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.

Pressure Swing Adsorption on Carbon Molecular Sieves for Nitrogen Production: Modelling and Simulation with Aspen Adsorption

L’azoto è uno dei prodotti principali dell’industria chimica, utilizzato principalmente per assicurare un sicuro stoccaggio di composti infiammabili. Generatori con sistemi PSA sono spesso più economici della tradizionale distillazione criogenica. I processi PSA utilizzano una colonna a letto fisso, riempita con materiale adsorbente, che adsorbe selettivamente un componente da una miscela gassosa. L’ossigeno diffonde molto più velocemente dell'azoto nei pori di setacci molecolari carboniosi. Oltre ad un ottimo materiale adsorbente, anche il design è fondamentale per la performance di un processo PSA. La fase di adsorbimento è seguita da una fase di desorbimento. Il materiale adsorbente può essere quindi riutilizzato nel ciclo seguente. L’assenza di un simulatore di processo ha reso necessario l’uso di dati sperimentali per sviluppare nuovi processi. Un tale approccio è molto costoso e lungo. Una modellazione e simulazione matematica, che consideri tutti i fenomeni di trasporto, è richiesta per una migliore comprensione dell'adsorbente sia per l'ottimizzazione del processo. La dinamica della colonna richiede la soluzione di insiemi di PDE distribuite nel tempo e nello spazio. Questo lavoro è stato svolto presso l'Università di Scienze Applicate - Münster, Germania. Argomento di questa tesi è la modellazione e simulazione di un impianto PSA per la produzione di azoto con il simulatore di processo Aspen Adsorption con l’obiettivo di permettere in futuro ottimizzazioni di processo affidabili, attendibili ed economiche basate su computazioni numeriche. E' discussa l’ottimizzazione di parametri, dati cinetici, termodinamici e di equilibrio. Il modello è affidabile, rigoroso e risponde adeguatamente a diverse condizioni al contorno. Tuttavia non è ancora pienamente soddisfacente poiché manca una rappresentazione adeguata della cinetica ovvero dei fenomeni di trasporto di materia. La messa a punto del software permetterà in futuro di indagare velocemente nuove possibilità di operazione.

Effect of the 50-hour workweek limitation on training of surgical residents in Switzerland

The 50-hour workweek limitation for surgical residents in Switzerland has a major effect on surgical training, resident quality of life, and patient care.

Computed tomography (CT) virtual autopsy and classical autopsy discrepancies: radiologist's error or a demonstration of post-mortem multi-detector computed tomography (MDCT) limitation?

Modern imaging technologies, such as computed tomography (CT) techniques, represent a great challenge in forensic pathology. The field of forensics has experienced a rapid increase in the use of these new techniques to support investigations on critical cases, as indicated by the implementation of CT scanning by different forensic institutions worldwide. Advances in CT imaging techniques over the past few decades have finally led some authors to propose that virtual autopsy, a radiological method applied to post-mortem analysis, is a reliable alternative to traditional autopsy, at least in certain cases. The authors investigate the occurrence and the causes of errors and mistakes in diagnostic imaging applied to virtual autopsy. A case of suicide by a gunshot wound was submitted to full-body CT scanning before autopsy. We compared the first examination of sectional images with the autopsy findings and found a preliminary misdiagnosis in detecting a peritoneal lesion by gunshot wound that was due to radiologist's error. Then we discuss a new emerging issue related to the risk of diagnostic failure in virtual autopsy due to radiologist's error that is similar to what occurs in clinical radiology practice.

Practicability of nitrogen multiple-breath washout measurements in a pediatric cystic fibrosis outpatient setting

BACKGROUND: Although lung clearance index (LCI) is a sensitive indicator of mild cystic fibrosis (CF) lung disease, it is rarely measured due to lengthy protocols and the commercial unavailability of multiple-breath washout (MBW) setups and tracer gases. We used a newly validated, commercially available nitrogen (N(2) ) MBW setup to assess success rate, duration, and variability of LCI within a 20 min timeframe, during clinical routine. We also evaluated the relationship between LCI and other clinical markers of CF lung disease. METHODS: One hundred thirty six children (83 with CF) between 4 and 16 years were studied in a pediatric CF outpatient setting. One hundred eighteen out of 136 children were naïve to MBW. Within 20 min, each child was trained, N(2) MBW was performed, and LCI was analyzed. We assessed intra- and between-test reproducibility in a subgroup of children. RESULTS: At least one LCI was feasible in 123 (90%) children, with a mean (range) of 3.3 (1.2-6.4) min per test. Two or more measurements were feasible in 56 (41%) children. Comparing LCI in CF versus controls, LCI mean (SD) was 12.0 (3.9) versus 6.1 (0.9), and the intra- and inter-test coefficient of repeatability was 1.00 versus 0.81 and 0.96 versus 0.62, respectively. LCI was correlated with spirometry, blood gases, and Pseudomonas aeruginosa infection. CONCLUSIONS: Using available N(2) MBW equipment, LCI measurements are practical and fast in children. LCI is correlated with markers of CF lung disease. Longer timeframes would be required for triplicate N(2) MBW tests in inexperienced children. Pediatr Pulmonol. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Morbidity in surgery: impact of the 50-hour work-week limitation in Switzerland

Work-hour regulations for residency programmes in Switzerland, including a 50-hour weekly limit, were set in on 1 January 2005. Patient safety was one of the major arguments for the implementation. As the effect of the restriction of residency work hours on patient care in Switzerland has not yet been evaluated on objective data, the aim of the present study was to assess its impact by comparing the patients' morbidity and mortality before (2001-2004) and after (2005-2008) the implementation.

A realistic validation study of a new nitrogen multiple-breath washout system

Background For reliable assessment of ventilation inhomogeneity, multiple-breath washout (MBW) systems should be realistically validated. We describe a new lung model for in vitro validation under physiological conditions and the assessment of a new nitrogen (N2)MBW system. Methods The N2MBW setup indirectly measures the N2 fraction (FN2) from main-stream carbon dioxide (CO2) and side-stream oxygen (O2) signals: FN2 = 1−FO2−FCO2−FArgon. For in vitro N2MBW, a double chamber plastic lung model was filled with water, heated to 37°C, and ventilated at various lung volumes, respiratory rates, and FCO2. In vivo N2MBW was undertaken in triplets on two occasions in 30 healthy adults. Primary N2MBW outcome was functional residual capacity (FRC). We assessed in vitro error (√[difference]2) between measured and model FRC (100–4174 mL), and error between tests of in vivo FRC, lung clearance index (LCI), and normalized phase III slope indices (Sacin and Scond). Results The model generated 145 FRCs under BTPS conditions and various breathing patterns. Mean (SD) error was 2.3 (1.7)%. In 500 to 4174 mL FRCs, 121 (98%) of FRCs were within 5%. In 100 to 400 mL FRCs, the error was better than 7%. In vivo FRC error between tests was 10.1 (8.2)%. LCI was the most reproducible ventilation inhomogeneity index. Conclusion The lung model generates lung volumes under the conditions encountered during clinical MBW testing and enables realistic validation of MBW systems. The new N2MBW system reliably measures lung volumes and delivers reproducible LCI values.