Method validation using weighted linear regression models for quantification of UV filters in water samples

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ocorrência de alteradores endócrinos e fármacos nas águas de abastecimento público e ETE, em duas cidades da área de abrangência da UGRHI-21 e 22

Pós-graduação em Química - IQ

Determination of estrogenic mycotoxins in environmental water samples by low-toxicity dispersive liquid-liquid microextraction and liquid chromatography-tandem mass spectrometry

A novel, simple, rapid and eco-friendly method based on dispersive liquid-liquid microextraction using a bromosolvent was developed to determine six estrogenic mycotoxins (zearalenone, zearalanone, alpha-zearalanol, beta-zearalanol, alpha-zearalenol and beta-zearalenol) in water samples by liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry in the negative mode (LC-ESI-MS/MS). The optimal conditions for this method include the use of 100 mu L bromocyclohexane as an extraction solvent (using a non-dispersion solvent), 10 mL of aqueous sample (adjusted to pH 4), a vortex extraction time of 2 min, centrifugation for 10 min at 3500 rpm and no ionic strength adjustment. The calibration function was linear and was verified by applying the Mandel fitting test with a 95% confidence level. No matrix effect was observed. According to the relative standard deviations (RSDs), the precision was better than 13% for the repeatability and intermediate precision. The average recoveries of the spiked compounds ranged from 81 to 118%. The method limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) considering a 125-fold pre-concentration step were 4-20 and 8-40 ng L-1, respectively. Next, the method was applied to the analysis of the environmental aqueous samples, demonstrating the presence of beta-zearalanol and zearalanone in the river water samples. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Rapid determination of 12 antibiotics and caffeine in sewage and bioreactor effluent by online column-switching liquid chromatography/tandem mass spectrometry

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Otimização de método para analise de tebutiurom, diurom e seus produtos de degradação em água superficial

In 2001, it was estimated that pesticide used worldwide exceeded 2.27 billion kilograms, over 35%, of which, were herbicides. Brazil is considered one of the leaders in the production of sugarcane and mainly ethanol as fuel. The monoculture of sugarcane requires the usage of a range of pesticides, among these, the herbicides diuron and tebuthiuron. The degradation products most studied (DCA and DCPU) are diuron's, especially for toxicological characteristics of this herbicide that is identified as carcinogen and suspected to be endocrine disruptor in mammals. After optimization of the chromatographic separation using HPLC-UV, the analytical curve was constructed in solvent and subsequently in the matrix (surface water). The extraction method contains the usage of SPE (solid phase extraction) (Strata-X, 200 mg/6 mL), applicating 1L of sample and elution with 5 mL of acetonitrile / methanol (50:50, v/v). Analysis by HPLC/UV was performed in gradient mode, acetonitrile/water (70/30-74/26 by 1 min, 74/26 - 78/22 till 3.2 min, returning to initial conditions and remaining this way until 10 min), 018 column (Phenomenex, 4.6 mm diameter, 250 mm long and 5pm particle size) and detection at 254 nm. Tests F and t were performed to verify the presence of the matrix effect. There was matrix effect to all analytes, ranging from -33% (DCA) and 38% (tebuthiuron). Thereby the method was optimized and validated for analysis of diuron, tebuthiuron, and DCPU DCA in surface water using HPLC/UV. The data obtained show that in order to assure the analytical reliability desired the use of the analytical curves in the matrix for the quantification of these analytes in water is required.

Estudo da mobilidade de micotoxinas em solo sob condições de clima tropical

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da mobilidade de micotoxinas em solo sob condições de clima tropical

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comparison of extraction and transesterification methods on the determination of the fatty acid contents of three Brazilian seaweed species

