Name: analyzing the photo-oxidation of 2-propanol at indoor air level concentrations using field asymmetric ion mobility spectrometry
Uploaded: 2018-06-14T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
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著者は、ERC は、グラントの下で財政的な支援番号の 259619 写真 EM および許可番号 620298 写真空気 (概念実証) のために感謝しています。

1. VOC 浸透管とその普及率の定量の化粧
<ol><li>
2-プロパノール浸透管の化粧 注:汚染を避けるためには、このプロセスの間に手袋を着用します。 注意: 2-プロパノールは可燃性と刺激。すべての開いた炎からこの手順を実行します。2-プロパノールを処理するときは、手袋を着用します。詳細については、2-プロパノールの MSDS を参照してください。<ol>
<li>測定し、PTFE チューブの 14 cm 長さにカットします。</li>
		<li>シール、PTFE チューブと 2 cm 金属圧着で、カバーの端に PTFE ロッドの 2 cm の長さを挿入することによって、管の一方の端を圧着</li>
		<li>PTFE チューブを配置、ロッドと、圧着に圧着ツール、し、逆にこれを配置します。副をオンに締め、圧着と PTFE チューブをシールするためにできるだけ。</li>
		<li>ピペットの PTFE チューブの開口に 2-プロパノール、量 PTFE チューブが約 1/3 フル (約 3-4 mL)。</li>
		<li>繰り返し 1.1.2 - 1.1.3 シールし、浸透管の開放端を圧着するには透過ソースが完了します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
パーミエーション チューブ VOC の拡散速度の測定
	<ol>
<li>パーミエーション チューブの重量と時間の両方を指摘し、少なくとも 4 の小数点以下の桁数を校正のバランスを使用して重量を量る。</li>
		<li>圧縮空気から供給 (理想的には医療用圧縮空気または同等)、接続チューブ (PTFE チューブ、内径の直径 1/8 0.063 で) のラインに圧力調整器。レギュレータから接続、250 mL GL45 ガラスのビンをねじ込み GL45 4 ポート コネクタのポートの 1 つに同じ直径の PTFE チューブを使用します。2 つのポートの遮断し PTFE チューブの長さを最終的なポートに接続し、ヒューム フードにこのアウトレットをガイドします。</li>
		<li>GL45 ガラス瓶にパーミエーション チューブを置き、2.5 L 分-1の流量で圧縮空気の定数の蒸気があることを確認します。また、システムを図 1 に示す、セクション 2.1 で説明としての希釈室にチューブを置きます。</li>
		<li>特定の時間間隔で (例えば. 毎日) 体重測定 (1.2.1) と場所 (1.2.2) システムに戻るを繰り返します。重量の減少はバランスを使用して検出された場合増加パーミエーション チューブの重量を量る間の時間間隔 (e.g。 毎週、隔週)。拡散速度によってこの校正プロセスが数ヶ月の期間を取ることができることに注意してください。</li>
		<li>グラフの x 軸に分単位で時間とナノグラム (ng) の y 軸での質量損失の普及率。点の間の直線を描画します。直線の方程式 (y = mx + c)、直線の傾き (m) を決定します。これは ng 分-1の透過率です。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 光酸化反応
<ol><li>
空と光酸化反応 (図 1) で使用するための装置のセットアップ
	<ol>
<li>チューブを接続 (PTFE チューブ、内径の直径 1/8 0.063 で) 圧縮空気からのラインへの供給圧力調整器。このことから、水分の一貫した低レベル入力セットアップを確保するための水分トラップを接続します。ここから、さらにきれいな圧縮空気スクラバーに PTFE チューブを接続します。</li>
		<li>水分トラップまたはスクラバーから接続、透過チューブ (GL45、500 mL) を保持するために使用する希釈チャンバーになりますガラスのボトルに同じ直径の PTFE チューブを使用します。ガス タイトな接続を確保するには、スクリュー キャップ GL45 4 ポート コネクタ、シリコン シールとの完全な高速液体クロマトグラフィーを使用: 2 ポートのブロックし、接続がタイトなことを確認、他の 2 ポートの 1 つにスクラバーまたは moister トラップからチューブを接続します。高速液体クロマトグラフィー GL 45 スクリュー キャップを 500 mL 瓶にねじ込みます。</li>
		<li>最終的なポートまたは hpcl ペ GL45 ねじキャップに PTFE チューブを接続し、2 番目の高速液体クロマトグラフィー GL45 4 ポート コネクタにこれ。2.1.2 と 2 つのポートをブロックします。反応チャンバーとして使用されるガラス瓶 (GL 45、250 mL) へこの HPLC FG45 スクリュー キャップのネジします。</li>
		<li>高速液体クロマトグラフィー GL45 ねじキャップの最終的なポートに PTFE チューブを接続、FAIMS ガスアナライザーにチューブを接続、これからスウェージ ロックを使用して 1/8 ガス タイトなフィッティング。ガス分析計の外部ポートは、汚染検査作業領域に入らないようにヒューム フードに誘導されたを確認します。</li>
		<li>反応室を移動して、商工会議所のセンターは、UV ランプから 15 センチメートル (e.g。 ピーク光子の放出波長 356 の 2 × 8 W チューブ ランプから成る UV ランプ nm)。 注意:紫外線は目に危険です。ランプと原子炉は光への暴露を避けるために金属製のシールドに囲まれたことを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
2-プロパノールの光酸化反応
	<ol>
<li>希釈商工会議所上記の設定で 2 つ 2-プロパノール透過チューブ以前組み立て (1.1) を配置します。触媒を配置 (e.g。、二酸化チタンによるフェルト寸法 55 × 25 × 1 mm) の反応で、商工会議所、触媒、UV ランプを直面していることを確認。圧縮空気の流れを有効にし、ので流れは 2.5 L 分-1で、圧力は 1 つのバーを調整します。</li>
		<li>FAIMS 楽器を切り、2-プロパノールのイオン電流を見ることができるように楽器を設定します。FAIMS 楽器によって生成されているスペクトルの異なるイオンのピークを見ることができるので、RF 波形を増やす FAIMS デバイスの構成ソフトウェアを使用して。</li>
		<li>FAIMS デバイスの構成ソフトウェアを使用して、監視し、暗闇の中で触媒を期間、FAIMS によって生成されたスペクトルに見られる異なるイオン ピークから発せられる、現在のイオンを記録します。ピークは 2-プロパノール ・水されます。設定ポイントで (e.g。 一晩を残して後)、UV ランプを点灯、2-プロパノールと水のイオン電流に加えてアセトンなど中間揮発性有機化合物からの補助信号 FAIMS スペクトルを監視。システム ソフトウェアを使用して、増やすか中間のイオンから発せられる新しい信号を決定するための RF 波形を減らします。 注意:原子炉や紫外線がランプが点灯する前に金属製のシールドで覆われたシールドが全体の UV 光反応全体に存在する両方を確認します。</li>
		<li>設定ポイントで (e.g。 4 時間後)、UV ランプをオフにすると、2-プロパノールと追加のピーク FAIMS スペクトルを監視し続けます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Wang, S. B., Ang, H. M., Tade, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volatile+organic+compounds+in+indoor+environment+and+photocatalytic+oxidation:+State+of+the+art.">Volatile organic compounds in indoor environment and photocatalytic oxidation: State of the art.</a> Environ. Int. 33 (5), 694-705 (2007).</li><li>Shah, J. J., Singh, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+of+Volatile+Organic-Chemicals+in+Outdoor+and+Indoor+Air+-+a+National+Vocs+Data-Base.">Distribution of Volatile Organic-Chemicals in Outdoor and Indoor Air - a National Vocs Data-Base.</a> Environ. Sci. Technol. 22 (12), 1381-1388 (1988).</li><li>Jones, A. 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著者ローレン ブラウンとラッセル パリ Owlstone ナノテクノロジー、この資料で使用されている FAIMS 解析装置を製造している会社の従業員であります。

