AdobeStock_320367062.jpeg

Czech Lab

aeroHEALTH And Data Analysis

"aeroHEALTH & Data Analysis" investigates sources of primary aerosols, physical and chemcial transformations of aerosols during atmospheric aging and links aerosol properties to biologicals effects using statistical and machine learning approaches.

Back     

 

About our research

In addition to the focus on the Helmholtz International Laboratory aeroHEALTH (www.aeroHEALTH.eu), aeroHEALTH & Data Analysis seeks to address research objectives on the periphery of aeroHEALTH about analytical instrumentation development for aerosol characterisation, performing laboratory aerosol ageing, and supporting other aerosol research at CMA with advanced data analysis strategies and statistical modelling.

The German-Israeli Helmholtz International Laboratory aeroHEALTH strives to understand the biological and health effects of atmospheric aerosols mechanistically, combining information on primary emissions as well as secondary and ambient aerosols. Atmospheric processing (“ageing”) under atmospheric relevant conditions of biogenic and anthropogenic emissions are simulated on short and long-term scales to connect laboratory observations with the observed health impacts from field experiments. Comprehensive physical and chemical aerosol characterization is therefore a key contribution of TOPIC IX to unravel biological mechanisms in vitro and in vitro exposure studies.

The laboratory-ageing of aerosols is conducted at partner institutes, incl. University of Eastern Finland (Kuopio, Finland), Forschungszentrum Jülich (Germany) and Institute of Atmospheric Optics (Tomsk, Russia), with ageing simulation chambers (“smog chambers”) and oxidation flow reactors (OFR, “flowtubes”). In particular, the comparability of OFR-aged aerosol under harsh oxidation conditions and smog chambers as a more realistic atmospheric processing scenario is investigated by modelling approaches and validation by comprehensive chemical aerosol characterisation.

Aerosol analytical techniques are mainly based on, but not limited to, photoionisation time-of-flight mass spectrometry and hyphenated techniques. Special emphasis is put on the development of hyper-fast gas chromatography to enhance the chemical speciation in the online analysis of processes with dynamic emission profiles, such as solid fuel combustion emissions.

State-of-the-art analytical instrumentation for comprehensive aerosol analysis generates large data sets of “big p, little n”, i.e. many variables, but a low number of data points from individual samples/experiments. Therefore, the low number of degrees of freedom are inappropriate for many statistical techniques and require alternative approaches or extensive validation. Furthermore, aerosol composition often needs to be linked to associated effects, a total aerosol concentration or material properties, such as biological responses of cells after aerosol exposure, source apportionment or monitoring of industrial processes. Consequently, TOPIC IX intersects with all other TOPICs of CMA to develop solutions for problems in the fields of pattern recognition, prediction and classification models.

Specific Topics

Scientists at aeroHEALTH & Data Analysis

Dr. Hendryk Czech

Head of aeroHEALTH & Data Analysis

Profil anzeigen
Martin Bauer

PhD Student

Patrick Martens

PhD Student

Eric Schneider

PhD Student

Kevin Schnepel

PhD Student

Publications

Environ. Pollut. 316:120526 (2022)

Jeong, S. ; Bendl, J. ; Saraji-Bozorgzad, M.R. ; Käfer, U. ; Etzien, U. ; Schade, J. ; Bauer, M. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Fisch, K. ; Cwierz, P.P. ; Rüger, C.P. ; Czech, H. ; Karg, E.W. ; Heyen, G. ; Krausnick, M. ; Geissler, A. ; Geipel, C. ; Streibel, T. ; Schnelle-Kreis, J. ; Sklorz, M. ; Schulz-Bull, D.E. ; Buchholz, B. ; Adam, T. ; Zimmermann, R.

Aerosol emissions from a marine diesel engine running on different fuels and effects of exhaust gas cleaning measures.
ACS Earth Space Chem. 6, 1358-1374 (2022)

Hartner, E. ; Paul, A. ; Käfer, U. ; Czech, H. ; Hohaus, T. ; Gröger, T.M. ; Sklorz, M. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Jeong, S. ; Brejcha, R. ; Ziehm, T. ; Zhang, Z.H. ; Schnelle-Kreis, J. ; Adam, T. ; Rudich, Y. ; Kiendler-Scharr, A. ; Zimmermann, R.

