Physikalische Eigenschaften kolloidaler Festkörper

In dieser Arbeit wird das Phasenverhalten fluid-kristallin und kristallin-amorph, die elastischen Eigenschaften, das Nukleationsverhalten und das diffusive Verhalten ladungsstabilisierter Kolloide aus sphärischen Polystyrol- und Polytetrafluorethylenpartikeln in wässerigen Dispersionsmitteln bei sehr geringem Fremdionengehalt systematisch untersucht. Die dazugehörigen Messungen werden an einer neuartigen selbstkonstruierten Kombinationslichtstreuapparatur durchgeführt, die die Meßmethoden der dynamischen Lichtstreuung, statischen Lichtstreuung und Torsionsresonanzspektroskopie in sich vereint. Die drei Meßmethoden sind optimal auf die Untersuchung kolloidaler Festkörper abgestimmt. Das elastische Verhalten der Festkörper kann sehr gut durch die Elastizitätstheorie atomarer Kristallsysteme beschrieben werden, wenn ein Debye-Hückel-Potential im Sinne des Poisson-Boltzmann-Cell Modells als Wechselwirkungspotential verwendet wird. Die ermittelten Phasengrenzen fluid-kristallin stehen erstmalig in guter Übereinstimmung mit Ergebnissen aus molekulardynamischen Simulationen, wenn die in der Torsionsresonanzspektroskopie bestimmte Wechselwirkungsenergie zu Grunde gelegt wird. Neben der Gleichgewichtsstruktur sind Aussagen zur Verfestigungskinetik möglich. Das gefundene Nukleationserhalten kann gut durch die klassische Nukleationstheorie beschrieben werden, wenn bei niedriger Unterkühlung der Schmelze ein Untergrund heterogener Keimung berücksichtigt wird. PTFE-Partikel zeigen auch bei hohen Konzentrationen nur geringfügige Mehrfachstreuung. Durch ihren Einsatz ist erstmals eine systematische Untersuchung des Glasübergangs in hochgeladenen ladungsstabilisierten Systemen möglich. Ladungsstabilisierte Kolloide unterscheiden sich vor allem durch ihre extreme Kristallisationstendenz von früher untersuchten Hartkugelsystemen. Bei hohen Partikelkonzentrationen (Volumenbrüche größer 10 Prozent) kann ein glasartiger Festkörper identifiziert werden, dessen physikalisches Verhalten die Existenz eines Bernalglases nahe legt. Der Glasübergang ist im Vergleich mit den in anderen kolloidalen Systemen und atomaren Systemen beobachteten Übergängen von sehr unterschiedlichem Charakter. Im verwendeten PTFE-System ist auf Grund der langreichweitigen stark repulsiven Wechselwirkung kein direkter Zugang des Glaszustandes aus der übersättigten Schmelze möglich. Der amorphe Festkörper entsteht hier aus einer nanokristallinen Phase. Die Keimrate steigt im zugänglichen Meßbereich annähernd exponentiell mit der Partikelanzahldichte, so daß man feststellen kann, daß der Glaszustand nicht durch Unterdrückung der Nukleation, sondern durch eine Forcierung derselben erreicht wird.

Einfluß der internen Architektur von Polymermikronetzwerken auf Struktur und Dynamik konzentrierter Kolloid-Dispersionen