Seaweeds are photosynthetic organisms important to their ecosystem and constitute a source of compounds with several different applications in the pharmaceutical, cosmetic and biotechnology industries, such as triacylglycerols, which can be converted to fatty acid methyl esters that make up biodiesel, an alternative source of fuel applied in economic important areas. This study evaluates the fatty acid profiles and concentrations of three Brazilian seaweed species, Hypnea musciformis (Wulfen) J.V. Lamouroux (Rhodophya), Sargassum cymosum C. Agardh (Heterokontophyta), and Ulva lactuca L. (Chlorophyta), comparing three extraction methods (Bligh & Dyer - B&D; AOAC Official Methods - AOM; and extraction with methanol and ultrasound - EMU) and two transesterification methods (7% BF3 in methanol - BF3; and 5% HCl in methanol - HCl). The fatty acid contents of the three species of seaweeds were significantly different when extracted and transesterified by the different methods. Moreover, the best method for one species was not the same for the other species. The best extraction and transesterification methods for H. musciformis, S. cymosum and U. lactuca were, respectively, AOM-HCl, B&D-BF3 and B&D-BF3/B&D-HCl. These results point to a matrix effect and the method used for the analysis of the fatty acid content of different organisms should be selected carefully.

Advanced applications of X-ray Absorption Spectroscopy to the study of protein metal sites.

We present a study of the metal sites of different proteins through X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) spectroscopy. First of all, the capabilities of XAFS analysis have been improved by ab initio simulation of the near-edge region of the spectra, and an original analysis method has been proposed. The method subsequently served ad a tool to treat diverse biophysical problems, like the inhibition of proton-translocating proteins by metal ions and the matrix effect exerted on photosynthetic proteins (the bacterial Reaction Center, RC) by strongly dehydrate sugar matrices. A time-resolved study of Fe site of RC with μs resolution has been as well attempted. Finally, a further step aimed to improve the reliability of XAFS analysis has been performed by calculating the dynamical parameters of the metal binding cluster by means of DFT methods, and the theoretical result obtained for MbCO has been successfully compared with experimental data.

Sulfur isotope analysis of aerosol particles by NanoSIMS

A new method to measure the sulfur isotopic composition of individual aerosol particles by NanoSIMS has been developed and tested on several standards such as barite (BaSO4), anhydrite (CaSO4), gypsum (CaSO4·2H2O), mascagnite ((NH4)2SO4), epsomite (MgSO4·7H2O), magnesium sulfate (MgSO4·xH2O), thenardite (Na2SO4), boetite (K2SO4) and cysteine (an amino acid). This ion microprobe technique employs a Cs+ primary ion beam and measures negative secondary ions permitting the analysis of sulfur isotope ratios in individual aerosol particles down to 500 nm in size (0.001-0.5 ng of sample material). The grain-to-grain reproducibility of measurements is typically 5‰ (1σ) for micron-sized grains, <5‰ for submicron-sized grains, and <2‰ for polished thin sections and ultra microtome sections which were studied for comparison. The role of chemical omposition (matrix effect) and sample preparation techniques on the instrumental mass fractionation (IMF) of the 34S/32S ratio in the NanoSIMS has been investigated. The IMF varies by ~15‰ between the standards studied here. A good correlation between IMF and ionic radius of the cations in sulfates was observed. This permits to infer IMF corrections even for sulfates for which no isotope standards are available. The new technique allows to identify different types of primary and secondary sulfates based on their chemical composition and to measure their isotopic signature separately. It was applied to marine aerosol samples collected in Mace Head and urban aerosol samples collected in Mainz. It was shown that primary sulfate particles such as sulfate in NaCl or gypsum particles precipitated from ocean water retain the original isotopic signature of their source. The isotopic composition of secondary sulfate depends on the isotopic composition of precursor SO2 and the oxidation pathway. The 34S/32S fractionation with respect to the precursor SO2 is -9‰ for homogeneous oxidation and +16.5‰ for heterogeneous oxidation. This large difference between the isotopic fractionation of both pathways allows identifying the oxidation pathway from which the SO42- in a secondary sulfate particle is derived, by means of its sulfur isotope ratio, provided that the isotopic signature of the precursor SO2 is known. The isotopic composition of the precursor SO2 of secondary sulfates was calculated based on the isotopic composition of particles with known oxidation pathway such as fine mode ammonium sulfate.

