Use of Carr-Purcell pulse sequence with low refocusing flip angle to measure T-1 and T-2 in a single experiment

The Carr-Purcell pulse sequence, with low refocusing flip angle, produces echoes midway between refocusing pulses that decay to a minimum value dependent on T*(2). When the refocusing flip angle was pi/2 (CP90) and tau > T*(2), the signal after the minimum value, increased to reach a steady-state free precession regime (SSFP), composed of a free induction decay signal after each pulse and an echo, before the next pulse. When tau < T*(2), the signal increased from the minimum value to the steady-state regime with a time constant (T*) = 2T(1)T(2)/(T-1 + T-2). identical to the time constant observed in the SSFP sequence, known as the continuous wave free precession (CWFP). The steady-state amplitude obtained with M-cp90 = M0T2/(T-1+T-2) was identical to CWFP. Therefore, this sequence was named CP-CWFP because it is a Carr-Purcell sequence that produces results similar to the CWFP. However, CP-CWFP is a better sequence for measuring the longitudinal and transverse relaxation times in single scan, when the sample exhibits T-1 similar to T-2. Therefore, this sequence can be a useful method in time domain NMR and can be widely used in the agriculture, food and petrochemical industries because those samples tend to have similar relaxation times in low magnetic fields. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Low-level laser therapy (808 nm) reduces inflammatory response and oxidative stress in rat tibialis anterior muscle after cryolesion

Background and Objective Muscle regeneration is a complex phenomenon, involving coordinated activation of several cellular responses. During this process, oxidative stress and consequent tissue damage occur with a severity that may depend on the intensity and duration of the inflammatory response. Among the therapeutic approaches to attenuate inflammation and increase tissue repair, low-level laser therapy (LLLT) may be a safe and effective clinical procedure. The aim of this study was to evaluate the effects of LLLT on oxidative/nitrative stress and inflammatory mediators produced during a cryolesion of the tibialis anterior (TA) muscle in rats. Material and Methods Sixty Wistar rats were randomly divided into three groups (n?=?20): control (BC), injured TA muscle without LLLT (IC), injured TA muscle submitted to LLLT (IRI). The injured region was irradiated daily for 4 consecutive days, starting immediately after the lesion using a AlGaAs laser (continuous wave, 808?nm, tip area of 0.00785?cm2, power 30?mW, application time 47?seconds, fluence 180?J/cm2; 3.8?mW/cm2; and total energy 1.4?J). The animals were sacrificed on the fourth day after injury. Results LLLT reduced oxidative and nitrative stress in injured muscle, decreased lipid peroxidation, nitrotyrosine formation and NO production, probably due to reduction in iNOS protein expression. Moreover, LLLT increased SOD gene expression, and decreased the inflammatory response as measured by gene expression of NF-k beta and COX-2 and by TNF-a and IL-1 beta concentration. Conclusion These results suggest that LLLT could be an effective therapeutic approach to modulate oxidative and nitrative stress and to reduce inflammation in injured muscle. Lasers Surg. Med. 44: 726735, 2012. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Necrosis response to photodynamic therapy using light pulses in the femtosecond regime

One of the clinical limitations of the photodynamic therapy (PDT) is the reduced light penetration into biological tissues. Pulsed lasers may present advantages concerning photodynamic response when compared to continuous wave (CW) lasers operating under the same average power conditions. The aim of this study was to investigate PDT-induced response when using femtosecond laser (FSL) and a first-generation photosensitizer (Photogem) to evaluate the induced depth of necrosis. The in vitro photodegradation of the sensitizer was monitored during illumination either with CWor an FSL as an indirect measurement of the PDT response. Healthy liver of Wistar rats was used to evaluate the tissue response. The photosensitizer was endovenously injected and 30 min after, an energy dose of 150 Jcm-2 was delivered to the liver surface. We observed that the photodegradation rate evaluated via fluorescence spectroscopy was higher for the FSL illumination. The FSL-PDT produced a necrosis nearly twice as deep when compared to the CW-PDT. An increase of the tissue temperature during the application was measured and was not higher than 2.5 ��C for the CW laser and not higher than 4.5 ��C for the pulsed laser. FSL should be considered as an alternative in PDT applications for improving the results in the treatment of bulky tumors where higher light penetration is required.