プロトコルでは、分解モデル VOC、2-プロパノール、紫外線照射下での動作を決定することによりチタン酸化物ベース触媒の有効性を決定するの効果的な方法について説明します。FAIMS を使用すると、2-プロパノールの量は、室内空気に匹敵する濃度での反応で生成される可能性が他の VOC 製品に加えて、反応全体で継続的に監視できます。この継続的な性質は、ガス ・ クロマトグラフィー、バッチ プロセスを使用して光触媒室内空気の浄化を監視する昔とは大きく違います。高価な機密の GC/MS システムは一般にそのような低濃度で揮発性有機化合物の濃度を決定するのに必要な写真酸化生成物の詳細な分析を一般的に光酸化製品のように処理します。吸着した活性炭製品とし、質量分析計にそれらを放出します。質量分析法、すべての製品を検出することができるが、FAIMS の制限は、高いプロトン親和性を持つ製品のみが認識されることです。FAIMS は低濃度揮発性有機化合物を決定するに優れていますが高濃度で飽和することができます室内空気濃度アプリケーション システムを制限します。FAIMS 作るシステムはガスクロマトグラフィーを光触媒反応への洞察力を達成するために制限されますを提供できる効果的なシンプルなツールをここで説明の利点。
ここで説明 FAIMS システム、医療グレードの空気が流ガスとして使用されます。とても敏感な FAIMS システムと空気の高品質グレードは分析する光酸化を可能に重要です。これにより、検出されたすべての製品写真酸化プロセスから。同様に、それはシステムに漏れがないことを確認する重要な大気は、通常濃度で揮発性有機化合物を含む、FAIMS、検出ことが可能。システムのセットアップに記載されている消耗品は、信頼性の高いシステムを提供、日の期間にわたって継続的な監視は指定されていない検出可能な Voc 触媒は添加しないときまたはパーミエーション チューブが存在。
透過用浴槽を単に、代替の VOC、エタノール、アセトン、トルエンなど、次のプロトコルを含むシステムは簡単です、それはまた非常に柔軟な - Voc の代替は、この方法でテストことができます、間。光触媒反応は多くの場合湿度を受けます。ここに開発されるシステムが低湿度の下で作動します。しかし、テストが可能で高い湿度は加湿器を導入、システムを購入します。によって使用される VOC、減少、FAIMS の感度がありますが、効果的なテストを遂行にすることができます。16
FAIMS の連続性質は、空気浄化の光触媒効果を判定するために使用されているガス ・ クロマトグラフィー上の優位性を強調表示します。16,17ガス ・ クロマトグラフィーを収集し、空気のサンプルを分析するバッチ プロセスを使用してください。FAIMS、連続本来バッチ ガスクロマトグラフィー法による解釈に挑戦することができる光触媒反応の速度論をより詳細に見てことができます。FAIMS のシンプルさは、別の利点です。複数の Voc FAIMS の複雑な分析を実施するためには、ガスクロマト グラフ、質量分析計、高価になることができます、追加の処理を必要とするリンクする必要があります。さらに、ガスクロマト グラフ、長期的反応を遂行する高価な自動化されたシステムになる必須、または労働集約的なサンプリング;これは、FAIMS とケースではありません。
FAIMS の連続性質はこれらの ppb の濃度で光触媒プロセスのより深い理解を得るために利用することができますガス ・ クロマトグラフィーに比べて大きな利点を提供しています。また、ここで示した簡単なセットアップは柔軟、代替触媒と光触媒プロセスの理解のさらなる向上と同等の条件の下でテストされる揮発性有機化合物。

