Mario Compiani, Sfefano Pascarella, Enrico Staderini

STUDIO DI INTERAZIONE TRA FASCI MOLECOLARI SUPERSONICI E SUPERFICIE PER LO STUDIO DELLA DECOMPOSIZIONE DI PROPANO SU CATALIZZATORE DI NDNI5. STUDIO DELLA FOTODISSOCIAZIONE A 248 NM DEL RADICALE ISOPROPILICO MEDIANTE SPETTROSCOPIA TRASLAZIONALE DEI FOTOFRAMMENTI.

MIUR

This Ph.D. thesis focuses on three main topics: 1) Design and evaluation of new stable bidentate urea-type stationary phases for HPLC and UHPLC. New totally synthetic bidentate urea-type phases were envisioned for HPLC and UHPLC, characterized by a high stability, a wide application range and an excellent suitability for LC-MS. Four conceptually new stationary phases have been developed for the separation of a wide variety of polar compounds by hydrophilic interaction chromatography (HILIC) through a facile one-pot two-step procedure with the aim of obtaining high hydrolytic stability in a variety of elution conditions. A full chemical characterization of the new materials has been obtained through solid-state NMR (both 29Si and 13C CPMAS) spectroscopy. A major application field of the bidentate urea-type stationary phase with free amino groups USP-HILIC-NH2-sil was sugars analysis, usually hampered by anomer peak splitting and instability of the stationary phases under conditions normally employed to suppress it. Complex mixtures of mono-, di- and oligosaccharides were successfully resolved under mild chromatographic conditions, which also allowed an easy interface with mass spectrometry. The potential of such materials was shown in the separation of other highly polar compounds...

The thesis is divided into seven separate chapters, each of them has a specific purpose. The first chapter is a general introduction. It is based on the accurate bibliographic research and aims to clarify main issues concerning soil and heavy metals (e.g. the concept of soil quality and its indicators, heavy metals bioavailability, the plant-microorganisms interactions in soils, the possible sustainable methods for soil remediation). The general goal of the thesis and the specific aims of the experimental researches are described in chapter 2. The third chapter entitled “Set up a tool box of soil quality bioindicators” describes which “experimental tools” were chosen to assess the soil quality improvement during the bioremediation processes. In the following fourth chapter “Heavy metal bioavailability in soil and bioaccumulation into soil microbial biomass” the methods selected to measure the heavy metal bioavailability and accumulation into soil microbial biomass are described. The fifth and sixth chapters show as the previously selected soil bioindicators respond to two different bioremediation systems. The fifth chapter “Changes of soil quality in a phytoremediation system of a former dump” refers to a phytoremediation system applied to an ex-dump located in “Madonna dell’Acqua”...

The research route of this PhD started from workplace drug testing, an emerging need for safety and hygiene at work. The aim of the work consisted of developing and validating analytical methods: innovative tools for drug addiction monitoring and for illicit drugs testing. Different classes of psychotropic substances are examined in relation to their chemical and pharmacological effects, with a special focus on new psychoactive substances (NPS) and new trends of abuse. The most important biological matrices, suitable for analysis, are studied and the peculiarities of each matrix are highlighted. Analytical methods were developed for drugs determination in biological samples, such as human urine, plasma, oral fluids and hair. All these matrices are equally important for forensic purposes as they give different kind of information about the time of assumption and they show some distinctive features. Sample preparation is a critical step and is a key factor in determining the success of analysis: the task of chemist is to develop the best strategy to ensure that the system, consisting of 3 variables, matrix - target analytes - instrumental equipment, will be solved consistently with the ultimate purpose of the analysis. Therefore in this project appropriate sample preparation techniques have been investigated with special regard to each different matrix. The manual operations associated with these processes are often expensive...

In this thesis were evaluated the performances of various type of “zeolite like” adsorbents used for wastewater treatment in P&T or PRB installations. This was made up by characterizing the equilibrium behavior, through the construction of isotherms and how they behave in a flow system through the study and evaluation of breakthrough curve. In particular, we take into account water contaminated by emulsified and dissolved oil, high concentrations of organic contaminants (> 100 ppm), inorganic ions, cations as Cd2+, Pb2+, Mn2+ and anions of As. This is a typical situation of produced water or groundwater underlying refineries, depots and petrol stations. It will also evaluate the effect of the presence of salts in solution, because the sites are often located in coastal areas where there are often significant phenomena of saline intrusion. To solve such complex situations of contamination, it was imagined an intervention strategy based on the coupling in series of different adsorption processes, agents selectively on different fractions of contaminants and based on the use of different adsorbent materials. In particular it has been suggested to use: - amorphous mesoporous materials (MSA) for the removal of dispersed and emulsified oil. Mesoporous materials with appropriate open channels have been found effective in removing dissolved and emulsified oil...