Effect of resonant tunneling on exciton dynamics in coupled dot-well nanostructures

Excitonic dynamics in a hybrid dot-well system composed of InAs quantum dots (QDs) and an InGaAs quantum well (QW) is studied by means of femtosecond pump-probe reflection and continuous wave (cw) photoluminescence (PL) spectroscopy. The system is engineered to bring the QW ground exciton state into resonance with the third QD excited state. The resonant tunneling rate is varied by changing the effective barrier thickness between the QD and QW layers. This strongly affects the exciton dynamics in these hybrid structures as compared to isolated QW or QD systems. Optically measured decay times of the coupled system demonstrate dramatically different response to temperature change depending on the strength of the resonant tunneling or coupling strength. This reflects a competition between purely quantum mechanical and thermodynamical processes.

Der Einsatz elektrochemischer Methoden f��r die Untersuchung superschwerer Elemente

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Experimentaufbaus f��r die elektrochemische Abscheidung von Transactiniden mit anschlie��ender Detektion. Zu diesem Zweck wurden Experimente mit den Homologen dieser Elemente durchgef��hrt. Die Elektrodeposition von Tracermengen an Fremdelektroden f��hrt zu einer Elektrodenbedeckung von weniger als einer Monolage. Die erforderlichen Abscheidepotentiale sind h��ufig positiver, als nach der Nernst���schen Gleichung zu erwarten ist. Dieses Ph��nomen nennt man Unterpotentialabscheidung. In zahlreichen Versuchen mit Radiotracern wurde die Abscheideausbeute als Funktion des Elektrodenpotentials bestimmt, wobei abzuscheidendes Ion, Elektrodenmaterial und Elektrolyt variiert wurden. Es wurden kritische Potentiale, bei denen eine nennenswerte Abscheidung gerade begann, ermittelt sowie Potentiale f��r die Abscheidung von 50 % der in der L��sung befindlichen Atome. Diese Werte wurden mit theoretisch vorhergesagten Potentialen und Werten aus der Literatur verglichen. Die Abscheidung von Pb als Homologem von Element 114 funktionierte sehr gut an Elektroden aus Palladium oder palladinierten Nickelelektroden unter Verwendung von 0,1 M HCl als Elektrolyt. Zur Charakterisierung der Unterpotentialabscheidung wurde neben der Radiotracer-Methode auch die Cyclovoltammetrie eingesetzt. Hier findet die Abscheidung der ersten Monolage auf der Elektrode ebenfalls h��ufig bei positiveren Potentialen statt, als die der Hauptmenge. Die mit beiden Methoden ermittelten Werte wurden einander gegen��bergestellt. Die Elektrodeposition von kurzlebigen Isotopen muss sehr schnell erfolgen. Es konnte gezeigt werden, dass eine hohe Temperatur und damit verbunden eine niedrige Viskosit��t des Elektrolyten die Abscheidung beschleunigt. Ebenfalls wichtig ist ein gutes R��hren der L��sung, um eine kleine Nernst���sche Diffusionsschichtdicke zu erzielen. Das Verh��ltnis von Elektrodenfl��che zu Elektrolytvolumen muss m��glichst gro�� sein. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde eine f��r schnelle Elektrolysen optimierte Elektrolysezelle entwickelt. Unter Einsatz dieser Zelle wurden die Abscheidegeschwindigkeiten f��r verschiedene Ionen- und Elektrodenkombinationen gemessen. Es wurden Experimente zur Kopplung von Gasjet und Elektrolysezelle durchgef��hrt, dabei wurde sowohl mit am Reaktor erzeugten Spaltprodukten, mit Pb-Isotopen aus einer emanierenden Quelle und mit am Beschleuniger erzeugten Isotopen gearbeitet. Mit den dort gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Experimentaufbau f��r die kontinuierliche Abscheidung und Detektion von kurzlebigen Isotopen realisiert. Am Beschleuniger wurden u. a. kurzlebige Hg- und Pb-Isotope erzeugt und mit einem Gasjet aus der Targetkammer zum ALOHA-System transportiert. Dort wurden sie in einem quasi-kontinuierlichen Prozess in die w��ssrige Phase ��berf��hrt und zu einer Elektrolyszelle transportiert. In dieser erfolgte die Elektrodeposition auf eine bandf��rmige Elektrode aus Nickel oder palladiniertem Nickel. Nach der Abscheidung wurde das Band zu einer Detektorphalanx gezogen, wo der ���-Zerfall der neutronenarmen Isotope registriert wurde. Es wurden charakteristische Gr����en wie die Abscheidegeschwindigkeit und die Gesamtausbeute der Elektrolyse ermittelt. Das System wurde im Dauerbetrieb getestet. Es konnte gezeigt werden, dass der gew��hlte Aufbau prinzipiell f��r die Abscheidung von kurzlebigen, am Beschleuniger erzeugten Isotopen geeignet ist. Damit ist eine wichtige Voraussetzung f��r den zuk��nftigen Einsatz der Methode zum Studium der chemischen Eigenschaften der superschweren Elemente geschaffen.

