POCN-type Pincer Complexes of NiII and NiIII : synthesis, reactivities, catalytic activities and physical properties

Cette thèse décrit la synthèse, la caractérisation, les réactivités, et les propriétés physiques de complexes divalents et trivalents de Ni formés à partir de nouveaux ligands «pincer» de type POCN. Les ligands POCN de type amine sont préparés d’une façon simple et efficace via l’amination réductrice de 3-hydroxybenzaldéhyde avec NaBH4 et plusieurs amines, suivie par la phosphination de l’amino alcool résultant pour installer la fonction phosphinite (OPR2); le ligand POCN de type imine 1,3-(i-Pr)2PC6H4C(H)=N(CH2Ph) est préparé de façon similaire en faisant usage de PhCH2NH2 en l’absence de NaBH4. La réaction de ces ligands «pincer» de type POCN avec NiBr2(CH3CN)x en présence d’une base résulte en un bon rendement de la cyclométalation du lien C-H situé en ortho aux fonctions amine et phosphinite. Il fut découvert que la base est essentielle pour la propreté et le haut rendement de la formation des complexes «pincer» désirés. Nous avons préparé des complexes «pincer» plan- carrés de type POCN, (POCNRR΄)NiBr, possédant des fonctions amines secondaires et tertiaires qui démontrent des réactivités différentes selon les substituants R et R΄. Par exemple, les complexes possédant des fonctions amines tertiaires ArCH2NR2 (NR2= NMe2, NEt2, and morpholinyl) démontrent des propriétés rédox intéressantes et pourraient être convertis en leurs analogues trivalents (POCNR2)NiBr2 lorsque réagis avec Br2 ou N-bromosuccinimide (NBS). Les complexes trivalents paramagnétiques à 17 électrons adoptent une géométrie de type plan-carré déformée, les atomes de Br occupant les positions axiale et équatoriale. Les analyses «DSC» et «TGA» des ces composés ont démontré qu’ils sont thermiquement stables jusqu’à ~170 °C; tandis que la spectroscopie d’absorption en solution a démontré qu’ils se décomposent thermiquement à beaucoup plus basse température pour regénérer les complexes divalents ne possédant qu’un seul Br; l’encombrement stérique des substitutants amines accélère cette route de décomposition de façon significative. Les analogues NMe2 et N(morpholinyl) de ces espèces de NiIII sont actifs pour catalyser la réaction d’addition de Kharasch, de CX4 à des oléfines telles que le styrène, tandis qu’il fut découvert que l’analogue le moins thermiquement stable (POCNEt2)Ni est complètement inerte pour catalyser cette réaction. Les complexes (POCNRH)NiBr possédant des fonctions amines secondaires permettent l’accès à des fonctions amines substituées de façon non symétrique via leur réaction avec des halogénures d’alkyle. Un autre avantage important de ces complexes réside dans la possibilité de déprotonation pour préparer des complexes POCN de type amide. De telles tentatives pour déprotoner les fonctions NRH nous ont permis de préparer des espèces dimériques possédant des ligands amides pontants. La nature dimérique des ces complexes [P,C,N,N-(2,6-(i-Pr)2PC6H3CH2NR)Ni]2 (R= PhCH2 et Ph) fut établie par des études de diffraction des rayons-X qui ont démontré différentes géométries pour les cœurs Ni2N2 selon le substituant N : l’analogue (PhCH2)N possède une orientation syn des substitutants benzyles et un arrangement ressemblant à celui du cyclobutane du Ni et des atomes d’azote, tandis que l’analogue PhN adopte un arrangement de type diamant quasi-planaire des atomes du Ni et des atomes d’azote et une orientation anti des substituants phényles. Les espèces dimériques ne se dissocient pas en présence d’alcools, mais elles promouvoient l’alcoolyse catalytique de l’acrylonitrile. De façon intéressante, les rendements de ces réactions sont plus élevés avec les alcools possédant des fonctions O-H plus acides, avec un nombre de «turnover» catalytique pouvant atteindre 2000 dans le cas de m-cresol. Nous croyons que ces réactions d’alcoolyse procèdent par activation hétérolytique de l’alcool par l’espèce dimérique via des liaisons hydrogènes avec une ou deux des fonctions amides du dimère. Les espèces dimériques de Ni (II) s’oxydent facilement électrochimiquement et par reaction avec NBS ou Br2. De façon surprenante, l’oxydation chimique mène à l’isolation de nouveaux produits monomériques dans lesquels le centre métallique et le ligand sont oxydés. Le mécanisme d’oxydation fut aussi investigué par RMN, «UV-vis-NIR», «DFT» et spectroélectrochimie.

