Synthesis and characterization of structurally well-defined polymer-layered silicate nanocomposites

Zusammenfassung Nanokomposite aus Polymeren und Schichtsilikaten werden zumeist auf der Basis natürlicher Tone wie Montmorillonit hergestellt. Für NMR- und EPR-Untersuchungen der Tensidschicht, die das Silikat mit dem Polymer kompatibilisiert, ist der Eisengehalt natürlicher Tone jedoch abträglich, weil er zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten und zu einer Linienverbreiterung in den Spektren führt. Dieses Problem konnte überwunden werden, indem als Silikatkomponente eisenfreies, strukturell wohldefiniertes Magadiit hydrothermal synthetisiert und für die Kompositbildung eingesetzt wurde. Die Morphologie des Magadiits wurde durch Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert und der Interkalationsgrad von schmelzinterkalierten Polymer-Nanokompositen wurde durch Weitwinkelröntgenstreuung bestimmt. Polymere mit Carbonylgruppen scheinen leichter zu interkalieren als solche ohne Carbonylgruppen. Polycaprolacton interkalierte sowohl in Oragnomagadiite auf der Basis von Ammoniumtensiden als auch in solche auf der Basis von Phosphoniumtensiden. Die Dynamik auf einer Nanosekundenzeitskala und die Struktur der Tensidschicht wurden mittels ortsspezifisch spinmarkierter Tensidsonden unter Nutzung von Dauerstrich- (CW) und Puls-Methoden der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie (EPR) untersucht. Zusätzlich wurde die statische 2H-Kernmagnetresonanz (NMR) an spezifisch deuterierten Tensiden angewendet, um die Tensiddynamik auf einer komplementären Zeitskala zwischen Mikrosekunden und Millisekunden zu erfassen. Sowohl die CW-EPR- als auch die 2H-NMR-Ergebnisse zeigen eine Beschleunigung der Tensiddynamik durch Interkalation von Polycaprolacton auf, während sich in den nichtinterkalierten Mikrokompositen mit Polystyrol die Tensiddynamik verlangsamt. Die Rotationskorrelationszeiten und Aktivierungsenergien offenbaren verschiedene Regime der Tensiddynamik. In Polystyrol-Mikrokompositen entspricht die Übergangstemperatur zwischen den Regimen der Glasübergangstemperatur von Polystyrol, während sie in Polycaprolacton-Nanokompositen bei der Schmelztemperatur von Polycaprolacton liegt. Durch die erhebliche Verlängerung der Elektronenspin-Relaxationszeiten bei Verwendung von eisenfreiem Magadiit können Messdaten hoher Qualität mit Puls-EPR-Experimenten erhalten werden. Insebsondere wurden die Vier-Puls-Elektron-Elektron-Doppelresonanz (DEER), die Elektronenspinechoenveloppenmodulation (ESEEM) und die Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) an spinmarkierten sowie spezifisch deuterierten Tensiden angewandt. Die ENDOR-Ergebnisse legen ein Model der Tensidschicht nahe, in dem zusätzlich zu den Oberflächenlagen auf dem Silikat eine wohldefinierte mittlere Lage existiert. Dieses Modell erklärt auch Verdünnungseffekte durch das Polymer in Kompositen mit Polycaprolacton und Polystyrol. Die umfangreiche Information aus den Magnetresonanztechniken ergänzt die Information aus konventionellen Charakterisierungstechniken wie Röntgendiffraktion und Transmissionselektronenmikroskopie und führt so zu einem detaillierteren Bild der Struktur und Dynamik der Tensidschicht in Nanokompositen aus Polymeren und Schichtsilikaten.

