Short-term effects of electronic and tobacco cigarettes on exhaled nitric oxide

The objective of this study was to compare the short-term respiratory effects due to the inhalation of electronic and conventional tobacco cigarette-generated mainstream aerosols through the measurement of the exhaled nitric oxide (eNO). To this purpose, twenty-five smokers were asked to smoke a conventional cigarette and to vape an electronic cigarette (with and without nicotine), and an electronic cigarette without liquid (control session). Electronic and tobacco cigarette mainstream aerosols were characterized in terms of total particle number concentrations and size distributions. On the basis of the measured total particle number concentrations and size distributions, the average particle doses deposited in alveolar and tracheobronchial regions of the lungs for a single 2-s puff were also estimated considering a subject performing resting (sitting) activity. Total particle number concentrations in the mainstream resulted equal to 3.5 ± 0.4 × 109, 5.1 ± 0.1 × 109, and 3.1 ± 0.6 × 109 part. cm− 3 for electronic cigarettes without nicotine, with nicotine, and for conventional cigarettes, respectively. The corresponding alveolar doses for a resting subject were estimated equal to 3.8 × 1010, 5.2 × 1010 and 2.3 × 1010 particles. The mean eNO variations measured after each smoking/vaping session were equal to 3.2 ppb, 2.7 ppb and 2.8 ppb for electronic cigarettes without nicotine, with nicotine, and for conventional cigarettes, respectively; whereas, negligible eNO changes were measured in the control session. Statistical tests performed on eNO data showed statistically significant differences between smoking/vaping sessions and the control session, thus confirming a similar effect on human airways whatever the cigarette smoked/vaped, the nicotine content, and the particle dose received.

Lung cancer risk of airborne particles for Italian population

Airborne particles, including both ultrafine and supermicrometric particles, contain various carcinogens. Exposure and risk-assessment studies regularly use particle mass concentration as dosimetry parameter, therefore neglecting the potential impact of ultrafine particles due to their negligible mass compared to supermicrometric particles. The main purpose of this study was the characterization of lung cancer risk due to exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and some heavy metals associated with particle inhalation by Italian non-smoking people. A risk-assessment scheme, modified from an existing risk model, was applied to estimate the cancer risk contribution from both ultrafine and supermicrometric particles. Exposure assessment was carried out on the basis of particle number distributions measured in 25 smoke-free microenvironments in Italy. The predicted lung cancer risk was then compared to the cancer incidence rate in Italy to assess the number of lung cancer cases attributed to airborne particle inhalation, which represents one of the main causes of lung cancer, apart from smoking. Ultrafine particles are associated with a much higher risk than supermicrometric particles, and the modified risk-assessment scheme provided a more accurate estimate than the conventional scheme. Great attention has to be paid to indoor microenvironments and, in particular, to cooking and eating times, which represent the major contributors to lung cancer incidence in the Italian population. The modified risk assessment scheme can serve as a tool for assessing environmental quality, as well as setting up exposure standards for particulate matter.

Indoor Air Quality in Naturally Ventilated Italian Classrooms

Characterization of indoor air quality in school classrooms is crucial to children’s health and performance. The present study was undertaken to characterize the indoor air quality in six naturally ventilated classrooms of three schools in Cassino (Italy). Indoor particle number, mass, black carbon, CO2 and radon concentrations, as well as outdoor particle number were measured within school hours during the winter and spring season. The study found the concentrations of indoor particle number were influenced by the concentrations in the outdoors; highest BC values were detected in classrooms during peak traffic time. The effect of different seasons’ airing mode on the indoor air quality was also detected. The ratio between indoor and outdoor particles was of 0.85 ± 0.10 in winter, under airing conditions of short opening window periods, and 1.00 ± 0.15 in spring when the windows were opened for longer periods. This was associated to a higher degree of penetration of outdoor particles due to longer period of window opening. Lower CO2 levels were found in classrooms in spring (908 ppm) than in winter (2206 ppm). Additionally, a greater reduction in radon concentrations was found in spring. In addition, high PM10 levels were found in classrooms during break time due to re-suspension of coarse particles. Keywords: classroom; Ni/Nout ratio; airing by opening windows; particle number

Nainen, mies, rakkaus, seksi : Heterosuhteen kulku, kulttuurinen malli ja sitä selittävät diskurssit kahden omaelämäkerta-aineiston valossa

The subject matter of this study is the cultural knowledge concerning romantic male-female relationships in autobiographies written by so called ordinary Finnish men and women born between 1901 and 1965. The research data (98 autobiographies) is selected from two collections by the Finnish Literature Society s folklore archives in the early 1990 s. Autobiographies are cultural representations where negotiation of shared cultural models and personal meanings given to hetero-relationship is evident in an interesting manner. In this research I analyze autobiographies as a written folklore genre. Information concerning male-female relationships is being analyzed using theoretically informed close readings thematic analysis, intertextual reading and reflexive reading. Theoretical implications stem from cognitive anthropology (the idea of cultural models) and an adaptation of discourse theory inspired by Michel Foucault. The structure of the analysis follows the structure of the shared knowledge concerning romantic male-female relationship: the first phase of analysis presents the script of a hetero-relationship and then moves into the actual structure, the cultural model of a relationship. The components of the model of relationship are, as mentioned in the title of the research, woman, man, love and sex. The research shows that all the writers share this basic knowledge concerning a heterosexual relationship despite their age, background or gender. Also the conflicts described and experienced in the relationships of the writers were similar throughout the timespan of the early 1900 s to 1990 s: lack of love, inability to reconcile sexual desires, housework, sharing the responsibility of childcare and financial problems. The research claims that the conflicts in relationships are a major cause for the binary view on gender. When relationships are harmonious, there seems to be no need to see men and women as opposites. The research names five important discourses present in the meaning giving processes of autobiographers. In doing so, the stabile cultural model of male-female relationship widens to show the complexity and variation in data. In this way it is possible to detect some age and gender specific shifts and emphasis. The discourses give meaning to the components of the cultural model and determine the contents of womanhood, manhood, sexuality and love. The way these discourses are spread and their authority are different: the romantic discourse evident in the autobiographies appeal to the authority of love supreme love is the purpose of male-female relationship and it justifies sexuality. In this discourse sex can be the place for confluence of genders. The ideas of romantic love are widely spread in popular culture. Popular scientific discourse defines a relationship as a site to become a man and a woman either from a psychological or a biological point of view. Genders are seen as opposites. These ideas are often presented in media and their authority in science which is seen as infallible. The Christian discourse defines men and women: both should work for the benefit of the nuclear family under the undisputed authority of God. Marital love is based on Christian virtues and within marriage sexuality is acceptable. The discourse I ve named folk tradition defines women and men as guardians of home and offspring. The authority of folk tradition comes from universal truth based in experience and truths known to the mediators of this discourse grandparents, parents and other elders or peers. Societal discourse defines the hetero relationship as the mainstay of society. The authority in societal discourse stems from the laws and regulations that control relationship practices.

