Evaluation of a sol-gel derived carbon composite electrode as an amperometric detector for capillary electrophoresis

In this paper, we report the construction and application of a sol-gel derived carbon composite electrode (CCE) as an amperometric detector for capillary electrophoresis. The electrochemical properties were characterized and compared with those of conventional carbon fiber and carbon paste electrode (CPE). Experimental results show that peak-to-peak noise of CCE was about 20% of CPE and electrode capacitance was comparatively low. When applied to the detection of dopamine and epinephrine, the optimal detection potential for CCE was 0.1 V lower than CPE under the same separation conditions; CCE with diameter of 75 and 100 mum could achieve a low detection limit of 3.10(-8) and 6.10(-8) M for the detection of epinephrine, which approaching that of the 33-mum diameter carbon fiber electrode. Also, the linearity for epinephrine at CCE was more than two orders of magnitude, which was slightly wider than that of carbon fiber electrode. Applications to real sample analysis were tested by the determination of betahistine dihydrochloride in tablets and human urine. Using CCE with diameter less than or equal to100 mum as an amperometric detector after capillary electrophoresis separation, a low detection limit and a wide linear range combined with excellent reproducibility were obtained. This CCE possesses of many advantages, namely, convenience, ease of fabrication, low cost and high stability.

Os isotope dating and growth hiatuses of Co-rich crust from central Pacific

Up to now, accurate determination of the growth age and hiatuses of the Co-rich crust is still a difficult work, which constrains the researches on the genesis, growth process, controlling factors, regional tectonics, paleo-oceanographic background, etc. of the Co-rich crust. This paper describes our work in determining the initial growth age of the Co-rich crust to be of the late Cretaceous Campanian Stage (about 75-80 Ma), by selecting the Co-rich crust with clear multi-layer structures in a central Pacific seamount for layer-by-layer sample analysis and using a number of chronological methods, such as Co flux dating, dating by correlation with Os-187/Os-188 evolution curves of seawater, and stratigraphic division by calcareous nannofossils. We have also discovered growth hiatuses with different time intervals in the early Paleocene, middle Eocene, late Eocene and early-middle Miocene, respectively. These results have provided an important age background for further researches on the Co-rich crust growth process and the paleo-oceanographic environment evolution thereby revealed in the said region.

Ab initio calculations of group 4 metallocene reaction mechanisms: atomic layer deposition and bond activation catalysis