EPR-Spektroskopie zur Untersuchung von Struktur und Dynamik in Polymer-Ton-Nanokompositen

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von Struktur und Dynamik in Polymer-Ton-Nanokompositen mittels EPR-Spektroskopie; damit sollten ein Beitrag zur Analyse der Tensidschicht in solchen Systemen geleistet und die Ergebnisse anderer Messmethoden erg��nzt werden. Die Tensidschicht in Polymer-Ton-Nanokompositen nimmt gro��en Einfluss auf das System, denn sie bestimmt die Wechselwirkung zwischen Ton und Polymer: Damit hydrophiler Ton gut mit hydrophobem Polymer (hier Polystyrol) mischbar ist, muss das Schichtsilikat zun��chst mit Tensiden organisch-modifiziert werden; dies geschieht durch Kationenaustausch der Natriumionen im Ton gegen Tenside. Um mit Hilfe der EPR einen Einblick in die Tensidschicht zu gewinnen, muss etwa 1% der zur Tonmodifizierung eingesetzten Amphiphile spinmarkiert sein. So gelang es im Rahmen dieser Arbeit, Tenside mit verschiedenen Kopfgruppen, n��mlich Trimethylammonium- bzw. Trimethylphosphoniumtenside, zu synthetisieren und sie an verschiedenen Positionen ihrer hydrophoben Alkylkette mit einem Nitroxidradikal zu markieren. Das Nitroxidradikal diente als Spinsonde f��r die EPR-Experimente. Neben der Synthese verschiedener, spinmarkierter Amphiphile, der anschlie��enden Darstellung organisch-modifizierten Tons (Kationenaustausch) und verschiedener Polymer-Ton-Nanokomposite (Schmelzinterkalation) wurden alle Proben mittels EPR-Spektroskopie untersucht; dabei wurden sowohl cw- als auch gepulste Messtechniken eingesetzt. Aus cw-Experimenten ging hervor, dass die Dynamik der gesamten Tensidschicht mit der Temperatur zunimmt und die Mobilit��t der hydrophoben Tensidalkylkette mit wachsendem Abstand zu ihrer Kopfgruppe w��chst. Zugabe von Polymer behindert bei steigender Temperatur das Anschwellen des Tons bei Aufschmelzen der Tensidschicht; die Dynamik des Systems ist eingeschr��nkt. Mit Hilfe gepulster EPR-Messungen (ENDOR und ESEEM), die Informationen ��ber Abst��nde bzw. Kontakt in den untersuchten Systemen lieferten, lie�� sich ein Strukturmodell der Polymer-Ton-Nanokomposite skizzieren, das Vorstellungen anderer, ��lterer Methoden unterst��tzt: Hierbei richten sich die Tenside in Multischichten unterschiedlicher Mobilit��t parallel zur Tonoberfl��che aus.

