalten Wetterfronten sowie bei Regen zu untersuchen.rnIm Kapitel 5 werden PTR-MS-Messungen aus dem nördlichen Nadelwaldgürtel beschrieben. Starkernnächtliche Inversionen mit einer niedrigen Windgeschwindigkeit fingen die Emissionen vonrnnahegelegenen Kiefernwäldern und andere BFOV-Quellen ab, was zu hohen nächtlichen BFOVMischverhältnissenrnführte. Partikelereignisse wurden für Tag und Nacht detailliert analysiert. Diernnächtlichen Partikelereignisse erfolgten synchron mit starken extremen von Monoterpenen, obwohl dasrnzweite Ereignis Kernbildung einschloss und nicht mit Schwefelsäure korrelierte. Die MonoterpenrnMischungsverhältnisse von über 16 ppbv waren unerwartet hoch für diese Jahreszeit. NiedrigernWindgeschwindigkeiten und die Auswertung von Rückwärtstrajektorien deuten auf eine konzentrierternQuelle in der Nähe von Hyytiälä hin. Die optische Stereoisomerie von Monoterpenen hat bestätigt, dassrndie Quelle unnatürlich ist, da das Verhältnis von [(+)-α-pinen]/[(−)-α-pinen] viel höher ist als dasrnnatürliches Verhältnis der beiden Enantiomeren.

Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur Bestimmung von halogenierten Kohlenwasserstoffen in Luft mittels anreichernder Probenahme,Thermodesorption und GC,MS mit negativer chemischer Ionisation

Flüchtige organische Halogenverbindungen übernehmen in der Chemie der Troposphäre eine Schlüsselrolle. Photolytisch gebildete Halogenatome reagieren mit troposphärischem Ozon und können durch Oxidation, vor allem von Iod, zur Neubildung von Partikeln beitragen. Auf diese Weise beeinflussen Halogenalkane den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Aus analytischem Blickwinkel ist es wichtig die Konzentration der einzelnen Spezies zu untersuchen um Rückschlüsse auf deren biotische oder abiotische Quellen ziehen und die Emissionswege besser verstehen zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine sensitive Methode zur Untersuchung von halogenierten Kohlenwasserstoffen entwickelt, basierend auf anreichernder Probenahme mit anschließender Thermodesorption und der Analyse mittels Massenspektrometrie mit negativer chemischer Ionisation. Die Kennwerte der Methode sind: Nachweisgrenzen zwischen 0.11 pg und 5.86 pg bzw. zwischen 1.0 ppqV und 44.7 ppqV, Linearität zwischen R2=0.993 und R2=1.000, Reproduzierbarkeit (Triplikate) RSD < 15 % und ein sicheres Probenahmevolumen von 10 L. Die Methode wurde im Anschluss im Rahmen von zwei Feldmessungen, in Mace Head, Irland und auf einer Schiffskampagne im antarktischen Amundsen-Meer, angewendet. Durch die Ergebnisse aus Irland kann gezeigt werden, dass die Mischungsverhältnisse der Iodalkane mit denen früherer Studien vergleichbar sind, und dass die verschiedenen untersuchten Algenarten deutlich unterschiedliche Emissionsraten zeigen. Die Ergebnisse der Kampagne im Amundsen-Meer zeigen einen großen Einfluss der Windrichtung auf die Halogenalkan-Konzentrationen. So sind die Mischungsverhältnisse der Halogenalkane deutlich höher, wenn der Wind zuvor über die antarktischen Eisflächen strömt. Für die biotischen Quellen wurden die Emissionsraten ausgewählter Makroalgen unter dem Einfluss von Ozon untersucht. Die Emissionsrate der Iodalkane zeigt einen exponentiellen Zusammenhang, sowohl zur I2-Emission als auch zum Gesamtiodgehalt der Algen. Unter oxidativen Bedingungen zeigt L. Digitata eine linear steigende Iodalkanemission. Mit diesem Verhalten wird die These der Bildung von Iodalkanen als Nebenprodukt beim Abbau reaktiver Sauerstoffspezies unterstützt. Neben den Makroalgen wurden auch Mikroalgen als biotische Quellen untersucht. Hierbei können zwei unterschiedliche Emissionsmuster der Halogenalkane für Diatomeen und Phaeocystis sp. gezeigt werden. Im Gegensatz zur Iodalkan-Emission hängt die I2 Emission der Mikroalgenproben von der Ozonkonzentration der Luft ab. Durch die lineare Korrelation der I2-Emission mit der Iodid-Konzentration der wässrigen Phase einerseits, und dem Ozonverbrauch andererseits, kann die Bildung von I2 durch Oxidation von Iodid durch Ozon bestätigt werden. Für das Emissionsverhalten der Mikroalgenprobe aus dem Sylter Wattenmeer, welche keine Korrelation mit dem verbrauchten Ozon zeigt, gibt es zwei Erklärungen: Zum einen kann I2 durch den hohen Gehalt an organischen Verbindungen an diesen adsorbiert bzw. chemisch gebunden werden und wird dann nicht mehr in die Gasphase emittiert. Zum anderen können aktive organische Verbindungen das Gleichgewicht zwischen HOI und I2 in Richtung HOI verlagern. Im Versuch zur abiotischen Bildung von Iodalkanen aus Partikeln, bestehend aus I2O5 und verschiedenen Alkoholen, kann gezeigt werden, dass die Bildung von Iodmethan und Diiodmethan abläuft, dass jedoch die Emission bis zu zwei Größenordnungen kleiner ist als die von I2. Somit trägt die Bildung von Iodalkanen nur in einem sehr eingeschränkten Rahmen zum Recycling des Iods in der Atmosphäre bei. Der vorgestellte abiotische Bildungsweg hängt sowohl vom pH-Wert als auch vom Mischungsverhältnis im Partikel ab.

