Komparative Analyse der humanen Chromosomenregion 11p15.3 um die Gene LMO1,TUB und der orthologen Region in der Maus

Ziel der vorliegenden Arbeit war die vergleichende Sequenzierung und nachfolgende Analyse des synt��nen chromosomalen Abschnitts auf dem kurzen Arm des humanen Chromosoms 11 in der Region 11p15.3 mit den Genen LMO1, TUB und dem orthologen Genomabschnitt der Maus auf Chromosom 7��F2. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgef��hrte Kartierung dieser beiden chromosomalen Bereiche erm��glichte die Komplettierung einer genomischen Karte auf insgesamt ��ber eine Megabase, die im Kooperationssequenzierprojekt der Universit��ts-Kinderklinik und dem Institut f��r Molekulargenetik in Mainz erstellt wurde. Mit Hilfe von 28 PAC- und Cosmid-Klonen konnten in dieser Arbeit 383��kb an genomischer DNA des Menschen und mit sechs BAC- und PAC-Klonen 412 kb an genomischer DNA der Maus dargestellt werden. Dies erm��glichte erstmals die exakte Festlegung der Reihenfolge der in diesem chromosomalen Abschnitt enthaltenen Gene und die genaue Kartierung von acht STS-Markern des Menschen, bzw. vier STS-Sonden der Maus. Es zeigte sich dabei, dass die chromosomale Orientierung telomer-/centromerw��rts des orthologen Bereichs in der Maus im Vergleich zum Menschen in invertierter Ausrichtung vorliegt. Die Sequenzierung von drei humanen Klonen erm��glichte die Bestimmung von 319.119��bp an zusammenh��ngender genomischer DNA. Dadurch konnte die genaue Lokalisation und Strukturaufkl��rung der Gene LMO1, ein putatives Tumorsuppressorgen, das mit der Entstehung von Leuk��mien assoziiert ist, und TUB, ein Transkriptionsmodulator, der in die Fettstoffwechselregulation involviert ist, vorgenommen werden. F��r das murine Genom wurden 412.827��bp an neuer DNA-Sequenz durch Sequenzierung von ebenfalls drei Klonen generiert. Der im Vergleich zum Menschen ca. 100��kb gr����ere Genombereich beinhaltete zudem die neuen Gene Stk33 und Eif3. Es handelte sich dabei um zwei Gene, die erst im Rahmen dieser Arbeit entdeckt und charakterisiert wurden. Die parallele Bearbeitung beider Genombereiche erm��glichte eine umfassende komparative Analyse nach kodierenden, funktionellen und strukturgebenden Sequenzabschnitten in beiden Spezies. Es konnten dabei f��r beide Organismen die Exon-Intron-Strukturen der Gene LMO1/Lmo1 und TUB/Tub gekl��rt. Zudem konnten vier neue Exons und zwei neue speziesspezifischer Splei��varianten f��r TUB/Tub beschrieben werden. Die Identifizierung dieser neuen Splei��varianten offenbart neue M��glichkeiten f��r alternative Regulation und Funktion, oder f��r eine ver��nderte Proteinstruktur, die weitere Erkl��rungsans��tze f��r die Entstehung der mit diesen Genen assoziierten Erkrankungen zul��sst. In der sequenzierten, gr����eren Genomsequenz der Maus konnte in den flankierenden, nicht mit der sequenzierten Humansequenz ��berlappenden Bereich das neue Gen Eif3 in seiner Exon-Intron-Struktur und die beiden letzten Exons 11 und 12 des Gens Stk33 kartiert und charakterisiert werden. Die umfangreiche Sequenzanalyse beider sequenzierter Genombereiche ergab f��r den Abschnitt des Menschen insgesamt 229 potentielle Exonsequenzen und f��r den Bereich der Maus 527 m��gliche Exonbereiche. Davon konnten beim Menschen explizit 21 Exons und bei der Maus 31 Exons als exprimierte Bereiche identifiziert und experimentell mittels RT-PCR, bzw. durch cDNA-Sequenzierung verifiziert werden. Diese Abschnitte beschrieben nicht nur die Exonbereiche der oben genannten vier Gene, sondern konnten auch neuen nicht weiter definierten EST-Sequenzen zugeordnet werden. Mittels des Interspeziesvergleiches war dar��ber hinaus auch die Analyse der nichtkodierenden Intergen-Bereiche m��glich. So konnten beispielsweise im ersten Intron des LMO1/Lmo1 sieben Sequenzbereiche mit Konservierungen von ca. 90% bestimmt werden. Auch die Charakterisierung von Promotor- und putativ regulatorischen Sequenzabschnitten konnte mit Hilfe unterschiedlicher bioinformatischer Analyse-Tools durchgef��hrt werden. Die konservierten Sequenzbereiche der DNA zeigen im Durchschnitt eine Homologie von mehr als 65% auf. Auch die Betrachtung der Genomorganisation zeigte Gemeinsamkeiten, die sich meist nur in ihrer graduellen Auspr��gung unterschieden. So weist ein knapp 80��kb gro��er Bereich proximal zum humanen TUB-Gen einen deutlich erh��hten AT-Gehalt auf, der ebenso im murinen Genom nur in verk��rzter Version und schw��cher ausgepr��gt in Erscheinung tritt. Die zus��tzliche Vergleichsanalyse mit einer weiteren Spezies, den orthologen Genomabschnitten von Fugu, zeigte, dass es sich bei den untersuchten Genen LMO1 und TUB um sehr konservierte und evolutiv alte Gene handelt, deren genomisches Organisationsmuster sich auch bei den paralogen Genfamilienmitglieder innerhalb derselben Spezies wiederfindet. Insgesamt konnte durch die Kartierung, Sequenzierung und Analyse eine umfassende Datenbasis f��r die betrachtete Genomregion und die beschriebenen Gene generiert werden, die f��r zuk��nftige Untersuchungen und Fragestellungen wertvolle Informationen bereith��lt.