室内空気の質は、最近の最前線に来ています。おそらく驚くほど、室内の空気には、屋外の空気よりも高濃度の揮発性有機炭素 (Voc) の大きい数が含まれています。1住宅の家、職場、車、列車、航空機などの交通機関などの場所で屋内では、自分の時間の 80% を支出以上の人々 と空気質は本当の問題をすることができます。一般的な室内空気中の VOCs の多くは変異原性や発癌性、2、3をのでこれらの取り外し重要課題である健康と仕事を休んで時間を生産する「シックハウス症候群」の現象になるために特に.1空気浄化装置は、半導体、必ず酸化チタン (TiO2) 紫外線で活性化が光酸化プロセスによる VOC を低下、光触媒を含めることができます。光触媒水分解水素製造・汚染物質分解4,5,6,7; のアプリケーションとの研究の栽培面積は、します。空気清浄機は、このアプリケーションの8の実用化のため特にアクティブな領域です。ただし、屋内空気 (通常 ppb) に存在する濃度で揮発性有機化合物を検出するは困難です。光触媒反応の反応速度で次ラングミュア ヒンシュルウッド速度9、高濃度 Voc を分解で光触媒の効果は低濃度でその効果の代表ではないです。ここで述べる汎用性の高いシステムとフィールド非対称イオン移動度分光法 (FAIMS) を使用してそのような低濃度の Voc を分解で光触媒の効果を決定するためのプロトコルによる TiO2にこれを説明光触媒、およびモデル VOC 2-プロパノール。
電離ガスの流れ、FAIMS 分離し、大気圧10、11,12さまざまな電場下における機動力に基づく化学イオンを識別します。Voc などの高プロトン親和性を持つ分子が分離し、部分十億の (ppb) 解像度あたりと ppb 濃度13FAIMS、によって検出に適して。同時に複数の voc 成分を継続的に監視が可能、光触媒空気浄化 VOC 汚染物質として使用を監視するための追加のように、テストで使用する理想的な分析です。FAIMS 検出することも中間体または光触媒反応から高プロトン親和性、重要な要件を持つ他の VOC 製品光触媒が有効であることと、分解が完了した場合、生成される Voc のいくつかはのような有毒かもしれないことを証明するのか低下して VOC よりさらに有毒な。
FAIMS のみ最近、光触媒空気浄化アプリケーション14初めて使用されています、FAIMS、ガスクロマトグラフィーに優れて示唆ではないが明らかにする強力な可能性を秘めている多彩な選択肢を提供しています空気浄化の勉強ツールです。ここで 2-プロパノールによる二酸化チタン光触媒による光酸化を含むプロトコルでこのテクニックを示します。室内の空気に 2-プロパノールを生成するには、レベル濃度浸透管は使用される15です。封印された PTFE パーミエーション チューブ内に含まれる VOC 密封され一定の流れの下で、両端に圧着する液体の VOC を含む PTFE 管から成る室内空気に匹敵する濃度で、一定の速度を拡散します。この流れが渡されます、フェルトを含む反応室にし、FAIMS アナライザーにアイデンティティと VOC の定量を決定ことができます。FAIMS により、2 - プロパノールに決定してのスペクトルのライブラリを介して濃度 VOCs、アセトンがライブラリとそのスペクトルの比較を通して決定など写真反応中に生成されたその他の Voc のアイデンティティを知っています。この手法の主な利点は、その柔軟性: 代替の Voc と触媒パーミエーション チューブや触媒を変更するだけをテストできます。

