SURFACE MODIFICATION OF ELECTRODES FOR AMPEROMETRIC BIOSENSORS IN ANALYTICAL-CHEMISTRY

Amperometric biosensors based on surface modifications of electrodes are described. Cobalt porphyrins modified on glassy carbon and carbon fiber electrodes can greatly decrease the overpotential and increase the sensitivity of detection due to EC electroc

Heteroscedastic controlled calibration model applied to analytical chemistry

In chemical analyses performed by laboratories, one faces the problem of determining the concentration of a chemical element in a sample. In practice, one deals with the problem using the so-called linear calibration model, which considers that the errors associated with the independent variables are negligible compared with the former variable. In this work, a new linear calibration model is proposed assuming that the independent variables are subject to heteroscedastic measurement errors. A simulation study is carried out in order to verify some properties of the estimators derived for the new model and it is also considered the usual calibration model to compare it with the new approach. Three applications are considered to verify the performance of the new approach. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Zhurnal analiticheskoĭ khimii = Journal of analytical chemistry /

Latest issue consulted: T. 42, vyp. 12 (dek. 1987).

Gas-Phase Transformation of Phosphatidylcholine Cations to Structurally Informative Anions via Ion/Ion Chemistry

Gas-phase transformation of synthetic phosphatidylcholine (PC) monocations to structurally informative anions is demonstrated via ion/ion reactions with doubly deprotonated 1,4-phenylenedipropionic acid (PDPA). Two synthetic PC isomers, 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (PC16:0/18:1) and 1-oleoyl-2-palmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (PC18:1/16:0), were subjected to this ion/ion chemistry. The product of the ion/ion reaction is a negatively charged complex, \[PC + PDPA - H](-). Collisional activation of the long-lived complex causes transfer of a proton and methyl cation to PDPA, generating \[PC - CH3](-). Subsequent collisional activation of the demethylated PC anions produces abundant fatty acid carboxylate anions and low-abundance acyl neutral losses as free acids and ketenes. Product ion spectra of \[PC - CH3](-) suggest favorable cleavage at the sn-2 position over the sn-1 due to distinct differences in the relative abundances. In contrast, collisional activation of PC cations is absent of abundant fatty acid chain-related product ions and typically indicates only the lipid class via formation of the phosphocholine cation. A solution phase method to produce the gas-phase adducted PC anion is also demonstrated. Product ion spectra derived from the solution phase method are similar to the results generated via ion/ion chemistry. This work demonstrates a gas-phase means to increase structural characterization of phosphatidylcholines via ion/ion chemistry. Grant Number ARC/CE0561607, ARC/DP120102922

Exploring the coordination chemistry of isomerizable terpyridine derivatives for successful analyses of cis and trans isomers by travelling wave ion mobility mass spectrometry

The photochemical cis-trans isomerization of the 4-{4-[2-(pyridin-4-yl)ethenyl]phenyl}-2,2': 6',2''-terpyridine ligand (vpytpy) was investigated by UV-vis, NMR and TWIM-MS. Ion mobility mass spectrometry was performed pursuing the quantification of the isomeric composition during photolysis, however an in-source trans-to-cis isomerization process was observed. In order to overcome this inherent phenomenon, the isomerization of the vpytpy species was suppressed by complexation, reacting with iron(II) ions, and forming the [Fe(vpytpy)(2)](2+) complex. The strategy of "freezing" the cis-trans isomerizable ligand at a given geometric conformation was effective, preventing further isomerization, thus allowing the distinction of each one of the isomers in the photolysed mixture. In addition, the experimental drift times were related to the calculated surface areas of the three possible cis-cis, cis-trans and trans-trans iron(II) complex isomers. The stabilization of the ligand in a given conformation also allows us to obtain the cis-cis and cis-trans complexes exhibiting the ligand in the metastable cis-conformation, as well as in the thermodynamically stable trans-conformation.