Dynamique de croissance par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc

Le but de cette thèse était d’étudier la dynamique de croissance par pulvérisation par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc destinées à des applications électroniques, optoélectroniques et photoniques de pointe. Dans ce contexte, nous avons mis au point plusieurs diagnostics permettant de caractériser les espèces neutres et chargées dans ce type de plasmas, notamment la sonde électrostatique, la spectroscopie optique d’émission et d’absorption, ainsi que la spectrométrie de masse. Par la suite, nous avons tenté de corréler certaines caractéristiques physiques de croissance des couches de ZnO, en particulier la vitesse de dépôt, aux propriétés fondamentales du plasma. Nos résultats ont montré que l’éjection d’atomes de Zn, In et O au cours de la pulvérisation RF magnétron de cibles de Zn, ZnO et In2O3 n’influence que très peu la densité d’ions positifs (et donc la densité d’électrons en supposant la quasi-neutralité) ainsi que la fonction de distribution en énergie des électrons (populations de basse et haute énergie). Cependant, le rapport entre la densité d’atomes d’argon métastables (3P2) sur la densité électronique décroît lorsque la densité d’atomes de Zn augmente, un effet pouvant être attribué à l’ionisation des atomes de Zn par effet Penning. De plus, dans les conditions opératoires étudiées (plasmas de basse pression, < 100 mTorr), la thermalisation des atomes pulvérisés par collisions avec les atomes en phase gazeuse demeure incomplète. Nous avons montré que l’une des conséquences de ce résultat est la présence d’ions Zn+ suprathermiques près du substrat. Finalement, nous avons corrélé la quantité d’atomes de Zn pulvérisés déterminée par spectroscopie d’émission avec la vitesse de dépôt d’une couche mince de ZnO mesurée par ellipsométrie spectroscopique. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que ce sont majoritairement les atomes de Zn (et non les espèces excitées et/ou ioniques) qui gouvernent la dynamique de croissance par pulvérisation RF magnétron des couches minces de ZnO.

Synthesis and Laser induced Studies of nanosized ZnO for Photonic Applications

Over the past few years, a little word with big potential has been rapidly entering into the world's consciousness-'nano'. Nanoscience and technology is a multidisciplinary field, involving the fabrication and understanding of matter at the finest level of a few nanomters.This thesis is about the synthesis and laser induced studies of nanosized ZnO,a versatile material with a wide range of applications.After synthesizing colloids and films of nano ZnO,the samples are studied using different optical methods.Interactions of intense laser beams with nanosized particles are found to open up many interesting scenarios with possible applications in the field of photonics.

NIR Spectroscopic and Laser Induced Fluorescence studies of some organic molecules

Vibrational overtone spectroscopy of molecules containing X-H oscillators (X = C, N, O...) has become an effective tool for the study of molecular structure, dynamics, inter and intramolecular interactions, conformational aspects and substituent effects in aliphatic and aromatic compounds. In the present work, the author studied the NIR overtone spectra of some liquid phase organic compounds. The analysis of the CH, NH and OH overtones yielded important structural information about these systems. In an attempt to get information on electronic energy levels, we studied the pulsed Nd:YAG laser induced fluorescence spectra of certain organic compounds. The pulsed laser Raman spectra of some organic compounds are also studied. The novel high resolution technique of near infrared tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is used to record the rotational structure of the second OH overtone spectrum of 2-propanol. The spectral features corresponding to the different molecular conformations could be identified from the high resolution spectrum. The whole work described in this thesis is divided into five chapters.