The oxidation capacity of the atmosphere - OH and HO 2 radical measurements in a boreal forest environment using laser induced fluorescence spectroscopy

Das wichtigste Oxidationsmittel für den Abbau flüchtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) in der Atmosphäre ist das Hydroxylradikal (OH), welches sich in einem schnellen chemischen Gleichgewicht mit dem Hydroperoxylradical (HO2) befindet. Bisherige Messungen und Modellvergleiche dieser Radikalspezies in Waldgebieten haben signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse aufgezeigt.rnIm Rahmen dieser Doktorarbeit wurden Messungen von OH- und HO2-Radikalen mittelsrnlaserinduzierten Fluoreszensmesstechnik (LIF, engl.: laser-induced fluorescence) in einem Nadelwald in Süd-Finnland während der Messkampagne HUMPPA–COPEC–2010 (Hyytiälä United Measurements of Photochemistry and Particles in Air – Comprehensive Organic Precursor Emission and Concentration study) im Sommer 2010 durchgeführt. Unterschiedliche Komponenten des LIF-Instruments wurden verbessert. Eine modifizierte Methode zur Bestimmung des Hintergrundsignals (engl.: InletPreInjector technique) wurde in den Messaufbaurnintegriert und erstmals zur Messung von atmosphärischem OH verwendet. Vergleichsmessungen zweier Instrumente basierend auf unterschiedlichen Methoden zur Messung von OH-Radikalen, chemische Ionisationsmassenspektrometrie (CIMS - engl.: chemical ionization mass spectrometry) und LIF-Technik, zeigten eine gute Übereinstimmung. Die Vergleichsmessungen belegen das Vermögen und die Leistungsfähigkeit des modifizierten LIF-Instruments atmosphärische OH Konzentrationen akkurat zu messen. Nachfolgend wurde das LIF-Instrument auf der obersten Plattform eines 20m hohen Turmes positioniert, um knapp oberhalb der Baumkronen die Radikal-Chemie an der Schnittstelle zwischen Ökosystem und Atmosphäre zu untersuchen. Umfangreiche Messungen - dies beinhaltet Messungen der totalen OH-Reaktivität - wurden durchgeführt und unter Verwendung von Gleichgewichtszustandsberechnungen und einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, analysiert. Wenn moderate OH-Reaktivitäten(k′(OH)≤ 15 s−1) vorlagen, sind OH-Produktionsraten, die aus gemessenen Konzentrationen von OH-Vorläuferspezies berechnet wurden, konsistent mit Produktionsraten, die unter der Gleichgewichtsannahme von Messungen des totalen OH Verlustes abgeleitet wurden. Die primären photolytischen OH-Quellen tragen mit einem Anteil von bis zu einem Drittel zur Gesamt-OH-Produktion bei. Es wurde gezeigt, dass OH-Rezyklierung unter Bedingungen moderater OH-Reaktivität hauptsächlich durch die Reaktionen von HO2 mit NO oder O3 bestimmt ist. Während Zeiten hoher OH-Reaktivität (k′(OH) > 15 s−1) wurden zusätzliche Rezyklierungspfade, die nicht über die Reaktionen von HO2 mit NO oder O3, sondern direkt OH bilden, aufgezeigt.rnFür Hydroxylradikale stimmen Boxmodell-Simulationen und Messungen gut übereinrn(OHmod/OHobs=1.04±0.16), während HO2-Mischungsverhältnisse in der Simulation signifikant unterschätzt werden (HO2mod/HO2obs=0.3±0.2) und die simulierte OH-Reaktivität nicht mit der gemessenen OH-Reaktivität übereinstimmt. Die gleichzeitige Unterschätzung der HO2-Mischungsverhältnisse und der OH-Reaktivität, während OH-Konzentrationen von der Simulation gut beschrieben werden, legt nahe, dass die fehlende OH-Reaktivität in der Simulation eine noch unberücksichtigte HO2-Quelle darstellt. Zusätzliche, OH-unabhängigernRO2/HO2-Quellen, wie z.B. der thermische Zerfall von herantransportiertem peroxyacetylnitrat (PAN) und die Photolyse von Glyoxal sind indiziert.

