Joint X̄ and R charts with variable parameters

Recent studies have shown that the X̄chart with variable parameters (Vp X̄ chart) detects process shifts faster than the traditional X̄ chart. This article extends these studies for processes that are monitored by both, X̄ and R charts. Basically, the X̄ and R values establish if the control should or should not be relaxed. When the X̄ and R values fall in the central region the control is relaxed because one will wait more to take the next sample and/or the next sample will be smaller than usual. When the X̄ or R values fall in the warning region the control is tightened because one will wait less to take the next sample and the next sample will be larger than usual. The action limits are also made variable. This paper proposes to draw the action limits (for both charts) wider than usual, when the control is relaxed and narrower than usual when the control is tightened. The Vp feature improves the joint X̄ and R control chart performance in terms of the speed with which the process mean and/or variance shifts are detected. © 1998 IIE.

Oxygen Interstitial Dynamics in Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8+delta) Oxides Measured by Mechanical Spectroscopy

Many researchers became interested in the discovery of Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8+delta) oxides with critical temperature of around 80 K. It is known that the critical temperature is related to the CuO2 planes of the material. For this reason, the study of the interstitial oxygen in these oxides is of great relevance. The samples were prepared by means of conventional solid state reactions, through the stoichiometric mixture of precursory powders. After the sinterization, the samples were submitted to measurements of density, electrical resistivity, x-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersion spectroscopy, with the objective of performing their characterization. The measurements of mechanical spectroscopy were performed by a torsion pendulum. The results show three relaxation processes in the temperature range of 200 and 700 K, with activation energy of approximately 0.9 eV, which has been attributed to the dynamics of the interstitial oxygen present in the material.

Long-Term Stability at High Temperatures for Birefringence in PAZO/PAH Layer-by-Layer Films

Optical memories with long-term stability at high temperatures have long been pursued in azopolymers with photoinduced birefringence. In this study, we show that the residual birefringence in layer-by-layer (LbL) films made with poly[1-[4-(3-carboxy-4 hydroxyphenylazo)benzene sulfonamido]-1,2-ethanediyl, sodium salt] (PAZO) alternated with poly(allylamine hydrochloride) (PAH) can be tuned by varying the extent of electrostatic interactions with film fabrication at different pHs for PAH. The dynamics of both writing and relaxation processes could be explained with a two-stage mechanism involving the orientation of the chromophores per se and the chain movement. Upon calculating the activation energies for these processes, we demonstrate semiquantitatively that reduced electrostatic interactions in films prepared at higher pH, for which PAH is less charged, are responsible for the longer stability at high temperatures. This is attributed to orientation of PAZO chromophores via cooperative aggregation, where the presence of counterions hindered relaxation.

Linear viscoelasticity of immiscible blends: The application of creep

A new method to characterize the long-time linear relaxation mechanisms of immiscible blends based on creep experiment was developed. Small-amplitude oscillatory shear and incomplete creep/recovery experiments were combined to characterize immiscible blends of polypropylene with dispersed droplets of polystyrene. An experimental protocol was defined such that the full creep compliance function could be obtained while minimizing morphological changes. Dynamic experiments were performed to characterize the shorter time relaxation processes, and creep and recovery measurements were used to detect the longer time portions of the relaxation spectra. Extended retardation and relaxation spectra were constructed by combining these data. It was found that using this technique, very long-time relaxation peaks which were inaccessible with dynamic experiments alone could be detected. (C) 2012 The Society of Rheology. [http://dx.doi.org/10.1122/1.4720081]

Influence of Molecular Dynamics on the Dielectric Properties of Poly(9,9-di-n-octylfluorene-alt-benzothiadiazole) -Based Devices

This paper uses Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) techniques to study the molecular relaxations and phase transitions in poly(9,9-di-n-octylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT), which has been extensively studied as the active thin film in organic devices. Besides the identification of the glass transition, beta relaxation and crystal-to-crystal phase transition, we correlate such phenomena with dielectric and transport mechanisms in diodes with F8BT as the active layer. The beta relaxation has been assigned to a transition at about 210 K measured by H-1 and C-13 solid state NMR, and can be attributed to local motions in the side chains. The glass transition has been detected by DSC and H-1 NMR. Dielectric spectroscopy (DS) carried out at low frequencies on diodes made from F8BT show two peaks which are coincident with the above transitions. This allowed us to correlate the electrical changes in the film with the onset of specific molecular motions. In addition, DS indicates a third peak related with a crystal-to-crystal phase transition. Finally, these transitions were correlated with changes in the carrier mobility recorded in thin films and published recently.