On structural, optical and dielectric properties of zinc aluminate nanoparticles

Zinc aluminate nanoparticles with average particle size of 40 nm were synthesized using a sol–gel combustion method. X-ray diffractometry result was analysed by Rietveld refinement method to establish the phase purity of the material. Different stages of phase formation of the material during the synthesis were investigated using differential scanning calorimetry and differential thermogravimetric analysis. Particle size was determined with transmission electron microscopy and the optical bandgap of the nanoparticles was determined by absorption spectroscopy in the ultraviolet-visible range. Dielectric permittivity and a.c. conductivity of the material were measured for frequencies from 100 kHz to 8 MHz in the temperature range of 30–120◦C. The presence of Maxwell– Wagner type interfacial polarization was found to exist in the material and hopping of electron by means of quantum mechanical tunneling is attributed as the reason for the observed a.c. conductivity

Effect of cobalt doping on the magnetic properties of superparamagnetic g-Fe2O3-polystyrene nanocomposites

Superparamagnetic nanocomposites based on g-Fe2O3 and sulphonated polystyrene have been synthesized by ion exchange process and the preparation conditions were optimized. Samples were subjected to cycling to study the effect of cycling on the magnetic properties of these composites. The structural and magnetization studies have been carried out. Magnetization studies show the dependence of magnetization on the number of ion exchange cycles. Doping of cobalt at the range in to the g-Fe2O3 lattice was effected in situ and the doping was varied in the atomic percentage range 1–10. The exact amount of cobalt dopant as well as the iron content was estimated by Atomic Absorption Spectroscopy. The effect of cobalt in modifying the properties of the composites was then studied and the results indicate that the coercivity can be tuned by the amount of cobalt in the composites. The tuning of both the magnetization and the coercivity can be achieved by a combination of cycling of ion exchange and the incorporation of cobalt

Photoschaltbare Azobenzol-modifizierte selbstorganisierte Monoschichten auf Gold(111)-Oberflächen

Für die Entwicklung photoschaltbarer selbstorganisierter Monoschichten (SAMs) auf Gold(111)-Oberflächen wurden neue Azobenzol-terminierte Asparagussäure - und Liponsäurederivate synthetisiert. Um den Einfluss lateraler Wasserstoffbrückenbindungen auf Qualität und Orientierungsordnung der Schichten zu untersuchen, wurden Monolagen, die durch amid- und esterverknüpfte Verbindungen gebildet wurden, miteinander verglichen. Die Filmbildung aus der Lösung wurde in situ durch optische Frequenzverdopplung (SHG) untersucht und die Photoreaktivität mittels Kontaktwinkelmessungen, Oberflächen-Plasmonenresonanz (SPR) und Ellipsometrie verfolgt. SAMs auf Gold wurden außerdem mit Hilfe von Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Nahkanten-Reflexions-Röntgenabsorptionsspektroskopie (NEXAFS) und Infrarot-Reflexionsabsorptionsspektroskopie (IRRAS) charakterisiert, um die Filmqualität, die Bindung ans Substrat und Orientierungsordnung im Film zu ermitteln. Da die Chemisorption auf polykristallinem Gold formal der Koordinationschemie von 1,2-Dithiolan-Derivaten gegenüber nullwertigen Edelmetall-Zentralatomen entspricht, wurden etliche Pt-Komplexe durch oxidative Addition an [Pt(PPh3)4] dargestellt. Im Zusammenhang mit der Darstellung der Asparagussäure wurde die Kristallstruktur von [pipH]2[WS4] und der neuen Verbindungen [pipH]3[WS4](HS) und [pipH]4[WS4][WOS3] (pip = Piperidin) bestimmt. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Piperidinium-Kationen und den Thiowolframat-Anionen spielen eine dominante strukturelle Rolle.