Geochemical composition of surface snow, ice and debris from glaciers in Norway, Nepal and New Zealand

Alpine glacier samples were collected in four contrasting regions to measure supraglacial dust and debris geochemical composition. A total of 70 surface glacier ice, snow and debris samples were collected in 2009 and 2010 in Svalbard, Norway, Nepal and New Zealand. Trace elemental abundances in snow and ice samples were measured via inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Supraglacial debris mineral, bulk oxide and trace element composition were determined via X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). A total of 45 elements and 10 oxide compound abundances are reported. The uniform data collection procedure, analytical measurement methods and geochemical comparison techniques are used to evaluate supraglacial dust and debris composition variability in the contrasting glacier study regions. Elemental abundances revealed sea salt aerosol and metal enrichment in Svalbard, low levels of crustal dust and marine influences to southern Norway, high crustal dust and anthropogenic enrichment in the Khumbu Himalayas, and sulfur and metals attributed to quiescent degassing and volcanic activity in northern New Zealand. Rare earth element and Al/Ti elemental ratios demonstrated distinct provenance of particulates in each study region. Ca/S elemental ratio data showed seasonal denudation in Svalbard and Norway. Ablation season atmospheric particulate transport trajectories were mapped in each of the study regions and suggest provenance pathways. The in situ data presented provides first order glacier surface geochemical variability as measured from four diverse alpine glacier regions. This geochemical surface glacier data is relevant to glaciologic ablation rate understanding as well as satellite atmospheric and land-surface mapping techniques currently in development.

Geochemistry on water profiles from the Kara Sea

As a part of the Russian-German project "Siberian River-Runoff (SIRRO)" the major element composition of the dissolved load and the major and trace element composition of particulate load and bottom sediment of the Yenisei River and Estuary were analyzed and examined in context of the basin lithology and climate. In addition, the processes controlling the transformation of the river load in the estuarine mixing zone were investigated. The chemical composition of the dissolved and particulate load of the Yenisei fluvial endmember is generally comparable to that of other major world rivers. The dissolved load is chiefly controlled by carbonate weathering and the chemical composition of the river suspended particulate matter (SPM) is similar to that of the North American Shale Composite (NASC), which represents the weathering product of the upper continental crust. The Chemical Index of Alteration (CIA) of the Yenisei SPM amounts to 71, which indicates moderate chemical weathering. With regard to the SPM geochemistry, the Yenisei occupies an intermediate position between the adjacent rivers Khatanga and the Lena. Drastic changes in the composition of the river load are seen in the mixing zone between fresh and salt water. While dissolved Na, Ca, Mg, K, CI, S04, F, Br, Sr and HC03 behave conservatively, dissolved Fe is completely removed from solution at very low salinities. Particulate Mn exhibits a pronounced mid-salinity minimum concomitant with a maximum of dissolved Mn, which is probably related to suboxic conditions in the area of the so-called "marginal filter", where highest turbidities are found. The Mn-minimum in SPM is paralleled by depletions of the elements Ba, Zn, Cd, Ni, Cu and V, which can be associated with manganese particles. The estuarine bottom sediments are composed of mud and sand and the sedimentological parameters of the bottom sediments have to be considered for the interpretation of the bulk geochemical data. The chemical composition of the mud is comparable to the SPM, whereas the sand is relatively enriched in Si/Al, Ba/Al, Zr/Al and Sr/Al ratios and depleted in transition metals.

230Th, 231Pa, and 10Be in particle size fractions of an opal-rich sediment of the Atlantic Southern Ocean

This study centers on the question: How sensitive are 231Pa/230Th and 10Be/230Th to sediment composition and redistribution? The natural radionuclides 231Pa, 230Th and 10Be recorded in deep sea sediments are tracers for water mass advection and particle fluxes. We investigate the influence of oceanic particle composition on the element adsorption in order to improve our understanding of sedimentary isotope records. We present new data on particle size specific 231Pa and 10Be concentrations. An additional separation step, based on settling velocities, led to the isolation of a very opal-rich phase. We find that opal-rich particles contain the highest 231Pa and 10Be concentrations, and higher 231Pa/230Th and 10Be/230Th isotope ratios than opal-poor particles. The fractionation relative to 230Th induced by the adsorption to opal-rich particles is more pronounced for 231Pa than for 10Be. We conclude that bulk 231Pa/230Th in Southern Ocean sediments is most suitable as a proxy for past opal fluxes. The comparison between two neighboring cores with rapid and slow accumulation rates reveals that these isotope ratios are not influenced significantly by the intensity of sediment focusing at these two study sites. However, a simulation shows that particle sorting by selective removal of sediment (winnowing) could change the isotope ratios. Consequently, 231Pa/230Th should not be used as paleocirculation proxy in cases where a strong loss of opal-rich material due to bottom currents occurred.