Democracia eletrônica para quem? : Quem são, o que querem e como os cidadãos avaliam o portal da Câmara dos Deputados

A dissertação busca responder em que medida todas as possibilidades de interação ofertadas pelo Portal da Câmara dos Deputados atendem às necessidades de interação política dos cidadãos que utilizam estes novos canais. Quem são os usuários destas novas ferramentas? Qual a avaliação que eles fazem destes novos canais? Qual é a opinião deles sobre as possibilidades de participação eletrônica? O principal aspecto teórico abordado nesta dissertação é a seguinte discussão: a internet replica formas de participação tradicionais ou é realmente capaz de fazer com que mais cidadãos, incluindo aqueles que estão alheios e desinteressados, participem? Essas questões foram direcionadas ao Portal da Câmara dos Deputados do Brasil, que, ao longo dos últimos anos, soube adaptar-se e promover um espaço de amplo acesso a informações legislativas, com capacidade de contato e interação entre o cidadão e o seu representante e é considerado, atualmente, o melhor portal legislativo da América do Sul. A dissertação utilizou duas metodologias distintas. A primeira consistiu em analisar as estatísticas de acesso ao Portal, identificando assim os padrões de acesso: os sites de referência e os caminhos de busca através dos quais se chega ao Portal. A segunda consistiu na condução de um Web Survey para coletar a opinião dos usuários. O questionário aplicado teve como objetivo coletar avaliações das ferramentas disponibilizadas pelo Portal, identificar o perfil dos usuários e compreender-lhes o comportamento político no mundo off-line. Um dos principais achados é o de que a Democracia Eletrônica desenvolvida pelo Portal da Câmara dos Deputados tem servido mais aos profissionais da política que ao cidadão comum. Mas, mesmo assim, o cidadão comum, interessado em buscar participação, contato e interação com os atores políticos, está procurando essas ferramentas on-line. Palavras chaves: Democracia Eletrônica, Câmara dos Deputados, pesquisa on-line, estatísticas de acesso.

Fast dynamic wavelength and path scheduling in a monolithic 8×8 switch

The control plane is implemented for the first time to allow scheduling and power leveling in a monolithic 8×8 space and wavelength selective cross-connect. 16 dynamic data connections are established within 16μs. © 2013 Optical Society of America.