Patent DE10 2004 037 519 B4 “Sensor Process and Device for Determining a Physical Value“. A Proof of Concept

At present, a fraction of 0.1 - 0.2% of the patients undergoing surgery become aware during the process. The situation is referred to as anesthesia awareness and is obviously very traumatic for the person experiencing it. The reason for its occurrence is mostly an insufficient dosage of the narcotic Propofol combined with the incapability of the technology monitoring the depth of the patient’s anesthetic state to notice the patient becoming aware. A solution can be a highly sensitive and selective real time monitoring device for Propofol based on optical absorption spectroscopy. Its working principle has been postulated by Prof. Dr. habil. H. Hillmer and formulated in DE10 2004 037 519 B4, filed on Aug 30th, 2004. It consists of the exploitation of Intra Cavity Absorption effects in a two mode laser system. In this Dissertation, a two mode external cavity semiconductor laser, which has been developed previously to this work is enhanced and optimized to a functional sensor. Enhancements include the implementation of variable couplers into the system and the implementation of a collimator arrangement into which samples can be introduced. A sample holder and cells are developed and characterized with a focus on compatibility with the measurement approach. Further optimization concerns the overall performance of the system: scattering sources are reduced by re-splicing all fiber-to-fiber connections, parasitic cavities are eliminated by suppressing the Fresnel reflexes of all one fiber ends by means of optical isolators and wavelength stability of the system is improved by the implementation of thermal insulation to the Fiber Bragg Gratings (FBG). The final laser sensor is characterized in detail thermally and optically. Two separate modes are obtained at 1542.0 and 1542.5 nm, tunable in a range of 1nm each. Mode Full Width at Half Maximum (FWHM) is 0.06nm and Signal to Noise Ratio (SNR) is as high as 55 dB. Independent of tuning the two modes of the system can always be equalized in intensity, which is important as the delicacy of the intensity equilibrium is one of the main sensitivity enhancing effects formulated in DE10 2004 037 519 B4. For the proof of concept (POC) measurements the target substance Propofol is diluted in the solvents Acetone and DiChloroMethane (DCM), which have been investigated for compatibility with Propofol beforehand. Eight measurement series (two solvents, two cell lengths and two different mode spacings) are taken, which draw a uniform picture: mode intensity ratio responds linearly to an increase of Propofol in all cases. The slope of the linear response indicates the sensitivity of the system. The eight series are split up into two groups: measurements taken in long cells and measurements taken in short cells.

Absorptionsspektrometrie in der Kavität eines Halbleiterlasers unter Ausnutzung der Modenkonkurrenz zwischen zwei Moden

Motivation dieser Arbeit ist die Idee, ein höchst sensitives und selektives Spektroskop, welches gleichzeitig robust ist, auf Basis von Halbleiterlasern zum Einsatz in der Atemgasdiagnostik zu entwickeln. Technische Grundlage ist die Idee, die Probe innerhalb des Laserresonators zu vermessen (sogenannte intra cavity absorption spectroscopy, ICAS). Im speziellen soll durch die Verwendung des relativen Intensitätsrauschens zur Messwertbestimmung und die Verwendung von nur zwei Moden statt der sonst für ICAS verwendeten multimodigen Laser, die Empfindlichkeit erhöht, sowie die Messwerterfassung vereinfacht werden. Die Probe im Laserresonator zu Messen, hat den Vorteil, dass durch die multiple Hin­ und Rückreflektion die wirksame Pfadlänge durch die Probe vervielfacht wird. Dabei werden Verluste an den Resonatorspiegeln durch die Verstärkung der aktiven Zone des Lasers kompensiert. Außerdem wird durch die Konkurrenz der Moden um die idealerweise homogen verbreiterte Verstärkung im Laser die Empfindlichkeit noch einmal bedeutend erhöht. Schon eine geringe Absorption bei einer bestimmten Wellenlänge wird die Intensität des betroffenen Modes zugunsten der anderen Moden verringern. Die Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der spektroskopischen Untersuchung zwei- er für die Atemgasdiagnostik relevanter Stoffe, Aceton und das in der Anästhesie häufig eingesetzte Propofol, um das Umfeld, in dem der Laser Verwendung finden soll, zu beleuchten. Diese Untersuchungen flossen in die Entwicklung des später zum Sensor auszubauenden Lasers ein. Für den Laser wurden in der Telekommunikation übliche, glasfaserbasierte, robuste Standardbauteile wie ein optischer Halbleiterverstärker (semiconductor optical amplifier, SOA), Faserkoppler und Faser­Bragg­Gitter verwendet. Die Bauteile wurden charakterisiert. Teilaspekte des Aufbaus wurden mit der Software CAMFR simuliert. Schließlich wurde der Laser als solcher aufgebaut und charakterisiert. Das Ziel der Zweimodigkeit, in einem Intervall von 2 nm durchstimmbar, konnte erreicht werden. An einem vom Heinrich­Hertz­Institut in Berlin entwickelten zweimodigen Halbleiterlasers wurden Untersuchungen der Idee zur Vereinfachung der Messwerterfassung mittels relativen Intensitätsrauschens (relative intensity noise, RIN) durchgeführt. Als Messgröße stellt das RIN die Amplituden der Intensitätsschwankungen des Lasers gegen die Frequenzen der Intensitätsschwankungen als Rauschspektrum dar. Es konnte nachgewiesen werden, dass das Rauschspektrum charakteristisch für das Oszillationsverhalten des Lasers ist.

