A precision apparatus, with solid phase micro-extraction monitoring capability, for incorporation studies of gaseous precursors into insect-derived metabolites

An apparatus is described that facilitates the determination of incorporation levels of isotope labelled, gaseous precursors into volatile insect-derived metabolites. Atmospheres of varying gas compositions can be generated by evacuation of a working chamber followed by admission of the required levels of component gases, using a precision, digitised pressure read-out system. Insects such as fruit-flies are located initially in a small introduction chamber, from which migration can occur downwards into the working chamber. The level of incorporation of labelled precursors is continuously assayed by the Solid Phase Micro Extraction (SPME) technique and GC-MS analyses. Experiments with both Bactrocera species (fruit-flies) and a parasitoid wasp, Megarhyssa nortoni nortoni (Cresson) and oxygen-18 labelled dioxygen illustrate the utility of this system. The isotope effects of oxygen-18 on the carbon-13 NMR spectra of 1,7- dioxaspiro[5,5]undecane are also described.

Analysis of Insect Cuticular Compounds by Non-lethal Solid Phase Micro Extraction with Styrene-Divinylbenzene Copolymers

Insect cuticular hydrocarbons including relatively non-volatile chemicals play important roles in cuticle protection and chemical communication. The conventional procedures for extracting cuticular compounds from insects require toxic solvents, or non-destructive techniques that do not allow storage of subsequent samples, such as the use of SPME fibers. In this study, we describe and tested a non-lethal process for extracting cuticular hydrocarbons with styrene-divinylbenzene copolymers, and illustrate the method with two species of bees and one species of beetle. The results demonstrate that these compounds can be efficiently trapped by ChromosorbA (R) (SUPELCO) and that this method can be used as an alternative to existing methods.

Determination and identification of isoflavonoids in Radix astragali by matrix solid-phase dispersion extraction and high-performance liquid chromatography with photodiode array and mass spectrometric detection

The isoflavonoids in Radix astragali were determined and identified by HPLC-photodiode array detection-MS after extraction employing matrix solid-phase dispersion (MSPD). As a new sample preparation method for R. astragali, the MSPD procedure was optimized, validated and compared with conventional methods including ultrasonic and Soxhlet extraction. The amounts of two major components in this herb, formononetin (6) and ononin (2), were determined based on their authentic standards. Four major isoflavonoids, formononetin (6), ononin (2), calycosin (5) and its glycoside (1), and three minor isoflavonoids, (6aR,11aR)-3-hydroxy-9, 10-dimethoxypterocarpan (7), its glycoside (3), and (3R)-7,2'-dihydroxy-3',4'-dimethoxyisoflavone-7-O-beta-D-glycoside (4), were identified based on their characteristic two-band UV spectra and [M + H](+), [aglycone + H](+) and [A1 + H](+) ions, etc. The combined MSPD and HPLC-DAD-MS method was suitable for quantitative and qualitative determination of the isoflavonoids in R. astragali. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dynamic Solid Phase DNA Extraction and PCR Amplification in Polyester-Toner Based Microchip

A variety of substrates have been used for fabrication of microchips for DNA extraction, PCR amplification, and DNA fragment separation, including the more conventional glass and silicon as well as alternative polymer-based materials. Polyester represents one such polymer, and the laser-printing of toner onto polyester films has been shown to be effective for generating polyester-toner (PeT) microfluidic devices with channel depths on the order of tens of micrometers. Here, we describe a novel and simple process that allows for the production of multilayer, high aspect-ratio PeT microdevices with substantially larger channel depths. This innovative process utilizes a CO(2) laser to create the microchannel in polyester sheets containing a uniform layer of printed toner, and multilayer devices can easily be constructed by sandwiching the channel layer between uncoated cover sheets of polyester containing precut access holes. The process allows the fabrication of deep channels, with similar to 270 mu m, and we demonstrate the effectiveness of multilayer PeT microchips for dynamic solid phase extraction (dSPE) and PCR amplification. With the former, we found that (i) more than 65% of DNA from 0.6 mu L of blood was recovered, (ii) the resultant DNA was concentrated to greater than 3 ng/mu L., (which was better than other chip-based extraction methods), and (iii) the DNA recovered was compatible with downstream microchip-based PCR amplification. Illustrative of the compatibility of PeT microchips with the PCR process, the successful amplification of a 520 bp fragment of lambda-phage DNA in a conventional thermocycler is shown. The ability to handle the diverse chemistries associated with DNA purification and extraction is a testimony to the potential utility of PeT microchips beyond separations and presents a promising new disposable platform for genetic analysis that is low cost and easy to fabricate.