Struktur-Dynamik-Beziehungen in amorphen festen Lösungen

Feste Lösungen homogen dispergierter Wirkstoffmoleküle in amorphen Polymermatrizen sind wichtige Materialien in vielen pharmazeutischen Anwendungen, bei denen eine kontrollierte Abgabe wasserunlöslicher Wirkstoffe in wässrige Systeme eine Rolle spielt. Die intermolekulare Bindungs-stärke zwischen Polymer- und Wirkstoffmolekülgruppen bestimmt die Stabilität der festen Lösung und steuert somit die biologische Aktivität der Wirkstoffmoleküle. In festen Lösungen, die aus acryl-säurehaltigen Copolymeren (Protonendonoren) und basischen Wirkstoffmolekülen (Protonenakzepto-ren) hergestellt werden, sind intermolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Systemkomponenten Triebkraft für die Bildung einer stabilen homogenen Dispersion und für die Entstehung struktureller Merkmale zwischen den Molekülgruppen der Systemkomponenten. Zudem ist die Bindungsstärke der Wasserstoffbrücken im Hinblick auf die kontrollierte Abgabe der Wirkstoffe von Bedeutung. Da dynamische chemische Gleichgewichte bei der Bildung der Wasserstoffbrücken eine wichtige Rolle spielen müssen neben strukturellen Parametern auch dynamische Faktoren beleuchtet werden. Ziel dieser Arbeit ist neben der Ermittlung von intermolekularen Bindungsstärken vor allem die Identifika-tion struktureller Verhältnisse zwischen den Systemkomponenten auf molekularer Ebene. Die Be-stimmung der Abhängigkeit dieser Parameter von der Struktur der verwendeten Polymere und einer Vielzahl weiterer Einflüsse wie z.B. Feuchtigkeit, Lagerdauer oder Wirkstoffkonzentration soll ein kontrolliertes Design fester Lösungen mit definierten anwendungsspezifischen Eigenschaften ermögli-chen. Temperaturabhängige 1H-Festkörper-MAS-NMR (Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance) Experimente an festen Lösungen mit unterschiedlichen Copolymer-Zusammensetzungen weisen die Existenz dynamischer chemischer Gleichgewichte in den komplexen Wasserstoffbrücken-netzwerken nach. Veränderungen in der chemischen Verschiebung und in der Linienform der Reso-nanzlinien acider Protonen erlauben einen tiefen Einblick in die Architektur dieser Netzwerke und legen die Bindungsverhältnisse unter Berücksichtigung der Polymerchemie und der Mobilität der Systemkomponenten dar, wobei die Befunde mithilfe quantenchemischer Rechnungen untermauert werden können. Die Gegenwart acider Protonen ermöglicht einen einfachen 1H-2H-Austausch, wor-aufhin mithilfe rotorsynchronisierter temperaturabhängiger 2H-MAS-NMR Experimente die Wasser-stoffbrückenbindungsstärke bestimmt werden kann. Mit 1H-1H-Korrelationsexperimenten (Doppelquantenspektroskopie) stehen Methoden für die Bestimmung homonuklearer dipolarer 1H-1H-Kopplungen zur Verfügung, die strukturelle Aussagen aufgrund von bevorzugten räumlichen Kontak-ten bestimmter Molekülgruppen ermöglichen. Weiterhin können diese Experimente verwendet werden, um Wasserstoffbrücken zwischen Polymergruppen von Polymer-Wirkstoff-Wasserstoffbrücken zu unterscheiden, wodurch eine quantitative Beschreibung des Bindungsnetzwerks und der Konkurrenz-prozesse zwischen den einzelnen wasserstoffverbrückten Spezies ermöglicht wird. Eine Kristallisation der Wirkstoffmoleküle ist in vielen Anwendungen unerwünscht, da sie die biologische Verfügbarkeit des Wirkstoffs reduzieren. Mit 1H-Festkörper-MAS-NMR Experimenten können kristalline von amorph dispergierten Wirkstoffmolekülen unterschieden werden, wodurch eine Quantifizierung der Destabilisierungsprozesse ermöglicht wird, die durch Exposition der festen Lösungen mit Wasserdampf ausgelöst werden können. Die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit der Wasseraufnahme kann mit NMR-Experimenten verfolgt werden, wobei unterschiedlich mobile Was-serspezies an unterschiedlichen Bindungsorten identifiziert werden können, was zum molekularen Verständnis der Destabilisierungsprozesse beiträgt. Zusätzlich wird die Mobilität der Wirkstoffmole-küle bestimmt, die sich – wie auch die Wirkstoffkonzentration - als wichtige Größe in der Beschrei-bung der Destabilisierung erweist. Aufbauend auf den Beobachtungen wird ein Zusammenhang zwischen der Copolymerzusammensetzung und einer kritischen Wirkstoffkonzentration hergestellt, der für die Anwendungen amorpher fester Lösungen in biologischen Systemen von großer Bedeutung ist.