On the complementarity and informative value of different electron ionization mass spectrometric techniques for the chemical analysis of secondary Organic aerosols.

Li, C. ; Fang, Z. ; Czech, H. ; Schneider, E. ; Rüger, C.P. ; Pardo, M. ; Zimmermann, R. ; Chen, J. ; Laskin, A. ; Rudich, Y.

pH modifies the oxidative potential and peroxide content of biomass burning HULIS under dark aging.
ACS Earth Space Chem. 6, 1095-1107 (2022)

Schneider, E. ; Czech, H. ; Popovicheva, O. ; Lütdke, H. ; Schnelle-Kreis, J. ; Khodzher, T. ; Rüger, C.P. ; Zimmermann, R.

Molecular characterization of water-soluble aerosol particle extracts by ultrahigh-resolution mass spectrometry: Observation of industrial emissions and an atmospherically aged wildfire plume at Lake Baikal.

Pardo, M. ; Offer, S. ; Hartner, E. ; Di Bucchianico, S. ; Bisig, B. ; Bauer, S. ; Pantzke, J. ; Zimmermann, E. ; Cao, X. ; Binder, S. ; Kuhn, E. ; Huber, A. ; Jeong, S. ; Käfer, U. ; Schneider, E. ; Mesceriakovas, A. ; Bendl, J. ; Brejcha, R. ; Buchholz, A. ; Gat, D. ; Hohaus, T. ; Rastak, N. ; Karg, E.W. ; Jakobi, G. ; Kalberer, M. ; Kanashova, T. ; Hu, Y. ; Ogris, C. ; Marsico, A. ; Theis, F.J. ; Shalit, T. ; Gröger, T.M. ; Rüger, C.P. ; Oeder, S. ; Orasche, J. ; Paul, A. ; Ziehm, T. ; Zhang, Z.H. ; Adam, T. ; Sippula, O. ; Sklorz, M. ; Schnelle-Kreis, J. ; Czech, H. ; Kiendler-Scharr, A. ; Zimmermann, R. ; Rudich, Y.

Exposure to naphthalene and β-pinene-derived secondary organic aerosol induced divergent changes in transcript levels of BEAS-2B cells.
Environ. Health Perspect. 130:27003 (2022)

Offer, S. ; Hartner, E. ; Di Bucchianico, S. ; Bisig, B. ; Bauer, S. ; Pantzke, J. ; Zimmermann, E. ; Cao, X. ; Binder, S. ; Kuhn, E. ; Huber, A. ; Jeong, S. ; Käfer, U. ; Martens, P. ; Mesceriakovas, A. ; Bendl, J. ; Brejcha, R. ; Buchholz, A. ; Gat, D. ; Hohaus, T. ; Rastak, N. ; Jakobi, G. ; Kalberer, M. ; Kanashova, T. ; Hu, Y. ; Ogris, C. ; Marsico, A. ; Theis, F.J. ; Pardo, M. ; Gröger, T.M. ; Oeder, S. ; Orasche, J. ; Paul, A. ; Ziehm, T. ; Zhang, Z.H. ; Adam, T. ; Sippula, O. ; Sklorz, M. ; Schnelle-Kreis, J. ; Czech, H. ; Kiendler-Scharr, A. ; Rudich, Y. ; Zimmermann, R.

Effect of atmospheric aging on soot particle toxicity in lung cell models at the air-liquid interface: Differential toxicological impacts of biogenic and anthropogenic Secondary Organic Aerosols (SOAs).
Atmos. Chem. Phys. 22, 1495-1514 (2022)

Passig, J. ; Schade, J. ; Irsig, R. ; Kröger-Badge, T. ; Czech, H. ; Adam, T. ; Fallgren, H. ; Moldanova, J. ; Sklorz, M. ; Streibel, T. ; Zimmermann, R.