Diazafluoren-9-yliden als Bindungsmotiv für Metallfragmente in kreuzkonjugierten π-Systemen

In der vorliegenden Dissertation wurden kreuzkonjugierte organische Verbindungen basierend auf Diazafluorenmethyliden- sowie Dipyridylmethyliden-Bausteinen synthetisiert, die zum einen photoredoxaktive Metallfragmente komplexieren können und zum anderen erweiterte π-konjugierte Pfade auf der Grundlage von Alkineinheiten ermöglichen. Das kreuzkonjugierte Motiv wurde über die Kupplung von Alkineinheiten an halogenierte Methyliden-Einheiten, den so genannten Dibromolefinen, zugänglich gemacht. Zur Synthese von Dibromolefinen wurden verschiedene Methoden untersucht. Literaturbekannte Methoden wie die Wittig-Reaktion und ihre Modifikationen sowie die Corey-Fuchs-Reaktion konnten für die Diazafluoreneinheit nicht erfolgreich angewendet werden. Bei einer mikrowellenunterstützten Reaktion konnte sowohl ausgehend von Diazafluoren-9-on als auch von Di-2-pyridylketon eine Dibromolefinierung (55 % und 65 %) erreicht werden. Die Eignung der Mikrowellenstrahlung für Dibromolefinierungsreaktionen nach Corey und Fuchs wurde weiterhin an verschiedenen Aldehyden und Ketonen untersucht. In den meisten Fällen konnten gute bis sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Durch die erfolgreiche Synthese von Dibromolefinen über Mikrowellensynthese wurde die Realisierung von diversen π-konjugierten Systemen möglich. Dies erfolgte exemplarisch durch die Kupplung der Alkine 5-Ethinyl-2,2’-bipyridin, 1-(Ferrocenylethinyl)-4-(ethinyl)benzol, Tri(tolyl)propin sowie der TIPS- und TMS-Acetylene. Neben der Vielfalt an Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Dipyridyl- und Diazafluorenbausteinen zeigte sich zudem, dass sogar räumlich anspruchsvolle Verbindungen wie die geminale angeordneten voluminösen Tri(tolyl)propinyl-Substituenten an der Doppelbindung erfolgreich synthetisiert werden können. Die Koordinationseigenschaften der neu synthetisierten Verbindungen konnten durch Umsetzungen der Diazafluoren- und Dipyridylverbindungen mit PdCl2 und [RuCl2(bpy)2] erfolgreich gezeigt werden. Im Hinblick auf die Herstellung von Funktionsmaterialien eignen sich die Endiin-Strukturmotive aufgrund von diversen Variationsmöglichkeiten wie Koordination von Übergangsmetallen sowie Funktionalisierung der Peripherie gut. Dadurch können die elektronischen Eigenschaften wie die Absorption oder elektrochemische Potentiale der Verbindungen modifiziert werden. Die UV/Vis-Spektren der neu synthetisierten Verbindungen zeigen, dass Absorptionen in längerwelligen Bereichen durch Verlängerung des Konjugationspfades gesteuert werden können. Zudem lassen sich weitere photophysikalische Eigenschaften wie MC-, LC-, LMCT- oder MLCT-Übergänge durch Koordination von Metallen generieren. Die elektrochemischen Potentiale der Dipyridyl- und Diazafluorenbausteine konnten durch Anbindung von verschiedenen Substituenten beeinflusst werden. Es zeigte sich, dass sich die Reduktionswellen im Vergleich zu denen der Ketone zu niedrigeren Potentialen verschieben, wenn Alkine an die Dipyridylmethyliden- und Diazafluorenmethyliden-Bausteine geknüpft wurden. Zudem konnte beobachtet werden, dass die Signale nicht immer reversibel sind. Insbesondere die Dipyridylverbindungen zeichneten sich durch irreversible Reduktionswellen aus. Die Realisierung von π-konjugierten Systemen gelang auch mit cyclischen kohlenstoffbasierten Verbindungen. Über das separat synthetisierte 2,2’-Diethinyltolan konnte eine cyclische Verbindung, ein dehydroannulen-radialenisches System, erfolgreich hergestellt werden. Die Koordination von redoxaktiven Metallzentren wie [Ru(bpy)2] konnte für diese Verbindung ebenfalls erfolgreich gezeigt werden. Die elektronische Wechselwirkung zwischen dem Metallzentrum und dem dehydroannulenischen System könnte sowohl über theoretische Methoden (zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie) als auch experimentell wie z. B. über transiente Absorptionsspektroskopie untersucht werden. Diese zukünftig durchzuführenden Untersuchungen können Aufschluss über die Ladungstransferraten und -dauer geben. Im Hinblick auf die Realisierung von Modellverbindungen für molekulare Drähte wurden lineare Systeme basierend auf der Diazafluoreneinheit synthetisiert. Zur Synthese von derartigen Systemen war es zunächst notwendig, die Dibromolefine unsymmetrisch zu alkinylieren. Die unsymmetrische Substitution gestaltete sich als Herausforderung, da eine Einfachkupplung mit einem Acetylen nicht möglich war. In den meisten Fällen wurden zweifach substituierte Spezies mit den identischen Alkinen erhalten. Die besten Ausbeuten konnten durch die konsekutive Zugabe von TIPS-Acetylen und darauffolgend TMS-Acetylen in die Reaktionsmischung erhalten werden. Offenbar spielt der räumliche Anspruch des Erstsubstituenten in diesem Zusammenhang eine Rolle. Die selektive Entschützung der unterschiedlich silylierten Verbindungen erfolgte mit K2CO3 in MeOH/THF (1:1). Die oxidative Homokupplungsreaktion erfolgte ohne Isolierung der entschützten Spezies, da diese instabil ist und zur Polymerisation neigt. Aufgrund der Instabilität der entschützten Spezies sowie möglichen Nebenreaktionen waren die Ausbeuten sowohl bei der TIPS-geschützten Verbindung als auch bei der TTP-geschützten Verbindung gering. Versuche, lineare Systeme von dipyridylbasierten Verbindungen zu erhalten, schlugen fehl. Die π-konjugierten Systeme lassen aufgrund der effektiven Überlappung der beteiligten π-Orbitale hohe Ladungsträgermobilitäten vermuten. Die im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen könnten mit Schwefelverbindungen die Anbindung an Elektroden zulassen, worüber die Leitfähigkeiten der Verbindungen gemessen werden könnten.