Kinetische Studien zur OH-Bildung über die Reaktionen von HO 2 mit organischen Peroxyradikalen

Es wurde untersucht, wie sich das Substitutionsmuster organischer Peroxyradikale (RO2) auf die Ratenkonstante k1 und die Verzweigungsverhältnisse α, β und γ der Reaktionen von RO2 mit HO2 auswirkt. Die Effekte der Deuterierung von HO2 wurden ebenfalls studiert. Für zwei RO2 wurde zusätzlich das UV-Absorptionsspektrum bestimmt.rnrn αrnRO2 + HO2 → RO + OH + O2 R1arnrn βrn → RO2H + O2 R1brnrn γrn → ROH + O3 R1crnrnIn dieser Arbeit wurde ein neues Experiment aufgebaut. Für die direkte und zeitaufgelöste Messung der OH-Konzentration wurde das Verfahren der Laser-induzierten Fluoreszenz angewendet. Die Radikalerzeugung erfolgte mittels gepulster Laserphotolyse, wodurch unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden konnten. Mittels transienter Absorptionsspektroskopie konnten die Menge der photolytisch erzeugten Radikale bestimmt und die Ozonbildung über R1c quantifiziert werden. Für die Auswertung wurden kinetische Modelle numerisch an die Messdaten angepasst. Um die experimentellen Unsicherheiten abzuschätzen, wurde ein Monte-Carlo-Ansatz gewählt.rnrnk1 und α reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen des RO2-Substitutionsmusters. Während sich eine OH-Bildung für das unsubstituierte C2H5O2 (EtP) mit α EtP ≤ 5 % nicht nachweisen lässt, stellt R1a bei den α-Oxo-substituierten H3CC(O)O2 (AcP) und HOCH2C(O)O2 (HAP) mit α AcP = (63 ± 11) % bzw. α HAP = (69 ± 12) % den Hauptkanal dar. Wie die mit α HEP = (10 ± 4) % geringfügige OH-Bildung bei HOC2H4O2 (HEP) zeigt, nimmt die OH-Gruppe in β-Stellung weniger Einfluss auf den Wert von α als die Oxogruppe in α-Stellung. Bei der Erzeugung α-Oxo-substituierter RO2 kann ebenfalls OH entstehen (R+O2→RO2/OH). Die Druckabhängigkeit dieser OH-Quelle wurde mit einem innovativen Ansatz bestimmt. Mit γ AcP = (15+5-6) % bzw. γ HAP = (10+2-3) % lässt sich für die Reaktionen der α-Oxo-substituierten RO2 eine erhebliche Ozonbildung nachweisen. Durch die Einführung der α-Oxogruppe steigt k1 jeweils um 1,3 • 10-11 cm3s-1 an, der Effekt der β-Hydroxygruppe ist halb so groß (k1 AcP = (2,0 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1, k1 HAP = (2,6 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Das Verzweigungsverhältnis α steigt weiter, wenn das HO2 deuteriert wird (α AcP,iso = (80 ± 14) %, k1 AcP,iso = (2,1 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Vergleiche mit älteren Studien zeigen, dass die OH-Bildung über R1a bislang deutlich unterschätzt worden ist. Die möglichen Ursachen für die Unterschiede zwischen den Studien werden ebenso diskutiert wie die Hintergründe der beobachteten Substituenteneffekte.