Species specific nitrogen isotope analysis by NanoSIMS

Der atmosphärische Kreislauf reaktiver Stickstoffverbindungen beschäftigt sowohl die Naturwissenschaftler als auch die Politik. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass reaktive Stickoxide die Bildung von bodennahem Ozon kontrollieren. Reaktive Stickstoffverbindungen spielen darüber hinaus als gasförmige Vorläufer von Feinstaubpartikeln eine wichtige Rolle und der Transport von reaktivem Stickstoff über lange Distanzen verändert den biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf des Planeten, indem er entlegene Ökosysteme mit Stickstoff düngt. Die Messungen von stabilen Stickstoffisotopenverhältnissen (15N/14N) bietet ein Hilfsmittel, welches es erlaubt, die Quellen von reaktiven Stickstoffverbindungen zu identifizieren und die am Stickstoffkeislauf beteiligten Reaktionen mithilfe ihrer reaktionsspezifischen Isotopenfraktionierung genauer zu untersuchen. rnIn dieser Doktorarbeit demonstriere ich, dass es möglich ist, mit Hilfe von Nano-Sekundärionenmassenspektrometrie (NanoSIMS) verschiedene stickstoffhaltige Verbindungen, die üblicherweise in atmosphärischen Feinstaubpartikeln vorkommen, mit einer räumlichen Auflösung von weniger als einem Mikrometer zu analysieren und zu identifizieren. Die Unterscheidung verschiedener stickstoffhaltiger Verbindungen erfolgt anhand der relativen Signalintensitäten der positiven und negativen Sekundärionensignale, die beobachtet werden, wenn die Feinstaubproben mit einem Cs+ oder O- Primärionenstrahl beschossen werden. Die Feinstaubproben können direkt auf dem Probenahmesubstrat in das Massenspektrometer eingeführt werden, ohne chemisch oder physikalisch aufbereited zu werden. Die Methode wurde Mithilfe von Nitrat, Nitrit, Ammoniumsulfat, Harnstoff, Aminosären, biologischen Feinstaubproben (Pilzsporen) und Imidazol getestet. Ich habe gezeigt, dass NO2 Sekundärionen nur beim Beschuss von Nitrat und Nitrit (Salzen) mit positiven Primärionen entstehen, während NH4+ Sekundärionen nur beim Beschuss von Aminosäuren, Harnstoff und Ammoniumsalzen mit positiven Primärionen freigesetzt werden, nicht aber beim Beschuss biologischer Proben wie z.B. Pilzsporen. CN- Sekundärionen werden beim Beschuss aller stickstoffhaltigen Verbindungen mit positiven Primärionen beobachtet, da fast alle Proben oberflächennah mit Kohlenstoffspuren kontaminiert sind. Die relative Signalintensität der CN- Sekundärionen ist bei kohlenstoffhaltigen organischen Stickstoffverbindungen am höchsten.rnDarüber hinaus habe ich gezeigt, dass an reinen Nitratsalzproben (NaNO3 und KNO3), welche auf Goldfolien aufgebracht wurden speziesspezifische stabile Stickstoffisotopenverhältnisse mithilfe des 15N16O2- / 14N16O2- - Sekundärionenverhältnisses genau und richtig gemessen werden können. Die Messgenauigkeit auf Feldern mit einer Rastergröße von 5×5 µm2 wurde anhand von Langzeitmessungen an einem hausinternen NaNO3 Standard als ± 0.6 ‰ bestimmt. Die Differenz der matrixspezifischen instrumentellen Massenfraktionierung zwischen NaNO3 und KNO3 betrug 7.1 ± 0.9 ‰. 23Na12C2- Sekundärionen können eine ernst zu nehmende Interferenz darstellen wenn 15N16O2- Sekundärionen zur Messung des nitratspezifischen schweren Stickstoffs eingesetzt werden sollen und Natrium und Kohlenstoff im selben Feinstaubpartikel als interne Mischung vorliegt oder die natriumhaltige Probe auf einem kohlenstoffhaltigen Substrat abgelegt wurde. Selbst wenn, wie im Fall von KNO3, keine derartige Interferenz vorliegt, führt eine interne Mischung mit Kohlenstoff im selben Feinstaubpartikel zu einer matrixspezifischen instrumentellen Massenfraktionierung die mit der folgenden Gleichung beschrieben werden kann: 15Nbias = (101 ± 4) ∙ f − (101 ± 3) ‰, mit f = 14N16O2- / (14N16O2- + 12C14N-). rnWird das 12C15N- / 12C14N- Sekundärionenverhältnis zur Messung der stabilen Stickstoffisotopenzusammensetzung verwendet, beeinflusst die Probematrix die Messungsergebnisse nicht, auch wenn Stickstoff und Kohlenstoff in den Feinstaubpartikeln in variablen N/C–Verhältnissen vorliegen. Auch Interferenzen spielen keine Rolle. Um sicherzustellen, dass die Messung weiterhin spezifisch auf Nitratspezies eingeschränkt bleibt, kann eine 14N16O2- Maske bei der Datenauswertung verwendet werden. Werden die Proben auf einem kohlenstoffhaltigen, stickstofffreien Probennahmesubstrat gesammelt, erhöht dies die Signalintensität für reine Nitrat-Feinstaubpartikel.