The GlobMODEL demonstrator: assimilation of new satellite products in an operational meteorological center

As part of its Data User Element programme, the European Space Agency funded the GlobMODEL project which aimed at investigating the scientific, technical, and organizational issues associated with the use and exploitation of remotely-sensed observations, particularly from new sounders. A pilot study was performed as a "demonstrator" of the GlobMODEL idea, based on the use of new data, with a strong European heritage, not yet assimilated operationally. Two parallel assimilation experiments were performed, using either total column ozone or ozone profiles retrieved at the Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI) from the Ozone Monitoring Instrument (OMI). In both cases, the impact of assimilating OMI data in addition to the total ozone columns from the SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CartograpHY (SCIAMACHY) on the European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) ozone analyses was assessed by means of independent measurements. We found that the impact of OMI total columns is mainly limited to the region between 20 and 80 hPa, and is particularly important at high latitudes in the Southern hemisphere where the stratospheric ozone transport and chemical depletion are generally difficult to model with accuracy. Furthermore, the assimilation experiments carried out in this work suggest that OMI DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) total ozone columns are on average larger than SCIAMACHY total columns by up to 3 DU, while OMI total columns derived from OMI ozone profiles are on average about 8 DU larger than SCIAMACHY total columns. At the same time, the demonstrator brought to light a number of issues related to the assimilation of atmospheric composition profiles, such as the shortcomings arising when the vertical resolution of the instrument is not properly accounted for in the assimilation. The GlobMODEL demonstrator accelerated scientific and operational utilization of new observations and its results - prompted ECMWF to start the operational assimilation of OMI total column ozone data.