Intestinal glucose absorption but not endogenous glucose production differs between colostrum- and formula-fed neonatal calves

Glucose supply markedly changes during the transition to extrauterine life. In this study, we investigated diet effects on glucose metabolism in neonatal calves. Calves were fed colostrum (C; n = 7) or milk-based formula (F; n = 7) with similar nutrient content up to d 4 of life. Blood plasma samples were taken daily before feeding and 2 h after feeding on d 4 to measure glucose, lactate, nonesterified fatty acids, protein, urea, insulin, glucagon, and cortisol concentrations. On d 2, additional blood samples were taken to measure glucose first-pass uptake (FPU) and turnover by oral [U-(13)C]-glucose and i.v. [6,6-(2)H(2)]-glucose infusion. On d 3, endogenous glucose production and gluconeogenesis were determined by i.v. [U-(13)C]-glucose and oral deuterated water administration after overnight feed deprivation. Liver tissue was obtained 2 h after feeding on d 4 and glycogen concentration and activities and mRNA abundance of gluconeogenic enzymes were measured. Plasma glucose and protein concentrations and hepatic glycogen concentration were higher (P < 0.05), whereas plasma urea, glucagon, and cortisol (d 2) concentrations as well as hepatic pyruvate carboxylase mRNA level and activity were lower (P < 0.05) in group C than in group F. Orally administered [U-(13)C]-glucose in blood was higher (P < 0.05) but FPU tended to be lower (P < 0.1) in group C than in group F. The improved glucose status in group C resulted from enhanced oral glucose absorption. Metabolic and endocrine changes pointed to elevated amino acid degradation in group F, presumably to provide substrates to meet energy requirements and to compensate for impaired oral glucose uptake.

Quantification of plasma carnitine and acylcarnitines by high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry using online solid-phase extraction

Carnitine is an amino acid derivative that plays a key role in energy metabolism. Endogenous carnitine is found in its free form or esterified with acyl groups of several chain lengths. Quantification of carnitine and acylcarnitines is of particular interest for screening for research and metabolic disorders. We developed a method with online solid-phase extraction coupled to high-performance liquid chromatography and tandem mass spectrometry to quantify carnitine and three acylcarnitines with different polarity (acetylcarnitine, octanoylcarnitine, and palmitoylcarnitine). Plasma samples were deproteinized with methanol, loaded on a cation exchange trapping column and separated on a reversed-phase C8 column using heptafluorobutyric acid as an ion-pairing reagent. Considering the endogenous nature of the analytes, we quantified with the standard addition method and with external deuterated standards. Solid-phase extraction and separation were achieved within 8 min. Recoveries of carnitine and acylcarnitines were between 98 and 105 %. Both quantification methods were equally accurate (all values within 84 to 116 % of target concentrations) and precise (day-to-day variation of less than 18 %) for all carnitine species and concentrations analyzed. The method was used successfully for determination of carnitine and acylcarnitines in different human samples. In conclusion, we present a method for simultaneous quantification of carnitine and acylcarnitines with a rapid sample work-up. This approach requires small sample volumes and a short analysis time, and it can be applied for the determination of other acylcarnitines than the acylcarnitines tested. The method is useful for applications in research and clinical routine.

Solution structure and interaction of cupiennin 1a, a spider venom peptide, with phospholipid bilayers

The solution structure of cupiennin 1a, a 35 residue, basic antibacterial peptide isolated from the venom of the spider Cupiennius salei, has been determined by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The peptide was found to adopt a helix−hinge−helix structure in a membrane mimicking solvent. The hinge may play a role in allowing the amphipathic N-terminal helix and polar C-terminal helix to orient independently upon membrane binding, in order to achieve maximal antibacterial efficacy. Solid-state 31P and 2H NMR was used to further study the effects of cupiennin 1a on the dynamic properties of lipid membranes, using zwitterionic chain deuterated dimyristoylphosphatidylcholine (d54-DMPC) and anionic dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG) multilamellar vesicles. In d54-DMPC alone, cupiennin 1a caused a decrease in the 31P chemical shift anisotropy, indicating some interaction with the lipid head groups, and a decrease in order over the entire acyl chain. In contrast, for the mixed (d54-DMPC/DMPG) lipid system cupiennin 1a appeared to induce lateral separation of the two lipids as evidenced by the 31P spectra, in which the peptide preferentially interacted with DMPG. Little effect was observed on the deuterated acyl chain order parameters in the d54-DMPC/DMPG model membranes. Furthermore, 31P NMR relaxation measurements confirmed a differential effect on the lipid motions depending upon the membrane composition. Therefore, subtle differences are likely in the mechanism by which cupiennin 1a causes membrane lysis in either prokaryotic or eukaryotic cells, and may explain the specific spectrum of activity.