小麦—偏凸山羊草6Mv/6B代换系的研究

小麦条锈病（Puccinia striiformis f. sp. tritici）是世界性小麦病害，可导致受害小麦减产30%以上，甚至绝收。小麦条锈病在我国西南、华北麦区危害严重，四川麦区是小麦条锈病发病最重的地区之一，每年因条锈病流行造成小麦产量损失巨大。利用抗条锈病品种是控制该病害最安全、经济的有效途径，因此挖掘利用抗病新基因，开展抗病遗传基础研究是当前育种工作中面临的重要任务。 偏凸山羊草（Aegilops ventricosa，DDMvMv，2n=28）是一年生草本植物，起源于地中海西部沿岸地区，具有对小麦白粉病、锈病等高抗或免疫、耐盐、抗寒、蛋白质含量高等优良性状，是小麦遗传育种很好的种质资源。本研究以高抗条锈病的小麦—偏凸山羊草6Mv/6B代换系（Moisson 6Mv/6B）为材料，对其含有的带条锈病抗性基因的偏凸山羊草6Mv染色体在四川小麦背景中的传递情况、与小麦—簇毛麦双端体附加系所具有的白粉病抗性的聚合以及对Moisson 6Mv/6B进行电离辐射诱变筛选抗条锈病的小麦—偏凸山羊草易位系三个方面进行了研究。取得的主要研究结果如下： 1. Moisson 6Mv/6B与高感条锈病的四川地区普通小麦品种绵阳26、绵阳93-124和SW3243的杂种F1与其普通小麦亲本分别作为父、母本回交，通过对其BC1和F2的结实率、根尖细胞有丝分裂中期染色体的观察以及对条锈病抗性的鉴定，发现含6Mv染色体的F1植株作母本时的回交结实率（83.10%）普遍高于含6Mv染色体的F1植株作父本（48.61%），结实率与普通小麦基因型密切相关（χ2=34.15>>χ20.05=5.99（df=2））；6Mv染色体在三种四川小麦中通过雌、雄配子传递的传递方式与其传递率间没有显著相关性，其传递率与普通小麦基因型呈显著相关性（χ2=6.42>χ20.05=5.99（df=2））。 2. Moisson 6Mv/6B与高抗白粉病的小麦—簇毛麦双端体附加系Pana（2n=42+2t）正反杂交，希望在聚合两者抗性的同时观察不同受体背景下的抗性反应。对Moisson 6Mv/6B和Pana正反杂交的结实率、杂交后代的农艺性状进行观察，并对杂交后代进行基因组荧光原位杂交（GISH）分析及条锈病和白粉病的抗性鉴定。结果表明Moisson 6Mv/6B作母本时杂交结实率（80.56%）高于Pana作母本时（58.33%），结实率与杂交方式间紧密相关（χ2=4.96>χ20.05=3.84（df=1））；Moisson 6Mv/6B和Pana杂交后代株高比最高亲本高约10cm，成熟期也较两亲本提前两个星期左右；正反杂交后代中具有偏凸山羊草6Mv染色体的植株具有条锈病抗性，具有簇毛麦端体的植株具有白粉病抗性，同时筛选到4株含有偏凸山羊草和簇毛麦遗传物质并对条锈病和白粉病兼抗的材料，证明来自偏凸山羊草6Mv染色体的条锈病抗性与来自簇毛麦端体的白粉病抗性已经聚合在一起，且没有产生相互抑制的作用，暗示通过这两个抗性基因的聚合是完全能获得兼抗条锈病和白粉病的小麦新种质。 3. 对Moisson 6Mv/6B在减数分裂时期的成株进行总剂量为6Gy、辐射频率为120rad/min的60Co-γ射线辐射，对辐射植株自交后代进行农艺性状及根尖细胞有丝分裂中期染色体形态观察和条锈病抗性鉴定。结果为辐射植株自交结实率为2.22%，根尖细胞有丝分裂中期的染色体存在明显碎片，辐射自交后代植株对条锈病具有成株期抗性。 小麦—偏凸山羊草6Mv/6B代换系对条锈病抗性稳定，是培育条锈病抗性品种的良好供体。本研究证明在四川小麦背景中要利用该品种抗性，在结实数满足需要时，可将其作父本，亦可作母本，但关键是要选择好一个优良的受体基因型；同时其条锈病抗性与来自簇毛麦的白粉病抗性没有相互抑制作用，可将两者抗性有效聚合用于小麦育种中。 Wheat stripe rust (Puccinia striiformis f. sp. Tritici) is a worldwide disease of wheat, and could lead to victims of 30 percent or even total destruction of wheat production. Wheat stripe rust harms badly in China's southwest and North China. Sichuan province is one of the regions damaged by wheat stripe rust heavily. The use of resistant varieties is the most secure and economical way to control the wheat stripe rust. Therefore, it is essential to identify new disease-resistant genes and genetically research of disease resistance. Aegilops ventricosa (DDMvMv, 2n = 28) is an annual herbaceous plant, originating in the coastal areas of the western Mediterranean, with good characters such as resistance of wheat powdery, rust, salt, cold and high protein content. It is a good germplasm resource. In this study, the wheat- Aegilops ventricosa 6Mv/6B substitution line Moisson 6Mv/6B (highly resistant to the wheat stripe rust) was used to study on the transmission of chromosome 6Mv of Aegilops ventricosa in different genetic background of Sichuan wheat varieties, hybridization with wheat- Haynaldia villosa ditelosomic addition line Pana (highly resistant to the powdery mildew) and screening of wheat- Aegilops ventricosa translocation line by exposuring Moisson 6Mv/6B under ionizing radiation. The main results are as following: 1. Moisson 6Mv/6B was crossed with Sichuan wheat varieties mianyang26, mianyang93-124 and SW3243 (highly susceptible to stripe rust), respectively. Their F1 hybrids were further backcrossed as male and female to corresponding wheat varieties. The seed-setting rate, chromosomes confirmation in the mitotic metaphase of root tip cells, and resistance to stripe rust of the subsequent BC1 and F2 plants were investigated. The average seed-setting rate of backcross via 6Mv as female donor (83.10%) was higher than that of backcross via 6Mv as male donor (48.61%), suggesting that the seed-setting rate was associated with the wheat genotypes（χ2=34.15>>χ20.05=5.99（df=2））. In all analyzed populations, transmission frequencies of chromosome 6Mv were not correlated with the ways of 6Mv through male or through female. However, transmission frequencies of chromosome 6Mv were significantly correlated with Sichuan wheat genotypes（χ2=6.42>χ20.05=5.99（df=2））. 2. To aggregating the resistances to stripe rust and powdery mildew, as well as research on the resistance reactions in different genetic background, Moisson 6Mv/6B was reciprocally hybrided with the wheat- Haynaldia villosa ditelosomic addition line Pana (highly resistant to the powdery mildew). The seed-setting rate, agronomic characters, genomic in situ hybridization (GISH) of hybrid progenies，and resistances to stripe rust and powdery mildew were investigated. The results showed that the seed-setting rate of hybridization via Moisson 6Mv/6B as female donor (80.56%) was significant higher than that via Pana as female donor (58.33%). The seed-setting rate was associated with the hybrid methods (χ2 = 4.96> χ20.05 = 3.84 (df = 1)). The plant height of hybrid progenies was about 10 cm higher than Pana, the parent with maximum height. And the maturity of hybrid progenies was about two weeks earlier than that of the parents. In the hybrid progenies, the plants with the 6Mv chromosome have the resistance to stripe rust and the plants with the telosome from Haynaldia villosa have the resistance to powdery mildew. It was found that four plants with both the 6Mv chromosome and the telosome from Haynaldia villosa were resistant to stripe rust and powdery mildew. It indicated that the resistance to stripe rust and powdery mildew aggregated, and no mutual inhibition was found. It implied that the aggregation of the two resistance genes was able to provide the new wheat germplasm with the resistances to stripe rust and powdery mildew. 3. Moisson 6Mv/6B was irradiated with 60Co-γ rays of 6Gy (120rad/min) during meiosis. The agronomic characters and chromosomes confirmation in the mitotic metaphase of root tip cells，as well as resistance to stripe rust were investigated. The seed-setting rate of irradiated plants was only 2.22%. The chromosomes in mitotic metaphase had clear fragments. The resistance to stripe rust of progeny of irradiated plants was the adult-plant resistance. The wheat- Aegilops ventricosa 6Mv/6B substitution line is a good stripe rust resistance donor for its stabile resistance. Our study demonstrated that the key for use the resistance is to choose a good receptor. There is no difference between Moisson 6Mv/6B be the female and be the male if the seed number meets the requirement. At the same time, the stripe rust resistance of Moisson 6Mv/6B did not have the mutual inhibition with the powdery mildew resistance from Haynaldia villosa. It is able to aggregate the two resistances for wheat breeding.