Stabilization of troponin I for applications in clinical chemistry and forensic medicine. Cardiac troponin I: A time of death marker

Cardiac troponin I (cTnI) is one of the most useful serum marker test for the determination of myocardial infarction (MI). The first commercial assay of cTnI was released for medical use in the United States and Europe in 1995. It is useful in determining if the source of chest pains, whose etiology may be unknown, is cardiac related. Cardiac TnI is released into the bloodstream following myocardial necrosis (cardiac cell death) as a result of an infarct (heart attack). In this research project the utility of cardiac troponin I as a potential marker for the determination of time of death is investigated. The approach of this research is not to investigate cTnI degradation in serum/plasma, but to investigate the proteolytic breakdown of this protein in heart tissue postmortem. If our hypothesis is correct, cTnI might show a distinctive temporal degradation profile after death. This temporal profile may have potential as a time of death marker in forensic medicine. The field of time of death markers has lagged behind the great advances in technology since the late 1850's. Today medical examiners are using rudimentary time of death markers that offer limited reliability in the medico-legal arena. Cardiac TnI must be stabilized in order to avoid further degradation by proteases in the extraction process. Chemically derivatized magnetic microparticles were covalently linked to anti-cTnI monoclonal antibodies. A charge capture approach was also used to eliminate the antibody from the magnetic microparticles given the negative charge on the microparticles. The magnetic microparticles were used to extract cTnI from heart tissue homogenate for further bio-analysis. Cardiac TnI was eluted from the beads with a buffer and analyzed. This technique exploits banding pattern on sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) followed by a western blot transfer to polyvinylidene fluoride (PVDF) paper for probing with anti-cTnI monoclonal antibodies. Bovine hearts were used as a model to establish the relationship of time of death and concentration/band-pattern given its homology to human cardiac TnI. The final concept feasibility was tested with human heart samples from cadavers with known time of death. ^

Determination of signature volatile odor chemicals emanating from novel biological specimens by non-invasive analytical techniques for the potential use in forensic identifications

Human scent, or the volatile organic compounds (VOCs) produced by an individual, has been recognized as a biometric measurement because of the distinct variations in both the presence and abundance of these VOCs between individuals. In forensic science, human scent has been used as a form of associative evidence by linking a suspect to a scene/object through the use of human scent discriminating canines. The scent most often collected and used with these specially trained canines is from the hands because a majority of the evidence collected is likely to have been handled by the suspect. However, the scents from other biological specimens, especially those that are likely to be present at scenes of violent crimes, have yet to be explored. Hair, fingernails and saliva are examples of these types of specimens. ^ In this work, a headspace solid phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS) technique was used for the identification of VOCs from hand odor, hair, fingernails and saliva. Sixty individuals were sampled and the profiles of the extracted VOCs were evaluated to assess whether they could be used for distinguishing individuals. Preliminary analysis of the biological specimens collected from an individual (intra-subject) showed that, though these materials have some VOCs in common, their overall chemical profile is different for each specimen type. Pair-wise comparisons, using Spearman Rank correlations, were made between the chemical profiles obtained from each subject, per a specimen type. Greater than 98.8% of the collected samples were distinguished from the subjects for all of the specimen types, demonstrating that these specimens can be used for distinguishing individuals. ^ Additionally, field trials were performed to determine the utility of these specimens as scent sources for human scent discriminating canines. Three trials were conducted to evaluate hair, fingernails and saliva in comparison to hand odor, which was considered the standard source of human odor. It was revealed that canines perform similarly to these alternative human scent sources as they do to hand odor implying that, though there are differences in the chemical profiles released by these specimens, they can still be used for the discrimination of individuals by trained canines.^

Développement d’outils analytiques pour évaluer la biodisponibilité du Cd dans les eaux douces

Les phytochélatines (PC) sont des polypeptides ayant la structure générale, (alpha-Glu-Cys)n-Gly, où n = 2 à 11. Leur synthèse est induite par un grand nombre de végétaux en réponse à une élévation de la concentration du milieu en métaux, en particulier le cadmium (ci-après, Cd). Le but de cette étude a été de développer un outil pour évaluer la biodisponibilité du Cd dans les eaux douces. Pour ce faire, une méthode analytique a été réalisée afin de déterminer les phytochélatines induites dans les algues C. reinhardtii. Celle-ci consiste à utiliser la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LCHP-SM/SM) "on-line". L’ionisation des molécules est celle faite par électronébulisation (IEN) (traduction de electrospray ionisation). L’objectif principal de ce mémoire est la validation de cette méthode : la détermination des courbes de calibration et des limites de détection et l'identification d'interférences potentielles. L’utilisation de dithiothreitol (DTT) à une concentration de 25 mM a été nécessaire à la conservation de la forme réduite des phytochélatines. En effet, suite à la validation de la méthode d’analyse des phytochélatines il a été démontré qu’elle représente un potentiel d’application. Ceci dans la mesure où l’induction des phytochélatines (PC2, PC3 et PC4) dans les algues C. reinhardtii a été possible à deux concentrations de Cd (1 x 10-7 M et 1 x 10 6 M) et ce, après plusieurs temps d'induction (1, 2, 4, et 6 h). Ainsi, l’étude de la stabilité des phytochélatines a été réalisée et toutes les températures examinées ont démontré une diminution des phytochélatines analysées par HPLC-ESI-MS/MS. Il se pourrait que la cause de la dégradation des phytochélatines soit physique ou chimique plutôt que bactérienne. Toutefois, un approfondissement au niveau de la purification de la solution d’extraction serait nécessaire à la mise au point de la dite méthode analytique afin de quantifier les phytochélatines dans l’algue C. reinhardtii.