Source/receptor reconciliation of ambient organic fine particulate matter in Palm Beach County

Airborne particulate matter (PM) is of environmental concern not only in urban but also rural areas that are easily inhalable and have been considered responsible, together with gaseous pollutants, for possible health effects. The objectives of this research study is to generate an extensive data set for ambient PM collected at Belle Glade and Delray Beach that ultimately was used together with published source profiles to predict the contributions of major sources to the overall airborne particle burden in Belle Glade and Delray Beach. ^ The size segregated particle sampling was conducted for one entire year. The samples collected during the months of January and May were further subjected to chemical analysis for organic compounds by Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Additional, PM10 sampling was conducted simultaneously with size segregated particle sampling during January and May to analyze for trace elements using Instrumental Neutron Activation Analysis technique. Elements and organic marker compounds were used in Chemical Mass Balance modeling to determine the major source contribution to the ambient fine particle matter burden. ^ Size segregated particle distribution results show bimodal in both sampling sites. Sugarcane pre-harvest burning in the rural site elevated PM10 concentration by about 30% during the sugarcane harvest season compared to sugarcane growing season. Sea salt particles and Saharan dust particles accounted for the external sources. ^ The results of trace element analysis show that Al, Ca, Cs, Eu, Lu, Nd, Sc, Sm, Th, and Yb are more abundant at the rural sampling site. The trace elements Ba, Br, Ce, Cl, Cr, Fe, Gd, Hf, Na, Sb, Ta, V, and W show high abundance at the urban site due to anthropogenic activities except for Na and Cl, which are from sea salt spray. On the other hand, size segregated trace organic compounds measurements show that organic compounds mainly from combustion process were accumulated in PM0.95. ^ In conclusion, major particle sources were determined by the CMB8.2 software as follows: road dust, sugarcane leaf burning, diesel-powered and gasoline powered vehicle exhaust, leaf surface abrasion particles, and a very small fraction of meat cooking. ^

Novel analytical methodologies for the monitoring of traditional and non-traditional pollutants in different environmental compartments of South Florida

Routine monitoring of environmental pollution demands simplicity and speed without sacrificing sensitivity or accuracy. The development and application of sensitive, fast and easy to implement analytical methodologies for detecting emerging and traditional water and airborne contaminants in South Florida is presented. A novel method was developed for quantification of the herbicide glyphosate based on lyophilization followed by derivatization and simultaneous detection by fluorescence and mass spectrometry. Samples were analyzed from water canals that will hydrate estuarine wetlands of Biscayne National Park, detecting inputs of glyphosate from both aquatic usage and agricultural runoff from farms. A second study describes a set of fast, automated LC-MS/MS protocols for the analysis of dioctyl sulfosuccinate (DOSS) and 2-butoxyethanol, two components of Corexit®. Around 1.8 million gallons of those dispersant formulations were used in the response efforts for the Gulf of Mexico oil spill in 2010. The methods presented here allow the trace-level detection of these compounds in seawater, crude oil and commercial dispersants formulations. In addition, two methodologies were developed for the analysis of well-known pollutants, namely Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and airborne particulate matter (APM). PAHs are ubiquitous environmental contaminants and some are potent carcinogens. Traditional GC-MS analysis is labor-intensive and consumes large amounts of toxic solvents. My study provides an alternative automated SPE-LC-APPI-MS/MS analysis with minimal sample preparation and a lower solvent consumption. The system can inject, extract, clean, separate and detect 28 PAHs and 15 families of alkylated PAHs in 28 minutes. The methodology was tested with environmental samples from Miami. Airborne Particulate Matter is a mixture of particles of chemical and biological origin. Assessment of its elemental composition is critical for the protection of sensitive ecosystems and public health. The APM collected from Port Everglades between 2005 and 2010 was analyzed by ICP-MS after acid digestion of filters. The most abundant elements were Fe and Al, followed by Cu, V and Zn. Enrichment factors show that hazardous elements (Cd, Pb, As, Co, Ni and Cr) are introduced by anthropogenic activities. Data suggest that the major sources of APM were an electricity plant, road dust, industrial emissions and marine vessels.