Thin film dielectrics based on titanium, zirconium or hafnium oxides are being introduced to increase the permittivity of insulating layers in transistors for micro/nanoelectronics and memory devices. Atomic layer deposition (ALD) is the process of choice for fabricating these films, as it allows for high control of composition and thickness in thin, conformal films which can be deposited on substrates with high aspect-ratio features. The success of this method depends crucially on the chemical properties of the precursor molecules. A successful ALD precursor should be volatile, stable in the gas-phase, but reactive on the substrate and growing surface, leading to inert by-products. In recent years, many different ALD precursors for metal oxides have been developed, but many of them suffer from low thermal stability. Much promise is shown by group 4 metal precursors that contain cyclopentadienyl (Cp = C5H5-xRx) ligands. One of the main advantages of Cp precursors is their thermal stability. In this work ab initio calculations were carried out at the level of density functional theory (DFT) on a range of heteroleptic metallocenes [M(Cp)4-n(L)n], M = Hf/Zr/Ti, L = Me and OMe, in order to find mechanistic reasons for their observed behaviour during ALD. Based on optimized monomer structures, reactivity is analyzed with respect to ligand elimination. The order in which different ligands are eliminated during ALD follows their energetics which was in agreement with experimental measurements. Titanocene-derived precursors, TiCp*(OMe)3, do not yield TiO2 films in atomic layer deposition (ALD) with water, while Ti(OMe)4 does. DFT was used to model the ALD reaction sequence and find the reason for the difference in growth behaviour. Both precursors adsorb initially via hydrogen-bonding. The simulations reveal that the Cp* ligand of TiCp*(OMe)3 lowers the Lewis acidity of the Ti centre and prevents its coordination to surface O (densification) during both of the ALD pulses. Blocking this step hindered further ALD reactions and for that reason no ALD growth is observed from TiCp*(OMe)3 and water. The thermal stability in the gas phase of Ti, Zr and Hf precursors that contain cyclopentadienyl ligands was also considered. The reaction that was found using DFT is an intramolecular α-H transfer that produces an alkylidene complex. The analysis shows that thermal stabilities of complexes of the type MCp2(CH3)2 increase down group 4 (M = Ti, Zr and Hf) due to an increase in the HOMO-LUMO band gap of the reactants, which itself increases with the electrophilicity of the metal. The reverse reaction of α-hydrogen abstraction in ZrCp2Me2 is 1,2-addition reaction of a C-H bond to a Zr=C bond. The same mechanism is investigated to determine if it operates for 1,2 addition of the tBu C-H across Hf=N in a corresponding Hf dimer complex. The aim of this work is to understand orbital interactions, how bonds break and how new bonds form, and in what state hydrogen is transferred during the reaction. Calculations reveal two synchronous and concerted electron transfers within a four-membered cyclic transition state in the plane between the cyclopentadienyl rings, one π(M=X)-to-σ(M-C) involving metal d orbitals and the other σ(C-H)-to-σ(X-H) mediating the transfer of neutral H, where X = C or N. The reaction of the hafnium dimer complex with CO that was studied for the purpose of understanding C-H bond activation has another interesting application, namely the cleavage of an N-N bond and resulting N-C bond formation. Analysis of the orbital plots reveals repulsion between the occupied orbitals on CO and the N-N unit where CO approaches along the N-N axis. The repulsions along the N-N axis are minimized by instead forming an asymmetrical intermediate in which CO first coordinates to one Hf and then to N. This breaks the symmetry of the N-N unit and the resultant mixing of MOs allows σ(NN) to be polarized, localizing electrons on the more distant N. This allowed σ(CO) and π(CO) donation to N and back-donation of π*(Hf2N2) to CO. Improved understanding of the chemistry of metal complexes can be gained from atomic-scale modelling and this provides valuable information for the design of new ALD precursors. The information gained from the model decomposition pathway can be additionally used to understand the chemistry of molecules in the ALD process as well as in catalytic systems.

The Russell Cycle. An update and review of trends in zooplankton and fish larvae off Plymouth 1924-2009. Occasional Publication of the Marine Biological Association 24

Regular plankton sampling off Plymouth by the Marine Biological Association (MBA) has been carried out from the early 1900s. Much of the sample analysis and description of the results was carried out by Sir Frederick Russell and Professor Alan Southward (AJS), the latter having completed the organisation and transfer of the paper records to digital files. The current authors have transferred the main data files of AJS on zooplankton and fish larvae to the MBA long-term database (including various editing and checking against original analysis records and published data) together with adding the data for 2002-2009. In this report the updated time-series are reviewed in the context of earlier work, particularly with respect to the Russell Cycle. It is not intended as an exhaustive analysis. Brief details of the sampling and comments on data processing are given in an appendix.

Cardiovascular disease and hypertension are strong risk factors for choroidal neovascularization.

Purpose: To investigate the association of cardiovascular risk factors and inflammatory markers with neovascular age-related macular degeneration (AMD). Design: Cross-sectional case-control study. Participants: Of the 410 of the =65-year-old community sample invited to attend, 205 participated (50% response rate). Of the 215 clinic attendees who were invited to participate, 212 agreed to take part (98% response rate). A diagnosis of neovascular AMD in at least one eye was made in 193 clinic attendees and 2 of the community sample. Methods: Clinic and community participants underwent a detailed ophthalmic examination with fundus imaging, were interviewed for assessment of putative risk factors, and provided a blood sample. Analysis included levels of serum lipids, intercellular adhesion molecule 1 (ICAM), vascular cellular adhesion molecule (VCAM), and C-reactive protein (CRP). All participants were classified by fundus image grading on the basis of the eye with more severe AMD features. Main Outcome Measure: Neovascular AMD. Results: There were 195 participants with choroidal neovascularization in at least one eye, 97 nonneovascular AMD participants, and 115 controls (no drusen or pigmentary irregularities in either eye). In confounder-adjusted logistic regression, a history of cardiovascular disease was strongly associated with neovascular AMD (odds ratio [OR], 7.53; 95% confidence interval [CI], 2.78-20.41). Cigarette smoking (OR, 3.71; 95% CI, 1.25-11.06), being in the highest quartile of body mass index (OR, 3.82; 95% CI, 1.22-12.01), stage 2 hypertension (OR, 3.21; 95% CI, 1.14-8.98), and being in the highest quartile of serum cholesterol (OR, 4.66; 95% CI, 1.35-16.13) were positively associated with neovascular AMD. There was no association between AMD status and serum CRP, ICAM, or VCAM. Conclusions: Our results suggest that cardiovascular disease plays an etiological role in the development of choroidal neovascularization in a proportion of older adults and highlight the importance of control of blood pressure and cholesterol, avoidance of smoking, and maintenance of a normal body weight. © 2008 American Academy of Ophthalmology.

