The formation of OH radicals from Criegee intermediates: a LIF-FAGE study from laboratory to ambient

Das Hydroxyl Radikal ist, auf globalem Maßstab, das bedeutendste Oxidant in der Atmosphäre. Es initiiert den Abbauprozess vieler, teilweise schädlicher, Spurengase und insbesondere den von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC). Die OH Konzentration ist somit ein gutes Maß für die augenblickliche Selbstreinigungskapazität der Atmosphäre. Messungen zu nächtlicher Zeit mit LIF-FAGE-Instrumenten (engl.: laser-induced fluorescence - fluorescence assay by gas expansion) haben Konzentrationen des Hydroxylradikals (OH) ergeben, die signifikant höher waren, als sich mit der bekannten Chemie erklären ließ. Um herauszufinden, ob ein solches Signal wirklich atmosphärisches OH ist oder von einer störenden Spezies stammt, die im Messinstrument OH produziert, wurde das LIF-FAGE-Instrument des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) im Rahmen dieser Doktorarbeit modifiziert und getestet. Dazu wurde ein so genannter Inlet Pre-Injector (IPI) entwickelt, mit dem in regelmäßigen Abständen ein OH-Fänger in die Umgebungsluft abgegeben werden kann, bevor das OH vom Instrument erfasst wird. Mit dieser Technik ist es möglich, ein Hintergrund-OH (OHbg), d. h. ein im Instrument erzeugtes OH-Signal, vom gemessenen OH-Gesamtsignal (OHtot) zu trennen. Die Differenz zwischen OHtot und OHbg ist die atmosphärische OH-Konzentration (OHatm). Vergleichsmessungen mit der hier entwickelten Technik, dem IPI, in zwei verschiedenen Umgebungen mit Instrumenten basierend auf Massenspektrometrie mit chemischer Ionisation (CIMS, engl.: chemical ionization mass spectrometry) als alternativer Methode des OH-Nachweises, zeigten eine weitgehende Übereinstimmung. Eine umfassende Beschreibung des Systems zur Ermittlung der Ursache des OHbg hat ergeben, dass es weder von einem Artefakt des Instruments noch von hinlänglich bekannten und beschriebenen LIF-FAGE-Interferenzen stammt. Zur Bestimmung der Spezies, die das OHbg-Signal verursacht, wurden verschiedene Laborstudien durchgeführt. Die Arbeit im Rahmen dieser Doktorarbeit hat ergeben, dass das LIF-FAGE-Instrument leicht auf OH reagiert, das beim monomolekularen Zerfall stabilisierter Criegee-Intermediate (SCI) im Niederdruckbereich des Instruments gebildet wird. Criegee-Intermediate oder Carbonyloxide entstehen bei der Ozonolyse ungesättigter flüchtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) und können daher in der Umgebungsluft vorkommen. Anhand von Tests mit verschiedenen Verweilzeiten der SCI im Niederdruckbereich des Instruments in Verbindung mit einem detaillierten Modell mit der neuesten SCI-Chemie wurde die monomolekulare Zerfallsgeschwindigkeit von 20  10 s-1 für den syn-Acetaldehyd-Oxykonformer bestimmt. Der in Feldkampagnen gemessene OHbg-Wert wurde dahingehend untersucht, ob SCI die Quelle des beobachteten Hintergrund-OH im Feld sein könnten. Das Budget für die SCI-Konzentration, das für die Kampagnen HUMPPA-COPEC 2010 und HOPE 2012 berechnet wurde, ergab eine SCI-Konzentration zwischen ca. 103 und 106 Molekülen pro cm3. In der Kampagne HUMPPA-COPEC 2010 ergab die Schwefelsäurekonzentration, dass die OH-Oxidation von SO2 allein die gemessene H2SO4-Konzentration nicht erklären konnte. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Hintergrund-OH mit dieser ungeklärten Produktionsrate von H2SO4 korreliert und somit die Oxidation von SO2 durch SCI als mögliche Erklärung in Frage kommt. Ferner korreliert das Hintergrund-OH in der Kampagne HOPE 2012 mit dem Produkt aus Ozon und VOC und konnte mit SO2 als SCI Fänger entfernt werden. Qualitativ zeigen wir somit, dass das in der Umgebungsluft gemessene Hintergrund-OH wahrscheinlich durch den monomolekularen Zerfall von SCI verursacht wird, doch sind weitere Studien notwendig, um die quantitativen Beziehung für diese Spezies und dem Hintergrund-OH in unserem Instrument zu bestimmen.

Laboratory and field investigation of the performance of suction drains, a novel low-carbon technology for ground stabilization

Con riferimento alla realizzazione di tunnel per servizi interrati, l’incertezza che contraddistingue il quadro geologico, oltre che incidere sui costi, riveste un ruolo chiave nella progettazione preliminare. Sebbene un’approfondita caratterizzazione geotecnica e geologica del volume di terreno inerente l’opera di scavo sia generalmente parte integrante del progetto, non è comunque possibile eliminare del tutto tali incertezze per via dell’estensione del volume interessato oltre che per la disomogeneità che sempre contraddistingue il terreno. Generalmente, investigazioni in corso d’opera e interventi di stabilizzazione devono essere previsti per contenere i costi di perforazione ed ottimizzare la progettazione. Ad esempio, tra i metodi di esplorazione geotecnica figurano i tunnel pilota, i quali sono in grado di garantire un’ottimale caratterizzazione del quadro geotecnico del sottosuolo. Con riferimento agli interventi di stabilizzazione del terreno, adottabili laddove una perforazione tradizionale non consentirebbe il tunnelling, vi è un vasta gamma di scelta. Pertanto, da una prima analisi delle problematiche connesse al tunnelling emerge che la stabilizzazione delle facce di scavo riveste un’importanza e un risconto applicativo di prim’ordine. Questa tesi si inserisce all’interno di un progetto che promuove un’innovativa ed economica tecnica di stabilizzazione dei tunnel per suzione tenendo quindi conto dell’influenza della suzione sulla coesione non drenata.