Optimized Demineralization Technique for the Measurement of Stable Isotope Ratios of Nonexchangeable H in Soil Organic Matter

To make use of the isotope ratio of nonexchangeable hydrogen (δ2Hn (nonexchangeable)) of bulk soil organic matter (SOM), the mineral matrix (containing structural water of clay minerals) must be separated from SOM and samples need to be analyzed after H isotope equilibration. We present a novel technique for demineralization of soil samples with HF and dilute HCl and recovery of the SOM fraction solubilized in the HF demineralization solution via solid-phase extraction. Compared with existing techniques, organic C (Corg) and organic N (Norg) recovery of demineralized SOM concentrates was significantly increased (Corg recovery using existing techniques vs new demineralization method: 58% vs 78%; Norg recovery: 60% vs 78%). Chemicals used for the demineralization treatment did not affect δ2Hn values as revealed by spiking with deuterated water. The new demineralization method minimized organic matter losses and thus artificial H isotope fractionation, opening up the opportunity to use δ2Hn analyses of SOM as a new tool in paleoclimatology or geospatial forensics.

CCSD(T) Study of CD3-O-CD3 and CH3-O-CD3 Far-Infrared Spectra

From a vibrationally corrected 3D potential energy surface determined with highly correlated ab initio calculations (CCSD(T)), the lowest vibrational energies of two dimethyl-ether isotopologues, 12CH3–16O–12CD3 (DME-d3) and 12CD3–16O–12CD3 (DME-d6), are computed variationally. The levels that can be populated at very low temperatures correspond to the COC-bending and the two methyl torsional modes. Molecular symmetry groups are used for the classification of levels and torsional splittings. DME-d6 belongs to the G36 group, as the most abundant isotopologue 12CH3–16O–12CH3 (DME-h6), while DME-d3 is a G18 species. Previous assignments of experimental Raman and far-infrared spectra are discussed from an effective Hamiltonian obtained after refining the ab initio parameters. Because a good agreement between calculated and experimental transition frequencies is reached, new assignments are proposed for various combination bands corresponding to the two deuterated isotopologues and for the 020 → 030 transition of DME-d6. Vibrationally corrected potential energy barriers, structural parameters, and anharmonic spectroscopic parameters are provided. For the 3N – 9 neglected vibrational modes, harmonic and anharmonic fundamental frequencies are obtained using second-order perturbation theory by means of CCSD and MP2 force fields. Fermi resonances between the COC-bending and the torsional modes modify DME-d3 intensities and the band positions of the torsional overtones.

TROSY in triple-resonance experiments: New perspectives for sequential NMR assignment of large proteins

The NMR assignment of 13C, 15N-labeled proteins with the use of triple resonance experiments is limited to molecular weights below ∼25,000 Daltons, mainly because of low sensitivity due to rapid transverse nuclear spin relaxation during the evolution and recording periods. For experiments that exclusively correlate the amide proton (1HN), the amide nitrogen (15N), and 13C atoms, this size limit has been previously extended by additional labeling with deuterium (2H). The present paper shows that the implementation of transverse relaxation-optimized spectroscopy ([15N,1H]-TROSY) into triple resonance experiments results in several-fold improved sensitivity for 2H/13C/15N-labeled proteins and approximately twofold sensitivity gain for 13C/15N-labeled proteins. Pulse schemes and spectra recorded with deuterated and protonated proteins are presented for the [15N, 1H]-TROSY-HNCA and [15N, 1H]-TROSY-HNCO experiments. A theoretical analysis of the HNCA experiment shows that the primary TROSY effect is on the transverse relaxation of 15N, which is only little affected by deuteration, and predicts sensitivity enhancements that are in close agreement with the experimental data.