Influence de TDP-43 sur la régulation de hnRNP A1 : un impact potentiel sur la sclérose latérale amyotrophique

La SLA est une maladie neurodégénérative fatale se déclenchant tardivement. Elle est caractérisée par la perte des neurones moteurs supérieurs et inférieurs. Jusqu’à présent, aucun traitement ne permet de ralentir ou de guérir la maladie de façon robuste. De récentes découvertes portant sur TDP-43 et hnRNP A1 y ont identifié des mutations reliées à des cas de SLA. Comme les deux possèdent de multiples fonctions dans le métabolisme de l’ARN, l’impact de ces mutations devient difficile à définir. Notre hypothèse est que TDP-43 régule hnRNP A1 et que les mutations causant la SLA dérégulent ce mécanisme, aboutissant ainsi à un impact majeur sur la vulnérabilité des neurones moteurs. Nos résultats démontrent que TDP-43 lie l’ARNm de hnRNP A1, mais n’affecte pas sa stabilité. En revanche, TDP-43 réprime l’expression de hnRNP A1. Ce mécanisme pourrait être appliqué in vivo où le ratio protéique hnRNP A1B/A1 augmente chez les souris âgées et davantage chez les TDP-43A315T dans la région cervicale et lombaire de la moelle épinière. Cette différence n’est pas causée par un défaut de l’épissage alternatif. Aussi, la mutation TDP-43A315T serait davantage responsable de cette différence que la surexpression de TDP-43 (résultats obtenus en culture). L’impact d’une telle augmentation sur la cellule pourrait être la formation d’agrégats puisque la forme hnRNP A1B possède quatre domaines de fibrillation de plus que hnRNP A1. Nos résultats pourraient donc fournir un mécanisme potentiel de la formation d’inclusions cytoplasmiques reconnues comme étant une des caractéristiques pathologiques principales de la SLA.

Synthese und Charakterisierung neuartiger, ambipolarer organischer Halbleiter, basierend auf Perylencarboximid-Systemen kombiniert mit funktionalisierten Spirobifluoreneinheiten

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von donor-funktionalisierten Spiro-Perylencarboximiden, welche für den Einsatz in optoelektronischen Bauelementen wie z.B. organischen Phototransistoren, Feldeffekttransistoren oder Solarzellen vorgesehen sind. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide stellen kovalent gebundene Donor-Akzeptor-Verbindungen dar, die unter geeigneter Belichtung einen ladungsgetrennten Zustand bilden können. Die Verbindungen wurden aus unterschiedlichen Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten synthetisiert, die im Baukastenprinzip zu den entsprechenden Zielverbindungen umgesetzt wurden. Mittels unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden (z.B. DSC, TGA, CV, Absorptions- und Fluoreszenzmessungen) wurden die Eigenschaften der neuartigen Zielverbindungen untersucht. Im Rahmen der Arbeit wurden vier neue Spiroamin-Edukte erstmalig synthetisiert und charakterisiert. Sie wurden durch Reduktion aus den bisher noch nicht beschriebenen Nitroverbindungen bzw. mittels Pd-katalysierter Kreuzkupplung (Hartwig-Buchwald-Reaktion) aus einer halogenierten Spiroverbindung erhalten. Als Perylenanhydrid-Edukt wurde erstmals eine perfluorierte Perylenanhydrid-Imid-Verbindung hergestellt. Aus den Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten wurden insgesamt neun neue, donorfunktionalisierte Spiro-Perylencarboximide synthetisiert. Zusätzlich wurden sechs neuartige Spiro-Perylencarboximide ohne Diphenylamin-Donor hergestellt, die als Vergleichsverbindungen dienten. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide besitzen eine Absorption im UV- und sichtbaren Spektralbereich, wobei hohe Extinktionskoeffizienten erreicht werden. Die Verbindungen zeigen in verdünnter Lösung (sowohl in polaren als auch in unpolaren Lösungsmitteln) eine Fluoreszenzquantenausbeute unter 1 %, was auf einen effizienten Ladungstransfer zurückzuführen ist. Alle donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide zeigen in den CV-Messungen reversibles Verhalten. Mittels CV-Messungen und optischer Methode konnten die HOMO- und LUMO-Lagen der jeweiligen Molekülhälften berechnet und das Fluoreszenzverhalten der Verbindungen erklärt werden. Ebenso konnten die Auswirkungen von unterschiedlichen Substituenten auf die jeweiligen HOMO-/LUMO-Lagen näher untersucht werden. Die durchgeführten DSC- und TGA-Untersuchungen zeigen hohe morphologische und thermische Stabilität der Verbindungen, wobei Glasübergangstemperaturen > 211 °C, Schmelztemperaturen > 388 °C und Zersetzungstemperaturen > 453 °C gemessen wurden. Diese Werte sind höher als die bisher in der Literatur für ähnliche spiroverknüpfte Verbindungen berichteten. Als besonders interessant haben sich die unsymmetrischen donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide herausgestellt. Sie zeigen hohe Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln, sind bis zu einer Molmasse < 1227 g/mol aufdampfbar und bilden stabile, amorphe Schichten.