Entwicklung eines Screeningverfahrens zum simultanen Nachweis von Opioiden in menschlichen Körperflüssigkeiten, Geweben und Haaren für forensisch-toxikologische und klinische Untersuchungen

In den letzten Jahren stieg in Deutschland der Gebrauch bzw. Missbrauch von Opioid-Analgetika zunehmend an. Das entwickelte Verfahren sollte unter Einbeziehung neuer Substanzen möglichst viele verschiedene Opioide und auch ihre pharmakologisch aktiven Stoffwechselprodukte berücksichtigen.rnVor Analyse wurden Blut-, Serum- oder Urinproben mit Phosphatpuffer versetzt und mittels Festphasenextraktion an C18-Säulenmaterial aufgearbeitet. Post-Mortem-Gewebematerial wurde mit isotonischer Kochsalzlösung versetzt, homogenisiert und anschließend durch eine Festphasenextraktion aufgereinigt. Haarproben wurden nach Zerkleinerung mit Methanol unter Ultrabeschallung extrahiert. Die Flüssigchromatographie gekoppelt mit Tandem-Massenspektrometrie (Elektrosprayionisation im positiven Modus) erwies sich als geeignetes Verfahren für die simultane Bestimmung der Opioide in biologischem Probenmaterial (Körperflüssigkeiten, Gewebe und Haaren). Der Multi-Analyt Assay erlaubt die quantitative Analyse von 35 verschiedenen Opioiden. Die Analyten wurden durch eine Phenyl-Hexyl Säule und einen Wasser/Acetonitril Gradienten durch eine UPLC 1290 Infinity gekoppelt mit einem 6490 Triple Quadrupol von Agilent Technologies separiert.rnDie LC/MS Methode zur simultanen Bestimmung von 35 Opioiden in Serum und Haaren wurde nach den Richtlinien der Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie (GTFCh) validiert. Im Fall der Serumvalidierung lagen die Nachweisgrenzen zwischen 0.02 und 0.6 ng/ml und die Bestimmungsgrenzen im Bereich von 0.1 bis 2.0 ng/ml. Die Kalibrationskurven waren für die Kalibrationslevel 1 bis 6 linear. Wiederfindungsraten lagen für alle Verbindungen zwischen 51 und 88 %, außer für Alfentanil, Bisnortiliidn, Pethidin und Morphin-3-Glucuronid. Der Matrixeffekt lag zwischen 86 % (Ethylmorphin) und 105 % (Desomorphin). Für fast alle Analyten konnten akzeptable Werte bei der Bestimmung der Genauigkeit und Richtigkeit nach den Richtlinien der GTFCh erhalten werden. Im Fall der Validierung der Haarproben lagen die Nachweisgrenzen zwischen 0.004 und 0.6 ng/Probe und die Bestimmungsgrenzen zwischen 0.1 ng/Probe und 2.0 ng/Probe. Für die Kalibrationslevel 1 bis 6 waren alle Kalibrationsgeraden linear. Die Wiederfindungsraten lagen für die Opioide im Bereich von 73.5 % (Morphin-6-Glucuronid) und 114.1 % (Hydrocodon). Die Werte für die Bestimmung der Richtigkeit lagen zwischen - 6.6 % (Methadon) und + 11.7 % (Pholcodin). Präzisionsdaten wurden zwischen 1.0 % für Dextromethorphan und 11.5 % für Methadon ermittelt. Die Kriterien der GTFCh konnten bei Ermittlung des Matrixeffekts für alle Substanzen erfüllt werden, außer für 6-Monoacetylmorphin, Bisnortilidin, Meperidin, Methadon, Morphin-3-glucuronid, Morphin-6-glucuronid, Normeperidin, Nortilidin und Tramadol.rnZum Test des Verfahrens an authentischem Probenmaterial wurden 206 Proben von Körperflüssigkeiten mit Hilfe der simultanen LC/MS Screening Methode untersucht. Über 150 Proben wurden im Rahmen von forensisch-toxikologischen Untersuchungen am Instituts für Rechtsmedizin Mainz analysiert. Dabei konnten 23 der 35 Opioide in den realen Proben nachgewiesen werden. Zur Untersuchung der Pharmakokinetik von Opioiden bei Patienten der anästhesiologischen Intensivstation mit Sepsis wurden über 50 Blutproben untersucht. Den Patienten wurde im Rahmen einer klinischen Studie einmal täglich vier Tage lang Blut abgenommen. In den Serumproben wurde hauptsächlich Sufentanil (0.2 – 0.8 ng/ml in 58 Fällen) und Piritramid (0.4 – 11 ng/ml in 56 Fällen) gefunden. Außerdem wurden die Proben von Körperflüssigkeiten und Gewebe von 13 verschiedenen Autopsiefällen mit Hilfe des Multi-Analyt Assays auf Opioide untersucht.rnIn einem zweiten Schritt wurde die Extraktions- und Messmethode zur Quantifizierung der 35 Opioide am Forensic Medicine Center in Ho Chi Minh City (Vietnam) etabliert. Insgesamt wurden 85 Herzblutproben von Obduktionsfällen mit Verdacht auf Opiatintoxikation näher untersucht. Der überwiegende Teil der untersuchten Fälle konnte auf eine Heroin- bzw. Morphin-Vergiftung zurückgeführt werden. Morphin wurde in 68 Fällen im Konzentrationsbereich 1.7 – 1400 ng/ml und der Heroinmetabolit 6-Monoactetylmorphin in 34 Fällen (0.3 – 160 ng/ml) nachgewiesen werden.rnSchließlich wurden noch 15 Haarproben von Patienten einer psychiatrischen Klinik, die illegale Rauschmittel konsumiert hatten, mit Hilfe der simultanen Opioid-LC/MS Screeningmethode gemessen. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden mit früheren Auswertungen von gaschromatographischen Analysen verglichen. Es zeigte sich eine weitgehende Übereinstimmung der Untersuchungsergebnisse für die Opioide 6-Monoacetylmorphin, Morphin, Codein, Dihydrocodein und Methadon. Mit der LC/MS Methode konnten weitere Substanzen, wie zum Beispiel Bisnortilidin, Dextromethorphan und Tramadol in den Haarproben gefunden werden, die bislang nicht entdeckt worden waren.rn

Rapid and simple LC-MS/MS-Screening of 64 novel psychoactive substances using dried blood spots