High altitude, a natural research laboratory for the study of cardiovascular physiology and pathophysiology

High altitude constitutes an exciting natural laboratory for medical research. Although initially, the aim of high-altitude research was to understand the adaption of the organism to hypoxia and find treatments for altitude-related diseases, during the past decade or so, the scope of this research has broadened considerably. Two important observations led the foundation for the broadening of the scientific scope of high-altitude research. First, high-altitude pulmonary edema represents a unique model that allows studying fundamental mechanisms of pulmonary hypertension and lung edema in humans. Second, the ambient hypoxia associated with high-altitude exposure facilitates the detection of pulmonary and systemic vascular dysfunction at an early stage. Here, we will review studies that, by capitalizing on these observations, have led to the description of novel mechanisms underpinning lung edema and pulmonary hypertension and to the first direct demonstration of fetal programming of vascular dysfunction in humans.

Laboratory based investigations for diagnosing gastroesophageal reflux disease

Gastroesophageal reflux disease (GERD) still remains the most common out- GI-related condition in the out-patient setting. While primary care physicians often use empiric trials with proton pump inhibitors (PPI trial) to diagnose GERD, often specialised tests are required to confirm or exclude gastroesophageal reflux causing esophageal or extraesophageal symptoms. The most commonly used procedures to diagnose GERD include: conventional (catheter based) pH monitoring, wireless esophageal pH monitoring (Bravo), bilirubin monitoring (Bilitec), and combined multichannel intraluminal impedance-pH monitoring (MII-pH). Each technique has strengths and limitations of which clinicians and investigators should be aware when deciding which one to choose.

Laboratory-based ROTEM(®) analysis: implementing pneumatic tube transport and real-time graphic transmission

ROTEM(®) is considered a helpful point-of-care device to monitor blood coagulation. Centrally performed analysis is desirable but rapid transport of blood samples and real-time transmission of graphic results are an important prerequisite. The effect of sample transport through a pneumatic tube system on ROTEM(®) results is unknown. The aims of the present work were (i) to determine the influence of blood sample transport through a pneumatic tube system on ROTEM(®) parameters compared to manual transportation, and (ii) to verify whether graphic results can be transmitted on line via virtual network computing using local area network to the physician in charge of the patient.

Hydration of OCS with One to Four Water Molecules in Atmospheric and Laboratory Conditions

Carbonyl sulfide is the most abundant sulfur gas in the atmosphere. We have used MP2 and CCSD(T) theory to study the structures and thermochemistries of carbonyl sulfide interacting with one to four water molecules. We have completed an extensive search for clusters of OCS(H2O)n, where n = 1−4. We located three dimers, two trimers, five tetramers, and four pentamers with the MP2/aug-cc-pVDZ method. In each of the complexes with two or more waters, OCS preferentially interacts with low-energy water clusters. Our results match current theoretical and experimental literature, showing correlation with available geometries and frequencies for the OCS(H2O) species. The CCSD(T)/aug-cc-pVTZ thermochemical values combined with the average amount of OCS and the saturated concentration of H2O in the troposphere, lead to the prediction of 106 OCS(H2O) clusters·cm−3 and 102 OCS(H2O)2 clusters·cm−3 at 298 K. We predict the structures of OCS(H2O)n, n = 1−4 that should predominate in a low-temperature molecular beam and identify specific infrared vibrations that can be used to identify these different clusters.

A Laboratory Experiment Using Nanoindentation to Demonstrate the Indentation Size Effect

A laboratory experiment using nanoindentation to demonstrate the indentation size effect is described. This laboratory introduces students to sophisticated instrumentation at low cost and low risk and utilizes recent research in the materials community as its foundation. The motivation, learning objectives, experimental details, data, and data analysis are presented. This experiment is intended for use in an upper-division materials science elective at the university level and has been successfully used in laboratory courses for senior undergraduates and first-year graduate students at Stanford University and Santa Clara University.

A strategy combining imaging and laboratory biomarkers in comparison with a simplified clinical score for risk stratification of patients with acute pulmonary embolism

This study aimed to assess the performance of two prognostic models-the European Society of Cardiology (ESC) model and the simplified Pulmonary Embolism Severity Index (sPESI)-in predicting short-term mortality in patients with pulmonary embolism (PE).

Glue-enhanced excimer laser-assisted nonocclusive anastomosis: a laboratory investigation

The excimer laser-assisted nonocclusive anastomosis (ELANA) technique has been developed as a clinical effective technique to perform intracranial high-flow bypass without temporary occlusion of cerebral vessels in otherwise untreatable or high-risk cerebrovascular diseases. We experimentally tested the application of a nonabsorbable cyanoacrylate-based sealant with the ELANA technique.