<table><tbody><tr><td>PTFE Tubing</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>58699 SUPELCO&amp;nbsp;</td><td>L x OD x ID 50 ft x 1/8 in x 0063 in</td></tr><tr><td>In-line pressure regulator</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>23882 SUPELCO</td><td>High purity version (outlet pressure 0-100 psi, 1/8 in stainless steel fittings</td></tr><tr><td>Moisture trap</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>N9301193</td><td>70 ml 1/8 fittings</td></tr><tr><td>Screw Cap HPLC, GL 45</td><td>VWR</td><td>554-3002</td><td>4 ports complete with silicone seals</td></tr><tr><td>Duran GL 45 Glass Bottle</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>BOT5206</td><td>250 ml&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Duran GL 45 Glass Bottle</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>BOT5208</td><td>500 ml</td></tr><tr><td>Permeation tube making kit</td><td>Owlstone Nanotechnology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-propanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>10477070</td><td>&amp;nbsp;Isopropanol, extra pure, SLR</td></tr><tr><td>Quartzel PCO Felt</td><td>Saint Gobain</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UVIlite&amp;nbsp; Lamp</td><td>UVItec Limited</td><td>LI-208BL</td><td></td></tr><tr><td>Swage Fittings</td><td>Swagelok</td><td>SS-202-1 / SS-200-SET</td><td></td></tr><tr><td>Lonestar Portable Analyzer</td><td>Owlstone Nanotechnology</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

analyzing the photo-oxidation of 2-propanol at indoor air level concentrations using field asymmetric ion mobility spectrometry

基づく二酸化チタン触媒 VOC 2-プロパノールとこれを示す室内空気濃度 (ppb) 揮発性有機炭素 (揮発性有機化合物) を分解する光触媒の効果を決定するための汎用プロトコルを示す.プロトコルは、フィールド非対称イオン移動度分光法 (FAIMS) 継続的に識別し、2-プロパノール、ppb レベルでのアセトンなどの揮発性有機化合物の濃度を監視することができる分析ツールを活用します。FAIMS の連続性質により詳細な速度論的解析と長期的な反応、ガス ・ クロマトグラフィー、伝統的空気浄化特性に使用されるバッチ処理上重要な利点を提供します。FAIMS の光触媒空気清浄機の使用はごく最近初めて、使用されているし、次に示すプロトコル、代替の Voc ・光触媒と同等のプロトコルを使用してテストすることができる柔軟性を提供していますユニークです低濃度で光触媒空気浄化反応を明らかにするシステム。

FAIMS ガスアナライザーは連続希釈室の 2 つの 2-プロパノール浸透管を利用した 2.2 で説明写真酸化反応の過程でイオン補償電圧対電流スペクトルを生成、酸化チタンによるフェルト反応室の光触媒。図 2 a にフェルトが、暗闇の中、フェルトは照らされたとき通常 FAIMS アナライザーによって生成スペクトルを示します。FAIMS 計測器でスペクトルを取得するには、計測器の RF 波形は最大の 64% に設定されます。この RF 波形値個別補償電圧 (cv)、FAIMS で検出器に到達ヒドロニウム イオン (クラスター水)、アセトン モノマー、FAIMS 楽器イオン化過程から形作ることができる 2-プロパノール モノマーとの離れているのでスペクトル。個々 のガスにだけ流れる、FAIMS システム スペクトルを決定するため使用することができます、各補正値ガス16。スペクトル補償電圧-2.15 V ピークはヒドロニウム イオン、空気中の水分がイオン化され形成される水クラスター イオン。-0.14 V の cv のピークは 2-プロパノール14のことです。イオン電流は 2-プロパノール濃度と拡散率 (1.2) を使用して、2-プロパノール、FAIMS を入力の濃度は決定できるに直接比例します。同様に、アセトンと光酸化プロトコル全体の時間の関数として、最大の 64% に RF 波形で 2-プロパノールとスペクトルにおけるアセトンとして識別特定ピーク測定図 2b V.-1.44 の cv でイオン電流を発生します。セクション 2.2 で説明します。流れや湿度の微妙な変化は、肯定的または否定的にイオン電流ピーク cv 値をシフトの効果を持つことができます, CV 値 ± 0.2 V のピークの高さが使用されます。
2-プロパノール FAIMS アナライザーで、時間をかけて暗い増加反応室に入る量。2-プロパノールに入ると希釈室、2-プロパノール、2-プロパノール、FAIMS を入力の初期の少量の触媒の表面に吸着しました。時間続けて高いイオン電流が記録されていることを示す 2-プロパノールの多量、FAIMS に入ります。これは、フェルトの表面は 2-プロパノールで覆われている、したがって、触媒への吸着が減少していることを示唆しています。
原子炉チャンバーが点灯、2-プロパノール、FAIMS を入力の即時増加があります。これは、2-プロパノールの量、フェルトの表面からムレないかつ FAIMS アナライザーを入力することを意味します。同時に、以前アセトン、照明の下でフェルトがアセトンに 2-プロパノールを写真酸化を示すとして識別されているイオン cv-1.44 V、ピーク電流の増加があります。時間続けて、大幅、照明の初期の時点でレベルより下のレベルに 2-プロパノール減少量とアセトンが両方のイオン電流を約 3 時間の期間にわたって一貫した、検出され続けています。これは、2-プロパノールは一貫して写真酸化、アセトン、または二酸化炭素と水にされる意味します。2-プロパノールに吸着、表面は写真酸化及び製品脱着し、FAIMS、アセトンが記録されています。ライトをオフにすると後、は、アセトン イオン電流減少光酸化反応が停止していることを意味しながら 2-プロパノール イオン電流が増加します。
結果は、2-プロパノールと ppb 濃度の連続観測、アセトンの濃度の代表です。2-プロパノール電流を照射前に FAIMS と照明の下で定常状態 2-プロパノールの現在を比較すると、2-プロパノールの示す FAIMS を入力で大きく減少し、触媒の有効性を見ることができる、優れた光触媒。光触媒の効果のより良い評価その他の揮発性有機化合物のモニタリングできます。空気の浄化では、理想的には VOC が二酸化炭素と水に低下する必要があります。検出される他の化合物は、非効果的な触媒または悪い空気浄化戦略 (流量、光度、湿度) を示しています。FAIMS は光反応を監視したのでと触媒の有効性を実証し、空気浄化セットアップ。
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54209/54209fig1.jpg"> 図 1。原子炉セットアップします。FAIMS ガス分析器で使用するため開発された光触媒セットアップを示す図 (2.1 を参照してください)。<a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54209/54209fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/54209/54209fig2.jpg"> 図 2。典型的な結果。(a) 代表的なスペクトルの RF 波形は、フェルトを含む反応が (灰色の線) 暗闇の中で最大の 64% にあり、それは、FAIMS プロデュース点灯 (緑の線)。(b) 補償電圧対イオン電流スペクトルからのピーク時、イオンの現在を示すグラフは、RF 波形は最大の 64 %2-プロパノールの光酸化反応中に生成2-プロパノール (赤い線)、アセトン (青線) 強調表示点灯反応を示します。<a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54209/54209fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