Development and application of an analytical method for the determination of total atmospheric biogenic non-methane organic carbon

Ein wesentlicher Anteil an organischem Kohlenstoff, der in der Atmosph��re vorhanden ist, wird als leichtfl��chtige organische Verbindungen gefunden. Diese werden ��berwiegend durch die Biosph��re freigesetzt. Solche biogenen Emissionen haben einen gro��en Einfluss auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosph��re, indem sie zur Bildung von bodennahem Ozon und sekund��ren organischen Aerosolen beitragen. Um die Bildung von bodennahem Ozon und von sekund��ren organischen Aerosolen besser zu verstehen, ist die technische F��higkeit zur genauen Messung der Summe dieser fl��chtigen organischen Substanzen notwendig. H��ufig verwendete Methoden sind nur auf den Nachweis von spezifischen Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffverbindungen fokussiert. Die Summe dieser Einzelverbindungen k��nnte gegebenenfalls aber nur eine Untergrenze an atmosph��rischen organischen Kohlenstoffkonzentrationen darstellen, da die verf��gbaren Methoden nicht in der Lage sind, alle organischen Verbindungen in der Atmosph��re zu analysieren. Einige Studien sind bekannt, die sich mit der Gesamtkohlenstoffbestimmung von Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffverbindung in Luft besch��ftigt haben, aber Messungen des gesamten organischen Nicht-Methan-Verbindungsaustauschs zwischen Vegetation und Atmosph��re fehlen. Daher untersuchten wir die Gesamtkohlenstoffbestimmung organische Nicht-Methan-Verbindungen aus biogenen Quellen. Die Bestimmung des organischen Gesamtkohlenstoffs wurde durch Sammeln und Anreichern dieser Verbindungen auf einem festen Adsorptionsmaterial realisiert. Dieser erste Schritt war notwendig, um die stabilen Gase CO, CO2 und CH4 von der organischen Kohlenstofffraktion zu trennen. Die organischen Verbindungen wurden thermisch desorbiert und zu CO2 oxidiert. Das aus der Oxidation entstandene CO2 wurde auf einer weiteren Anreicherungseinheit gesammelt und durch thermische Desorption und anschlie��ende Detektion mit einem Infrarot-Gasanalysator analysiert. Als gro��e Schwierigkeiten identifizierten wir (i) die Abtrennung von CO2 aus der Umgebungsluft von der organischen Kohlenstoffverbindungsfaktion w��hrend der Anreicherung sowie (ii) die Widerfindungsraten der verschiedenen Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff-verbindungen vom Adsorptionsmaterial, (iii) die Wahl des Katalysators sowie (iiii) auftretende Interferenzen am Detektor des Gesamtkohlenstoffanalysators. Die Wahl eines Pt-Rd Drahts als Katalysator f��hrte zu einem bedeutenden Fortschritt in Bezug auf die korrekte Ermittlung des CO2-Hintergrund-Signals. Dies war notwendig, da CO2 auch in geringen Mengen auf der Adsorptionseinheit w��hrend der Anreicherung der leichtfl��chtigen organischen Substanzen gesammelt wurde. Katalytische Materialien mit hohen Oberfl��chen stellten sich als unbrauchbar f��r diese Anwendung heraus, weil trotz hoher Temperaturen eine CO2-Aufnahme und eine sp��tere Abgabe durch das Katalysatormaterial beobachtet werden konnte. Die Methode wurde mit verschiedenen leichtfl��chtigen organischen Einzelsubstanzen sowie in zwei Pflanzenkammer-Experimenten mit einer Auswahl an VOC-Spezies getestet, die von unterschiedlichen Pflanzen emittiert wurden. Die Pflanzenkammer-messungen wurden durch GC-MS und PTR-MS Messungen begleitet. Au��erdem wurden Kalibrationstests mit verschiedenen Einzelsubstanzen aus Permeations-/Diffusionsquellen durchgef��hrt. Der Gesamtkohlenstoffanalysator konnte den tageszeitlichen Verlauf der Pflanzenemissionen best��tigen. Allerdings konnten Abweichungen f��r die Mischungsverh��ltnisse des organischen Gesamtkohlenstoffs von bis zu 50% im Vergleich zu den begleitenden Standardmethoden beobachtet werden.

Das Aerosol-Ionenfallen-Massenspektrometer (AIMS) : Aufbau, Charakterisierung und Feldeinsatz

Um die in der Atmosph��re ablaufenden Prozesse besser verstehen zu k��nnen, ist es wichtig dort vorhandene Partikel gut charakterisieren zu k��nnen. Dazu geh��rt unter anderem die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Partikel. Zur Analyse insbesondere organischer Partikel wurde dazu in einer fr��heren Promotion das Aerosol-Ionenfallen-Massenspektrometer (AIMS) entwickelt.Im Rahmen dieser Arbeit wurden Entwicklungsarbeiten durchgef��hrt, um die Charakteristiken des Prototypen zu verbessern sowie es f��r den Feldeinsatz tauglich zu machen. Die durchgef��hrten Ver��nderungen betreffen mechanische und elektrische Komponenten sowie das LabView Steuerungsprogramm. So wurde z.B. die Ionenquelle derart modifiziert, dass die Ionen nicht mehr permanent erzeugt werden, sondern nur innerhalb des Zeitraums wenn sie auch in der Ionenfalle gespeichert werden k��nnen. Durch diese Modifikation konnte das Signal-zu-Rausch Verh��ltnis deutlich verbessert werden. Nach Beendigung der Umbauten wurden in ausf��hrlichen Laborstudien die einzelnen Instrumentenparameter detailliert charakterisiert. Neben den Spannungen die zur Fokussierung oder zur Speicherung der Ionen in der Ionenfalle dienen, wurden die unterschiedlichen Arten der resonanten Anregung, mittels der die Ionen in der Ionenfalle gezielt zu Schwingungen angeregt werden k��nnen, sehr genau untersucht. Durch eine gezielte Kombination der unterschiedlichen Arten der resonanten Anregung ist es m��glich MSn-Studien durchzuf��hren. Nach erfolgreicher Charakterisierung konnte in weiteren Laborstudien die MSn-F��higkeit des AIMS demonstriert werden. F��r Tryptophan (C11H12N2O2) wurde anhand von MS4-Studien ausgehend von m/z 130 ein m��glicher Fragmentierungsweg identifiziert. F��r die einzelnen Stufen der MS4-Studien wurden die Nachweisgrenzen abgesch��tzt. Im Rahmen der PARADE (PArticles and RAdicals: Diel observations of the impact of urban and biogenic Emissions) Messkampagne im August/September 2011 auf dem kleinen Feldberg in der N��he von Frankfurt am Main wurde die Feldtauglichkeit des AIMS demonstriert. Die Nachweisgrenzen liegen f��r eine Mittelungszeit von 60 Minuten f��r Organik bei 1,4 ��g m-3, f��r Nitrat bei 0,5 ��g m-3 und f��r Sulfat bei 0,7 ��g m-3, was ausreichend ist um atmosph��risches Aerosol messen zu k��nnen. Dies ist ein signifikanter Fortschritt im Vergleich zum Prototypen, der aufgrund schlechter Reproduzierbarkeit und Robustheit noch nicht feldtauglich war. Im Vergleich zum HR-ToF-AMS, einem Standard-Aerosolmassenspektrometer, zeigte sich, dass beide Instrumente vergleichbare Trends f��r die Spezies Nitrat, Sulfat und Organik messen.