Near-infrared quantum cutting through a three-step energy transfer process in Nd3+-Yb3+ co-doped fluoroindogallate glasses

The Nd3+-Yb3+ couple was investigated in fluoroindogallate glasses using optical spectroscopy to elucidate the energy transfer mechanisms involved in the downconversion (DC) process. Upon excitation of a Nd3+ ion by an ultraviolet photon, DC through a three-step energy transfer process occurs, in which the energy of the ultraviolet photon absorbed by the Nd3+ ion is converted into three infrared photons emitted by Yb3+ ions, i.e. quantum cutting (QC). In addition, with excitation in the visible, our results confirm that the DC process occurs through a one-step energy transfer process, in which the energy of a visible photon absorbed by the Nd3+ ion is converted into only one infrared photon emitted by an Yb3+ ion. Time-resolved measurements enabled the estimation of the efficiencies of the cross-relaxation processes between Nd3+ and Yb3+ ions.

Relaxationsuntersuchungen in unterkühlten und glasig erstarrten Polyalkoholen mittels dielektrischer und NMR Spektroskopie

Es wurde eine homologe Reihe von Polyalkoholen mit der allgemeinen Summenformel CNHN+2(OH)N (N=3-6) hinsichtlich ihrer Glaseigenschaften ober- und unterhalb der Glasübergangstemperatur TG untersucht. Dabei kamen die dielektrische und magnetische Resonanzspektroskopie (NMR) zum Einsatz. Es ergab sich oberhalb TG eine systematische Zunahme aller untersuchten dynamischen Parameter wie Fragilität, Breite der angenommenen Korrelationszeitenverteilungen und der Sprungwinkel der primären Glasrelaxation mit zunehmendem N. Dies kann insgesamt als eine Abnahme des Netzwerkcharakters, der durch Wasserstoffbrückenbindungen bedingt ist, bei zunehmender Kettenlänge interpretiert werden. Unterhalb TG entwickelt sich mit zunehmendem N die Sekundärrelaxation von einem 'Wing Szenario' zu einem ausgeprägten Johari - Goldstein (JG) - Prozess. Ein Sprungmodell, welches eine eingeschränkte Reorientierung auf einem Konusrand beschreibt, erzeugt mit Hilfe der parametrisierten dielektrischen Verlustspektren Sprungwinkel, die mit denen aus aktuellen ²H - NMR spektroskopischen Untersuchungen vergleichbar sind. Durch den Vergleich unterschiedlich deuterierter Derivate von Glyzerin (N=3) und Sorbitol (N=6) wurde gefolgert, dass auch unterhalb TG der Netzwerkcharakter mit zunehmender Kettenlänge abnimmt.Aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen konnte eine Zeitskala für einen Johari - Goldstein - Prozess im Modellglasbildner Glyzerin extrapoliert werden. Eine Deutung des Wings als Hochfrequenzausläufer des JG - Prozesses ist dadurch möglich.Der JG - Prozess kann somit als universeller Glasprozess interpretiert werden, der in verschiedenen Glasbildnern in unterschiedlicher Ausprägung auftritt.

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.

Ionenleitfähigkeit in polymeren Matrizes – Synthese, Charakterisierung und Untersuchung dynamischer Prozesse von neuen Lithium- und Protonenleitern