Einfluß der internen Architektur von Polymermikronetzwerken auf Struktur und Dynamik konzentrierter Kolloid-Dispersionen Kugelförmige Polymermikronetzwerk-Kolloide gehören zur Klasse der sogenannten Mikrogele. Dabei handelt es sich um kolloidale Modellsysteme, die durch ihre interne Vernetzungsdichte charakterisiert werden.In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob sich die Wechselwirkungen zwischen den Mikrogel-Kolloiden über ein repulsives Potential der Form U(r) = 1/rn beschreiben lassen und ob der Poten-tialexponent n von der Vernetzungsdichte abhängt. Dazu wurden vor allem die innere Architektur, das Phasenverhalten und der statische Strukturfaktor 1:10, 1:50, 1:72 und 1:100 vernetzter Polymer-Mikronetzwerk-Kolloide bis in den Bereich hochkonzentrierter Dispersionen mit den Mitteln der Kleinwinkelneutronenstreuung, der Digitalphotographie und der statischen Lichtstreuung untersucht. Polymeranalytische Untersuchungen ergaben einen bei der Synthese anfallenden Anteil von unver-netztem, freiem Polymer innerhalb der Mikronetzwerke, welcher sich beim Lösen aus den Netzwerken herausbewegte. Das freie Polymer spielte vor allem beim Phasenverhalten der untersuchten Teilchen eine große Rolle und verursachte bei den Untersuchungen der statischen Strukturfaktoren Abweichun-gen vom 'harte Kugel'-Verhalten. Als Ergebnis der Kleinwinkel-Neutronenstreuung konnte eine ab-nehmende Verteilungsdichte der Vernetzer innerhalb der Polymermikronetzwerke in Richtung der -Teilchenoberfläche nachgewiesen werden. Die damit verbundene Konformationsfreiheit der Polymer-segmente auf der Teilchenoberfläche (bis hin zu 'mushroom'-Strukturen) wurde als Grund dafür an-gesehen, daß sich die Resultate der untersuchten Mikrogele aller Vernetzungsdichten im wesentlichen auf 'harte Kugeln' skalieren lassen.

Polymakromonomere als anisotropes Modellsystem zur Untersuchung kolloidaler Mehrkomponentensysteme

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung des Phasenverhaltens kolloidaler Mehrkomponentensysteme. Konzentrierte und kompatible Mischungen aus linearen Polymerketten und Polymakromonomeren als kolloidanaloge Partikel wurden auf ihre Eignung hin ein kolloidales Glas zu bilden untersucht.Die Synthese der Polymakromonomere erfolgte durch radikalische Polymerisation von Vinylbenzyl-Makromer, was zu zylinderartigen Makromolekülen führt, die auch als molekulare „Flaschenbürsten“ angesehen werden können. Aufgrund der grossen Längen-Polydispersität der Hauptkette wurden die erhaltenen Polymakromonomere mittels Continous Polymer Fractionation (CPF) fraktioniert, was zu Modell-Partikeln von verschiedener Molekülgestalt führte: von kugelförmig über stäbchenförmig bis hin zu wurmartig.Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die „haarige“ Oberfläche der Polymakromonomere zumindestens teilweise die entropisch bedingte Entmischung von Partikeln unterschiedlicher Molekülgestalt, wie Polymerknäuel und stäbchenartige, überwinden kann.Um das dynamische Verhalten zu untersuchen, wurden rheologische Messungen an den Schmelzen verschiedener Kolloid-Polymer-Mischungen ausgeführt. Es zeigte sich, dass Polymakromonomere mit grosser Hauptkettenlänge bzw. wurmartiger Gestalt einen signifikanten Verstärkungseffekt auf die Kolloid-Polymer-Mischung haben.