Molecular plating of thin lanthanide layers with improved material properties for nuclear applications

In der vorliegenden Arbeit werden Experimente beschrieben, die zu einem vertieften Verst��ndnis fundamentaler Prozesse bei der elektrochemischen Herstellung von D��nnschichten, sog. Targets, f��r kernphysikalische und -chemische Studien f��hrten. Targets wurden mittels 'Molecular Plating' (MP) hergestellt, indem eine Elektrodeposition aus organischem Medium in der Regel bei konstantem Strom in Zwei-Elektroden-Zellen. Die Resultate erlaubten, optimierte Herstellungs-bedingungen zu ermitteln, welche die Produktion deutlich verbesserter Targets erlaubten. MP bei konstantem Strom ist ein massentransportkontrollierter Prozess. Der angelegte Strom wird durch einen konstanten Fluss elektroaktiver Spezies zur Kathode ��� auf der die Schicht w��chst ��� und Anode aufrechterhalten. Die Untersuchungen zeigten, dass das Zellenpotential des Elektrodepositionsystems immer durch den Ohm'schen Spannungsabfall auf Grund des Widerstandes der verwendeten L��sung dominiert wurde. Dies erlaubte die Herleitung einer Beziehung zwischen dem Zellenpotential und der Konzentration der elektroaktiven Spezies. Die Beziehung erlaubt die Erkl��rung des gemessenen zeitlichen Verlaufs des Zellenpotentials w��hrend der Abscheidung als Funktion der Elektrolytkonzentration. Dies dient als Basis, auf der nun ein umfassenderes Bild der Prozesse, die f��r die charakteristischen Minima im Potentialverlauf einer Abscheidung verantwortlich sind, gewonnen werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die Minima mit der fast vollst��ndigen Entfernung (durch Abscheidung) der aus einem gel��sten Salz erzeugten Nd-Ionen korrespondieren. Die abgeschiedene Spezies wurde als Nd3+ identifiziert, vermutlich als Carboxylat, Oxid oder Hydroxid, was auf Grund der hohen negative Werte des Standardredoxpotentials der Lanthanide verst��ndlich erscheint. Von den vorliegenden elektroaktiven Spezies tragen die Nd3+ Ionen nur zu knapp 20% zum Gesamtstrom bei. Durch Elektrolyse tragen auch die L��sungsmittelkomponenten zu diese Strom bei. Die Gegenwart von elektrolysiertem L��sungsmittel wurde in Analysen der D��nnschichten best��tigt. Diese waren immer mit chemi- und physisorbierten L��sungsmittelmolek��len bedeckt. Die Analyse der D��nnschichten zeigte, dass die Oberfl��chen von einem furchenartiges Netz durchzogen waren, und dass diese w��hrend des Trocknen der Schichten nach dem MP entstanden. Ob die Schichten an Luft oder in inerter Atmosph��re trockneten, hatte keinen Einfluss. Es wurden Experimente mit mehreren L��sungsmitteln durchgef��hrt, die sich deutlich in ihren physikalischen Eigenschaften, v.a. dem Siedepunkt, unterschieden. Furchenfreie D��nnschichten konnten insbesondere bei MP in N,N-dimethylformamide (DMF) erzeugt werden. Die Verwendung von DMF in Kombination mit einer Abscheidung auf sehr glatten Substraten erlaubte die Produktion von sehr homogenen, glatten und defektfreien Schichten. Diese waren vermutlich geringeren inneren Spannungen w��hrend des Trocknens ausgesetzt, als Schichten auf raueren Substraten oder solche, die aus fl��chtigeren L��sungsmitteln hergestellt wurden. Die Oberfl��chenrauigkeit des Substrats und das gew��hlte L��sungsmittel wurden so als Schl��sselfaktoren f��r die Produktion hochqualitativer Schichten identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass mit MP eine sehr effiziente Methode zur Herstellung homogener Schichten mit exzellenter Ausbeute ist. In weiteren Experimenten mit dem primordialen Alpha-Emitter 147Sm als Modellisotop wurde die Eignung solcher Schichten als Alpha-Quelle untersucht. Sowohl die Energieaufl��sung als auch der Anteil der Alpha-Teilchen, die den Detektor erreichten, waren von den Quelleneigenschaften abh��ngig. Die Effekte wurden verschiedenen Variablen der D��nnschicht zugeordnet, welche die Alpha-Spektren beeinflussten. Dominant war die Wahl des L��sungsmittels und die Rauigkeit des Substrats. Dies beeinflusste Schichtdicke und -morphologie sowie die Art des Schichtwachstums und ver��nderte die Detektionseffizienz in Alpha-Messungen bis zu 15%. Nur homogene, ebene Schichten, die aus DMF auf glatten Substraten abgeschieden wurden, eignen sich optimal als Alpha-Quelle. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben die optimierte Herstellung nuklearer Targets durch MP. K��nftige Anwendungen beinhalten insbesondere die Herstellung von Targets f��r neutroneninduzierte Spaltexperimente und untergrundarme���Alpha-Messungen sehr kleiner Aktivit��ten.