Analytical strategies for the comprehensive profiling of histone post translational modifications by mass spectrometry and implications for functional analyses

Le long bio-polymère d'ADN est condensé à l’intérieur du noyau des cellules eukaryotes à l'aide de petites protéines appelées histones. En plus de leurs fonctions condensatrices,ces histones sont également la cible de nombreuses modifications post-traductionnelles(MPT), particulièrement au niveau de leur section N-terminale. Ces modifications réversibles font partie d’un code d’histones épi-génétique transmissible qui orchestre et module dynamiquement certains événements impliquant la chromatine, tels l’activation et la désactivation de gènes ainsi que la duplication et la réparation d’ADN. Ces modifications sont impliquées subséquemment dans la signalisation et la progression de cancers, tels que la leucémie. En conséquence, l'élucidation des modifications d’histones est importante pour comprendre leurs fonctions biologiques. Une méthodologie analytique a été mise au point en laboratoire pour isoler, détecter, et quantifier les MPT d’histones en utilisant une approche rapide à deux volets à l’aide d’outils bioinformatiques spécialisés. La méthodologie développée en laboratoire a été validée en utilisant des histones de souche sauvage ainsi que deux types d’histones mutants déficients en enzymes acétyltransferase. Des trois sources d’histones utilisées, la seule MPT qui a démontré un changement significatif est l’acétylation de l’histone H3 à lysine 56 (H3K56ac). L’expression et la stoechiométrie de cette MPT, issue de cellules de souche sauvage et de cellules mutantes, ont été déterminées avec précision et comparées. Les fonctions de balayage polyvalentes d'un instrument à trappe ionique quadrupôle linéaire hybride ont été utilisées pour améliorer la détection de protéines intactes. Le mode de balayage « enhanced multiply charged » (EMC) a été modifié pour contenir et détecter les ions de protéines intactes situées dans la trappe ionique linéaire. Ce mode de balayage nommé « targeted EMC » (tEMC) a permis de quadrupler le niveau de sensibilité (signal/interférence), et quintupler la résolution du mode de balayage conventionnel. De plus, la capacité de séparation des charges du tEMC a réduit de façon significative les effets de « space charge » dans la trappe ionique linéaire. La résolution supérieure du mode tEMC a permis de différencier plusieurs isoformes modifiées, particulièrement pour l’histone H3. L’analyse des peptides d’histones trypsiques à l’aide du mode de balayage « MRM » a permis le séquençage et la quantification de MPT avec un haut degré de précision. La seule MPT qui était sous-exprimée entre l’histone de souche sauvage et le mutant DOT1L fut la méthylation de l’histone H3 lysine 79(H3K79me1). Les effets de deux inhibiteurs d’enzymes HDAC (HDACi) sur l’expression de MPT d’histone ont été évalués en utilisant la méthodologie analytique mentionnée. Les histones extraites de cellules normales et cancéreuses ont été exposées à du Vorinostat(SAHA) ou du Entinostat (MS-275) pour une période de 24 à 72 heures. Deux histones furent principalement affectées, soit H3 et H4. Étonnamment, les mêmes effets n'ont pas été détectés lorsque les cellules normales ont été traitées avec le HDACi pour une période de 48 à 72 heures. Une méthode absolue de quantification avec une courbe d’étalonnage a été développée pour le peptide H3K56ac. Contrairement à certaines publications, nos résultats démontrent que cette MPT est présente dans les cellules mammifères avec une stoechiométrie très basse (< 0,1%) et n'est pas surexprimée de façon significative après le traitement au HDACi.