Studies in the use of magnetic microspheres for immunoaffinity extraction of paralytic shellfish poisoning toxins from shellfish

Paralytic shellfish poisoning (PSP) is a potentially fatal human health condition caused by the consumption of shellfish containing high levels of PSP toxins. Toxin extraction from shellfish and from algal cultures for use as standards and analysis by alternative analytical monitoring methods to the mouse bioassay is extensive and laborious. This study investigated whether a selected MAb antibody could be coupled to a novel form of magnetic microsphere (hollow glass magnetic microspheres, brand name Ferrospheres-N) and whether these coated microspheres could be utilized in the extraction of low concentrations of the PSP toxin, STX, from potential extraction buffers and spiked mussel extracts. The feasibility of utilizing a mass of 25 mg of Ferrospheres-N, as a simple extraction procedure for STX from spiked sodium acetate buffer, spiked PBS buffer and spiked mussel extracts was determined. The effects of a range of toxin concentrations (20-300 ng/mL), incubation times and temperature on the capability of the immuno-capture of the STX from the spiked mussel extracts were investigated. Finally, the coated microspheres were tested to determine their efficiency at extracting PSP toxins from naturally contaminated mussel samples. Toxin recovery after each experiment was determined by HPLC analysis. This study on using a highly novel immunoaffinity based extraction procedure, using STX as a model, has indicated that it could be a convenient alternative to conventional extraction procedures used in toxin purification prior to sample analysis.

 Graphitization of Small Carbonate Samples for Paleoceanographic Research at the Godwin Radiocarbon Laboratory, University of Cambridge

A new radiocarbon preparation facility was set up in 2010 at the Godwin Laboratory for Palaeoclimate Research, at the University of Cambridge. Samples are graphitized via hydrogen reduction on an iron powder catalyst before being sent to the Chrono Centre, Belfast, or the Australian National University for accelerator mass spectrometry (AMS) analysis. The experimental setup and procedure have recently been developed to investigate the potential for running small samples of foraminiferal carbonate. By analyzing background values of samples ranging from 0.04 to 0.6 mg C along with similar sized secondary standards, the setup and experimental procedures were optimized for small samples. “Background” modern 14C contamination has been minimized through careful selection of iron powder, and graphitization has been optimized through the use of “small volume” reactors, allowing samples containing as little as 0.08 mg C to be graphitized and accurately dated. Graphitization efficiency/fractionation is found not to be the main limitation on the analysis of samples smaller than 0.07 mg C, which rather depends primarily on AMS ion beam optics, suggesting further improvements in small sample analysis might yet be achieved with our methodology.

A technology diffusion perspective of Enterprise Resource Planning across European Small and Medium Enterprises: from determinants to Use to Value