Single-particle characterization of polycyclic aromatic hydrocarbons in background air in northern Europe.
Atmos. Chem. Phys. 22, 1793-1809 (2022)

Zhang, Z.H. ; Hartner, E. ; Utinger, B. ; Gfeller, B. ; Paul, A. ; Sklorz, M. ; Czech, H. ; Yang, B.X. ; Su, X.Y. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Schnelle-Kreis, J. ; Jeong, S. ; Gröger, T.M. ; Pardo, M. ; Hohaus, T. ; Adam, T. ; Kiendler-Scharr, A. ; Rudich, Y. ; Zimmermann, R. ; Kalberer, M.

Are reactive oxygen species (ROS) a suitable metric to predict toxicity of carbonaceous aerosol particles?

Ihantola, T. ; Hirvonen, M.R. ; Ihalainen, M. ; Hakkarainen, H. ; Sippula, O. ; Tissari, J. ; Bauer, S. ; Di Bucchianico, S. ; Rastak, N. ; Hartikainen, A. ; Leskinen, J. ; Yli-Pirilä, P. ; Martikainen, M.V. ; Miettinen, M. ; Suhonen, H. ; Rönkkö, T.J. ; Kortelainen, M. ; Lamberg, H. ; Czech, H. ; Martens, P. ; Orasche, J. ; Michalke, B. ; Yildirim, A.Ö. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R. ; Jalava, P.I.

Genotoxic and inflammatory effects of spruce and brown coal briquettes combustion aerosols on lung cells at the air-liquid interface.
Aerosol Sci. Technol. 56, 46-62 (2022)

Momenimovahed, A. ; Gagné, S. ; Martens, P. ; Jakobi, G. ; Czech, H. ; Wichmann, V. ; Buchholz, B. ; Zimmermann, R. ; Behrends, B. ; Thomson, K.A.

Comparison of black carbon measurement techniques for marine engine emissions using three marine fuel types.
Energy Fuels 35, 14010-14022 (2021)

Martens, P. ; Czech, H. ; Tissari, J. ; Ihalainen, M. ; Suhonen, H. ; Sklorz, M. ; Jokiniemi, J. ; Sippula, O. ; Zimmermann, R.

Emissions of gases and volatile organic compounds from residential heating: A comparison of brown coal briquettes and logwood combustion.

Fang, Z. ; Li, C. ; He, Q. ; Czech, H. ; Gröger, T.M. ; Zeng, J. ; Fang, H. ; Xiao, S. ; Pardo, M. ; Hartner, E. ; Meidan, D. ; Wang, X. ; Zimmermann, R. ; Laskin, A. ; Rudich, Y.

Secondary organic aerosols produced from photochemical oxidation of secondarily evaporated biomass burning organic gases: Chemical composition, toxicity, optical properties, and climate effect.
Atmos. Chem. Phys. 21, 8293-8312 (2021)

Nguyen, D.-L. ; Czech, H. ; Pieber, S.M. ; Schnelle-Kreis, J. ; Steinbacher, M. ; Orasche, J. ; Henne, S. ; Popovicheva, O.B. ; Abbaszade, G. ; Engling, G. ; Bukowiecki, N. ; Nguyen, N.A. ; Nguyen, X.A. ; Zimmermann, R.

Carbonaceous aerosol composition in air masses influenced by large-scale biomass burning: A case study in northwestern Vietnam.
Chem. Res. Toxicol. 34, 1588-1603 (2021)

Pardo, M. ; Li, C. ; Fang, Z. ; Levin-Zaidman, S. ; Dezorella, N. ; Czech, H. ; Martens, P. ; Käfer, U. ; Gröger, T.M. ; Rüger, C.P. ; Friederici, L. ; Zimmermann, R. ; Rudich, Y.

Toxicity of water- and organic-soluble wood tar fractions from biomass burning in lung epithelial cells.
Atmos. Chem. Phys. 20, 7139-7152 (2020)

Passig, J. ; Schade, J. ; Iva Rosewig, E. ; Irsig, R. ; Kröger-Badge, T. ; Czech, H. ; Sklorz, M. ; Streibel, T. ; Li, L. ; Li, X. ; Zhou, Z. ; Fallgren, H. ; Moldanova, J. ; Zimmermann, R.