Dopa decarboxylase (DDC), a pyridoxal 5'-phosphate (PLP) enzyme responsible for the biosynthesis of dopamine and serotonin, is involved in Parkinson's disease (PD). PD is a neurodegenerative disease mainly due to a progressive loss of dopamine-producing cells in the midbrain. Co-administration of L-Dopa with peripheral DDC inhibitors (carbidopa or benserazide) is the most effective symptomatic treatment for PD. Although carbidopa and trihydroxybenzylhydrazine (the in vivo hydrolysis product of benserazide) are both powerful irreversible DDC inhibitors, they are not selective because they irreversibly bind to free PLP and PLP-enzymes, thus inducing diverse side effects. Therefore, the main goals of this study were (a) to use virtual screening to identify potential human DDC inhibitors and (b) to evaluate the reliability of our virtual-screening (VS) protocol by experimentally testing the "in vitro" activity of selected molecules. Starting from the crystal structure of the DDC-carbidopa complex, a new VS protocol, integrating pharmacophore searches and molecular docking, was developed. Analysis of 15 selected compounds, obtained by filtering the public ZINC database, yielded two molecules that bind to the active site of human DDC and behave as competitive inhibitors with K(i) values ≥10 µM. By performing in silico similarity search on the latter compounds followed by a substructure search using the core of the most active compound we identified several competitive inhibitors of human DDC with K(i) values in the low micromolar range...

La carenza di vitamina D è una condizione molto diffusa nella popolazione generale in diverse aree geografiche, anche se tale fenomeno è generalmente sottovalutato. Numerose evidenze sperimentali e cliniche dimostrano come la carenza di vitamina D rappresenti non soltanto un importante fattore condizionante la salute scheletrica, ma anche una possibile concausa nella patogenesi di numerose malattie croniche. La corretta determinazione dello stato vitaminico D, espresso in termini di concentrazione sierica di 25-idrossivitamina D (25OHD), rappresenta pertanto una problematica ancora aperta. I metodi comunemente utilizzati per la determinazione della 25OHD, pur essendo provvisti di adeguata sensibilità, presentano tuttavia diversi svantaggi, tra i quali, in particolare: lo smaltimento del materiale radioattivo richiesto per l’analisi, il pretrattamento dei campioni, il costo della strumentazione e l’impiego di personale tecnico specializzato. Tali caratteristiche si traducono in un costo generalmente elevato delle analisi. Questa tesi di dottorato si è articolata attraverso uno studio sia analitico che farmacologico sulla 25OHD. In particolare, lo studio analitico ha riguardato lo sviluppo di un nuovo metodo di determinazione della 25OHD basato sull’impiego di sensori ottici ed elettrochimici...

Psychotropic substances in the atmosphere were monitored in Italy in the frame of the Ariadrugs and PSALM Projects, both aimed at assessing their behavior with regards to spatial and temporal modulations. Average yearly concentrations ranged from 0.02 ± 0.01 to 0.26 ± 0.11 ng m-3 for cocaine, from 0.05 ± 0.05 to 0.96 ± 1.37 ng m-3 for cannabinoids, from 16 ± 6 to 61 ± 28 ng m-3 for nicotine, and from 1.0 ± 0.8 to 8 ± 7 ng m-3 for caffeine. Palermo and Turin were the cities suffering the lowest and the highest psychotropic substance concentrations, respectively. Levels of atmospheric drugs appeared depending on the abuse prevalence in each city. Thus, correlations between drugs and recognized pollutants were checked to identify tools eventually suitable for normalizing the drug concentrations with respect to atmospheric variables. Among all of the chemicals investigated nicotine looked as the best reference substance to normalize neat concentrations of cocaine with regards to the environmental contour where it is dispersed.; Dipartimento delle Politiche antidroga della Presidenza del Consiglio dei Ministri

Giovanni Antonini Dip. Biologia Universita' di Roma 3 V.le G. Marconi, 446 00146 Roma; Nazzareno Capitanio Dip. Scienze Biomediche Universita'di Foggia Via Gramsci, 71100 Foggia; Maurizio Paci Dip. di Scienze e Tecnologie Chimiche Universita' di Roma "Tor Vergata" Via della Ricerca Scientifica 00133 Roma

Il bioaerosol è presente sia in ambienti indoor che outdoor e può avere diverse sorgenti e, di conseguenza, diversa composizione, concentrazione e distribuzione nelle diverse frazioni granulometriche del particolato. Identificare quali agenti allergenici specifici, responsabili degli effetti negativi sulla salute umana, siano presenti nel bioaerosol è essenziale per stabilire strumenti di valutazione dell'esposizione. Pertanto, scopo del presente progetto è stato di mettere a punto o rendere più affidabili dei metodi di estrazione ed analisi di composti utili per dare informazioni sull’allergenicità dell’atmosfera nel materiale particolato (PM) a diverse granulometrie. In particolare è stata migliorata l’affidabilità del metodo per l’analisi di ergosterolo mannitolo e arabitolo quali bioindicatori delle spore fungine. Sono stati inoltre sviluppati un procedimento analitico per la determinazione nelle PM delle micotossine quali metaboliti secondari dei funghi e un metodo per l’estrazione e l’analisi di amminoacidi liberi e materiale proteico totale quali bioindicatori più generici del bioaerosol. Gli amminoacidi liberi vengono emessi in atmosfera da piante ed animali e provengono dalla degradazione di peptidi e proteine in atmosfera per reazioni enzimatiche e fotocatalitiche. Peptidi e proteine provengono da batteri...