Tese apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Gestão de Informação

Exogeneity, weak identification and instrument selection in econometrics

La dernière décennie a connu un intérêt croissant pour les problèmes posés par les variables instrumentales faibles dans la littérature économétrique, c’est-à-dire les situations où les variables instrumentales sont faiblement corrélées avec la variable à instrumenter. En effet, il est bien connu que lorsque les instruments sont faibles, les distributions des statistiques de Student, de Wald, du ratio de vraisemblance et du multiplicateur de Lagrange ne sont plus standard et dépendent souvent de paramètres de nuisance. Plusieurs études empiriques portant notamment sur les modèles de rendements à l’éducation [Angrist et Krueger (1991, 1995), Angrist et al. (1999), Bound et al. (1995), Dufour et Taamouti (2007)] et d’évaluation des actifs financiers (C-CAPM) [Hansen et Singleton (1982,1983), Stock et Wright (2000)], où les variables instrumentales sont faiblement corrélées avec la variable à instrumenter, ont montré que l’utilisation de ces statistiques conduit souvent à des résultats peu fiables. Un remède à ce problème est l’utilisation de tests robustes à l’identification [Anderson et Rubin (1949), Moreira (2002), Kleibergen (2003), Dufour et Taamouti (2007)]. Cependant, il n’existe aucune littérature économétrique sur la qualité des procédures robustes à l’identification lorsque les instruments disponibles sont endogènes ou à la fois endogènes et faibles. Cela soulève la question de savoir ce qui arrive aux procédures d’inférence robustes à l’identification lorsque certaines variables instrumentales supposées exogènes ne le sont pas effectivement. Plus précisément, qu’arrive-t-il si une variable instrumentale invalide est ajoutée à un ensemble d’instruments valides? Ces procédures se comportent-elles différemment? Et si l’endogénéité des variables instrumentales pose des difficultés majeures à l’inférence statistique, peut-on proposer des procédures de tests qui sélectionnent les instruments lorsqu’ils sont à la fois forts et valides? Est-il possible de proposer les proédures de sélection d’instruments qui demeurent valides même en présence d’identification faible? Cette thèse se focalise sur les modèles structurels (modèles à équations simultanées) et apporte des réponses à ces questions à travers quatre essais. Le premier essai est publié dans Journal of Statistical Planning and Inference 138 (2008) 2649 – 2661. Dans cet essai, nous analysons les effets de l’endogénéité des instruments sur deux statistiques de test robustes à l’identification: la statistique d’Anderson et Rubin (AR, 1949) et la statistique de Kleibergen (K, 2003), avec ou sans instruments faibles. D’abord, lorsque le paramètre qui contrôle l’endogénéité des instruments est fixe (ne dépend pas de la taille de l’échantillon), nous montrons que toutes ces procédures sont en général convergentes contre la présence d’instruments invalides (c’est-à-dire détectent la présence d’instruments invalides) indépendamment de leur qualité (forts ou faibles). Nous décrivons aussi des cas où cette convergence peut ne pas tenir, mais la distribution asymptotique est modifiée d’une manière qui pourrait conduire à des distorsions de niveau même pour de grands échantillons. Ceci inclut, en particulier, les cas où l’estimateur des double moindres carrés demeure convergent, mais les tests sont asymptotiquement invalides. Ensuite, lorsque les instruments sont localement exogènes (c’est-à-dire le paramètre d’endogénéité converge vers zéro lorsque la taille de l’échantillon augmente), nous montrons que ces tests convergent vers des distributions chi-carré non centrées, que les instruments soient forts ou faibles. Nous caractérisons aussi les situations où le paramètre de non centralité est nul et la distribution asymptotique des statistiques demeure la même que dans le cas des instruments valides (malgré la présence des instruments invalides). Le deuxième essai étudie l’impact des instruments faibles sur les tests de spécification du type Durbin-Wu-Hausman (DWH) ainsi que le test de Revankar et Hartley (1973). Nous proposons une analyse en petit et grand échantillon de la distribution de ces tests sous l’hypothèse nulle (niveau) et l’alternative (puissance), incluant les cas où l’identification est déficiente ou faible (instruments faibles). Notre analyse en petit échantillon founit plusieurs perspectives ainsi que des extensions des précédentes procédures. En effet, la caractérisation de la distribution de ces statistiques en petit échantillon permet la construction des tests de Monte Carlo exacts pour l’exogénéité même avec les erreurs non Gaussiens. Nous montrons que ces tests sont typiquement robustes aux intruments faibles (le niveau est contrôlé). De plus, nous fournissons une caractérisation de la puissance des tests, qui exhibe clairement les facteurs qui déterminent la puissance. Nous montrons que les tests n’ont pas de puissance lorsque tous les instruments