Effet du calcium, plomb et cuivre sur la bioaccumulation du cadmium et la production des phytochélatines par Chlamydomonas reinhardtii

Dans les milieux contaminés par les métaux, les organismes vivants sont exposés à plusieurs d’entre eux en même temps. Les modèles courants de prédiction des effets biologiques des métaux sur les organismes (p. ex., modèle du ligand biotique, BLM ; modèle de l’ion libre, FIAM), sont des modèles d’équilibre chimique qui prévoient, en présence d'un deuxième métal, une diminution de la bioaccumulation du métal d’intérêt et par la suite une atténuation de ses effets. Les biomarqueurs de toxicité, tels que les phytochélatines (PCs), ont été utilisés comme étant un moyen alternatif pour l’évaluation des effets biologiques. Les phytochélatines sont des polypeptides riches en cystéine dont la structure générale est (γ-glu-cys)n-Gly où n varie de 2 à 11. Leur synthèse semble dépendante de la concentration des ions métalliques ainsi que de la durée de l’ exposition de l’organisme, aux métaux. L'objectif de cette étude était donc de déterminer, dans les mélanges binaires de métaux, la possibilité de prédiction de la synthèse des phytochélatines par les modèles d’équilibres chimiques, tel que le BLM. Pour cela, la quantité de phytochélatines produites en réponse d’une exposition aux mélanges binaires : Cd-Ca, Cd-Cu et Cd-Pb a été mesurée tout en surveillant l’effet direct de la compétition par le biais des concentrations de métaux internalisés. En effet, après six heures d’exposition, la bioaccumulation de Cd diminue en présence du Ca et de très fortes concentrations de Pb et de Cu (de l’ordre de 5×10-6 M). Par contre, avec des concentrations modérées de ces deux métaux, le Cd augmente en présence de Cu et ne semble pas affecté par la présence de Pb. Dans le cas de la compétition Cd-Cu, une bonne corrélation a été observée entre la production de PC2, PC3 et PC4 et la quantité des métaux bioaccumulés. Pour la synthèse des phytochélatines et la bioaccumulation, les effets étaient considérés comme synergiques. Dans le cas du Cd-Ca, les quantités de PC3 et PC4 ont diminué avec le métal internalisé (effet antagoniste), mais ce qui était remarquable était la grande quantité de cystéine (GSH) et PC2 qui ont été produites à de fortes concentrations du Ca. Le Pb seul n’a pas induit les PCs. Par conséquent, il n’y avait pas de variation de la quantité de PCs avec la concentration de Pb à laquelle les algues ont été exposées. La détection et la quantification des PCs ont été faites par chromatographie à haute performance couplée d’un détecteur de fluorescence (HPLC-FL). Tandis que les concentrations métalliques intracellulaires ont été analysées par spectroscopie d’absorption atomique (AAS) ou par spectrométrie de masse à source plasma à couplage inductif (ICP-MS).

Effets des nanoparticules d'argent sur les processus enzymatiques des sols

Les nanomatériaux sont de plus en plus présents dans les produits consommables du quotidien. L’argent est le métal le plus utilisé en nanotechnologie pour ses propriétés antimicrobiennes. Par différentes voies d’entrée, les nanoparticules d’argent (nAg) se retrouvent dans l’environnement en quantité significative, notamment dans les sols suite à la valorisation agricole des biosolides municipaux. Il est prévu qu’une interaction négative sur la communauté microbienne terrestre ait des répercussions sur la fertilité du sol et les processus biogéochimiques. Les mesures de l’activité enzymatique ont déjà montré leur efficacité et leur sensibilité dans la détection d’une perturbation physique et chimique du sol. Les effets potentiels des nAg sur l’écosystème terrestre ont été évalués en mesurant l’activité des enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine-aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) et arylsulfatase (EC 3.1.6.1) intervenant dans les cycles des éléments essentiels C, N, P et S, respectivement. L’activité enzymatique est mesurée à l’aide d’une technique basée sur la fluorescence qui requière des substrats synthétiques liés à un fluorophore. Un sol de type sableux a été échantillonné au Campus Macdonald de l’Université McGill (Sainte-Anne-de-Bellevue, Qc) puis exposé aux nAg (taille ~20 nm) ou à la forme ionique Ag+ (Ag-acetate) à des concentrations nominales de 1,25 × 10-3, 1,25 × 10-2, 0,125, 1,25, 6,25 et 31,25 mg Ag kg-1 sol. De plus, le rôle de la matière organique (MO) a été évalué en effectuant un amendement du sol avec un compost de feuilles. Pour mieux comprendre les effets observés, des analyses de spéciation de l’Ag ont été réalisées. Les concentrations en Ag dissous ont été déterminées après filtration à travers des membranes de 0,45 µm ou de 3 kDa (~1 nm, ultrafiltration) pour séparer la phase particulaire des ions dissous. De façon générale, une inhibition de l’activité enzymatique a été observée pour les 4 enzymes en fonction de l’augmentation de la concentration en Ag (totale et dissoute) mais elle est significativement moins importante avec l’ajout de la MO. Les résultats suggèrent que l’inhibition de l’activité des enzymes aux faibles expositions aux nAg est due aux nanoparticules puisqu’une très faible fraction des nAg est réellement dissoute et aucun effet significatif n’a été observé pour les sols traités à des concentrations similaires en Ag+. Par contre, les effets mesurés aux concentrations plus élevées en nAg sont semblables aux expositions à l’Ag+ et suggèrent un rôle de l’Ag colloïdale dans l’inhibition du processus enzymatique des sols.