2-プロパノールの説明など室内空気濃度 (ppb) モデル揮発性有機炭素の分解に光触媒の効果を決定するためのプロトコル。

フィールド非対称イオン移動度分析法を用いた室内空気レベルの濃度で 2-プロパノールの光酸化反応の分析

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile ...

analyzing-photo-oxidation-2-propanol-at-indoor-air-level

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.5K ビュー.  University of Cambridge. 2-プロパノールの説明など室内空気濃度 (ppb) モデル揮発性有機炭素の分解に光触媒の効果を決定するためのプロトコル。

ビデオ: Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

Monitoring the Reductive and Oxidative Half-Reactions of a Flavin-Dependent Monooxygenase using Stopped-Flow Spectrophotometry

Aspergillus fumigatus siderophore A (SidA) is an FAD-containing monooxygenase that catalyzes the hydroxylation of ornithine in the biosynthesis of hydroxamate siderophores that are essential for virulence (e.g. ferricrocin or N',N",N'''-triacetylfusarinine C)1. The reaction catalyzed by SidA can be divided into reductive and oxidative half-reactions (Scheme 1). In the reductive half-reaction, the oxidized FAD bound to Af SidA, is reduced by NADPH2,3. In the oxidative half-reaction, the reduced cofactor reacts with molecular oxygen to form a C4a-hydroperoxyflavin intermediate, which transfers an oxygen atom to ornithine. Here, we describe a procedure to measure the rates and detect the different spectral forms of SidA using a stopped-flow instrument installed in an anaerobic glove box. In the stopped-flow instrument, small volumes of reactants are rapidly mixed, and after the flow is stopped by the stop syringe (Figure 1), the spectral changes of the solution placed in the observation cell are recorded over time. In the first part of the experiment, we show how we can use the stopped-flow instrument in single mode, where the anaerobic reduction of the flavin in Af SidA by NADPH is directly measured. We then use double mixing settings where Af SidA is first anaerobically reduced by NADPH for a designated period of time in an aging loop, and then reacted with molecular oxygen in the observation cell (Figure 1). In order to perform this experiment, anaerobic buffers are necessary because when only the reductive half-reaction is monitored, any oxygen in the solutions will react with the reduced flavin cofactor and form a C4a-hydroperoxyflavin intermediate that will ultimately decay back into the oxidized flavin. This would not allow the user to accurately measure rates of reduction since there would be complete turnover of the enzyme. When the oxidative half-reaction is being studied the enzyme must be reduced in the absence of oxygen so that just the steps between reduction and oxidation are observed. One of the buffers used in this experiment is oxygen saturated so that we can study the oxidative half-reaction at higher concentrations of oxygen. These are often the procedures carried out when studying either the reductive or oxidative half-reactions with flavin-containing monooxygenases. The time scale of the pre-steady-state experiments performed with the stopped-flow is milliseconds to seconds, which allow the determination of intrinsic rate constants and the detection and identification of intermediates in the reaction4. The procedures described here can be applied to other flavin-dependent monooxygenases.5,6

We describe the use of a stopped-flow instrument to investigate both the reductive and oxidative half-reactions of Aspergillus fumigatus siderophore A (SidA), a flavin-dependent monooxygenase. We then show the spectra corresponding to the species in the reaction of SidA and we calculate the rate constants for their formation.