sont faibles [similaire à Guggenberger(2008)]. Cependant, la puissance existe tant qu’au moins un seul instruments est fort. La conclusion de Guggenberger (2008) concerne le cas où tous les instruments sont faibles (un cas d’intérêt mineur en pratique). Notre théorie asymptotique sous les hypothèses affaiblies confirme la théorie en échantillon fini. Par ailleurs, nous présentons une analyse de Monte Carlo indiquant que: (1) l’estimateur des moindres carrés ordinaires est plus efficace que celui des doubles moindres carrés lorsque les instruments sont faibles et l’endogenéité modérée [conclusion similaire à celle de Kiviet and Niemczyk (2007)]; (2) les estimateurs pré-test basés sur les tests d’exogenété ont une excellente performance par rapport aux doubles moindres carrés. Ceci suggère que la méthode des variables instrumentales ne devrait être appliquée que si l’on a la certitude d’avoir des instruments forts. Donc, les conclusions de Guggenberger (2008) sont mitigées et pourraient être trompeuses. Nous illustrons nos résultats théoriques à travers des expériences de simulation et deux applications empiriques: la relation entre le taux d’ouverture et la croissance économique et le problème bien connu du rendement à l’éducation. Le troisième essai étend le test d’exogénéité du type Wald proposé par Dufour (1987) aux cas où les erreurs de la régression ont une distribution non-normale. Nous proposons une nouvelle version du précédent test qui est valide même en présence d’erreurs non-Gaussiens. Contrairement aux procédures de test d’exogénéité usuelles (tests de Durbin-Wu-Hausman et de Rvankar- Hartley), le test de Wald permet de résoudre un problème courant dans les travaux empiriques qui consiste à tester l’exogénéité partielle d’un sous ensemble de variables. Nous proposons deux nouveaux estimateurs pré-test basés sur le test de Wald qui performent mieux (en terme d’erreur quadratique moyenne) que l’estimateur IV usuel lorsque les variables instrumentales sont faibles et l’endogénéité modérée. Nous montrons également que ce test peut servir de procédure de sélection de variables instrumentales. Nous illustrons les résultats théoriques par deux applications empiriques: le modèle bien connu d’équation du salaire [Angist et Krueger (1991, 1999)] et les rendements d’échelle [Nerlove (1963)]. Nos résultats suggèrent que l’éducation de la mère expliquerait le décrochage de son fils, que l’output est une variable endogène dans l’estimation du coût de la firme et que le prix du fuel en est un instrument valide pour l’output. Le quatrième essai résout deux problèmes très importants dans la littérature économétrique. D’abord, bien que le test de Wald initial ou étendu permette de construire les régions de confiance et de tester les restrictions linéaires sur les covariances, il suppose que les paramètres du modèle sont identifiés. Lorsque l’identification est faible (instruments faiblement corrélés avec la variable à instrumenter), ce test n’est en général plus valide. Cet essai développe une procédure d’inférence robuste à l’identification (instruments faibles) qui permet de construire des régions de confiance pour la matrices de covariances entre les erreurs de la régression et les variables explicatives (possiblement endogènes). Nous fournissons les expressions analytiques des régions de confiance et caractérisons les conditions nécessaires et suffisantes sous lesquelles ils sont bornés. La procédure proposée demeure valide même pour de petits échantillons et elle est aussi asymptotiquement robuste à l’hétéroscédasticité et l’autocorrélation des erreurs. Ensuite, les résultats sont utilisés pour développer les tests d’exogénéité partielle robustes à l’identification. Les simulations Monte Carlo indiquent que ces tests contrôlent le niveau et ont de la puissance même si les instruments sont faibles. Ceci nous permet de proposer une procédure valide de sélection de variables instrumentales même s’il y a un problème d’identification. La procédure de sélection des instruments est basée sur deux nouveaux estimateurs pré-test qui combinent l’estimateur IV usuel et les estimateurs IV partiels. Nos simulations montrent que: (1) tout comme l’estimateur des moindres carrés ordinaires, les estimateurs IV partiels sont plus efficaces que l’estimateur IV usuel lorsque les instruments sont faibles et l’endogénéité modérée; (2) les estimateurs pré-test ont globalement une excellente performance comparés à l’estimateur IV usuel. Nous illustrons nos résultats théoriques par deux applications empiriques: la relation entre le taux d’ouverture et la croissance économique et le modèle de rendements à l’éducation. Dans la première application, les études antérieures ont conclu que les instruments n’étaient pas trop faibles [Dufour et Taamouti (2007)] alors qu’ils le sont fortement dans la seconde [Bound (1995), Doko et Dufour (2009)]. Conformément à nos résultats théoriques, nous trouvons les régions de confiance non bornées pour la covariance dans le cas où les instruments sont assez faibles.

