Volatile metabolites from microorganisms in indoor environments : sampling, analysis and identification

Microorganisms are able to produce a wide variety of volatile organic compounds. This thesis deals with sampling, analysis and identification of such compounds, produced by microorganisms commonly found in buildings. The volatiles were sampled on adsorbents and analysed by thermal desorption cold trap-injection gas chromatography, with flame ionization and mass-spectrometric detection. The injection was optimized, with respect to the recovery of adsorbed components and the efficiency of the chromatographic separation, using multivariate methods. Eight adsorbents were evaluated with the object of finding the most suitable for sampling microbial volatiles. Among the adsorbents tested, Tenax TA proved to have the best properties for the purpose. Some carbon-containing adsorbents, e.g., Tenax GR and Carbopack B, showed a catalytic effect on thermal decomposition of some compounds, mainly terpene derivatives. Five fungal species, Aspergillus versicolor, Pénicillium commune, Cladosporium cladosporioides, Paecilomyces variotii and Phialophora fastigiata, and anactinomycete, Streptomyces albidoflavus, were cultivated on various artificial media and/or building materials. Cultivation was performed in culture flasks, provided with air inlet and outlet tubes. Humidified air was constantly led through the flasks, and samples were taken by attaching adsorbent tubes to the outlet tubes of the flasks. The cultivation medium proved to be of vital importance for metabolite production, quantitatively as well as qualitatively. For Streptomyces albidoflavus the effect of medium, cultivation temperature, and oxygen and carbon dioxide levels in the supplied air on the production of volatiles, was studied using multivariate techniques. The medium and the temperature exerted the largest influence, but the oxygen and carbon dioxide levels also affected the amounts of some metabolites produced. The produced volatile metabolites were identified by mass spectrometry and reference compounds. Alcohols, ketones, sulphur compounds and terpenes were most frequently found, but hydrocarbons, ethers and esters were also produced by some species. Among the most commonly produced metabolites, which are also suggested as potential indicator substances for excessive growth of microorganisms in buildings, were 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-2-butanone, 3-methyl-2-pentanone, dimethyl disulphide, -methylfuran, 2,5-dimethylfuran and geosmin.Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 1995, härtill 5 uppsatser.digitalisering@um

Volatile metabolites from microorganisms in indoor environments : sampling, analysis and identification

Microorganisms are able to produce a wide variety of volatile organic compounds. This thesis deals with sampling, analysis and identification of such compounds, produced by microorganisms commonly found in buildings. The volatiles were sampled on adsorbents and analysed by thermal desorption cold trap-injection gas chromatography, with flame ionization and mass-spectrometric detection. The injection was optimized, with respect to the recovery of adsorbed components and the efficiency of the chromatographic separation, using multivariate methods. Eight adsorbents were evaluated with the object of finding the most suitable for sampling microbial volatiles. Among the adsorbents tested, Tenax TA proved to have the best properties for the purpose. Some carbon-containing adsorbents, e.g., Tenax GR and Carbopack B, showed a catalytic effect on thermal decomposition of some compounds, mainly terpene derivatives. Five fungal species, Aspergillus versicolor, Pénicillium commune, Cladosporium cladosporioides, Paecilomyces variotii and Phialophora fastigiata, and anactinomycete, Streptomyces albidoflavus, were cultivated on various artificial media and/or building materials. Cultivation was performed in culture flasks, provided with air inlet and outlet tubes. Humidified air was constantly led through the flasks, and samples were taken by attaching adsorbent tubes to the outlet tubes of the flasks. The cultivation medium proved to be of vital importance for metabolite production, quantitatively as well as qualitatively. For Streptomyces albidoflavus the effect of medium, cultivation temperature, and oxygen and carbon dioxide levels in the supplied air on the production of volatiles, was studied using multivariate techniques. The medium and the temperature exerted the largest influence, but the oxygen and carbon dioxide levels also affected the amounts of some metabolites produced. The produced volatile metabolites were identified by mass spectrometry and reference compounds. Alcohols, ketones, sulphur compounds and terpenes were most frequently found, but hydrocarbons, ethers and esters were also produced by some species. Among the most commonly produced metabolites, which are also suggested as potential indicator substances for excessive growth of microorganisms in buildings, were 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-2-butanone, 3-methyl-2-pentanone, dimethyl disulphide, -methylfuran, 2,5-dimethylfuran and geosmin.Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 1995, härtill 5 uppsatser.digitalisering@um