ストップトフロー分光光度法を用いたフラビン依存性モノオキシゲナーゼの還元と酸化の半反応を監視する

Aspergillus fumigatus siderophore A (SidA) is an FAD-containing monooxygenase that catalyzes the hydroxylation of ornithine in the biosynthesis of ...

生物工学

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the production of synthetic PM for laboratory studies have become a widespread necessity. Herein, experimental protocols demonstrate approaches to produce aerosolized organic PM by &#945;-pinene ozonolysis in a flow tube reactor. Methods are described for measuring the size distributions and morphology of the aerosol particles. The video demonstrates basic operations of the flow tube reactor and related instrumentation. The first part of the video shows the procedure for preparing gas-phase reactants, ozonolysis, and production of organic PM. The second part of the video shows the procedures for determining the properties of the produced particle population. The particle number-diameter distributions show different stages of particle growth, namely condensation, coagulation, or a combination of both, depending on reaction conditions. The particle morphology is characterized by an aerosol particle mass analyzer (APM) and a scanning electron microscope (SEM). The results confirm the existence of non-spherical particles that have grown from coagulation for specific reaction conditions. The experimental results also indicate that the flow tube reactor can be used to study the physical and chemical properties of organic PM for relatively high concentrations and short time frames.

This paper describes the operation procedure for the flow tube reactor and related data collection. It shows the protocols for setting the experiments, recording data and generating the number-diameter distribution as well as the particle mass information, which gives useful information about chemical and physical properties of the organic aerosols.

生産と流管炉の粒子状有機物の測定

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

環境学

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric chemistry and climate. The complex production mechanisms and reaction pathways make this a challenging research topic. To address these issues, an environmental chamber, providing enough residence time and close-to-ambient concentrations of precursors for secondary organic materials, is needed. The Harvard Environmental Chamber (HEC) was built to serve this need, simulating the production of gas and particle phase species from volatile organic compounds (VOCs). The HEC has a volume of 4.7 m3 and a mean residence time of 3.4 h under typical operating conditions. It is operated as a completely mixed flow reactor (CMFR), providing the possibility of indefinite steady-state operation across days for sample collection and data analysis. The operation procedures are described in detail in this article. Several types of instrumentation are used to characterize the produced gas and particles. A High-Resolution Time-of-Fight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) is used to characterize particles. A Proton-Transfer-Reaction Mass Spectrometer (PTR-MS) is used for gaseous analysis. Example results are presented to show the use of the environmental chamber in a wide variety of applications related to the physicochemical properties and reaction mechanisms of organic atmospheric particulate matter.

This paper describes operation procedures for the Harvard Environmental Chamber (HEC) and related instrumentation for measuring gaseous and particle species. The environmental chamber is used to produce and study secondary organic species produced from the organic precursors, especially related to atmospheric organic particulate matter.

生産およびハーバード大学環境チャンバーにおける有機粒子状物質の測定

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Original Experimental Approach for Assessing Transport Fuel Stability

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several technological changes to fulfill environmental and economic requirements. These developments have resulted in increasingly severe operating conditions whose suitability for conventional and alternative fuels needs to be addressed. For example, fatty acid methyl esters (FAMEs) introduced as biodiesel are more prone to oxidation and may lead to deposit formation. Although several methods exist to evaluate fuel stability (induction period, peroxides, acids, and insolubles), no technique allows one to monitor the real-time oxidation mechanism and to measure the formation of oxidation intermediates that may lead to deposit formation. In this article, we developed an advanced oxidation procedure (AOP) based on two existing reactors. This procedure allows the simulation of different oxidation conditions and the monitoring of the oxidation progress by the means of macroscopic parameters, such as total acid number (TAN) and advanced analytical methods like gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR). We successfully applied AOP to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics of a model molecule (methyl oleate) and commercial diesel and biodiesel fuels. These developments represent a key strategy for fuel quality monitoring during logistics and on-board utilization.

Oxidation stability of transport fuels has become a concern for future fuel development. This work presents an original methodology developed by IFP Energies Nouvelles for assessing fuel stability using two different reactors. This methodology was successfully applied to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics and pathways of model molecules and commercial fuels.

交通燃料の安定性を評価するためのオリジナル実験的アプローチ

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several ...

化学

Detection of 3-Nitrotyrosine in Atmospheric Environments via a High-performance Liquid Chromatography-electrochemical Detector System

3-nitrotyrosine (3-NT) is generated from the tyrosine residue in atmospheric bio-aerosol proteins via a reaction with ozone (O3) and nitrogen dioxide (NO2). Stable 3-NT is a specific marker for oxidative damage and is reported to have a promotive effect to elicit allergies. In the present study, we report the development of a highly sensitive assay to quantify 3-NT in air sampler filters to collect &#60; 2.5 &#181;m of particulate matter (PM2.5) from urban environmental air, including bio-aerosol. In this method, a 6 mm-diameter round hole was cut from the filters of air samplers and mixed with a nonspecific protease cocktail in order to hydrolyze proteins. Protein samples digested to the amino acid level were tested for 3-NT using a high-performance liquid chromatography-electrochemical detector (HPLC-ECD). The maximum 3-NT content was detected in a prefilter for PM of sizes from 4.5 to 7.3 &#956;m, with a detection limit of 1.13 pg/m3.