Speziation von Plutonium bei der Sorption und Diffusion in Opalinuston

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des BMWi-Verbundprojektes Wechselwirkung und Transport von Aktiniden im nat��rlichen Tongestein unter Ber��cksichtigung von Huminstoffen und Tonorganika ��� Wechselwirkung von Neptunium und Plutonium mit nat��rlichem Tongestein��� durchgef��hrt. Um die langfristige Sicherheit der nuklearen Endlager beurteilen zu k��nnen, muss eine m��gliche Migration der radiotoxischen Abf��lle in die Umwelt betrachtet werden. Wegen seiner langen Halbwertszeit (24000 a) leistet Pu-239 einen wesentlichen Beitrag zur Radiotoxizit��t abgebrannter Kernbrennstoffe in einem Endlager. Das redox-sensitive Pu tritt in L��sung unter umweltrelevanten Bedingungen in den Oxidationsstufen +III bis +VI auf und kann nebeneinander in bis zu vier Oxidationsstufen vorliegen. Tonsteinformationen werden als m��gliches Wirtsgestein f��r Endlager hoch-radioaktiver Abf��lle betrachtet. Deshalb sind ausf��hrliche Informationen zur Mobilisierung und Immobilisierung des Pu durch/in das Grundwasser aus einem Endlager von besonderer Bedeutung. In dieser Arbeit wurden neue Erkenntnisse ��ber die Wechselwirkung zwischen Pu und dem nat��rlichen Tongestein Opalinuston (OPA, Mont Terri, Schweiz) mit Hinblick auf die Endlagerung w��rmeentwickelnder radioaktiver Abf��lle in einem geologischen Tiefenlager gewonnen.rnDer Fokus der Arbeit lag dabei auf der Bestimmung der Speziation von Pu an der Mineraloberfl��che nach Sorptions- und Diffusionsprozessen mittels verschiedener synchrotronbasierter Methoden (��-XRF, ��-XANES/EXAFS, ��-XRD, XANES/EXAFS). rnDie Wechselwirkung zwischen Pu und OPA wurde zun��chst in Batch- und Diffusionsexperimenten in Abh��ngigkeit verschiedener experimenteller Parameter (u.a. pH, Pu-Oxidationsstufe) untersucht. In Sorptionsexperimenten konnte gezeigt werden, dass einige Parameter (z.B. Temperatur, Humins��ure) einen deutlichen Einfluss auf die Sorption von Pu haben.rnDie Speziationsuntersuchungen wurden zum einen an Pulverproben aus Batchexperimenten und zum anderen an OPA-D��nnschliffen bzw. Diffusionsproben in Abh��ngigkeit verschiedener experimenteller Parameter durchgef��hrt. Die EXAFS-Messungen an der Pu LIII-Kante der Pulverproben ergaben, dass eine innersph��riche Sorption von Pu(IV) an Tongestein unabh��ngig von dem Ausgangsoxidationszustand des Plutoniums in L��sung stattgefunden hat. Durch die Kombination der ortsaufgel��sten Methoden wurde erstmalig mittels ��-XRF die Verteilung von Pu und anderen in OPA enthaltenen Elementen bestimmt. ��-XANES-Spektren an Pu-Anreicherungen auf OPA-D��nnschliffen und in Diffusionsproben best��tigen, dass das weniger mobile Pu(IV) die dominierende Spezies nach den Sorptions- und Diffusionsprozessen ist. Dar��ber hinaus wurde zum ersten Mal ein Diffusionsprofil von Pu in OPA mittels ��-XRF gemessen. Die Speziationsuntersuchungen mittels ��-XANES zeigten, dass das eingesetzte Pu(V) entlang seines Diffusionspfades zunehmend zu Pu(IV) reduziert wird. Mit ��-XRD wurde Illit als dominierende Umgebung, in der Pu angereichert wurde, identifiziert und Siderit als eine redoxaktive Phase auftreten kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Sicherheit von OPA als Wirtsgestein eines Endlagers hoch-radioaktiver Abf��lle positiv zu bewerten ist. rn

Migration von Technetium in nat��rlichem Tongestein

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Verbundprojektes ���R��ckhaltung endlagerrelevanter Radionuklide im nat��rlichen Tongestein und salinaren Systemen��� (F��rderkennzeichen: 02E10981), welches durch das Bundesministerium f��r Wirtschaft und Energie (BMWi) gef��rdert wurde, angefertigt. Ziel war es, erstmals Erkenntnisse zur Wechselwirkung zwischen dem Spaltprodukt Technetium und einem nat��rlichen Tongestein im Hinblick auf ein Endlager f��r w��rmeentwickelnde radioaktive Abf��lle zu erlangen. Hierf��r wurde der in der Nordschweiz vorkommende Opalinuston aus Mont Terri als Referenzmaterial verwendet. Das Nuklid Technetium-99 liefert auf Grund seiner langen Halbwertszeit einen signifikanten Beitrag zur Radiotoxizit��t abgebrannter Brennelemente f��r mehr als tausend Jahre. Im Falle einer Freisetzung aus den Lagerbeh��ltern wird die Geochemie des Technetiums von seiner Oxidationsstufe bestimmt, wobei lediglich die Oxidationsstufen +IV und +VII von Relevanz sind. Auf Grund seiner hohen L��slichkeit und geringen Affinit��t zur Sorption an Oberfl��chen von Mineralien ist Tc(VII) die mobilste und somit auch gef��hrlichste Spezies. Entsprechend lag der Fokus dieser Arbeit auf Diffusionsexperimenten dieser mobilen Spezies sowie auf dem Einfluss von Eisen(II) auf die Mobilit��t und die Speziation des Technetiums.rnDie Wechselwirkung zwischen Technetium und Opalinuston wurde in Sorptions- und Diffusionsexperimenten unter Variation verschiedener Parameter (pH-Wert, Zusatz verschiedener Reduktionsmittel, Einfluss von Sauerstoff, Diffusionsweg) untersucht. Im Zuge dieser Arbeit wurden erstmals ortsaufgel��ste Untersuchungen zur Speziation des Technetiums an D��nnschliffen und Bohrkernen durchgef��hrt. Dabei konnten erg��nzend zur Speziation auch Informationen ��ber die Elementverteilung und die kristallinen Mineralphasen nahe lokaler Anreicherungen des Radionuklides gewonnen werden. Zus��tzlich erlaubten Untersuchungen an Pulverproben die Bestimmung der molekularen Struktur des Technetiums an der Tonoberfl��che.rnSowohl die Kombination der oben aufgef��hrten Sorptionsexperimente mit spektroskopischen Untersuchungen als auch die Diffusionsexperimente zeigten unter Sauerstoffausschluss eine Reduktion von Tc(VII) zu immobilen Tc(IV)-Spezies. Weiterhin konnte die Bildung eines Tc(IV)-Sorptionskomplexes an der Tonoberfl��che gezeigt werden. Im Hinblick auf ein Endlager in Tongestein sind diese Ergebnisse positiv zu bewerten.