Phasenverhalten von Polyethylen in Mischsystemen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Phasenverhalten von Polyethylen (PE) in nicht-reaktiven und in reaktiven Systemen. Von drei eng verteilten Polyethylenen (Mw = 6,4, 82 bzw. 380 kg/mol) in n-Hexan sowie für das System 2,2-Dimethylbutan / PE 82 wurde die Entmischung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, dem Druck und der Temperatur experimentell bestimmt. Die Modellierung der Trübungskurven erfolgte nach der Theorie von Sanchez und Lacombe. Dieser Ansatz beschreibt die Ergebnisse qualitativ und kann in einem engen Temperatur- und Druckbereich für gegebenes Molekulargewicht die kritische Temperatur und den kritischen Druck quantitativ vorhersagen. Durch Extrapolation der kritischen Temperatur der verschiedenen Lösungen von PE in n-Hexan auf unendliches Molekulargewicht nach Shultz-Flory wurde im Druckbereich von 20 bis 100 bar und im Temperaturbereich von 130 bis 200 °C eine Grenzlinie bestimmt. Diese Linie trennt unabhängig vom Molekulargewicht des Polymers und der Zusammensetzung der Mischung das Zweiphasengebiet vom homogenen Bereich. Im Fall des Mischlösungsmittels n-Hexan / 2,2-Dimethylbutan wurde für eine annähernd kritische Polymerkonzentration die Abhängigkeit der Entmischungsbedingungen von der Zusammensetzung untersucht. Durch einfache Erweiterung der Sanchez-Lacombe-Theorie und Einführen eines Fitparameters konnte das ternäre System beschrieben werden. An einer breit verteilten PE-Probe wurden Experimente zur Fraktionierung von PE in n-Hexan durchgeführt. Die Analyse der in den koexistenten Phasen enthaltenen Polymere lieferte Informationen über die Konzentration und die Molekulargewichtsverteilung des PE in diesen Phasen sowie die kritische Zusammensetzung der Mischung. Von verschiedenen PE-Lösungen (Mw = 0,5 kg/mol) wurde die polymerisationsinduzierte Phasenseparation in Isobornylmethacrylat mit und ohne Vernetzer untersucht. Mit 15 Gew.-% PE und in Abwesenheit von Vernetzer findet die Entmischung erst bei hohen Umsätzen statt. Die Charakterisierung der resultierenden Proben zeigte, dass sich etwas mehr als 5 Gew.-% PE im Polyisobornylmethacrylat lösen. Die Glasübergangstemperaturen der Polymermischungen steigen mit steigender Vernetzer- und sinkender Polyethylenkonzentration. Bei Proben mit 15 Gew.-% PE zeigte sich folgendes: 5 Gew.-% Vernetzer führen zu großen PE-Bereichen (150 - 200 nm) in der Matrix und der Kristallinitätsgrad ist gering. Bei der Polymermischung mit 10 Gew.-% Vernetzer bilden sich sehr kleine Polyethylenkristalle (< 80 nm) und der Kristallinitätsgrad ist hoch. Ohne Vernetzer hängt der Kristallinitätsgrad - wie bei reinem PE - von der Abkühlrate ab, mit Vernetzer ist er von ihr unabhängig.

Eigenschaftskorrelationen in kolloidalen Festkörpern und Fluiden aus optischen Experimenten

Die Arbeit beschäftigt sich mit ein- und zweikomponentigen, geladenen Kolloidsystemen, die in vollentsalzten wässrigen und organischen Dispersionen kristalline Strukturen ausbilden. Im ersten Teil der Arbeit wird die Wechselwirkung der Kolloide mit verschiedenen Methoden charakterisiert. Dabei zeigten sich quantitative Übereinstimmungen zwischen den Resultaten aus Zellenmodellrechnungen und aus elektrokinetischen Messungen einerseits und Messungen des Phasenverhaltens und der Elastizität andererseits. Diese nunmehr gut gesicherten Diskrepanzen und Korrelationen bedürfen des theoretischen Verständnisses. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Erstarrungsverhalten kolloidaler Scherschmelzen in den kristallinen Zustand mit (zeitaufgelöster) statischer Lichtstreuung und mikroskopischen Methoden untersucht. Dies erlaubte zunächst die kritische Überprüfung klassischer Modelle zur Kristallisationskinetik (Wilson- Frenkel- Gesetz, klassische Nukleationstheorie, Kolmogorov- Johnson- Mehl- Avrami (KJMA)- Modell). Es zeigte sich, dass diese Modelle gut geeignet sind die Verfestigung auch geladener kolloidaler Schmelzen zu beschreiben, wenn die diffusive Einteilchendynamik korrekt berücksichtigt wird. Erstmals wurden Oberflächenspannungen zwischen Kristallkeim und Schmelze für geladene Systeme bestimmt, die im Gegensatz zu Hartkugel- Systemen eine lineare Zunahme mit der Partikelkonzentration aufweisen. Der Methodenpark und die Auswerteverfahren wurden sodann auf binäre kolloidale Mischungen übertragen. Entsprechend den Einzelkomponenten kristallisieren alle Mischungen in einer kubischen Struktur. Leitfähigkeitsmessungen und Elastizität stehen meist im Einklang mit der Nukleation zufallsgeordneter Substitutionskristalle. Für mehrere Proben mit unterschiedlichen Größenverhältnissen wurde mit statischer Lichtstreuung der Einfluss der Komposition und der Partikelkonzentration auf das Nukleationsverhalten untersucht. Im Allgemeinen wurde das Nukleationsszenario einkomponentiger Systeme mit einigen unerwarteten, quantitativen Unterschieden reproduziert. Für eine Probe, die eine Kompositionsordnung andeutet, wurden interessante Korrelationen zwischen der Nukleationskinetik und den Eigenschaften des resultierenden Festkörpers gefunden.