Resonance-enhanced detection of metals in aerosols using single-particle mass spectrometry.
Atmos. Chem. Phys. 20, 6357-6378 (2020)

Hartikainen, A. ; Tiitta, P. ; Ihalainen, M. ; Yli-Pirilä, P. ; Orasche, J. ; Czech, H. ; Kortelainen, M. ; Lamberg, H. ; Suhonen, H. ; Koponen, H. ; Hao, L. ; Zimmermann, R. ; Jokiniemi, J. ; Tissari, J. ; Sippula, O.

Photochemical transformation of residential wood combustion emissions: Dependence of organic aerosol composition on OH exposure.

Ihantola, T. ; Di Bucchianico, S. ; Happo, M. ; Uski, O. ; Bauer, S. ; Kuuspalo, K. ; Sippula, O. ; Tissari, J. ; Oeder, S. ; Hartikainen, A. ; Rönkkö, T.J. ; Martikainen, M.-V. ; Huttunen, K. ; Vertiainen, P. ; Suhonen, H. ; Kortelainen, M. ; Lamberg, H. ; Leskinen, A. ; Sklorz, M. ; Michalke, B. ; Dilger, M. ; Weiss, C. ; Dittmar, G. ; Beckers, J. ; Irmler, M. ; Buters, J.T.M. ; Cadeias, J. ; Czech, H. ; Yli-Pirilä, P. ; Abbaszade, G. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Schnelle-Kreis, J. ; Kanashova, T. ; Karg, E.W. ; Streibel, T. ; Passig, G. ; Hakkarainen, H. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R. ; Hirvonen, M.-R. ; Jalava, P.I.

Influence of wood species on toxicity of log-wood stove combustion aerosols: A parallel animal and air-liquid interface cell exposure study on spruce and pine smoke.

Miersch, T. ; Czech, H. ; Hartikainen, A. ; Ihalainen, M. ; Orasche, J. ; Abbaszade, G. ; Tissari, J. ; Streibel, T. ; Jokiniemi, J. ; Sippula, O. ; Zimmermann, R.

Impact of photochemical ageing on Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) and oxygenated PAH (Oxy-PAH/OH-PAH) in logwood stove emissions.

Corbin, J.C. ; Czech, H. ; Massabò, D. ; Buatier De Mongeot, F. ; Jakobi, G. ; Liu, F. ; Lobo, P. ; Mennucci, C. ; Mensah, A.A. ; Orasche, J. ; Pieber, S.M. ; Prévôt, A.S.H. ; Stengel, B. ; Tay, L.-L. ; Zanatta, M. ; Zimmermann, R. ; El Haddad, I. ; Gysel, M.

Infrared-absorbing carbonaceous tar can dominate light absorption by marine-engine exhaust.
Talanta 202, 308-316 (2019)

Käfer, U. ; Gröger, T.M. ; Rüger, C.P. ; Czech, H. ; Saraji-Bozorgzad, M.R. ; Wilharm, T. ; Zimmermann, R.

Direct inlet probe - High-resolution time-of-flight mass spectrometry as fast technique for the chemical description of complex high-boiling samples.
Aerosol Sci. Technol. 53, 276-294 (2019)

Ihalainen, M. ; Tiitta, P. ; Czech, H. ; Yli-Pirilä, P. ; Hartikainen, A. ; Kortelainen, M. ; Tissari, J. ; Stengel, B. ; Sklorz, M. ; Suhonen, H. ; Lamberg, H. ; Leskinen, A. ; Kiendler-Scharr, A. ; Harndorf, H. ; Zimmermann, R. ; Jokiniemi, J. ; Sippula, O.

A novel high-volume Photochemical Emission Aging flow tube Reactor (PEAR).
Fuel 236, 1465-1473 (2019)

Miersch, T. ; Czech, H. ; Stengel, B. ; Abbaszade, G. ; Orasche, J. ; Sklorz, M. ; Streibel, T. ; Zimmermann, R.

Composition of carbonaceous fine particulate emissions of a flexible fuel DISI engine under high velocity and municipal conditions.
Nachr. Chem. 66, 1170-1173 (2018)

Czech, H. ; Orasche, J. ; Miersch, T. ; Stengel, B. ; Buchholz, B. ; Streibel, T. ; Zimmermann, R.

Umweltanalytik: Smoke on the Water: Rußpartikel aus Schiffen.