The formation of OH radicals from Criegee intermediates: a LIF-FAGE study from laboratory to ambient

Das Hydroxyl Radikal ist, auf globalem Ma��stab, das bedeutendste Oxidant in der Atmosph��re. Es initiiert den Abbauprozess vieler, teilweise sch��dlicher, Spurengase und insbesondere den von fl��chtigen Kohlenwasserstoffen (VOC). Die OH Konzentration ist somit ein gutes Ma�� f��r die augenblickliche Selbstreinigungskapazit��t der Atmosph��re. Messungen zu n��chtlicher Zeit mit LIF-FAGE-Instrumenten (engl.: laser-induced fluorescence - fluorescence assay by gas expansion) haben Konzentrationen des Hydroxylradikals (OH) ergeben, die signifikant h��her waren, als sich mit der bekannten Chemie erkl��ren lie��. Um herauszufinden, ob ein solches Signal wirklich atmosph��risches OH ist oder von einer st��renden Spezies stammt, die im Messinstrument OH produziert, wurde das LIF-FAGE-Instrument des Max-Planck-Instituts f��r Chemie (MPIC) im Rahmen dieser Doktorarbeit modifiziert und getestet. Dazu wurde ein so genannter Inlet Pre-Injector (IPI) entwickelt, mit dem in regelm����igen Abst��nden ein OH-F��nger in die Umgebungsluft abgegeben werden kann, bevor das OH vom Instrument erfasst wird. Mit dieser Technik ist es m��glich, ein Hintergrund-OH (OHbg), d. h. ein im Instrument erzeugtes OH-Signal, vom gemessenen OH-Gesamtsignal (OHtot) zu trennen. Die Differenz zwischen OHtot und OHbg ist die atmosph��rische OH-Konzentration (OHatm). Vergleichsmessungen mit der hier entwickelten Technik, dem IPI, in zwei verschiedenen Umgebungen mit Instrumenten basierend auf Massenspektrometrie mit chemischer Ionisation (CIMS, engl.: chemical ionization mass spectrometry) als alternativer Methode des OH-Nachweises, zeigten eine weitgehende ��bereinstimmung. Eine umfassende Beschreibung des Systems zur Ermittlung der Ursache des OHbg hat ergeben, dass es weder von einem Artefakt des Instruments noch von hinl��nglich bekannten und beschriebenen LIF-FAGE-Interferenzen stammt. Zur Bestimmung der Spezies, die das OHbg-Signal verursacht, wurden verschiedene Laborstudien durchgef��hrt. Die Arbeit im Rahmen dieser Doktorarbeit hat ergeben, dass das LIF-FAGE-Instrument leicht auf OH reagiert, das beim monomolekularen Zerfall stabilisierter Criegee-Intermediate (SCI) im Niederdruckbereich des Instruments gebildet wird. Criegee-Intermediate oder Carbonyloxide entstehen bei der Ozonolyse unges��ttigter fl��chtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) und k��nnen daher in der Umgebungsluft vorkommen. Anhand von Tests mit verschiedenen Verweilzeiten der SCI im Niederdruckbereich des Instruments in Verbindung mit einem detaillierten Modell mit der neuesten SCI-Chemie wurde die monomolekulare Zerfallsgeschwindigkeit von 20 ��� 10 s-1 f��r den syn-Acetaldehyd-Oxykonformer bestimmt. Der in Feldkampagnen gemessene OHbg-Wert wurde dahingehend untersucht, ob SCI die Quelle des beobachteten Hintergrund-OH im Feld sein k��nnten. Das Budget f��r die SCI-Konzentration, das f��r die Kampagnen HUMPPA-COPEC 2010 und HOPE 2012 berechnet wurde, ergab eine SCI-Konzentration zwischen ca. 103 und 106 Molek��len pro cm3. In der Kampagne HUMPPA-COPEC 2010 ergab die Schwefels��urekonzentration, dass die OH-Oxidation von SO2 allein die gemessene H2SO4-Konzentration nicht erkl��ren konnte. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Hintergrund-OH mit dieser ungekl��rten Produktionsrate von H2SO4 korreliert und somit die Oxidation von SO2 durch SCI als m��gliche Erkl��rung in Frage kommt. Ferner korreliert das Hintergrund-OH in der Kampagne HOPE 2012 mit dem Produkt aus Ozon und VOC und konnte mit SO2 als SCI F��nger entfernt werden. Qualitativ zeigen wir somit, dass das in der Umgebungsluft gemessene Hintergrund-OH wahrscheinlich durch den monomolekularen Zerfall von SCI verursacht wird, doch sind weitere Studien notwendig, um die quantitativen Beziehung f��r diese Spezies und dem Hintergrund-OH in unserem Instrument zu bestimmen.