Mixtures of colloidal rods and spheres in bulk and in confinement

When non-adsorbing polymers are added to an isotropic suspension of rod-like colloids, the colloids effectively attract each other via depletion forces. Monte Carlo simulations were performed to study the phase diagram of such rod-polymer mixtures. The colloidal rods were modelled as hard spherocylinders; the polymers were described as spheres of the same diameter as the rods. The polymers may overlap with no energy cost, while overlap of polymers and rods is forbidden. In this thesis the emphasis was on the depletion effects caused by the addition of spheres on the isotropic phase of rod-like particles. Although most of the present experimental studies consider systems close to or beyond the isotropic-nematic transition, the isotropic phase with depletion interactions turns out to be a not less interesting topic. First, the percolation problem was studied in canonical simulations of a system of hard rods and soft spheres, where the amount of depletant was kept low to prevent phase separation of the mixture. The lowering of the percolation threshold seen in experiment is confirmed to be due to the depletion interactions. The local changes in the structure of the fluid of rods, which were measured in the simulations, indicated that the depletion forces enhance local alignment and aggregation of the rods. Then, the phase diagram of isotropic-isotropic demixing of short spherocylinders was calculated using grand canonical ensemble simulations with successive umbrella sampling. Finite size scaling analysis allowed to estimate the location of the critical point. Also, estimates for the interfacial tension between the coexisting isotropic phases and analyses of its power-law behaviour on approach of the critical point are presented. The obtained phase diagram was compared to the predictions of the free volume theory. After an analysis of the bulk, the phase behaviour in confinement was studied. The critical point of gas-liquid demixing is shifted to higher concentrations of rods and smaller concentrations of spheres due to the formation of an orientationally ordered surface film. If the separation between the walls becomes very small, the critical point is shifted back to smaller concentrations of rods because the surface film breaks up. A method to calculate the contact angle of the liquid-gas interface with the wall is introduced and the wetting behaviour on the approach to the critical point is analysed.

Charged colloidal suspensions in confined geometries

Im Zentrum dieser Arbeit steht das Verhalten von geladenen kolloidalen Suspensionen in eingeschränkten Geometrien. Es wurden verschiedene keilförmige Zellen verwendet, die eine kontinuierliche Variation der Abstände zwischen den Platten ermöglichen. In Zellen mit fluid geordneten Suspensionen bei niedrigen Salzkonzentrationen akkumulieren die kolloidalen Partikel in der Keilspitze und bilden kristallin geordnete Strukturen. Systematische Experimente zu diesem Akkumulationseffekt führen zu dem Schluss, dass es um eine elektrostatischer Fallensituation handeln muss, was durch ein einfaches theoretisches, von Löwen et al vorgeschlagenes Modell bestätigt wird. In Abhängig von der Zellhöhe lässt sich in den auftretenden kristallinen Strukturen eine charakteristische Abfolge erkennen. Diese Struktursequenz wurde schon zuvor in eingeschränkten Keilgeometrien beobachtet, jedoch ermöglichen die in unseren Experimenten realisierbaren kleinen Keilwinkel die Beobachtung neuer Strukturen. Einige dieser neuen Strukturen zeigen eine exotische Anordnung die keine atomare Entsprechung besitzen. Basierend auf experimentellen Beobachtungen schlagen wir Modelle für unterschiedliche Übergangsmechanismen zwischen den verschiedenen Strukturen vor, unter der physikalisch motivierten Vorraussetzung, dass sich die Partikel wie einem hohen Druck unterworfene harte Kugeln verhalten. Des Weiteren wurde eine Zelle mit variabler Höhe konstruiert, die zur Untersuchung des vollständigen Phasenverhaltens geladener, zwischen parallelen Platten eingeschlossener Kugeln dient. Die vorläufigen Ergebnisse werden mit theoretischen Prognosen verglichen.