Correlations between chemical composition and provenance of Justino site ceramics by INAA

Instrumental neutron activation analysis (INAA), have been used for the definition of compositional groups of potteries from Justino site, Brazil, according to the chemical similarities of ceramic paste. The outliers were identified by means of robust Mahalanobis distance. The temper effect in the ceramic paste was studied by means of modified Mahalanobis filter. The results were interpreted by means of cluster, principal components, and discriminant analyses. This work provides contributions for the reconstruction of the prehistory of baixo Sao Francisco region, and for the reconstitution of the Brazilian Northeast ceramist population of general frame.

Development of an Analytical Methodology for Quantification of Strong Acid in Diesel Oil

Many factors can affect the quality of diesel oil, in particular the degradation processes that are directly related to some organosulfur compounds. During the degradation process, these compounds are oxidized into their corresponding sulfonic acids, generating a strong acid content during the process. p-Toluene sulfonic acid analysis was performed using the linear sweep voltammetry technique with a platinum ultramicroelectrode in aqueous solution containing 3 mol L(-1) potassium chloride. An extraction step was introduced prior to the voltammetric detection in order to avoid the adsorption of organic molecules, which inhibit the electrochemical response. The extraction step promoted the transference of sulfonic acid from the diesel oil to an aqueous phase. The method was accurate and reproducible, with detection and quantification limits of 5 ppm and 15 ppm, respectively. Recovery of sulfonic acid was around 90%.

Determination of amino acids by capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry: An evaluation of different protein hydrolysis procedures

In this work, a CE equipment, online hyphenated to an IT MS analyzer by a linear sheath liquid interface promoting ESI, was used to develop a method for quantitative determination of amino acids. Under appropriate conditions (BGE composition, 0.8% HCOOH, 20% CH(3)OH; sheath liquid composition, 0.8% HCOOH, 60% methanol; V(ESI), +4.50 W), analytical curves of all amino acids from 3 to 80 mg/L were recorded presenting acceptable linearity (r > 0.99). LODs in the range of 16-172 mu mol/L were obtained. BSA, a model protein, was submitted to different hydrolysis procedures (classical acid and basic, and catalyzed by the H(+) form of a cation exchanger resin) and its amino acid profiles determined. In general, the resin-mediated hydrolysis yields were overall similar or better than those obtained by classical acid or basic hydrolysis. The resulting experimental-to-theoretical BSA concentration ratios served as correction factors for the quantitation of amino acids in Brazil nut resin generated hydrolysates.

Graphite-silicone rubber composite electrode: Preparation and possibilities of analytical application

Composite electrodes were prepared using graphite powder and silicone rubber in different compositions. The use of such hydrophopic materials interned to diminish the swallowing observed in other cases when the electrodes are used in aqueous solutions for a long time. The composite was characterized for the response reproducibility, ohmic resistance, thermal behavior and active area. The voltammetric response in relation to analytes with known voltammetric behavior was also evaluated, always in comparison with the glassy carbon. The 70% (graphite, w/w) composite electrode was used in the quantitative determination of hydroquinone (HQ) in a DPV procedure in which a detection limit of 5.1 x 10(-8) mol L-1 was observed. HQ was determined in a photographic developer sample with errors lower then 1% in relation to the label value. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.