Entwicklung eines Screeningverfahrens zum simultanen Nachweis von Opioiden in menschlichen K��rperfl��ssigkeiten, Geweben und Haaren f��r forensisch-toxikologische und klinische Untersuchungen

In den letzten Jahren stieg in Deutschland der Gebrauch bzw. Missbrauch von Opioid-Analgetika zunehmend an. Das entwickelte Verfahren sollte unter Einbeziehung neuer Substanzen m��glichst viele verschiedene Opioide und auch ihre pharmakologisch aktiven Stoffwechselprodukte ber��cksichtigen.rnVor Analyse wurden Blut-, Serum- oder Urinproben mit Phosphatpuffer versetzt und mittels Festphasenextraktion an C18-S��ulenmaterial aufgearbeitet. Post-Mortem-Gewebematerial wurde mit isotonischer Kochsalzl��sung versetzt, homogenisiert und anschlie��end durch eine Festphasenextraktion aufgereinigt. Haarproben wurden nach Zerkleinerung mit Methanol unter Ultrabeschallung extrahiert. Die Fl��ssigchromatographie gekoppelt mit Tandem-Massenspektrometrie (Elektrosprayionisation im positiven Modus) erwies sich als geeignetes Verfahren f��r die simultane Bestimmung der Opioide in biologischem Probenmaterial (K��rperfl��ssigkeiten, Gewebe und Haaren). Der Multi-Analyt Assay erlaubt die quantitative Analyse von 35 verschiedenen Opioiden. Die Analyten wurden durch eine Phenyl-Hexyl S��ule und einen Wasser/Acetonitril Gradienten durch eine UPLC 1290 Infinity gekoppelt mit einem 6490 Triple Quadrupol von Agilent Technologies separiert.rnDie LC/MS Methode zur simultanen Bestimmung von 35 Opioiden in Serum und Haaren wurde nach den Richtlinien der Gesellschaft f��r Toxikologische und Forensische Chemie (GTFCh) validiert. Im Fall der Serumvalidierung lagen die Nachweisgrenzen zwischen 0.02 und 0.6 ng/ml und die Bestimmungsgrenzen im Bereich von 0.1 bis 2.0 ng/ml. Die Kalibrationskurven waren f��r die Kalibrationslevel 1 bis 6 linear. Wiederfindungsraten lagen f��r alle Verbindungen zwischen 51 und 88 %, au��er f��r Alfentanil, Bisnortiliidn, Pethidin und Morphin-3-Glucuronid. Der Matrixeffekt lag zwischen 86 % (Ethylmorphin) und 105 % (Desomorphin). F��r fast alle Analyten konnten akzeptable Werte bei der Bestimmung der Genauigkeit und Richtigkeit nach den Richtlinien der GTFCh erhalten werden. Im Fall der Validierung der Haarproben lagen die Nachweisgrenzen zwischen 0.004 und 0.6 ng/Probe und die Bestimmungsgrenzen zwischen 0.1 ng/Probe und 2.0 ng/Probe. F��r die Kalibrationslevel 1 bis 6 waren alle Kalibrationsgeraden linear. Die Wiederfindungsraten lagen f��r die Opioide im Bereich von 73.5 % (Morphin-6-Glucuronid) und 114.1 % (Hydrocodon). Die Werte f��r die Bestimmung der Richtigkeit lagen zwischen - 6.6 % (Methadon) und + 11.7 % (Pholcodin). Pr��zisionsdaten wurden zwischen 1.0 % f��r Dextromethorphan und 11.5 % f��r Methadon ermittelt. Die Kriterien der GTFCh konnten bei Ermittlung des Matrixeffekts f��r alle Substanzen erf��llt werden, au��er f��r 6-Monoacetylmorphin, Bisnortilidin, Meperidin, Methadon, Morphin-3-glucuronid, Morphin-6-glucuronid, Normeperidin, Nortilidin und Tramadol.rnZum Test des Verfahrens an authentischem Probenmaterial wurden 206 Proben von K��rperfl��ssigkeiten mit Hilfe der simultanen LC/MS Screening Methode untersucht. ��ber 150 Proben wurden im Rahmen von forensisch-toxikologischen Untersuchungen am Instituts f��r Rechtsmedizin Mainz analysiert. Dabei konnten 23 der 35 Opioide in den realen Proben nachgewiesen werden. Zur Untersuchung der Pharmakokinetik von Opioiden bei Patienten der an��sthesiologischen Intensivstation mit Sepsis wurden ��ber 50 Blutproben untersucht. Den Patienten wurde im Rahmen einer klinischen Studie einmal t��glich vier Tage lang Blut abgenommen. In den Serumproben wurde haupts��chlich Sufentanil (0.2 ��� 0.8 ng/ml in 58 F��llen) und Piritramid (0.4 ��� 11 ng/ml in 56 F��llen) gefunden. Au��erdem wurden die Proben von K��rperfl��ssigkeiten und Gewebe von 13 verschiedenen Autopsief��llen mit Hilfe des Multi-Analyt Assays auf Opioide untersucht.rnIn einem zweiten Schritt wurde die Extraktions- und Messmethode zur Quantifizierung der 35 Opioide am Forensic Medicine Center in Ho Chi Minh City (Vietnam) etabliert. Insgesamt wurden 85 Herzblutproben von Obduktionsf��llen mit Verdacht auf Opiatintoxikation n��her untersucht. Der ��berwiegende Teil der untersuchten F��lle konnte auf eine Heroin- bzw. Morphin-Vergiftung zur��ckgef��hrt werden. Morphin wurde in 68 F��llen im Konzentrationsbereich 1.7 ��� 1400 ng/ml und der Heroinmetabolit 6-Monoactetylmorphin in 34 F��llen (0.3 ��� 160 ng/ml) nachgewiesen werden.rnSchlie��lich wurden noch 15 Haarproben von Patienten einer psychiatrischen Klinik, die illegale Rauschmittel konsumiert hatten, mit Hilfe der simultanen Opioid-LC/MS Screeningmethode gemessen. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden mit fr��heren Auswertungen von gaschromatographischen Analysen verglichen. Es zeigte sich eine weitgehende ��bereinstimmung der Untersuchungsergebnisse f��r die Opioide 6-Monoacetylmorphin, Morphin, Codein, Dihydrocodein und Methadon. Mit der LC/MS Methode konnten weitere Substanzen, wie zum Beispiel Bisnortilidin, Dextromethorphan und Tramadol in den Haarproben gefunden werden, die bislang nicht entdeckt worden waren.rn