Amperometric biosensor for formic acid in air

The possibility of developing a simple, inexpensive and specific personal passive ”real-time” air sampler based on biosensor technology was investigated. Formic acid was used as a model substance. The sensor is based on the enzymatic reaction between formic acid and formate dehydrogenase with NAD+ as a cofactor and Meldola’s blue as mediator. An effective way to immobilise the enzyme, cofactor and Meldola’s blue on screen-printed electrodes was found to be in a mixture of glycerol and phosphate buffer covered with a gas-permeable membrane. When the sensor was introduced into an atmosphere containing formic acid, it gave a distinct and rapid amperometric response

Delprogrammet cancerframkallande ämnen i tätortsluft, personlig exponering och bakgrundsmätningar. : Utveckling av metoder för personburen mätning av PAH.

I denna studie har olika metoder för analys av partikulära polycykliska aromatiska kolväten (PAH) efter provtagning på filter utvärderats. Två metoder för ultraljudsextraktion, ett traditionellt ultraljudsvattenbad samt en ultraljudsextraktor specialdesignad för PAH-extraktion (Sonicator) samt två olika analysmetoder gaskromatografi-masspektrometri (GC/MS) och vätskekromatografi med fluorescensdetaktion (LC/Fluo) har studerats. För testerna användes bl.a certifierade referensmaterial av typen Urban Dust och Fly Ash. Sonicatorn gav för Urban Dust en avvikelse på mellan 5-35 % med GC/MS-analys och med LC/Fluo-analys var avvikelsen endast 3 % från det certifierade värdet. För extraktion av Fly Ash med Sonicatorn var avvikeslen <10 % med GC/MS-metoden medan LC/Fluo-metoden endast var ca 30 % av det certifierade värdet, vilket inte är acceptabelt. Extraktion med traditionellt ultraljudsvattenbad följt av LC/Fluo-analys gav för Urban Dust en avvikelse på ca 32%. Filterprover tagna i stadsmiljö analyserade med bägge metoderna gav likvärdiga resultat för B[a]P oberoende av analysmetod. Studien visar att båda analysmetoderna är användbara för mätningar där dammet är av typen Urban Dust, dvs. från utomhus- och tätortsmiljöer. I denna studie har fokus legat på analys av högmolekylära, partikulära PAH-komponenter och då framför allt B[a]P. Förutom B[a]P kan flertalet andra PAH-komponenter analyseras med bägge metoderna, dock har i detta projekt endast B[a]P studerats med LC-fluo-metoden eftersom detta ämne är prioriterat i EU-direktiven. En stor fördel med LC/Fluo-metoden är att den inte kräver lika omfattande provupparbetning före analys. LC/Fluo-metoden har något bättre känslighet, men bägge metoderna är tillräckligt känsliga för dessa analyser. Det är viktigt att påpeka att PAH i allmänluften domineras av PAH med 3-4 ringar dvs PAH som finns i gasfas. PAH-komponenterna fenantren, pyren och fluoranten är till 80-90% i gas fas vid 20°C. Vill man mäta sanna halter av PAH i både gasfas och partikelfas måste någon form av denuder eller motsvarande provtagningsmetod användas. För att få en bra uppfattning om totala mängden gas + partiklar och en ungefärlig uppfattning om fördelning gas/partiklar kan en enkel uppsättning av 13-mm-filter av glasfiber i kombination med adsorbentrör med XAD-2 användas [9-10]. Denna provtagningsutrustning är lättanvänd för personburna mätningar där man inte specifikt behöver mäta PM2,5 och kan användas både för GC-MS-analys och LC-Fluo-analys [9-10]. Ett intressant alternativ för att mäta gasfas-PAH är passiva provtagningstekniker som PUF (polyurethane foam disks) och SPMDs (semipermeable membrane devices) som idag används som tidsintegrerade (2-6 veckor) semikvantitativa provtagare i olika miljöövervakningsprogram för gasfas PAH både i Europa och globalt [11-13]. Det är därför viktigt att också utveckla och validera enkla och billiga metoder och gärna diffusionsprovtagare för att kunna mäta gasfas-PAH både stationärt och personburet. Lagring av prover testades inte i denna studie. Vid långtidslagring kan det vara viktigt att lagra filtren i kylskåp. PAH-föreningar med 5 eller 6 ringar anses dock vara stabila även vid lagring i rumstemperatur [7]. Sammanfattningsvis har utvärderingen visat att det är möjligt att analysera 8 av de 16 PAH-föreningar som EPA anger på personburna teflonfilter provtagna med PM2.5cykloner. Inom HÄMI-luft programmet kan man därmed vid samma provtagningstillfälle få svar på partikelmassekoncentrationen och koncentrationen av ett flertal svårflyktiga PAH-föreningar, däribland benso(a)pyren