Metals present in the environment (soil, water and atmosphere) can affect food safety and human health through bioaccumulation and bio magnification phenomena. Human exposure to metals may take place through the environment and by ingesting contaminated food (including water), determining harmful effects usually over long time. Starting with the Industrial Revolution, local occurrence and concentration of metallic contaminants in the environment has been exponentially increasing: it has been assessed that present-day daily absorption of lead by North American individuals is noticeably greater than that during prehistoric times. In this study, antimony, arsenic, beryllium, cadmium, copper, lead, phosphorus, tin vanadium and zinc concentrations were measured in 153 bone samples (femurs) of Iron Age inhabitants of Central Italy (Abruzzo): the Samnites from the Alfedena Necropolis (2600–2400 B.P), 12 bones from the Sedilo Lochele Necropoli and 3 from the Grotta dei Colombi (Sardinia). As, Be, Cd, Cu, Pb, Sb, Sn, V, Zn determinations were carried out by quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (Q-ICP-MS). P determination was carried out by UV-VIS Spectrophotometry. Found data are in agreement with results of similar published studies. Heavy metal concentrations varied widely among samples with the exception of zinc (round square deviation < 40%). A significant difference (p>90%) between the concentration of antimony...

Il selenio è un oligoelemento, esistente in natura, la cui presenza nell’organismo umano è fondamentale per il funzionamento di molti processi vitali. Gli effetti benefici del selenio si esplicano solo in un ristretto intervallo di concentrazione, al di sotto di tale intervallo risulta carente, al di sopra tossico. Una carenza dell’elemento può pertanto portare ad una serie di malattie acute e croniche, ma concentrazioni elevate nell'organismo, esplicano un’azione tossica con un meccanismo ancora non ben noto, portando ad una malattia nota con il nome di “selenosi”. Il selenio è tra gli elementi più rari del nostro pianeta ed è distribuito in modo estremamente difforme nell’ambiente. L’elemento esiste in natura in quattro stati di ossidazione: Se-2; Se0; Se+4 e Se+6 e si può trovare anche in composti organici. Ciascuna forma del selenio differisce per comportamento chimico, impatto ambientale e tossicità. Le concentrazioni di selenio nelle acque in genere assumono valori bassi, ma sorgenti di contaminazione primaria e secondaria, processi di tipo biotico e abiotico, possono incrementare considerevolmente la concentrazione dell’elemento in sistemi acquatici. La letteratura scientifica sottolinea l’estrema importanza della speciazione dell’elemento nei diversi comparti ambientali sia con riferimento alla valutazione delle potenziali fonti di contaminazione e ai processi di scambio tra le matrici ambientali...

Ogni anno centinaia di migliaia di tonnellate di idrocarburi clorurati volatili (VCHC) sono immesse in atmosfera, a causa del largo impiego che tali composti trovano in vari processi industriali e commerciali. Grazie alle loro proprietà chimico-fisiche (in particolare volatilità e persistenza) e al loro tempo di vita medio moderatamente lungo, i VCHC si diffondono dalle aree industrializzate e raggiungono le zone più remote della Terra come il continente antartico. Questa diffusione su larga scala avviene attraverso un trasporto a lungo raggio veicolato dall'atmosfera e dalle correnti oceaniche, in particolare attraverso un processo noto come ciclo di distillazione e frazionamento globale. Alla luce della riscontrata tossicità e ubiquità dei VCHC appare evidente l’importanza di un monitoraggio continuato in atmosfera e in ambiente acquatico e di uno studio puntuale della distribuzione di queste sostanze tra i compartimenti ambientali. Informazioni rilevanti soprattutto quando si riferiscono alla presenza e al comportamento dei VCHC in zone remote e caratterizzate da particolari condizioni ambientali come l’Antartide dove, a causa delle basse temperature, i contaminanti restano intrappolati e possono dar luogo a fenomeni di accumulo. In questo lavoro di dottorato è stata pertanto realizzata e ottimizzata una linea analitica per la determinazione dei VCHC in aria a livello pptV (10-12 L/L) basata sull'accoppiamento di un cryofocusing trap injector con un gascromatografo a sua volta interfacciato con uno spettrometro di massa operante in modalità SIM (CTI-GC-MS). Inoltre è stato messo a punto un metodo di campionamento di aria adatto a determinazioni a livello di tracce e compatibile con le condizioni climatiche antartiche. Con tali metodi sono stati prelevati e analizzati campioni di aria di differente origine...