Dynamics and orientation of N+(CD3)3-bromoacetylcholine bound to its binding site on the nicotinic acetylcholine receptor

Dynamic and structural information has been obtained for an analogue of acetylcholine while bound to the agonist binding site on the nicotinic acetylcholine receptor (nAcChoR), using wide-line deuterium solid-state NMR. Analysis of the deuterium lineshape obtained at various temperatures from unoriented nAcChoR membranes labeled with deuterated bromoacetylcholine (BAC) showed that the quaternary ammonium group of the ligand is well constrained within the agonist binding site when compared with the dynamics observed in the crystalline solids. This motional restriction would suggest that a high degree of complementarity exists between the quaternary ammonium group of the ligand and the protein within the agonist binding site. nAcChoR membranes were uniaxially oriented by isopotential centrifugation as determined by phosphorous NMR of the membrane phospholipids. Analysis of the deuterium NMR lineshape of these oriented membranes enriched with the nAcChoR labeled with N+(CD3)3-BAC has enabled us to determine that the angle formed between the quaternary ammonium group of the BAC and the membrane normal is 42° in the desensitized form of the receptor. This measurement allows us to orient in part the bound ligand within the proposed receptor binding site.

Export of Carbon from Chloroplasts at Night1

Hexose export from chloroplasts at night has been inferred in previous studies of mutant and transgenic plants. We have tested whether hexose export is the normal route of carbon export from chloroplasts at night. We used nuclear magnetic resonance to distinguish glucose (Glc) made from hexose export and Glc made from triose export. Glc synthesized in vitro from fructose-6-phosphate in the presence of deuterium-labeled water had deuterium incorporated at C-2, whereas synthesis from triose phosphates caused C-2 through C-5 to become deuterated. In both tomato (Lycopersicon esculentum L.) and bean (Phaseolus vulgaris L.), Glc from sucrose made at night in the presence of deuterium-enriched water was deuterated only in the C-2 position, indicating that >75% of carbon is exported as hexoses at night. In darkness the phosphate in the cytosol was 28 mm, whereas that in the chloroplasts was 5 mm, but hexose phosphates were 10-fold higher in the cytosol than in the chloroplasts. Therefore, hexose phosphates would not move out of chloroplasts without the input of energy. We conclude that most carbon leaves chloroplasts at night as Glc, maltose, or higher maltodextrins under normal conditions.

Light-generated nuclear quantum beats: a signature of photosynthesis.

Light-induced radical pairs in deuterated and deuterated plus 15N-substituted Synechococcus lividus cyanobacteria have been studied by transient EPR following pulsed laser excitation. Nuclear quantum beats are observed in the transverse electron magnetization at lower temperatures. Model calculations for the time profiles, evaluated at the high-field emissive maximum of the spectrum, indicate assignment of these coherences to nitrogen nuclei in the primary donor. Thorough investigation of the nuclear modulation patterns can provide detailed information on the electronic structure of the primary donor, providing insight into the mechanism of the primary events of plant photosynthesis.

Simultaneous determination of morphine, oxycodone, morphine-3-glucuronide, and noroxycodone concentrations in rat serum by high performance liquid chromatography-electrospray ionization-tandem mass spectrometry

An assay using high performance liquid chromatography (HPLC)-electrospray ionization-tandem mass spectrometry (ESI-MS-MS) was developed for simultaneously determining concentrations of morphine, oxycodone, morphine-3-glucuronide, and noroxycodone, in 50 mul samples of rat serum. Deuterated (d(3)) analogues of each compound were used as internal standards. Samples were treated with acetonitrile to precipitate plasma proteins: acetonitrile was removed from the supernatant by centrifugal evaporation before analysis. Limits of quantitation (ng/ml) and their between-day accuracy and precision (%deviation and %CV) were-morphine, 3.8 (4.3% and 7.6%); morphine-3-glucuronide, 5.0 (4.5% and 2.9%); oxycodone, 4.5 (0.4% and 9.3%); noroxycodone, 5.0 (8.5% and 4.6%). (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Photodegradation of polyaromatic hydrocarbons in passive air samplers: Field testing different deployment chambers