Accumulated metal speciation in earthworm populations with multi-generational exposure to metalliferous soils: cell fractionation and high energy synchrotron analyses

Predicting metal bioaccumulation and toxicity in soil organisms is complicated by site-specific biotic and abiotic parameters. In this study we exploited tissue fractionation and digestion techniques, combined with X-ray absorption spectroscopy (XAS), to investigate the whole-body and subcellular distributions, ligand affinities, and coordination chemistry of accumulated Pb and Zn in field populations of the epigeic earthworm Lumbricus rubellus inhabiting three contrasting metalliferous and two unpolluted soils. Our main findings were (i) earthworms were resident in soils with concentrations of Pb and Zn ranging from 1200 to 27 000 mg kg(-1) and 200 to 34 000 mg kg(-1), respectively; (ii) Pb and Zn primarily accumulated in the posterior alimentary canal in nonsoluble subcellular fractions of earthworms; (iii) site-specific differences in the tissue and subcellular partitioning profiles of populations were observed, with earthworms from a calcareous site partitioning proportionally more Pb to their anterior body segments and Zn to the chloragosome-rich subcellular fraction than their acidic-soil inhabiting counterparts; (iv) XAS indicated that the interpopulation differences in metal partitioning between organs were not accompanied by qualitative differences in ligand-binding speciation, because crystalline phosphate-containing pyromorphite was a predominant chemical species in the whole-worm tissues of all mine soil residents. Differences in metal (Pb, Zn) partitioning at both organ and cellular levels displayed by field populations with protracted histories of metal exposures may reflect their innate ecophysiological responses to essential edaphic variables, such as Ca2+ status. These observations are highly significant in the challenging exercise of interpreting holistic biomarker data delivered by "omic" technologies.

Vibrationally mediated photodissociation of nitrous acid

Hitherto unobserved overtone and combination bands of nitrous acid have been investigated by Fourier-transform infrared absorption spectroscopy and through the resonance enhancements they provide in the two-photon excition spectrum for forming OH(X) photofragments. Analysis of the band profiles associated with the second and third O—H stretching overtones of trans-HONO, and of the energy disposal into the OH(X) fragments resulting from two-photon dissociation mediated by these overtone levels, provide some clues as to the mechanism for intramolecular vibrational energy redistribution (IVR) within these vibrationally excited molecules. The work serves to highlight further the extreme sensitivity of vibrationally mediated photodissociation (VMP) as a means of revealing weak O—H stretching overtones, even in situations (as here) where the species of interest is but a minor constituent of an equilibrium mixture.

Ultrafast excited state dynamics controlling photochemical isomerization of N-methyl-4-[trans-2-(4-pyridyl)ethenyl]pyridinium coordinated to a {Re-1(CO)(3)(2,2 '-bipyridine)} chromophore