Fernsteuerung superparamagnetischer Partikel und Charakterisierung von Magnetkraftmikroskopiespitzen in externen Magnetfeldern mit magnetisch strukturierten Substraten

Die Ionenbeschussinduzierte magnetische Strukturierung (engl.: Ion Bombardment Induced Magnetic Patterning – IBMP) beinhaltet den Beschuss austauschverschobener Ferromagnet/Antiferromagnet-Schichtsysteme mit niederenergetischen Heliumionen durch eine lithographisch erstellte Lackmaske, die die Ionen nur in den gewünschten Bereichen zum Schichtsystem vordringen lässt. Damit können Richtung und Stärke der Austauschverschiebung (engl.: Exchange Bias – EB) lokal beschränkt beeinflusst werden und es entstehen, in Remanenz stabile, magnetische Muster. Nach Entfernen der Resistmaske ist die Probe ohne topographische Kontraste. Bisher konnten mit dieser Methode Strukturen bis zu einer minimalen Größen von 500nm nachgewiesen werden. Diese Methode und zwei Anwendungsmöglichkeiten der IBMP werden in dieser Arbeit dargelegt: Die Interpretation von Magnetkraftmikroskopieaufnahmen im externen Magnetfeld erweist sich als problematisch, wenn die Richtung des äußeren Magnetfeldes senkrecht zum magnetischen Moment der MFM-Spitze steht und dieses unvermeidlich auch beeinflusst. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Tauglichkeit von topographisch flachen magnetischen Strukturen als Kalibrierproben für Magnetkraftmikroskopiesonden nachgewiesen. Die Magnetisierung solcher Proben ist in gewissem Rahmen unabhängig vom externen Magnetfeld. Daraus folgt, dass Veränderungen der magnetkraftmikroskopischen Aufnahmen in diesem Feldbereich allein auf Modifikationen des Magnetisierungszustandes der Spitze zurückzuführen sind. Anhand eines Modells nach sollen die Streufelder über der Probe modelliert und eine Quantifizierung dieser Einflüsse ermöglicht werden. Im Weiteren wird die gezielte Beeinflussung superparamagnetischer Nano- und Mikropartikel durch die künstlichen Streufelder über den Proben gezeigt. Dabei lag das Augenmerk zum Einen auf der gezielten Positionierung der Kolloide durch geeignete Wahl der künstlichen Domänenmuster und zum Anderen auf der ferngesteuerten Bewegung mittels geschickter Kombination eines externen Magnetfeldgradienten zusätzlich zu den magnetischen Streufeldern der Probe. Ein großes Hemmnis bei ähnlichen Anwendungen mit stromdurchflossenen Leiterbahnen sind die Erwärmung der Probe sowie die Zerstörung der Strukturen durch Elektromigration. Diese Erschwernisse können mit den in der vorliegenden Arbeit genutzten künstlichen magnetischen Strukturen, die sich durch externe Magnetfelder abschalten lassen und in Remanenz wieder erscheinen, elegant umgangen werden.

Synthese und Charakterisierung neuer symmetrischer und unsymmetrischer Spiro-p-oligophenyle

In der vorliegenden Arbeit wurden neue symmetrische Spiro-p-oligophenyle der allgemeinen Form Spiro-o-Φ[n,n] mit der Gesamtkettenlänge o=2n+2 Phenylringen (o > 10) und der Zahl n der Phenylringe in den p-Oligophenylsubstituenten am Spirobifluorenkern, dargestellt. Neben den symmetrischen Verbindungen wurden erstmals auch unsymmetrische Spiro-p-oligophenyle der allgemeinen Form Spiro-o-Φ[n,m] mit o=n+m+2 (o = 3-7) und n ≠ m synthetisiert. Aufgrund der sehr geringen Löslichkeit der größeren Verbindungen wurden löslichkeitssteigernde Substituenten an den endständigen Phenylringen angebracht. Bei den Verbindungen, die mit Trimethylsilyl-Gruppen (TMS-) in den endständigen meta-Positionen „3“ und „5“ substituiert wurden, konnte die Löslichkeit um mehrere Größenordnungen gesteigert werden, sodass die Darstellung der symmetrischen Verbindungen bis zu einer Kettenlänge von 16 Phenylringen möglich wurde. Nach erfolgreicher Synthese und Aufreinigung wurden die TMS-Gruppen wieder entfernt und die erhaltenen, unsubstituierten Verbindungen charakterisiert. Zusätzlich wurden auch die TMS-Derivate untersucht. Zur Charakterisierung zählten neben der Reinheits- und Strukturanalytik unter anderem auch spektroskopische (UV/Vis-Absorption, Fluoreszenz, Fluoreszenzquantenausbeute), elektrochemische (Cyclovoltammetrie) und thermische (Thermogravimetrie, Dynamische Differenzkalorimetrie) Untersuchungen. Hier wurde unter anderem der Einfluss der Kettenlänge und der Position der Spiroverknüpfung auf isomere Verbindungen gleicher Kettenlänge untersucht. Bei den spektroskopischen Messungen konnte eine Konvergenz der längstwelligen Absorptionsbanden, bzw. kürzestwelligen Fluoreszenzbanden mit zunehmender Kettenlänge beobachtet werden. Die effektive Konjugationslänge konnte so aus experimentellen Daten bestimmt werden zu 12 Phenylringen in der Absorption und 14 Phenylringen in der Fluoreszenz. Bei den Isomeren gleicher Kettenlänge zeigte sich in der Absorption eine hypsochrome Verschiebung der Absorptionsmaxima mit zunehmender Verschiebung der Spiroverknüpfung zum Kettenende hin, während die Position der Spiroverknüpfung keinen messbaren Einfluss auf die Verschiebung der Fluoreszenzbanden hatte. Die Substitution mit TMS in den meta-Positionen zeigte keinen messbaren Einfluss auf die Absorptions- bzw. Fluoreszenzbanden. Die elektrochemischen Untersuchungen zeigten mit zunehmender Kettenlänge eine erleichterte Oxidation und Reduktion, während bei Isomeren gleicher Kettenlänge die Oxidation mit Verschiebung der Spiroverknüpfung zum Kettenende hin erschwert und die Reduktion erleichtert war. Die thermogravimetrischen Analysen (TGA) zeigten eine außerordentlich hohe thermische Stabilität (5% Massenabnahme unter Schutzgas) der Spiro-p-oligophenyle von Td,5% = 474°C bei Spiro-5Φ[1,2] bis 570°C bei Spiro 8Φ[3,3]. Ebenso blieben hohe Rückstandsmassen unter Schutzgas bei 850°C zurück, wie das Beispiel Spiro 8Φ[3,3] mit 68% zeigt. Die Verbindungen zeigten hohe Schmelzpunkte (max. 496°C bei Spiro-6Φ[0,4]) und Glasübergangstemperaturen (max. 434°C bei p-TMS-Spiro-8Φ[3,3]). Viele der Verbindungen, besonders die in den meta-Positionen TMS-substituierten Verbindungen, bildeten stabile amorphe Gläser.