Coordination polymer adsorbent for matrix solid-phase dispersion extraction of pesticides during analysis of dehydrated Hyptis pectinata medicinal plant by GC/MS

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Detection of Lead Contamination of Water and VOC Contamination of Air Using SOI Micro-Optical Devices

Micro-photonic SOI Mach-Zehnder interferometers were coated with solid-phase micro-extraction materials derived from polydimethylsiloxane to enable sensing of volatile organic compounds of the BTEX class in air. A different coating based on functionalized mesoporous silicates is used to detect lead Pb(II) with a detection limit of <;; 100 ppb in water.

Characterization of volatile organic gunshot residues in fired handgun cartridges by headspace sorptive extraction

In forensic investigation of firearm-related cases, determination of the residual amount of volatile compounds remaining inside a cartridge could be useful in estimating the time since its discharge. Published approaches are based on following the decrease of selected target compounds as a function of time by using solid phase micro-extraction (SPME). Naphthalene, as well as an unidentified decomposition product of nitrocellulose (referred to as "TEA2"), are usually employed for this purpose. However, reliability can be brought into question given their high volatility and the low reproducibility of their extracted quantities. In order to identify alternatives and therefore develop improved dating methods, an extensive study on the composition and variability of volatile residues in nine different types of cartridges was carried out. Analysis was performed using headspace sorptive extraction (HSSE), which is a more exhaustive technique compared to SPME. 166 compounds were identified (several of which for the first time), and it was observed that the final compositional characteristics of each residue were strongly dependent on its source. Variability of single identified compounds within and between different types of cartridge, as well as their evolution over time, was also studied. Many explosion products containing up to 4 aromatic rings were found to be globally present in high proportions amongst residues. 27 of them (excluding naphthalene) also presented detectable decreases during the first 24 h. Therefore, they could be used as complementary target analytes in future dating methods.

Micro-extração em fase sólida (SPME) in situ e comparação de compostos voláteis em variedades de manga (Mangifera indica L.) resistentes e suscetíveis à mosca-das-frutas Anastrepha obliqua (Macquart) (Diptera: Tephritidae)

Pós-graduação em Química - IQ

Flavour components of some processed. fish and fishery products of Japan

A study was conducted to examine the flavour components of some processed fish and fishery products of Japan by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). In brief the method was to absorb the headspace volatiles at 70°C into the fused silica fibre of needle of the solid phase micro extraction fibre. The absorbed components were injected to the GC-MS. The components were identified by computer matching with library database as well as by authentic standard components. In general the number of flavour components were higher in the processed fish and fishery products (except frozen prawn) than that of the raw fish and prawn. The concentration (quantity) of the f1avour components in processed fish and fishery products was much higher than that of the raw fish and prawn. Smoked salmon and baked salmon possessed double number of flavour components than that of the raw salmon. Smoking resulted the highest number of flavour components followed by baking (grilling) and canning, surimi products (kamaboko and chikuwa), drying and lastly salting. However, freezing and frozen storage resulted loss of flavour components in prawn.

Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Influence of abiotic stress factors on VOCs emission from Portuguese rice paddy fields: relation with increased climate change

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente Perfil de Gestão de Sistemas Ambientais

Flavour characterization of fresh and processed pennywort (Centella asiatica L.) juices

The flavour characteristics of fresh and processed pennywort juices treated by pasteurization, sterilization and high pressure processing (HPP) were investigated by using solid-phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry. Sesquiterpene hydrocarbons comprised the major class of volatile components present and the juices had a characteristic smell due to the presence of volatile compounds including β-caryophyllene, humulene, E-β-farnesene, α-copaene, alloaromadendrene and β-elemene. All processing operations caused a reduction in the total volatile concentration, but HPP caused more volatile acyclic alcohols, aldehydes and oxygenated monoterpenoids to be retained than pasteurization and sterilization. Ketones were not present in fresh pennywort juice, but 2-butanone and 3-nonen-2-one were generated in all processed juices, and 2-nonanone and 2-hexanone were present in pasteurized and sterilized juices. Other chemical changes including isomerization were also reduced by HPP compared to pasteurization, and sterilization.