Two Multifunctional photoactive complexes [Re(Cl)(CO)(3)-(MeDpe(+))(2)](2+) and [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) (MeDpe(+) = N-methyl-4-[trans-2-(4-pyridyl)ethenyl]pyridinium, bpy = 2,2'-bipyridine) were synthesized. characterized. and their redox and photonic properties were investigated by cyclic voltammetry: ultraviolet-visible-infrared (UV/Vis/IR) spectroelectrochemistry, stationary UV/Vis and resonance Raman spectroscopy; photolysis; picosecond time-resolved absorption spectroscopy in the visible and infrared regions: and time-resolved resonance Raman spectroscopy. The first reduction step of either complex Occurs at about -1.1 V versus Fc/Fc(+) and is localized at MeDpe(+). Reduction alone does not induce a trans -> cis isomerization of MeDpe(+). [Re(Cl)(CO)(3)(MeDPe(+))(2)](2+) is photostable, while [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) and free MeDpe(+) isomerize under near-UV irradiation. The lowest excited state of [Re(Cl)(CO)(3)(MeDPe(+))(2)](2+) has been identified as the Re(Cl)(CO)(3) -> MeDpe(+) (MLCT)-M-3 (MLCT = metal-to-ligand charge transfer), decaying directly to the ground state with lifetimes of approximate to 42 (73%) and approximate to 430ps (27%). Optical excitation of [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) leads to population of Re(CO)(3) -> MeDpe(+) and Re(CO)(3) -> bpy (MLCT)-M-3 states, from which a MeDpe(+) localized intraligand 3 pi pi* excited state ((IL)-I-3) is populated with lifetimes of approximate to 0.6 and approximate to 10 ps, respectively. The 3IL state undergoes a approximate to 21 ps internal rotation, which eventually produces the cis isomer on a much longer timescale. The different excited-state behavior of the two complexes and the absence of thermodynamically favorable interligand electron transfer in excited [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) reflect the fine energetic balance between excited states of different orbital origin, which can be tuned by subtle Structural variations. The complex [Re(MeDpe+)(CO)(3)(bpy)](2+) emerges as a prototypical, multifunctional species with complementary redox and photonic behavior.

Gas-phase reactions of NO3 and N2O5 with (Z)-hex-4-en-1-ol, (Z)-hex-3-en-1-ol ('leaf alcohol'), (E)-hex-3-en-1-ol, (Z)-hex-2-en-1-ol and (E)-hex-2-en-1-ol

The night-time atmospheric chemistry of the biogenic volatile organic compounds (Z)-hex-4-en-1-ol, (Z)-hex-3-en-1-ol ('leaf alcohol'), (E)-hex-3-en-1-ol, (Z)-hex-2-en-1-ol and (E)-hex-2-en-1-ol, has been studied at room temperature. Rate coefficients for reactions of the nitrate radical (NO3) with these stress-induced plant emissions were measured using the discharge-flow technique. We employed off-axis continuous-wave cavity-enhanced absorption spectroscopy (CEAS) for the detection of NO3, which enabled us to work in excess of the hexenol compounds over NO3. The rate coefficients determined were (2.93 +/- 0.58) x 10(-13) cm(3) molecule(-1) s(-1), (2.67 +/- 0.42) x 10(-13) cm(3) molecule(-1) s(-1), (4.43 +/- 0.91) x 10(-13) cm(3) molecule(-1) s(-1), (1.56 +/- 0.24) x 10(-13) cm(3) molecule(-1) s(-1), and (1.30 +/- 0.24) x 10(-13) cm(3) molecule(-1) s(-1) for (Z)-hex-4-en-1-ol, (Z)-hex-3en-1-ol, (E)-hex-3-en-1-ol, (Z)-hex-2-en-1-ol and (E)-hex-2-en-1-ol. The rate coefficient for the reaction of NO3 with (Z)-hex-3-en-1-ol agrees with the single published determination of the rate coefficient using a relative method. The other rate coefficients have not been measured before and are compared to estimated values. Relative-rate studies were also performed, but required modification of the standard technique because N2O5 (used as the source of NO3) itself reacts with the hexenols. We used varying excesses of NO2 to determine simultaneously rate coefficients for reactions of NO3 and N2O5 with (E)-hex-3-en-1-ol of (5.2 +/- 1.8) x 10(-13) cm(3) molecule(-1) s(-1) and (3.1 +/- 2.3) x 10(-18) cm(3) molecule(-1) s(-1). Our new determinations suggest atmospheric lifetimes with respect to NO3-initiated oxidation of roughly 1-4 h for the hexenols, comparable with lifetimes estimated for the atmospheric degradation by OH and shorter lifetimes than for attack by O-3. Recent measurements of [N2O5] suggest that the gas-phase reactions of N2O5 with unsaturated alcohols will not be of importance under usual atmospheric conditions, but they certainly can be in laboratory systems when determining rate coefficients.