Detection of 3-Nitrotyrosine in Atmospheric Environments via a High-performance Liquid Chromatography-electrochemical Detector System

We present a method to detect 3-nitrotyrosine chemical modifications of atmospheric proteins with 6 mm-diameter rounds cut from air sampler prefilters using a high-performance liquid chromatography-electrochemical detector (HPLC-ECD).

3-ニトロチロシン大気環境を介して高性能液体クロマトグラフィー-電気化学検出器システムの検出

3-nitrotyrosine (3-NT) is generated from the tyrosine residue in atmospheric bio-aerosol proteins via a reaction with ozone (O3) and nitrogen dioxide ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental exposure in a non-invasive manner. In this work, we present a protocol to characterize the exhaled VOCs in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry (Sec-nanoESI-HRMS). The homemade Sec-nanoESI source was readily set up based on a commercial nanoESI source. Hundreds of peaks were observed in the background-subtracted mass spectra of exhaled breath, and the mass accuracy values are -4.0-13.5 ppm and -20.3-1.3 ppm in the positive and negative ion detection modes, respectively. The peaks were assigned with accurate elemental composition according to the accurate mass and isotopic pattern. Less than 30 s is used for one exhalation measurement, and it takes approximately 7 min for six replicated measurements.

A protocol for characterizing chemical composition of exhaled breath in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry is demonstrated.

高分解能質量分析に結合された二次 Nanoelectrospray イオン化を用いたリアルタイム呼吸解析

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This flexible tool offers a detailed observation of chemical gas-phase kinetics in reacting flows under well-controlled conditions. The vast range of operating conditions available in a laminar flow reactor enables access to extraordinary combustion applications that are typically not achievable by flame experiments. These include rich conditions at high temperatures relevant for gasification processes, the peroxy chemistry governing the low temperature oxidation regime or investigations of complex technical fuels. The presented setup allows measurements of quantitative speciation data for reaction model validation of combustion, gasification and pyrolysis processes, while enabling a systematic general understanding of the reaction chemistry. Validation of kinetic reaction models is generally performed by investigating combustion processes of pure compounds. The flow reactor has been enhanced to be suitable for technical fuels (e.g. multi-component mixtures like Jet A-1) to allow for phenomenological analysis of occurring combustion intermediates like soot precursors or pollutants. The controlled and comparable boundary conditions provided by the experimental design allow for predictions of pollutant formation tendencies. Cold reactants are fed premixed into the reactor that are highly diluted (in around 99 vol% in Ar) in order to suppress self-sustaining combustion reactions. The laminar flowing reactant mixture passes through a known temperature field, while the gas composition is determined at the reactors exhaust as a function of the oven temperature. The flow reactor is operated at atmospheric pressures with temperatures up to 1,800 K. The measurements themselves are performed by decreasing the temperature monotonically at a rate of -200 K/h. With the sensitive MBMS technique, detailed speciation data is acquired and quantified for almost all chemical species in the reactive process, including radical species.

An investigation of the oxidative combustion chemistry of novel biofuels, fuel components, or jet fuels by comparison of quantitative speciation data is presented. The data can be used for kinetic model validation and enables fuel assessment strategies.This manuscript describes the atmospheric high-temperature flow reactor and demonstrates its capabilities.

燃料の燃焼化学: と大気の高温流動反応器から得られる定量的な種分化データ結合分子線質量分析計

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Measurement of Ultrafast Vibrational Coherences in Polyatomic Radical Cations with Strong-Field Adiabatic Ionization

We present a pump-probe method for preparing vibrational coherences in polyatomic radical cations and probing their ultrafast dynamics. By shifting the wavelength of the strong-field ionizing pump pulse from the commonly used 800 nm into the near-infrared (1200-1600 nm), the contribution of adiabatic electron tunneling to the ionization process increases relative to multiphoton absorption. Adiabatic ionization results in predominant population of the ground electronic state of the ion upon electron removal, which effectively prepares a coherent vibrational state (&#34;wave packet&#34;) amenable to subsequent excitation. In our experiments, the coherent vibrational dynamics are probed with a weak-field 800 nm pulse and the time-dependent yields of dissociation products measured in a time-of-flight mass spectrometer. We present the measurements on the molecule dimethyl methylphosphonate (DMMP) to illustrate how using 1500 nm pulses for excitation enhances the amplitude of coherent oscillations in ion yields by a factor of 10 as compared to 800 nm pulses. This protocol may be implemented in existing pump-probe setups through the incorporation of an optical parametric amplifier (OPA) for wavelength conversion.

We present a protocol for probing ultrafast vibrational coherences in polyatomic radical cations that result in molecular dissociation.

強いフィールド断熱イオンとラジカル陽イオン多原子の超高速振動コヒーレンスの測定

We present a pump-probe method for preparing vibrational coherences in polyatomic radical cations and probing their ultrafast dynamics. By shifting the ...