Cancerframkallande ämnen tätortsluft : Umeå 2001

Exponeringen för ett antal cancerframkallande ämnen undersöktes i ett slumpmässigt urval av allmänbefolkningen i Umeå, 2001. Den huvudsakliga studien genomfördes från slutet av september till mitten av oktober som personburna 7-dygns mätningar på totalt 60 personer, medan några av mätningarna genomfördes i januari 2002. Parallellt med de personburna mätningarna genomfördes även mätningar vid två stationära platser i Umeå, bibliotekstaket och E4:an. Mätningarna omfattade bensen, 1,3-butadien, formaldehyd, acetaldehyd, PAH (polyaromatiska kolväten) samt kvävedioxid (NO2). Mätningarna genomfördes med passiva provtagare med undantag för PAH där provtagningen genomfördes med hjälp av en pump. Resultatet från de personburna provtagningarna av bensen gav medianvärdet 1,5 μg/m3, vilket kan jämföras med resultatet från fjolårets studie i Göteborg (1μg/m3) och den av Institutet för miljömedicin (IMM) föreslagna lågrisknivån 1,3μg/m3. Exponeringen för bensen var signifikant associerad till tiden som deltagarna vistats inomhus, utomhus på arbetsplatsen, i rum med rökning samt om de var rökare. Det var marginell skillnad mellan medianhalten uppmätt vid E4:an och den personburna halten (1,6 μg/m3 och 1,5 μg/m3) medan halten på bibliotekstaket låg lägre (1,0 μg/m3). Medianvärdet för butadien var 0,4 μg/m3, vilket är samma som halten uppmätt vid E4:an men högre jämfört med halten på bibliotekstaket (0,12 μg/m3). Det var signifikant skillnad mellan rökare och icke-rökare (p=0,007), och tid som tillbringats i rum med rökning var signifikant förknippat med ökad exponering för butadien. Mätningar genomfördes för både formaldehyd och acetaldehyd, dock redovisas enbart resultaten för formaldehyd på grund av problem med provtagningen av acetaldehyd. Bland mätningarna som genomfördes personburet var medianhalten formaldehyd 15 μg/m3 vilket kan jämföras med resultaten från samma studie i Göteborg förra året (19 μg/m3). Resultatet ligger inom det intervall som angivit som lågrisknivå (IMM, 12-60 μg/m3). Halterna som uppmättes vid E4:an och Biblioteket var nästintill lika (3,5 μg/m3 och 3,0 μg/m3), dock var de betydligt lägre jämfört med den halt som uppmättes personburet. Bostadstyp (villa alt lägenhet), framstod som den enda variabeln som var signifikant associerad till den personburna halten formaldehyd. PAH-mätningarna genomfördes stationärt hemma hos 10 deltagare ur befolkningsurvalet, samt personburet och stationärt på 10 personer i anknytning till forskargruppen. Mediankoncentrationen av bens(a)pyren, mätt personburet, var 0,08 ng/m3 vilket är i nivå med resultaten från Göteborg. Halterna hemma hos personerna från befolkningsurvalet samt de med anknytning till kliniken var 0,17 respektive 0,07 ng/m3. De stationära utomhusmätningarna visade att halten vid E4:an var betydligt högre jämfört med halten på Bibliotekstaket (0,3 respektive 0,1 ng/m3). Kvävedioxid (NO2) mättes som ett lokalt tillägg i syfte att undersöka samband mellan NO2, som trafikindikator, och övriga ämnen. Median halten för mätningarna som gjordes personburet var 8 μg/m3 medan resultaten från de stationära mätningarna var betydligt högre. NO2 uppvisade ingen signifikant korrelation till övriga ämnen mätta personburet. Vidare sågs inga samband till vistelse i specifika miljöer