Kanashova, T. ; Sippula, O. ; Oeder, S. ; Streibel, T. ; Passig, J. ; Czech, H. ; Kaoma, T. ; Sapcariu, S.C. ; Dilger, M. ; Paur, H.-R. ; Schlager, C. ; Mülhopt, S. ; Weiss, C. ; Schmidt-Weber, C.B. ; Traidl-Hoffmann, C. ; Michalke, B. ; Krebs, T. ; Karg, E.W. ; Jakobi, G. ; Scholtes, S. ; Schnelle-Kreis, J. ; Sklorz, M. ; Orasche, J. ; Müller, L. ; Reda, A. ; Rüger, C ; Neumann, A. ; Abbaszade, G. ; Radischat, C. ; Hiller, K. ; Grigonyte, J. ; Kortelainen, M. ; Kuuspalo, K. ; Lamberg, H. ; Leskinen, J. ; Nuutinen, I. ; Torvela, T. ; Tissari, J. ; Jalava, P. ; Kasurinen, S. ; Uski, O. ; Hirvonen, M.-R. ; Buters, J.T.M. ; Dittmar, G. ; Jokiniemi, J.K. ; Zimmermann, R.

Emissions from a modern log wood masonry heater and wood pellet boiler: Composition and biological impact on air-liquid interface exposed human lung cancer cells.

Corbin, J.C. ; Pieber, S.M. ; Czech, H. ; Zanatta, M. ; Jakobi, G. ; Massabò, D. ; Orasche, J. ; El Haddad, I. ; Mensah, A.A. ; Stengel, B. ; Drinovec, L. ; Močnik, G. ; Zimmermann, R. ; Prévôt, A.S.H. ; Gysel, M.

Brown and black carbon emitted by a marine engine operated on heavy fuel oil and distillate fuels: Optical properties, size distributions, emission factors.
Environ. Sci. Technol. 52, 6714-6722 (2018)

Corbin, J.C. ; Mensah, A.A. ; Pieber, S.M. ; Orasche, J. ; Michalke, B. ; Zanatta, M. ; Czech, H. ; Massabò, D. ; Buatier De Mongeot, F. ; Mennucci, C. ; El Haddad, I. ; Kumar, N.K. ; Stengel, B. ; Huang, Y. ; Zimmermann, R. ; Prévôt, A.S.H. ; Gysel, M.

Trace metals in soot and PM2.5 from heavy-fuel-oil combustion in a marine engine.
Anal. Chem. 89, 10917-10923 (2017)

Kruth, C. ; Czech, H. ; Sklorz, M. ; Passig, J. ; Ehlert, S. ; Cappiello, A. ; Zimmermann, R.

Direct infusion resonance-enhanced multiphoton ionization mass spectrometry of liquid samples under vacuum conditions.

Czech, H. ; Miersch, T. ; Orasche, J. ; Abbaszade, G. ; Sippula, O. ; Tissari, J. ; Michalke, B. ; Schnelle-Kreis, J. ; Streibel, T. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R.

Chemical composition and speciation of particulate organic matter from modern residential small-scale wood combustion appliances.
Atmos. Environ. 158, 236-245 (2017)

Czech, H. ; Pieber, S.M. ; Tiitta, P. ; Sippula, O. ; Kortelainen, M. ; Lamberg, H. ; Grigonyte, J. ; Streibel, T. ; Prévôt, A.S.H. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R.

Time-resolved analysis of primary volatile emissions and secondary aerosol formation potential from a small-scale pellet boiler.
Environ. Sci. Pollut. Res. 24, 10976-10991 (2017)

Streibel, T. ; Schnelle-Kreis, J. ; Czech, H. ; Harndorf, H. ; Jakobi, G. ; Jokiniemi, J. ; Karg, E.W. ; Lintelmann, J. ; Matuschek, G. ; Michalke, B. ; Müller, L. ; Orasche, J. ; Passig, J. ; Radischat, C. ; Rabe, R. ; Reda, A. ; Rüger, C.P. ; Schwemer, T. ; Sippula, O. ; Stengel, B. ; Sklorz, M. ; Torvela, T. ; Weggler, B.A. ; Zimmermann, R.