Enabling Real-Time Compensation in Fast Photochemical Oxidations of Proteins for the Determination of Protein Topography Changes

Fast photochemical oxidation of proteins (FPOP) is a mass spectrometry-based structural biology technique that probes the solvent-accessible surface area of proteins. This technique relies on the reaction of amino acid side chains with hydroxyl radicals freely diffusing in solution. FPOP generates these radicals in situ by laser photolysis of hydrogen peroxide, creating a burst of hydroxyl radicals that is depleted on the order of a microsecond. When these hydroxyl radicals react with a solvent-accessible amino acid side chain, the reaction products exhibit a mass shift that can be measured and quantified by mass spectrometry. Since the rate of reaction of an amino acid depends in part on the average solvent accessible surface of that amino acid, measured changes in the amount of oxidation of a given region of a protein can be directly correlated to changes in the solvent accessibility of that region between different conformations (e.g., ligand-bound versus ligand-free, monomer vs. aggregate, etc.) FPOP has been applied in a number of problems in biology, including protein-protein interactions, protein conformational changes, and protein-ligand binding. As the available concentration of hydroxyl radicals varies based on many experimental conditions in the FPOP experiment, it is important to monitor the effective radical dose to which the protein analyte is exposed. This monitoring is efficiently achieved by incorporating an inline dosimeter to measure the signal from the FPOP reaction, with laser fluence adjusted in real-time to achieve the desired amount of oxidation. With this compensation, changes in protein topography reflecting conformational changes, ligand-binding surfaces, and/or protein-protein interaction interfaces can be determined in heterogeneous samples using relatively low sample amounts.

Fast photochemical oxidation of proteins is an emerging technique for the structural characterization of proteins. Different solvent additives and ligands have varied hydroxyl radical scavenging properties. To compare the protein structure in different conditions, real-time compensation of hydroxyl radicals generated in the reaction is required to normalize reaction conditions.

タンパク質トポグラフィ変化の測定のためのタンパク質の高速光化学酸化におけるリアルタイム補正の実現

Fast photochemical oxidation of proteins (FPOP) is a mass spectrometry-based structural biology technique that probes the solvent-accessible surface area ...

生化学

Detection of Nitric Oxide and Superoxide Radical Anion by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy from Cells using Spin Traps

Reactive nitrogen/oxygen species (ROS/RNS) at low concentrations play an important role in regulating cell function, signaling, and immune response but in unregulated concentrations are detrimental to cell viability1, 2. While living systems have evolved with endogenous and dietary antioxidant defense mechanisms to regulate ROS generation, ROS are produced continuously as natural by-products of normal metabolism of oxygen and can cause oxidative damage to biomolecules resulting in loss of protein function, DNA cleavage, or lipid peroxidation3, and ultimately to oxidative stress leading to cell injury or death4. 
Superoxide radical anion (O2&bull;-) is the major precursor of some of the most highly oxidizing species known to exist in biological systems such as peroxynitrite and hydroxyl radical. The generation of O2&bull;- signals the first sign of oxidative burst, and therefore, its detection and/or sequestration in biological systems is important. In this demonstration, O2&bull;- was generated from polymorphonuclear neutrophils (PMNs). Through chemotactic stimulation with phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA), PMN generates O2&bull;- via activation of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase5. 
Nitric oxide (NO) synthase which comes in three isoforms, as inducible-, neuronal- and endothelial-NOS, or iNOS, nNOS or eNOS, respectively, catalyzes the conversion of L- arginine to L-citrulline, using NADPH to produce NO6. Here, we generated NO from endothelial cells. Under oxidative stress conditions, eNOS for example can switch from producing NO to O2&bull;- in a process called uncoupling, which is believed to be caused by oxidation of heme7 or the co-factor, tetrahydrobiopterin (BH4)8.
There are only few reliable methods for the detection of free radicals in biological systems but are limited by specificity and sensitivity. Spin trapping is commonly used for the identification of free radicals and involves the addition reaction of a radical to a spin trap forming a persistent spin adduct which can be detected by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The various radical adducts exhibit distinctive spectrum which can be used to identify the radicals being generated and can provide a wealth of information about the nature and kinetics of radical production9.
The cyclic nitrones, 5,5-dimethyl-pyrroline-N-oxide, DMPO10, the phosphoryl-substituted DEPMPO11, and the ester-substituted, EMPO12 and BMPO13, have been widely employed as spin traps--the latter spin traps exhibiting longer half-lives for O2&bull;- adduct. Iron (II)-N-methyl-D-glucamine dithiocarbamate, Fe(MGD)2 is commonly used to trap NO due to high rate of adduct formation and the high stability of the spin adduct14.

Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy was employed to detect nitric oxide from bovine aortic endothelial cells and superoxide radical anion from human neutrophils using iron (II)-N-methyl-D-glucamine dithiocarbamate, Fe(MGD)2 and 5,5-dimethyl-1-pyroroline-N-oxide, DMPO, respectively.

一酸化窒素とスピントラップを使用して、細胞からの電子常磁性共鳴分光法によるスーパーオキシドアニオンラジカルの検出

Reactive nitrogen/oxygen species (ROS/RNS) at low concentrations play an important role in regulating cell function, signaling, and immune response but in ...