Cancerframkallande ämnentätortsluft - Umeå 2001

Exponeringen för ett antal cancerframkallande ämnen undersöktes i ett slumpmässigt urval av allmänbefolkningen i Umeå, 2001. Den huvudsakliga studien genomfördes från slutet av september till mitten av oktober som personburna 7-dygns mätningar på totalt 60 personer, medan några av mätningarna genomfördes i januari 2002. Parallellt med de personburna mätningarna genomfördes även mätningar vid två stationära platser i Umeå, bibliotekstaket och E4:an. Mätningarna omfattade bensen, 1,3- butadien, formaldehyd, acetaldehyd, PAH (polyaromatiska kolväten) samt kvävedioxid (NO 2). Mätningarna genomfördes med passiva provtagare med undantag för PAH där provtagningen genomfördes med hjälp av en pump. Resultatet från de personburna provtagningarna av bensen gav medianvärdet 1,5 μg/m 3, vilket kan jämföras med resultatet från fjolårets studie i Göteborg (1μg/m3) och den av Institutet för miljömedicin (IMM) föreslagna lågrisknivån 1,3μg/m 3. Exponeringen för bensen var signifikant associerad till tiden som deltagarna vistats inomhus, utomhus på arbetsplatsen, i rum med rökning samt om de var rökare. Det var marginell skillnad mellan medianhalten uppmätt vid E4:an och den personburna halten (1,6 μg/m 3 och 1,5 μg/m3) medan halten på bibliotekstaket låg lägre (1,0 μg/m 3). Medianvärdet för butadien var 0,4 μg/m 3, vilket är samma som halten uppmätt vid E4:an men högre jämfört med halten på bibliotekstaket (0,12 μg/m 3). Det var signifikant skillnad mellan rökare och icke-rökare (p=0,007), och tid som tillbringats i rum med rökning var signifikant förknippat med ökad exponering för butadien. Mätningar genomfördes för både formaldehyd och acetaldehyd, dock redovisas enbart resultaten för formaldehyd på grund av problem med provtagningen av acetaldehyd. Bland mätningarna som genomfördes personburet var medianhalten formaldehyd 15 μg/m 3 vilket kan jämföras med resultaten från samma studie i Göteborg förra året (19 μg/m 3). Resultatet ligger inom det intervall som angivit som lågrisknivå (IMM, 12-60 μg/m 3). Halterna som uppmättes vid E4:an och Biblioteket var nästintill lika (3,5 μg/m 3 och 3,0 μg/m3), dock var de betydligt lägre jämfört med den halt som uppmättes personburet. Bostadstyp (villa alt lägenhet), framstod som den enda variabeln som var signifikant associerad till den personburna halten formaldehyd. PAH-mätningarna genomfördes stationärt hemma hos 10 deltagare ur befolkningsurvalet, samt personburet och stationärt på 10 personer i anknytning till forskargruppen. Mediankoncentrationen av bens(a)pyren, mätt personburet, var 0,08 ng/m 3 vilket är i nivå med resultaten från Göteborg. Halterna hemma hos personerna från befolkningsurvalet samt de med anknytning till kliniken var 0,17 respektive 0,07 ng/m 3. De stationära utomhusmätningarna visade att halten vid E4:an var betydligt högre jämfört med halten på Bibliotekstaket (0,3 respektive 0,1 ng/m 3). Kvävedioxid (NO 2) mättes som ett lokalt tillägg i syfte att undersöka samband mellan NO 2, som trafikindikator, och övriga ämnen. Median halten för mätningarna som gjordes personburet var 8 μg/m 3 medan resultaten från de stationära mätningarna var betydligt högre. NO 2 uppvisade ingen signifikant korrelation till övriga ämnen mätta personburet. Vidare sågs inga samband till vistelse i specifika miljöer