Impact of sward type, cutting date and conditioning temperature on mass and energy flows in the integrated generation of solid fuel and biogas from semi-natural grassland

Energy production from biomass and the conservation of ecologically valuable grassland habitats are two important issues of agriculture today. The combination of a bioenergy production, which minimises environmental impacts and competition with food production for land with a conversion of semi-natural grasslands through new utilization alternatives for the biomass, led to the development of the IFBB process. Its basic principle is the separation of biomass into a liquid fraction (press fluid, PF) for the production of electric and thermal energy after anaerobic digestion to biogas and a solid fraction (press cake, PC) for the production of thermal energy through combustion. This study was undertaken to explore mass and energy flows as well as quality aspects of energy carriers within the IFBB process and determine their dependency on biomass-related and technical parameters. Two experiments were conducted, in which biomass from semi-natural grassland was conserved as silage and subjected to a hydrothermal conditioning and a subsequent mechanical dehydration with a screw press. Methane yield of the PF and the untreated silage was determined in anaerobic digestion experiments in batch fermenters at 37°C with a fermentation time of 13-15 and 27-35 days for the PF and the silage, respectively. Concentrations of dry matter (DM), ash, crude protein (CP), crude fibre (CF), ether extract (EE), neutral detergent fibre (NDF), acid detergent fibre (ADF), acid detergent ligning (ADL) and elements (K, Mg, Ca, Cl, N, S, P, C, H, N) were determined in the untreated biomass and the PC. Higher heating value (HHV) and ash softening temperature (AST) were calculated based on elemental concentration. Chemical composition of the PF and mass flows of all plant compounds into the PF were calculated. In the first experiment, biomass from five different semi-natural grassland swards (Arrhenaterion I and II, Caricion fuscae, Filipendulion ulmariae, Polygono-Trisetion) was harvested at one late sampling (19 July or 31 August) and ensiled. Each silage was subjected to three different temperature treatments (5°C, 60°C, 80°C) during hydrothermal conditioning. Based on observed methane yields and HHV as energy output parameters as well as literature-based and observed energy input parameters, energy and green house gas (GHG) balances were calculated for IFBB and two reference conversion processes, whole-crop digestion of untreated silage (WCD) and combustion of hay (CH). In the second experiment, biomass from one single semi-natural grassland sward (Arrhenaterion) was harvested at eight consecutive dates (27/04, 02/05, 09/05, 16/05, 24/05, 31/05, 11/06, 21/06) and ensiled. Each silage was subjected to six different treatments (no hydrothermal conditioning and hydrothermal conditioning at 10°C, 30°C, 50°C, 70°C, 90°C). Energy balance was calculated for IFBB and WCD. Multiple regression models were developed to predict mass flows, concentrations of elements in the PC, concentration of organic compounds in the PF and energy conversion efficiency of the IFBB process from temperature of hydrothermal conditioning as well as NDF and DM concentration in the silage. Results showed a relative reduction of ash and all elements detrimental for combustion in the PC compared to the untreated biomass of 20-90%. Reduction was highest for K and Cl and lowest for N. HHV of PC and untreated biomass were in a comparable range (17.8-19.5 MJ kg-1 DM), but AST of PC was higher (1156-1254°C). Methane yields of PF were higher compared to those of WCD when the biomass was harvested late (end of May and later) and in a comparable range when the biomass was harvested early and ranged from 332 to 458 LN kg-1 VS. Regarding energy and GHG balances, IFBB, with a net energy yield of 11.9-14.1 MWh ha-1, a conversion efficiency of 0.43-0.51, and GHG mitigation of 3.6-4.4 t CO2eq ha-1, performed better than WCD, but worse than CH. WCD produces thermal and electric energy with low efficiency, CH produces only thermal energy with a low quality solid fuel with high efficiency, IFBB produces thermal and electric energy with a solid fuel of high quality with medium efficiency. Regression models were able to predict target parameters with high accuracy (R2=0.70-0.99). The influence of increasing temperature of hydrothermal conditioning was an increase of mass flows, a decrease of element concentrations in the PC and a differing effect on energy conversion efficiency. The influence of increasing NDF concentration of the silage was a differing effect on mass flows, a decrease of element concentrations in the PC and an increase of energy conversion efficiency. The influence of increasing DM concentration of the silage was a decrease of mass flows, an increase of element concentrations in the PC and an increase of energy conversion efficiency. Based on the models an optimised IFBB process would be obtained with a medium temperature of hydrothermal conditioning (50°C), high NDF concentrations in the silage and medium DM concentrations of the silage.