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Synthese, physikochemischen und polymerspezifischen Charakterisierung und insbesondere der impedanzspektroskopischen Untersuchung von sowohl neuartigen, solvensfreien lithiumionen- als auch protonenleitfähigen Polymermaterialien für potentielle Anwendungen in sekundären Lithiumionenbatterien bzw. in Hochtemperatur-Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (engl.: proton exchange membrane fuel cell, auch: polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC). Beiden Typen von ionenleitfähigen Membranen liegt das gängige Prinzip der chemischen Anbindung einer für den Ionentransport verantwortlichen Seitengruppe an eine geeignete Polymerhauptkette zugrunde („Entkopplung“; auch Immobilisierung), welcher hinsichtlich Glasübergangstemperatur (Tg), elektrochemischer und thermischer Stabilität (Td) eine dynamisch entkoppelte, aber nicht minder bedeutsame Rolle zukommt. Die Transportaktivierung erfolgt in beiden Fällen thermisch. Im Falle der Protonenleiter liegt die zusätzliche Intention darin, eine Alternative aufzuzeigen, in der die Polymerhauptkette gekoppelt direkt am Protonentransportmechanismus beteiligt ist, d.h., dass der translatorisch diffusive Ionentransport entlang der Hauptkette stattfindet und nicht zwischen benachbarten Seitenketten. Ein Hauptaugenmerk der Untersuchungen liegt sowohl bei den lithiumionen- als auch den protonenleitfähigen Polymermembranen auf temperaturabhängigen dynamischen Prozessen der jeweiligen Ionenspezies in der polymeren Matrix, was die Ionenleitfähigkeit selbst, Relaxationsphänomene, die translatorische Ionendiffusion und im Falle der Protonenleiter etwaige mesomere Grenzstrukturübergänge umfasst. Lithiumionenleiter: Poly(meth)acrylate mit (2-Oxo-1,3-dioxolan)resten (Cyclocarbonat-) in der Seitenkette unterschiedlicher Spacerlänge wurden synthetisiert und charakterisiert. Die Leitfähigkeit s(,T) erreicht bei Poly(2-oxo-[1,3]dioxolan-4-yl)methylacrylat (PDOA): Lithium-bis-trifluormethansulfonimid (LiTFSI) (10:3) ca. 10^-3,5 S cm^-1 bei 150 °C. Weichmachen (Dotieren) mit äquimolaren Mengen an Propylencarbonat (PC) bewirkt in allen Fällen einen enormen Anstieg der Leitfähigkeit. Die höchsten Leitfähigkeiten von Mischungen dieser Polymere mit LiTFSI (und LiBOB) werden nicht beim System mit der niedrigsten Tg gefunden. Auch dient Tg nicht als Referenztemperatur (Tref) nach Williams-Landel-Ferry (WLF), so dass eine WLF-Anpassung der Leitfähigkeitsdaten nur über einen modifizierten WLF-Algorithmus gelingt. Die ermittelten Tref liegen deutlich unterhalb von Tg bei Temperaturen, die charakteristisch für die Seitenkettenrelaxation sind („Einfrieren“). Dies legt nahe, dass der Relaxation der Seitenketten eine entscheidende Rolle im Li^+-Leitfähigkeitsmechanismus zukommt. Die Li^+-Überführungszahlen tLi^+ in diesen Systemen schwanken zwischen 0,13 (40 °C) und 0,55 (160 °C). Protonenleiter: Polymere mit Barbitursäure- bzw. Hypoxanthinresten in der Seitenkette und Polyalkylenbiguanide unterschiedlicher Spacerlänge wurden synthetisiert und charakterisiert. Die Leitfähigkeit s(,T) erreicht bei Poly(2,4,6(1H,3H,5H)-trioxopyrimidin-5-yl)methacrylat (PTPMA) maximal ca. 10^-4,4 S cm^-1 bei 140 °C. Höhere Leitfähigkeiten sind nur durch Mischen mit aprotischen Lösungsmitteln erreichbar. Die höchste Leitfähigkeit wird im Falle der Polyalkylenbiguanide bei Polyethylenbiguanid (PEB) erzielt. Sie erreicht 10^-2,4 S cm^-1 bei 190 °C. Die Aktivierungsenergien EA der Polyalkylenbiguanide liegen (jeweils unterhalb von Tg) zwischen ca. 3 – 6 kJ mol^-1. In allen beobachteten Fällen dient Tg als Tref, so dass eine konventionelle WLF-Behandlung möglich ist und davon auszugehen ist, dass die Leitfähigkeit mit dem freien Volumen Vf korreliert.

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Functional Multiparametric Magnetic Resonance Imaging of the Kidneys Using Blood Oxygen Level-Dependent and Diffusion-Weighted Sequences: a Reliable Tool for Monitoring Acute Upper Urinary Tract Obstruction.