Fractionation, chemical and toxicological characterization of tobacco smoke components

La fumée du tabac est un aérosol extrêmement complexe constitué de milliers de composés répartis entre la phase particulaire et la phase vapeur. Il a été démontré que les effets toxicologiques de cette fumée sont associés aux composés appartenant aux deux phases. Plusieurs composés biologiquement actifs ont été identifiés dans la fumée du tabac; cependant, il n’y a pas d’études démontrant la relation entre les réponses biologiques obtenues via les tests in vitro ou in vivo et les composés présents dans la fumée entière du tabac. Le but de la présente recherche est de développer des méthodes fiables et robustes de fractionnement de la fumée à l’aide de techniques de séparation analytique et de techniques de détection combinés à des essais in vitro toxicologiques. Une étude antérieure réalisée par nos collaborateurs a démontré que, suite à l’étude des produits de combustion de douze principaux composés du tabac, l’acide chlorogénique s’est avéré être le composé le plus cytotoxique selon les test in vitro du micronoyau. Ainsi, dans cette étude, une méthode par chromatographie préparative en phase liquide a été développée dans le but de fractionner les produits de combustion de l’acide chlorogénique. Les fractions des produits de combustion de l’acide chlorogénique ont ensuite été testées et les composés responsables de la toxicité de l’acide chlorogénique ont été identifiés. Le composé de la sous-fraction responsable en majeure partie de la cytoxicité a été identifié comme étant le catéchol, lequel fut confirmé par chromatographie en phase liquide/ spectrométrie de masse à temps de vol. Des études récentes ont démontré les effets toxicologiques de la fumée entière du tabac et l’implication spécifique de la phase vapeur. C’est pourquoi notre travail a ensuite été focalisé principalement à l’analyse de la fumée entière. La machine à fumer Borgwaldt RM20S® utilisée avec les chambres d’exposition cellulaire de British American Tobacco permettent l’étude in vitro de l’exposition de cellules à différentes concentrations de fumée entière du tabac. Les essais biologiques in vitro ont un degré élevé de variabilité, ainsi, il faut prendre en compte toutes les autres sources de variabilité pour évaluer avec précision la finalité toxicologique de ces essais; toutefois, la fiabilité de la génération de la fumée de la machine n’a jamais été évaluée jusqu’à maintenant. Nous avons donc déterminé la fiabilité de la génération et de la dilution (RSD entre 0,7 et 12 %) de la fumée en quantifiant la présence de deux gaz de référence (le CH4 par détection à ionisation de flamme et le CO par absorption infrarouge) et d’un composé de la phase particulaire, le solanesol (par chromatographie en phase liquide à haute performance). Ensuite, la relation entre la dose et la dilution des composés de la phase vapeur retrouvée dans la chambre d’exposition cellulaire a été caractérisée en utilisant une nouvelle technique d’extraction dite par HSSE (Headspace Stir Bar Sorptive Extraction) couplée à la chromatographie en phase liquide/ spectrométrie de masse. La répétabilité de la méthode a donné une valeur de RSD se situant entre 10 et 13 % pour cinq des composés de référence identifiés dans la phase vapeur de la fumée de cigarette. La réponse offrant la surface maximale d’aire sous la courbe a été obtenue en utilisant les conditions expérimentales suivantes : intervalle de temps d’exposition/ désorption de 10 0.5 min, température de désorption de 200°C pour 2 min et température de concentration cryogénique (cryofocussing) de -75°C. La précision de la dilution de la fumée est linéaire et est fonction de l’abondance des analytes ainsi que de la concentration (RSD de 6,2 à 17,2 %) avec des quantités de 6 à 450 ng pour les composés de référence. Ces résultats démontrent que la machine à fumer Borgwaldt RM20S® est un outil fiable pour générer et acheminer de façon répétitive et linéaire la fumée de cigarette aux cultures cellulaires in vitro. Notre approche consiste en l’élaboration d’une méthodologie permettant de travailler avec un composé unique du tabac, pouvant être appliqué à des échantillons plus complexes par la suite ; ex : la phase vapeur de la fumée de cigarette. La méthodologie ainsi développée peut potentiellement servir de méthode de standardisation pour l’évaluation d’instruments ou de l’identification de produits dans l’industrie de tabac.