Selbstassemblierte Monolagen und magnetisch strukturierte Submonolagen mit dia- und paramagnetischen Molekülen sowie Einzelmolekülmagneten auf Phthalocyanin- und Subphthalocyanin-Basis

Mit dieser Arbeit wurde die Selbstassemblierung von dia- und paramagnetischen Molekülen sowie Einzelmolekülmagneten auf Goldsubstraten und magnetisch strukturierten Substraten untersucht. Dazu wurden drei verschiedene Klassen an Phthalocyaninderivaten verwendet: Diamagnetische Subphthalocyanine, paramagnetische Phthalocyaninatometalle und Diphthalocyaninatolanthanidkomplexe. Alle synthetisierten Verbindungen sind peripher thioethersubstituiert. Die Alkylketten (a: n-C8H17, b: n-C12H25) vermitteln die Löslichkeit in vielen organischen Solventien und sorgen für eine geordnete Assemblierung auf einer Oberfläche, wobei die Bindung auf Gold hauptsächlich über die Schwefelatome stattfindet. Die aus Lösung abgeschiedenen selbstassemblierten Monolagen wurden mit XPS, NEXAFS-Spektroskopie und ToF-SIMS untersucht. Bei der Selbstassemblierung auf magnetisch strukturierten Substraten stehen die Moleküle unter dem Einfluss magnetischer Streufelder und binden bevorzugt nur in bestimmten Bereichen. Die gebildeten Submonolagen wurden zusätzlich mit X-PEEM untersucht. Die erstmals dargestellten Manganphthalocyanine [MnClPc(SR)8] 1 wurden ausgehend von MnCl2 erhalten. Hier fand bei der Aufarbeitung an Luft eine Oxidation zu Mangan(III) statt; +III ist die stabilste Oxidationsstufe von Mangan in Phthalocyaninen. Der Nachweis des axialen Chloridoliganden erfolgte mit Massenspektrometrie und FIR- sowie Raman-Spektroskopie. SQUID-Messungen haben gezeigt, dass die Komplexe 1 vier ungepaarte Elektronen haben. Bei den Subphthalocyaninen [BClSubpc(SR)6] 2 wurde der axiale Chloridoligand mit dem stäbchenförmigen Phenolderivat 29-H substituiert und die erfolgreiche Ligandensubstitution durch NMR- und IR-Spektroskopie sowie Massenspektrometrie an den Produkten [BSubpc(SR)6(29)] 30 belegt. Der Radikalcharakter der synthetisierten Terbiumkomplexe [Tb{Pc(SR)8}2] 3 wurde spektroskopisch nachgewiesen; SQUID-Messungen ergaben, dass es sich um Einzelmolekülmagnete mit einer Energiebarriere U des Doppelpotentialtopfs von 880 K oder 610 cm-1 bei 3a handelt. Zunächst wurden die SAMs der Komplexverbindungen 1, 2, 30 und 3 auf nicht magnetisch strukturierten Goldsubstraten untersucht. Die Manganphthalocyanine 1 bilden geordnete SAMs mit größtenteils flach liegenden Molekülen, wie die XPS-, NEXAFS- und ToF-SIMS-Analyse zeigte. Die Mehrzahl der Thioether-Einheiten ist auf Gold koordiniert und die Alkylketten zeigen ungeordnet von der Oberfläche weg. Bei der Adsorption findet eine Reduktion zu Mangan(II) statt und der axiale Chloridoligand wird abgespalten. Das beruht auf dem sog. Oberflächen-trans-Effekt. Im vorliegenden Fall übt die Metalloberfläche einen stärkeren trans-Effekt als der axiale Ligand aus, was bisher experimentell noch nicht beobachtet wurde. Die thioethersubstituierten Subphthalocyanine 2 und 30 sowie die Diphthalocyaninatoterbium-Komplexe 3 sind ebenfalls für SAMs geeignet. Ihre Monolagen wurden mit XPS und NEXAFS-Spektroskopie untersucht, und trotz einer gewissen Unordnung in den Filmen liegen die Moleküle jeweils im Wesentlichen flach auf der Goldoberfläche. Vermutlich sind bei diesen Systemen auch die Alkylketten größtenteils parallel zur Oberfläche orientiert. Im Gegensatz zu den Manganphthalocyaninen 1 tritt bei 2b, 30a, 30b und 3b neben der koordinativen Bindung der Schwefelatome auf Gold auch eine für Thioether nicht erwartete kovalente Au–S-Bindung auf, die durch C–S-Bindungsbruch unter Abspaltung der Alkylketten ermöglicht wird. Der Anteil, zu dem dieser Prozess stattfindet, scheint nicht mit der Molekülstruktur zu korrelieren. Selbstassemblierte Submonolagen auf magnetisch strukturierten Substraten wurden mit dem diamagnetischen Subphthalocyanin 2b hergestellt. Der Nachweis der Submonolagen war schwierig und gelang schließlich durch eine Kombination von ToF-SIMS, NEXAFS Imaging und X-PEEM. Die Analyse der ToF-SIMS-Daten zeigte, dass tatsächlich eine Modulation der Verteilung der Moleküle auf einem unterwärts magnetisch strukturierten Substrat eintritt. Mit X-PEEM konnte die magnetische Struktur der ferromagnetischen Schicht des Substrats direkt der Verteilung der adsorbierten Moleküle zugeordnet werden. Die Subphthalocyanine 2b adsorbieren nicht an den Domänengrenzen, sondern vermehrt dazwischen. Auf Substraten mit abwechselnd 6.5 und 3.5 µm breiten magnetischen Domänen binden die Moleküle bevorzugt in den Bereichen geringster magnetischer Streufeldgradienten, also den größeren Domänen. Solche Substrate wurden für die ToF-SIMS- und X-PEEM-Messungen verwendet. Bei größeren magnetischen Strukturen mit ca. 400 µm breiten Domänen, wie sie aufgrund der geringeren Ortsauflösung dieser Methode für NEXAFS Imaging eingesetzt wurden, binden die Moleküle dann in allen Domänen. Die diamagnetischen Moleküle werden nach dieser Interpretation aus dem inhomogenen Magnetfeld über der Probenoberfläche heraus gedrängt und verhalten sich analog makroskopischer Diamagnete. Die eindeutige Detektion der Moleküle auf den magnetisch strukturierten Substraten konnte bisher nur für die diamagnetischen Subphthalocyanine 2b erfolgen. Um die Interpretation ihres Verhaltens bei der Selbstassemblierung in einem inhomogenen Magnetfeld weiter voranzutreiben, wurde das Subphthalocyanin 37b dargestellt, welches ein stabiles organisches TEMPO-Radikal in seinem axialen Liganden enthält. Das paramagnetische Subphthalocyanin 37b sollte auf den magnetisch strukturierten Substraten in Regionen starker magnetischer Streufelder binden und damit das entgegengesetzte Verhalten zu den diamagnetischen Subphthalocyaninen 2b zeigen. Aus Zeitgründen konnte dieser Nachweis im Rahmen dieser Arbeit noch nicht erbracht werden.