Microflora from Molasse sediments in southern Germany

1. Polleninventar: Erstmals wurde der Sporomorpheninhalt der S��ssbrackwassermolasse und der Oberen S��sswassermolasse S��dbayerns einer umfassenden Sichtung unterzogen. Von den ��berpr��ften 92 Fundstellen erwiesen sich 55 als sporomorphenf��hrend. Nur 15 davon waren so ergiebig, da�� ihr Inhalt quantitativ erfa��t und als Grundlage f��r die Erstellung eines Diagramms herangezogen werden konnte. Dennoch weist der systematische Katalog 272 Formen auf. Dies ist eine im Vergleich mit anderen, in neuerer Zeit bearbeiteten neogenen Pollenfloren Mitteleuropas sehr gro��e Zahl, wie folgende Angaben belegen: Niederrheinische Braunkohle 175 Arten, Braunkohle der Oberpfalz 138 Arten, subalpine Fl��zmolasse Bayerns 93 Arten und subalpine Molasse der Ostschweiz und der zentralen und westlichen Paratethys 219 Arten. Dieser Reichtum erkl��rt sich unschwer aus der Gr����e des Untersuchungsgebietes, das vom Allg��u im Westen bis an die Salzach im Osten reichte. ��berwiegend geh��ren die nachgewiesenen Formen gutbekannten Arten bzw. Formenkreisen an. Deshalb wurde lediglich die Aufstellung von 2 neuen Gattungen, 19 neuen Arten sowie 5 Neukombinationen n��tig. Neue Genera: Nr. (165) Ludwigiapollis Nr., (248) Caesalpiniaceaepollenites, 311 Neue Spezies: (039) Polypodiaceoisporltes subtriangularis, (046) P. pityogrammoides, (067) Perinomonoletes imperfectus, (124) Cycadopltes gemmatus, (125) C. concinus, (133) Lillacidites tener, (137) Nupharipollenites microechinatus, (150) Polyporopollenites nanus, (161) Porocolpopollenites subrotundus, (165) Ludwigiapollis labiatus, (169) Sporotrapoidites cucculatus, (190) Tricolpopollenites cribosus, (192) T. variabilis, (204) Tricolporopollenites pulcher, (210) T. operculiferus, (213) T. pseudomarcodurensis, (217) T. magnolaevigatus, (245) Umbelliferaepollenites achldorfensis, (248) Caesalpiniaceaepollenites antiquus Neukombinationen: (081) Pityosporites koraensis, (128) Magnoliaepollenites magnolioides, (130) M. graciliexinus, (168) Sporotrapoidites erdtmannii, (177) Chenopodipollis psilatoides. F��r die meisten der vorgefundenen Sporomorphen sind die Lieferpflanzen bereits bekannt. Dennoch gingen parallel zur Bestimmung, d.h. der Zuordnung der Funde zu Gruppen des morphographischen Sporomorphensystems, die Bem��hungen auch dahin, solche Lieferpflanzen, v.a. der selteneren oder neu gefundenen Sporomorphen, zu ermitteln; einige der neuen Arten sind in ihrer Verwandtschaft eindeutig, was durch die Benennung zum Ausdruck gebracht wird (s.o). F��r die Mehrzahl der neuen Spezies und f��r viele bisher in ihrer Verwandtschaft unklare Formen lie�� sich die botanische Deutung zumindest eingrenzen. Dies gelang f��r 148 Formen. Es handelt sich dabei teils um subtropisch-tropische Gew��chse, teils aber auch um Pflanzen gem����igter Klimata. F��r genaue Zuweisungen sind jedoch umfangreiche Rezentvergleiche n��tig, die einer eigenen Bearbeitung vorbehalten bleiben m��ssen. Auch einige als Sammelgruppen behandelte Formenkreise erfordern f��r eine Aufgliederung detailliertere Untersuchungen als sie in diesem Rahmen durchf��hrbar waren. (z. B. Tricolpopollenites asper, T. sp. 2 u.a.). Andere Formen und Gattungen wiederum erwiesen sich dagegen als viel zahlreicher und leichter differenzierbar als bisher angenommen (z. B. Pinaceen, Magnoliaceen, Cyperaceen). In diesem Zusamenhang ist auch zu erw��hnen, da�� von Hemitrapa zwei Arten mit offensichtlich stratigraphischer Aussagekraft unterscheidbar sind; die Interpretation von Tricolporopol1enltes wackersdorfensis sensu MOHR & GREGOR (1984) als Gleditsia mu�� nach vorliegenden Erkenntnissen dagegen in Frage gestellt werden. F��r 36 Formspezies blieb die Lieferpflanze v��llig unbekannt oder es lassen sich h��chstens vage Vermutungen anstellen. 2. Biostratigraphie: Fragen der Brauchbarkeit von Mikrofloren f��r die stratgraphische Gliederung der j��ngsten Molassesedimente S��dbayerns bildeten den zweiten Schwerpunkt vorliegender Bearbeitung. a) Reichweite: Die F��lle des gefundenen Sporomorphenmaterials brachte es mit sich, da�� bei etlichen Formen eine weitere stratigraphische Reichweite als bisher angenommen festgestellt wurde. Zum Teil wurde diese Revision durch die Neugliederung des Paratethys-Mioz��ns n��tig. b) Palynologische Gliederung: Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich bald, da�� allein auf der Basis der mikrofloristischen Bearbeitung kein von anderen Fossilresten unabh��ngiges stratigraphisches Gliederungsschema zu finden war. Weder die von anderen Autoren favoritisierte Leitformen-Methode, noch die Aufgliederung nach Klimaelementen ergab ein brauchbares Bild. Lediglich die bekannte generelle Abnahme der mioz��nen, pal��otropischen und thermophilen Elemente und die Zunahme der plioz��nen, arktoteri��ren und gem����igten w��hrend des Neogens lie�� sich deutlich ausmachen. Dagegen erm��glicht die Ber��cksichtigung des Sporomorpheninhalts eine Erg��nzung und Deutung