Phasenverhalten, Kristallisation und Morphologie ladungsstabilisierter kolloidaler Mischungen

Die vorliegende Arbeit möchte die Anwendbarkeit ladungsstabilisierter kolloidaler Systeme als Modellsysteme für fundamentale Fragen der Festkörperphysik und Thermodynamik auf binäre Mischungen erweitern. In diesem Kontext untersucht sie das Phasenverhalten und mit ihm im Zusammenhang stehende Eigenschaften von binären Mischungen ladungsstabilisierter, sphärischer kolloidaler Partikel in wässriger Suspension. Da das Verhalten hartkugelähnlicher Systeme durch hohe Fremdionenkonzentrationen bereits gut bekannt ist, konzentriert sich diese Arbeit auf sehr langreichweitig repulsive Systeme unter deionisierten Bedingungen. Neben etablierten Methoden der Mikroskopie und statischer Lichtstreuung zur Phasendiagrammsbestimmung wird auch die Beobachtung der zeitabhängigen Entwicklung des Schermoduls verwendet, um eine langsame Erstarrungskinetik zu studieren. Es werden insbesondere Mischungen aus Komponenten unterschiedlicher Größe und Ladung der Größenverhältnisse 0,9, 0,82, 0,57, 0,39 und 0,37 untersucht. Diese zeigen in dieser Reihenfolge Phasendiagramme mit spindelförmigem fluid/kristallinen Koexistenzbereich wie auch azeotrope und eutektische Phasendiagramme. Die Strukturuntersuchungen aus der statischen Lichtstreuung stehen in praktisch allen Fällen im Einklang mit ungeordneten bcc- Substitutionskristallen, was über Modelle zu Schermodulmessungen bestätigt wird. Für das spindelförmige System wird ein überraschend weiter Koexistenzbereich beobachtet, wie er nicht von der Theorie erwartet wird. Die Lage, aber nicht die Form des Solidus stimmt quantitativ mit Simulationsvorhersagen zu einkomponentigen Systemen überein. Für das eutektische System bei einem Radienverhältnis von 0,57 wird der Einfluss der Schwerkraft auf das Phasenverhalten und die Erstarrungskinetik untersucht. Die der Kristallisation der kleineren Majoritätskomponente vorgelagerte gravitativ unterstützte Entmischung begünstigt hier die Verfestigung. Beobachtet werden Morphologien, die aus anderen Systemen bekannt sind (Facetten, Dendriten), wie auch erstmals eine kollumnare eutektische Morphologie. Aus den Ergebnissen wird der erste umfassende Überblick über das Phasenverhalten deionisierter Mischungen ladungsstabilisierter, sphärischer Partikel erstellt, die eine Diskussion der Daten anderer Autoren und unserer Gruppe über fluid-fluider Phasenseparation und einem System mit oberem azeotropen Punkt mit einschließt. Die meisten metallspezifischen Phasendiagrammtypen können mit ladungsstabilisierten kolloidalen Partikeln reproduziert werden. Die langreichweitig wechselwirkenden Partikel zeigt eine wesentlich verbesserte substitutionelle Mischbarkeit im Vergleich mit Hartkugel- und Metallsystemen. Das Größenverhältnis der sphärischen Partikel nimmt dabei die bestimmende Rolle für den Phasendiagrammtyp ein.

Monte Carlo simulations of densely-packed athermal polymers in the bulk and under confinement

We review the main results from extensive Monte Carlo (MC) simulations on athermal polymer packings in the bulk and under confinement. By employing the simplest possible model of excluded volume, macromolecules are represented as freely-jointed chains of hard spheres of uniform size. Simulations are carried out in a wide concentration range: from very dilute up to very high volume fractions, reaching the maximally random jammed (MRJ) state. We study how factors like chain length, volume fraction and flexibility of bond lengths affect the structure, shape and size of polymers, their packing efficiency and their phase behaviour (disorder–order transition). In addition, we observe how these properties are affected by confinement realized by flat, impenetrable walls in one dimension. Finally, by mapping the parent polymer chains to primitive paths through direct geometrical algorithms, we analyse the characteristics of the entanglement network as a function of packing density.