Fütterungsbedingte mikrobielle Zusammensetzung von Rinderkot und deren Einfluss auf Gasemissionen und N-Mineralisierung im Boden

Um die Nährstoffeffizienz im Boden zu erhöhen und klimarelevante Gasemissionen zu minimieren, sind quantitative Informationen zu den C- und N-Fraktionen im Kot sowie deren Mineralisierungspotential nötig. Da über die Hälfte des fäkalen N mikrobiell gebunden ist, sind Methoden zur Bestimmung der mikrobiellen Kotqualität hilfreich. Ziele der ersten Publikation waren die Anwendung der CFE-Methode zur Bestimmung der mikrobiellen Biomasse in Rinderkot, Ergosterolbestimmung als Marker für die pilzliche Biomasse und Aminozuckernachweis zur Analyse der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur (pilzliches Glucosamin und bakterielle Muramin-säure). Mit Hilfe der CFE-Methode sollten lebende Mikroorganismen im Kot, inklusive Bakterien, Pilze und Archaeen, erfasst werden. Verschiedene Extraktionsmittel wurden für diese Methode getestet, um stabile Extrakte und reproduzierbare mikrobielle Biomasse-C- und -N-Gehalte zu erhalten. Der Einsatz von 0.05 M CuSO4 als Extraktionsmittel löste vorherige Probleme mit der Extraktion CHCl3-labiler N-Komponenten und sorgte für stabile Kotextrakte. Die Methoden wurden in einem Kotinkubationsexperiment bei 25 °C verglichen. Mikrobielle Parameter zeigten dynamische Charakteristika und mögliche Verschiebungen innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft. Im Kot von Färsen betrug das mittlere C/N-Verhältnis 5,6 und der mittlere Cmik/Corg-Quotient 2,2%, das Verhältnis von Ergosterol zum mikrobiellen Biomasse-C war 1,1‰. Ergosterol und Aminozuckeranalyse ergaben einen signifikanten Pilzanteil von über 40% des mikrobiellen Gesamt-C. Für die Analyse mikrobieller Parameter in Rinderkot erwiesen sich alle getesteten Methoden als geeignet. Diese wurden für die folgenden Fütterungsversuche weiter unabhängig voneinander angewendet und verglichen. Die zweite Publikation verglich eine N-defizitäre (ND) und eine ausgeglichene N-Bilanz (NB) bei der Fütterung von Milchkühen unter Berücksichtigung der Kot-inhaltsstoffe, der mikrobiellen Parameter und der Verdaulichkeit. Unterschiede zwischen Individuen und Probennahmetagen wurden ebenfalls miteinbezogen. Mittlerer mikrobieller Biomasse-C- und -N-Gehalt war 37 bzw. 4,9 mg g-1 TM. Der Pilzanteil lag diesmal bei 25% des mikrobiellen Gesamt-C. Die Fütterung zeigte signifikante Effekte auf die Kotzusammensetzung. Das fäkale C/N-Verhältnis der NB-Fütterung war signifikant niedriger als bei ND. Gleiches gilt für das C/N-Verhältnis der mikrobiellen Biomasse mit jeweils 9.1 und 7.0 für ND und NB. Auch die Verdaulichkeit wurde durch die Fütterung beeinflusst. Unverdauter Futterstickstoff, Faserstoffe (NDF) und Hemi-cellulose waren in der ND-Behandlung signifikant erhöht. Einige Parameter zeigten nur einen Einfluss der Probennahmetage, mit den angewendeten Methoden gelang jedoch der eindeutige Nachweis der Fütterungseffekte auf mikrobielle Parameter im Rinderkot, wobei sich die Fütterung in nur einer Variable unterschied. Weitere Fütterungseinflüsse auf die Kotqualität wurden schließlich auch für Rinder unterschiedlicher Leistungsstufen erforscht. Hier waren die Unterschiede in der Fütterung wesentlich größer als in den vorhergehenden Experimenten. Der Kot von Färsen, Niederleistungs- und Hochleistungskühen sowie dessen Einfluss auf N2O-Emissionen, N-Mineralisierung und pflanzliche N-Aufnahme wurden untersucht. Die Färsenfütterung mit geringem N- und hohem ADF-Anteil führte zu pilzdominiertem Kot. Besonders im Vergleich zum Kot der Hochleistungskühe war der Gehalt an mikrobiellem Biomasse-C niedrig, in Verbindung mit einem breiten mikrobiellen C/N-Verhältnis und hohem Ergosterolgehalt. Eingemischt in Boden zeigte Färsenkot die niedrigste CO2-Produktion und höchste N-Immobilisierung sowie niedrigste N2O-Emissionen während einer 14-tägigen Inkubation bei 22 °C. In einem 62-Tage-Gefäßversuch mit Welschem Weidelgras waren der Trocken-masseertrag und die pflanzliche Stickstoffaufnahme in den Färsenbehandlungen am niedrigsten. Die Stickstoffaufnahme durch die Pflanzen korrelierte positiv mit der Stickstoffkonzentration im Kot und negativ mit dem Rohfasergehalt, aber auch negativ mit dem C/N-Verhältnis der mikrobiellen Biomasse und dem Verhältnis von pilzlichem zu bakteriellem C. Mikrobielle Parameter im Kot zeigten einen größeren Zusammen-hang mit der pflanzlichen Stickstoffaufnahme als die mikrobiellen Bodenparameter.