Semi-permeable membrane devices (SPMDs) were loaded with deuterated anthracene and pyrene as performance reference compounds (PRCs) and deployed at a test site in four different chambers (open and closed box chamber, bowl chamber and cage chamber) for 29 days. The losses of PRCs and the uptake of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) from the ambient air were quantified. UV-B levels measured in each deployment chamber indicated that SPMDs would be exposed to the most UV-B in the cage chamber and open box chamber. Significantly less PAHs were quantified in SPMDs deployed in the cage chamber and open box chamber compared to samplers from the other two chambers, suggesting that photodegradation of PAHs had occurred. The loss of PRCs confirmed these results but also showed that photodegradation was occurring in the closed box chamber. The bowl chamber appears to provide the best protection from the influence of direct photodegradation. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

NMR spectroscopy in the presence of ultrasound and other perturbations

The work described in this thesis has been concerned with exploring the potential uses of ultrasound in Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy, The NMR spectra of liquids provide detailed structural information that may be deduced from the chemical shifts and spin-spin coupling, that are evident in the narrow resonances, arising from some of the nuclear broadening interactions being reduced to zero. In the solid state, all of the nuclear broadening interactions are present and broad lines in the NMR spectrum are observed. Current techniques employed to reduce the line widths in solids are based on coherent averaging techniques such as MAS NMR1,2 which can remove first order interactions. Recently DOR3 and DAS4 have become available to remove higher order interactions. SINNMR (Sonically Induced Narrowing of the NMR spectra of solids) has been reported by Homer et al5 and developed by Homer and Howard6 to reduce the line widths of solids. The basis of their work is the proposal that a colloidal suspension of solid particles can be made to move like large molecules by using ultrasonic agitation. The advantage of the technique is that the particles move incoherently removing all of the nuclear interactions responsible for broad lines. This thesis describes work on the extension of SINNMR by showing that the line width of 27AI and 11B for the glass Na20/B203/AI203 can be reduced by placing solid particles in a colloidal suspension. Further line width reduction is possible by applying ultrasound, at 2 MHz, of sufficient intensity. It is proposed that a cavitation field is responsible for imparting sufficient rotational motion to the solid particles to partially average the nuclear interactions responsible for broad lines. Rapid stirring of the colloidal suspension generates turbulent flow, however, the motion is insufficient to narrow the line widths for 27AI in the glass. Investigations of sonochemical reactions for in situ rate measurements by NMR have been made. 8y using the Weissler reaction7, it has been shown that ultrasonic cavitation is possible up to 10MHz. Preliminary studies have been carried out into the rate of ultrasonic polymerisation of methylmethacrylate by NMR. Long range order in liquid crystals can imposed when they are aligned in the presence a magnetic field. The degree of alignment can be monitored by NMR using, for example a deuterated solute added to the liquid crystal8. Ultrasonic streaming can then be employed to deflect the directors of the liquid crystal from their equilibrium position, resulting in a change In the NMR spectrum. The angle of deflection has been found for the thermotropic liquid crystal (I35) to be ca, 35° and for the lyotropic (ZLI-1167) to be ca, 20°, Mechanical stirring can used to re- orientate the liquid crystal but was found to give a smaller deflection, In a separate study, that did not use ultrasound, it has been found that the signal to noise ratio of 13C NMR signals can be enhanced by rapidly stirring a Iiquid. Accelerating the diffusion of nuclei out of the coil region enables M0 to be re-established more rapidly than the normal relaxation process. This allows the pulse repetition rate to be reduced without saturating the spin system. The influence of varying the relaxation delay, acquisition time and inter-pulse delay have been studied and parameters optimised. By studying cholesterol the technique was found to be most effective for nuclei with long relaxation times, such as quaternary carbon sites. Key Worde: NMR, Ulf.rasciund, 1,.lqi.fi!:l cryllltalt!h SCll1C1otlemlstryl I!r1hano~d algnflllf