The cyclic antimicrobial peptide RTD-1 induces stabilized lipid-peptide domains more efficiently than its open-chain analogue

The effects of a mammalian cyclic antimicrobial peptide, rhesus theta defensin 1 (RTD-1) and its open chain analogue (oRTD-1), on the phase behaviour and structure of model membrane systems (dipalmitoyl phosphatidylcholine, DPPC and dipalmitoyl phosphatidylglycerol, DPPG) were studied. The increased selectivity of RTD-1 for anionic DPPG over zwitterionic DPPC was shown by differential scanning calorimetry. RTD-1, at a molar peptide-lipid ratio of 1:100, induced considerable changes in the phase behaviour of DPPG, but not of DPPC. The main transition temperature, T-m, Was unchanged, but additional phase transitions appeared above T-m. oRTD-1 induced similar effects. However, the effects were not observable below a peptide:lipid molar ratio of 1:50, which correlates with the weaker biological activity of oRTD-1. Small-and wide-angle X-ray scattering revealed for DPPG the appearance of additional structural features induced by RTP-1 above T-m, which were interpreted as correlated lamellar structures, with increased order of the fatty acyl side chains of the lipid. It is proposed that after initial electrostatic interaction of the cationic rim of the peptide with the anionic DPPG headgroups, leading to stabilized lipid-peptide clusters, the hydrophobic face of the peptide assists in its interaction with the fatty acyl side chains eventually leading to membrane disruption. (C) 2004 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Submicron dispersions of hexosomes based on novel glycerate surfactants

Glycerate-based surfactants are a new class of swelling amphiphiles which swell to a finite degree with water. Among this class of surfactants, oleyl (cis-octadec-9-enyl) glycerate is very similar in structure to a well characterized mesophase-forming lipid, glyceryl monooleate (GMO). Despite the similar structural characteristics, a subtle change in connectivity of the ester bond substantially alters the binary surfactant-water phase behaviour. Whereas the phase behaviour of GMO is diverse and dominated by cubic phases, the phase behaviour of oleyl glycerate and a terpenoid analogue phytanyl (3,7,11,15-tetramethyl-hexadecane) glycerate is much simplified. Both exhibit an inverse hexagonal phase (H-II), which is stable to dilution with excess water, and an inverse micellar phase (L-II) at ambient temperatures. The inverse hexagonal phases formed by oleyl glycerate and phytanyl glycerate have been characterized using SAXS. Analogous to GMO cubosomes, the inverse hexagonal phase of phytanyl glycerate has been dispersed to form hexagonally facetted particles, termed hexosomes, whose structure has been verified using cryo-TEM.

Peptide-induced coalescence of bicellar lipid assemblies: sensitivity to anionic lipid and peptide properties

Bicellar lipid mixture dispersions progressively coalesce to larger structures on warming. This phase behaviour is particularly sensitive to interactions that perturb bilayer properties. In this study, ²H NMR was used to study the perturbation of bicellar lipid mixtures by two peptides (SP-B₆₃₋₇₈, a lung surfactant protein fragment and Magainin 2, an antimicrobial peptide) which are structurally similar. Particular attention was paid to the relation between peptide-induced perturbation and lipid composition. In bicellar dispersions containing only zwitterionic lipids (DMPC-d₅₄/DMPC/DHPC (3:1:1)) both peptides had little to no effect on the temperature at which coalescence to larger structures occurred. Conversely, in mixtures containing anionic lipids (DMPC-d₅₄/DMPG/DHPC (3:1:1)), both peptides modified bicellar phase behaviour. In mixtures containing SP-B₆₃₋₇₈, the presence of peptide decreased the temperature of the ribbon-like to extended lamellar phase transition. The addition of Magainin 2 to DMPCd₅₄/ DMPG/DHPC (3:1:1) mixtures, in contrast, increased the temperature of this transition and yielded a series of spectra resembling DMPC/DHPC (4:1) mixtures. Additional studies of lipid dispersions containing deuterated anionic lipids were done to determine whether the observed perturbation involved a peptide-induced separation of zwitterionic and anionic lipids. Comparison of DMPC/DMPG-d₅₄/DHPC (3:1:1) and DMPC-d₅₄/DMPG/DHPC (3:1:1) mixtures showed that DMPC and DMPG occupy similar environments in the presence of SP-B₆₃₋₇₈, but different lipid environments in the presence of Magainin 2. This might reflect the promotion of anionic lipid clustering by Magainin 2. These results demonstrate the variability of mechanisms of peptide-induced perturbation and suggest that lipid composition is an important factor in the peptide-induced perturbation of lipid structures.