PURPOSE Little data is available on noninvasive MRI-based assessment of renal function during upper urinary tract (UUT) obstruction. In this study, we determined whether functional multiparametric kidney MRI is able to monitor treatment response in acute unilateral UUT obstruction. MATERIAL AND METHODS Between 01/2008 and 01/2010, 18 patients with acute unilateral UUT obstruction due to calculi were prospectively enrolled to undergo kidney MRI with conventional, blood oxygen level-dependent (BOLD) and diffusion-weighted (DW) sequences on emergency admission and after release of obstruction. Functional imaging parameters of the obstructed and contralateral unobstructed kidneys derived from BOLD (apparent spin relaxation rate [R2*]) and DW (total apparent diffusion coefficient [ADCT], pure diffusion coefficient [ADCD] and perfusion fraction [FP]) sequences were assessed during acute UUT obstruction and after its release. RESULTS During acute obstruction, R2* and FP values were lower in the cortex (p=0.020 and p=0.031, respectively) and medulla (p=0.012 and p=0.190, respectively) of the obstructed compared to the contralateral unobstructed kidneys. After release of obstruction, R2* and FP values increased both in the cortex (p=0.016 and p=0.004, respectively) and medulla (p=0.071 and p=0.044, respectively) of the formerly obstructed kidneys to values similar to those found in the contralateral kidneys. ADCT and ADCD values did not significantly differ between obstructed and contralateral unobstructed kidneys during or after obstruction. CONCLUSIONS In our patients with acute unilateral UUT obstruction due to calculi, functional kidney MRI using BOLD and DW sequences allowed for the monitoring of pathophysiologic changes of obstructed kidneys during obstruction and after its release.

Dynamics of fluorescence fluctuations in green fluorescent protein observed by fluorescence correlation spectroscopy

We have investigated the pH dependence of the dynamics of conformational fluctuations of green fluorescent protein mutants EGFP (F64L/S65T) and GFP-S65T in small ensembles of molecules in solution by using fluorescence correlation spectroscopy (FCS). FCS utilizes time-resolved measurements of fluctuations in the molecular fluorescence emission for determination of the intrinsic dynamics and thermodynamics of all processes that affect the fluorescence. Fluorescence excitation of a bulk solution of EGFP decreases to zero at low pH (pKa = 5.8) paralleled by a decrease of the absorption at 488 nm and an increase at 400 nm. Protonation of the hydroxyl group of Tyr-66, which is part of the chromophore, induces these changes. When FCS is used the fluctuations in the protonation state of the chromophore are time resolved. The autocorrelation function of fluorescence emission shows contributions from two chemical relaxation processes as well as diffusional concentration fluctuations. The time constant of the fast, pH-dependent chemical process decreases with pH from 300 μs at pH 7 to 45 μs at pH 5, while the time-average fraction of molecules in a nonfluorescent state increases to 80% in the same range. A second, pH-independent, process with a time constant of 340 μs and an associated fraction of 13% nonfluorescent molecules is observed between pH 8 and 11, possibly representing an internal proton transfer process and associated conformational rearrangements. The FCS data provide direct measures of the dynamics and the equilibrium properties of the protonation processes. Thus FCS is a convenient, intrinsically calibrated method for pH measurements in subfemtoliter volumes with nanomolar concentrations of EGFP.

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.

Polarized interacting exciton gas in quantum wells and bulk semiconductors

We develop a theory to calculate exciton binding energies of both two- and three-dimensional spin polarized exciton gases within a mean field approach. Our method allows the analysis of recent experiments showing the importance of the polarization and intensity of the excitation light on the exciton luminescence of GaAs quantum wells. We study the breaking of the spin degeneracy observed at high exciton density (5×1010 cm2). Energy level splitting between spin +1 and spin -1 is shown to be due to many-body interexcitonic exchange while the spin relaxation time is controlled by intraexciton exchange. © 1996 The American Physical Society.

The hydration of paper studied with solid-state magnetisation-exchange H-1 NMR spectroscopy

The wide-line H-1 nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum of paper in equilibrium with ambient humidity consists of super-imposed relatively broad and narrow lines. The narrower line is of the order of 2 kHz wide at half the maximum height, while the broader line is of the order of 40 kHz in width at half height. On the basis of these line widths, the narrow line is assigned to water sorbed to the paper, and the broad line to the polymeric constituents of the paper. It was not possible to distinguish between the various polymeric components of paper contributing to the H-1 NMR spectra. A modified Goldman-Shen pulse sequence was used to generate a spatial magnetisation gradient between the polymer and water phases. The exchange of magnetisation between protons associated with water and those associated with the macromolecules in paper was observed. The exchange of magnetisation is discussed within a heat transfer model for homonuclear dipolar coupling, with exchange being characterised by a spin-diffusion coefficient. Consideration of the magnitude of the initial rate of the exchange process and estimates of the spin-spin relaxation times based on H-1 line widths indicate that some water must exist in a sufficiently immobile state as to allow homonuclear dipolar interactions between adjacent polymer and water protons. Thus, water sorbed onto paper must exist in at least two states in mass exchange with each other. This observation allows certain conclusions to be drawn about the ratio of free/bound water as a function of moisture content and the dispersal of water within the polymer matrix.