The range of novel psychoactive substances (NPS) including phenethylamines, cathinones, piperazines, tryptamines, etc. is continuously growing. Therefore, fast and reliable screening methods for these compounds are essential and needed. The use of dried blood spots (DBS) for a fast straightforward approach helps to simplify and shorten sample preparation significantly. DBS were produced from 10 µl of whole blood and extracted offline with 500 µl methanol followed by evaporation and reconstitution in mobile phase. Reversed-phase chromatographic separation and mass spectrometric detection (RP-LC-MS/MS) was achieved within a run time of 10 min. The screening method was validated by evaluating the following parameters: limit of detection (LOD), matrix effect, selectivity and specificity, extraction efficiency, and short-term and long-term stability. Furthermore, the method was applied to authentic samples and results were compared with those obtained with a validated whole blood method used for Routine analysis of NPS. LOD was between 1 and 10 ng/ml. No interference from Matrix compounds was observed. The method was proven to be specific and selective for the analytes, although with limitations for 3-FMC/flephedrone and MDDMA/MDEA. Mean extraction efficiency was 84.6 %. All substances were stable in DBS for at least a week when cooled. Cooling was essential for the stability of cathinones. Prepared samples were stable for at least 3 days. Comparison to the validated whole blood method yielded similar results. DBS were shown to be useful in developing a rapid screening method for NPS with simplified sample preparation. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd

Development of a rapid column-switching LC-MS/MS method for the quantification of THCCOOH and THCCOOH-glucuronide in whole blood for assessing cannabis consumption frequency

The concentration of 11-nor-9-carboxy-Δ(9)-tetrahydrocannabinol (THCCOOH) in whole blood is used as a parameter for assessing the consumption behavior of cannabis consumers. The blood level of THCCOOH-glucuronide might provide additional information about the frequency of cannabis use. To verify this assumption, a column-switching liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method for the rapid and direct quantification of free and glucuronidated THCCOOH in human whole blood was newly developed. The method comprised protein precipitation, followed by injection of the processed sample onto a trapping column and subsequent gradient elution to an analytical column for separation and detection. The total LC run time was 4.5 min. Detection of the analytes was accomplished by electrospray ionization in positive ion mode and selected reaction monitoring using a triple-stage quadrupole mass spectrometer. The method was fully validated by evaluating the following parameters: linearity, lower limit of quantification, accuracy and imprecision, selectivity, extraction efficiency, matrix effect, carry-over, dilution integrity, analyte stability, and re-injection reproducibility. All acceptance criteria were analyzed and the predefined criteria met. Linearity ranged from 5.0 to 500 μg/L for both analytes. The method was successfully applied to whole blood samples from a large collective of cannabis consumers, demonstrating its applicability in the forensic field.

Facies and diagenesis of organic matter in sediments at DSDP Leg 87

A series of upper Pliocene to Pleistocene sediment samples from DSDP Sites 582 and 583 (Nankai Trough, active margin off Japan) were investigated by organic geochemical methods including organic carbon determination, Rock- Eval pyrolysis, gas chromatography of extractable hydrocarbons, and kerogen microscopy. The organic carbon content is fairly uniform and moderately low (0.35 to 0.77%) at both sites, although accompanied by high sedimentation rates. The low organic matter concentrations are the result of the combined effect of several factors: low bioproductivity, oxic depositional environment, and dilution with lithogenic material. Organic petrography revealed a mixture of three maceral types: (1) fresh, green fluorescent alginites of aquatic origin probably transported by turbidites from the shelf edge, (2) gelified huminites and paniculate liptinites derived from the erosion of unconsolidated peat, and (3) highly reflecting inertinites derived from continental erosion. By a combination of organic petrography and Rock-Eval pyrolysis results, the organic matter is characterized as mainly type III kerogen with a slight tendency to a mixed type II-III. During Rock-Eval pyrolysis, a mineral matrix effect on the generated hydrocarbons was observed. The organic matter in all sediments has a low level of maturity (below 0.45% Rm) and has not yet reached the onset of thermal hydrocarbon generation according to several geochemical maturation parameters. This low maturity is in contrast to anomalously high extract yields at both sites and large hydrocarbon proportions in the extracts at Site 583. This contrast may be due to early generation of polar compounds and perhaps redistribution of hydrocarbons caused by subduction tectonics. Carbon isotope data of the interstitial hydrocarbon gases indicate their origin from bacterial degradation of organic matter, although only very few bacterially degraded maceral components were detected.