Holocene precipitation change in different monsoon sub-regions (time-slices and transient data) simulated by different global climate models, with links to model results

The recently proposed global monsoon hypothesis interprets monsoon systems as part of one global-scale atmospheric overturning circulation, implying a connection between the regional monsoon systems and an in-phase behaviour of all northern hemispheric monsoons on annual timescales (Trenberth et al., 2000). Whether this concept can be applied to past climates and variability on longer timescales is still under debate, because the monsoon systems exhibit different regional characteristics such as different seasonality (i.e. onset, peak, and withdrawal). To investigate the interconnection of different monsoon systems during the pre-industrial Holocene, five transient global climate model simulations have been analysed with respect to the rainfall trend and variability in different sub-domains of the Afro-Asian monsoon region. Our analysis suggests that on millennial timescales with varying orbital forcing, the monsoons do not behave as a tightly connected global system. According to the models, the Indian and North African monsoons are coupled, showing similar rainfall trend and moderate correlation in rainfall variability in all models. The East Asian monsoon changes independently during the Holocene. The dissimilarities in the seasonality of the monsoon sub-systems lead to a stronger response of the North African and Indian monsoon systems to the Holocene insolation forcing than of the East Asian monsoon and affect the seasonal distribution of Holocene rainfall variations. Within the Indian and North African monsoon domain, precipitation solely changes during the summer months, showing a decreasing Holocene precipitation trend. In the East Asian monsoon region, the precipitation signal is determined by an increasing precipitation trend during spring and a decreasing precipitation change during summer, partly balancing each other. A synthesis of reconstructions and the model results do not reveal an impact of the different seasonality on the timing of the Holocene rainfall optimum in the different sub-monsoon systems. They rather indicate locally inhomogeneous rainfall changes and show, that single palaeo-records should not be used to characterise the rainfall change and monsoon evolution for entire monsoon sub-systems.

Impact of the cation symmetry on the mutual solubilities between water and imidazolium-based ionic liquids

Aiming at the evaluation of the impact of the ionic liquids (ILs) cation symmetry on their phase behaviour, in this work, novel mutual solubilities with water of the symmetric series of [C(n)C(n)im][NTf2] (with n=1-5) were determined and compared with their isomeric forms of the asymmetric [C(n)C(1)im][NTf2] group. While the solubility of isomeric ILs in water was found to be similar, the solubility of water in ILs follows the same trend up to a maximum cation alkyl side chain length. For n >= 4 in [C(n)C(n)im][NTf2] the solubility of water in the asymmetric ILs is slightly higher than that observed in the symmetric counterparts. The thermodynamic properties of solution and solvation derived from the experimental solubility data of ILs in water at infinite dilution, namely the Gibbs energy, enthalpy and entropy were used to evaluate the cation symmetry effect on the ILs solvation. It is shown that the solubility of ILs in water is entropically driven and highly influenced by the cation size. Accordingly, it was found that the ILs solubility in water of both symmetric and asymmetric series depends on their molecular volume. Based on these findings, a linear correlation between the logarithm of the solubility of ILs in water and their molar volume is here proposed for the [NTf2]-based ILs at a fixed temperature.

Effects of solid poly (ethylene glycols) addition to the solutions of aniline or N,N-dimethylaniline with water:experimental measurements and modelling

In this work, the liquid-liquid and solid-liquid phase behaviour of ten aqueous pseudo-binary and three binary systems containing polyethylene glycol (PEG) 2050, polyethylene glycol 35000, aniline, N,N-dimethylaniline and water, in the temperature range 298.15-350.15 K and at ambient pressure of 0.1 MPa, was studied. The obtained temperature-composition phase diagrams showed that the only functional co-solvent was PEG2050 for aniline in water, while PEG35000 even showed a clear anti-solvent effect in the N,N-dimethylaniline aqueous system. The experimental solid-liquid equilibria (SLE) data have been correlated by the non-random two-liquid (NRTL) model, and the correlation results are in accordance with the experimental results.