der vertebrat-stratigraphisch ausgeschiedenen Abfolgen. Voraussetzung ist die M��glichkeit einer Zuordnung zu einer nat��rlichen Art, Gattung oder wenigstens Familie und daraus ableitbar wiederum die Zuordnung zu einer oder mehreren Pflanzengesellschaften. Aufgeteilt nach Diversit��t, Dominanz und Verh��ltnis von 'Feuchtpflanzen' bzw. autochthonen Gemeinschaften zu mesophilen Phanerophyten bzw. allochthonen Gemeinschaften lassen sich in S��dbayern f��nf Pollenbilder erkennen, die mit den MN-Einheiten der Zoostratigraphie in Beziehung gebracht werden k��nnen. Die Pollenbilder 1 und 2, ungef��hr entsprechend den S��ugereinheiten 4b und 5, dokumentieren gattungsreiche, polydominante Mikrofloren, deren Lieferpflanzen vor allem verschiedenen Na��- und Feuchtgesellschaften angeh��ren. Dementprechend sind Pteridaceen, Schizaeaceen, Cyperaceen und Poaceen relativ h��ufig. Das Pollenbild 1 (Langenau und Rauscher��d) zeichnet sich durch eine gewisse Artenarmut aus, wohingegen im Pollenbild 2 (Hitzhofen und Rittsteig) die Diversit��t zunimmt und Palmenpollen neben anderen mesophilen Akzessorien eine merkliche Rolle spielt. Bemerkenswert ist in den Entnahmeprofilen das Vorkommen kohliger Sedimente. Bezeichnend f��r Sporomorphenbild 3 sind oligodominante Mikrofloren, zusammengesetzt aus Elementen artenarmer Au- und Sumpfw��lder (Taxodiaceen, Cyperaceen) sowie mesophiler 'Pionierw��lder' (Pinaceen, Leguminosen). Fehlende Kohlebildung und das Zur��cktreten mesophiler, d. h. allochthoner Lieferpflanzen sind weitere Charakteristika. Dieses Sporomorphenbild mit den Fundpunkten Gallenbach und Unterneul enspricht ungef��hr der S��ugereinheit MN 6. Die beiden stratigraphisch j��ngsten Pollendiagramme 4 und 5 setzen sich deutlich von dem vorhergehenden ab. Belegt sind nun wiederum gattungsreiche, polydominante Pflanzenge seIl schaften feuchter, aber nicht nasser Biotope, in denen es ebenfalls mancherorts zur Kohlebildung kam. Gegen��ber den Sporomorphenbildern und 2 ist der Anteil mesophiler Lieferpflanzen deutlich erh��ht auf Kosten der Feuchtelemente. Letzteres gilt vor allem f��r das Sporomorphenbild 5 (Leonberg), in dem Fagaceen Pollen (Quercus, Fagus) vorherrscht. sporomorphenbild 4 entspricht ann��hernd MN 8 mit den Fundpunkten Hassenhausen und Achldorf, w��hrend Leonberg, nahe Marktl gelegen, MN 9 zugeh��rt. Auf dem Umweg ��ber diese an der S��ugetierstratigraphie 'geeichten' Mikrofloren gelingt es, stratigraphisch unsichere Fundpunkte, wenn sie nur gen��gend formen- und individuenreich sind (Burtenbach, Lerchenberg, Wemding), einzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich die in Diagramm 10 dargestellte Reihung vom Liegenden zum Hangenden. D��rftige Sporomorphenfloren oder Floren, die ausschlie��lich autochthone Feuchtelemente zeigen, k��nnen pollenstratigraphisch nicht sicher angesprochen werden, weil ihr Pollendiagramm undeutlich bleiben mu��. Entsprechend der anerkannten Unterstellung, da�� Phytostratigraphie zugleich Klimastratigraphie ist, l����t die dargestellte, im Grunde auf der Ausscheidung verschiedener Ukotypen basierende Gliederung sich auch pal��oklimatisch interpretieren: Danach ist das verarmte Sporomorphenbild 3 in S��dbayern als Ausdruck des vegetationsgeschichtlichen Pessimums anzusehen. Da die nachgewiesenen Sippen noch h��here W��rmeanspr��che besitzen, ist nicht ein Temperaturr��ckgang, sondern ein Absinken der Niederschlagsmenge als begrenzender Faktor am wahrscheinlichsten und auf diese Weise das Ausbleiben von Pollen mesophiler Phanerophyten des Hinterlandes einleuchtend. 3. Pal��ogeographie: Bei dem Versuch, mit benachbarten Gebieten stratigraphische Beziehungen herzustellen, ergab sich, da�� dies zwar ��ber eine k��rzere Entfernung recht gut gelingt, da�� aber vor allem zu den Mikrofloren der niederrheinischen Braunkohle ein signifikanter Unterschied besteht: In S��ddeutschland lassen die Pollendiagramme auf eine raschere Ver��nderung in der Zusammensetzung der W��lder schlie��en. Mit anderen Worten: altersgleiche Mikrofloren in Nordwestdeutschland t��uschen ein h��heres Alter vor. Erst im Obersarmat ��hneln sich die jeweiligen Sporomorphenbilder. Damit erkl��rt sich auch, da�� fr��here Bearbeiter Schwierigkeiten hatten, mikrofloristische Befunde aus S��d- und Nordwestdeutschland miteinander zu korrelieren. Als Ursache f��r dieses ��berraschende Ph��nomen einer mittelmioz��nen Diagrammverschiebung wird die st��rkere, sprich l��nger andauernde maritime Beeinflussung des Niederrheingebietes angesehen.

Experiences with an Object-Oriented, Multi-Stage Language

Metaphor is a multi-stage programming language extension to an imperative, object-oriented language in the style of C# or Java. This paper discusses some issues we faced when applying multi-stage language design concepts to an imperative base language and run-time environment. The issues range from dealing with pervasive references and open code to garbage collection and implementing cross-stage persistence.