Aerosol emissions of a ship diesel engine operated with diesel fuel or heavy fuel oil.
Atmos. Chem. Phys. 16, 13251-13269 (2016)

Tiitta, P. ; Leskinen, A. ; Hao, L. ; Yli-Pirilä, P. ; Kortelainen, M. ; Grigonyte, J. ; Tissari, J. ; Lamberg, H. ; Hartikainen, A.L. ; Kuuspalo, K. ; Kortelainen, A. ; Virtanen, A. ; Lehtinen, K.E.J. ; Komppula, M. ; Pieber, S.M. ; Prevot, A.S.H. ; Onasch, T.B. ; Worsnop, D.R. ; Czech, H. ; Zimmermann, R. ; Jokiniemi, J. ; Sippula, O.

Transformation of logwood combustion emissions in a smog chamber: Formation of secondary organic aerosol and changes in the primary organic aerosol upon daytime and nighttime aging.
Fuel 177, 334-342 (2016)

Czech, H. ; Sippula, O. ; Kortelainen, M. ; Tissari, J. ; Radischat, C. ; Passig, J. ; Streibel, T. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R.

On-line analysis of organic emissions from residential wood combustion with Single-Photon Ionisation Time-Of-Flight Mass Spectrometry (SPI-TOFMS).
Appl. Energy 155, 204-217 (2015)

Müller, L. ; Jakobi, G. ; Czech, H. ; Stengel, B. ; Orasche, J. ; Arteaga-Salas, J.M. ; Karg, E.W. ; Elsasser, M. ; Sippula, O. ; Streibel, T. ; Slowik, J.G. ; Prevot, A.S.H. ; Jokiniemi, J. ; Rabe, R. ; Harndorf, H. ; Michalke, B. ; Schnelle-Kreis, J. ; Zimmermann, R.

Characteristics and temporal evolution of particulate emissions from a ship diesel engine.
Energy Fuels 29, 3897-3907 (2015)

Reda, A. ; Czech, H. ; Schnelle-Kreis, J. ; Sippula, O. ; Orasche, J. ; Weggler, B.A. ; Abbaszade, G. ; Arteaga-Salas, J.M. ; Kortelainen, M. ; Tissari, J. ; Jokiniemi, J. ; Streibel, T. ; Zimmermann, R.

Analysis of gas-phase carbonyl compounds in emissions from modern wood combustion appliances: Influence of wood type and combustion appliance.
PLoS ONE 10:e0126536 (2015)

Oeder, S. ; Kanashova, T. ; Sippula, O. ; Sapcariu, S.C. ; Streibel, T. ; Arteaga-Salas, J.M. ; Passig, J. ; Dilger, M. ; Paur, H.R. ; Schläger, C. ; Mülhopt, S. ; Diabaté, S. ; Weiss, C. ; Stengel, B. ; Rabe, R. ; Harndorf, H. ; Torvela, T. ; Jokiniemi, J.K. ; Hirvonen, M.R. ; Schmidt-Weber, C.B. ; Traidl-Hoffmann, C. ; BéruBé, K.A. ; Wlodarczyk, A.J. ; Prytherch, Z. ; Michalke, B. ; Krebs, T. ; Prévôt, A.S. ; Kelbg, M. ; Tiggesbäumker, J. ; Karg, E.W. ; Jakobi, G. ; Scholtes, S. ; Schnelle-Kreis, J. ; Lintelmann, J. ; Matuschek, G. ; Sklorz, M. ; Klingbeil, S. ; Orasche, J. ; Richthammer, P. ; Müller, L. ; Elsasser, M. ; Reda, A. ; Gröger, T.M. ; Weggler, B.A. ; Schwemer, T. ; Czech, H. ; Rüger, C.P. ; Abbaszade, G. ; Radischat, C. ; Hiller, K. ; Buters, J.T.M. ; Dittmar, G. ; Zimmermann, R.

Particulate matter from both heavy fuel oil and diesel fuel shipping emissions show strong biological effects on human lung cells at realistic and comparable in vitro exposure conditions.

Contact

Dr. Hendryk Czech

Head of aeroHEALTH & Data Analysis

Profil anzeigen