Ground state properties of neutron-rich Mg isotopes

Studies in regions of the nuclear chart in which the model predictions of properties of nuclei fail can bring a better understanding of the strong interaction in the nuclear medium. To such regions belongs the so called "island of inversion" centered around Ne, Na and Mg isotopes with 20 neutrons in which unexpected ground-state spins, large deformations and dense low-energy spectra appear. This is a strong argument that the magic N = 20 is not a closed shell in this area. In this thesis investigations of isotope shifts of stable 24,25,26Mg, as well as spins and magnetic moments of short-lived 29,31Mg are presented. The successful studies were performed at the ISOLDE facility at CERN using collinear laser and beta-NMR spectroscopy techniques. The isotopes were investigated as single-charged ions in the 280-nm transition from the atomic ground state 2S1/2 to one of the two lowest excited states 2P1/2,3/2 using continuous wave laser beams. The isotope-shift measurements with fluorescence detection for the three stable isotopes show that it is feasible to perform the same studies on radioactive Mg isotopes up to the "island of inversion". This will allow to determine differences in the mean charge square radii and interpret them in terms of deformation. The high detection efficiency for beta particles and optical pumping close to saturation allowed to obtain very good beta-asymmetry signals for 29Mg and 31Mg with half-lives around 1 s and production yields about 10^5 ions/s. For this purpose the ions were implanted into a host crystal lattice. Such detection of the atomic resonances revealed their hyperfine structure, which gives the sign and a first estimate of the value of the magnetic moment. The nuclear magnetic resonance gave also their g-factors with the relative uncertainty smaller than 0.2 %. By combining the two techniques also the nuclear spin of both isotopes could be unambiguously determined. The measured spins and g-factors show that 29Mg with 17 neutrons lies outside the "island of inversion". On the other hand, 31Mg with 19 neutrons has an unexpected ground-state spin which can be explained only by promoting at least two neutrons across the N = 20 shell gap. This places the above nucleus inside the "island". However, modern shell-model approaches cannot predict this level as the ground state but only as one of the low-lying states, even though they reproduce very well the experimental g-factor. This indicates that modifications to the available interactions are required. Future measurements include isotope shift measurements on radioactive Mg isotopes and beta-NMR studies on 33Mg.

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

Zusammenfassung Nanokomposite aus Polymeren und Schichtsilikaten werden zumeist auf der Basis nat��rlicher Tone wie Montmorillonit hergestellt. F��r NMR- und EPR-Untersuchungen der Tensidschicht, die das Silikat mit dem Polymer kompatibilisiert, ist der Eisengehalt nat��rlicher Tone jedoch abtr��glich, weil er zu einer Verk��rzung der Relaxationszeiten und zu einer Linienverbreiterung in den Spektren f��hrt. Dieses Problem konnte ��berwunden werden, indem als Silikatkomponente eisenfreies, strukturell wohldefiniertes Magadiit hydrothermal synthetisiert und f��r die Kompositbildung eingesetzt wurde. Die Morphologie des Magadiits wurde durch Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert und der Interkalationsgrad von schmelzinterkalierten Polymer-Nanokompositen wurde durch Weitwinkelr��ntgenstreuung bestimmt. Polymere mit Carbonylgruppen scheinen leichter zu interkalieren als solche ohne Carbonylgruppen. Polycaprolacton interkalierte sowohl in Oragnomagadiite auf der Basis von Ammoniumtensiden als auch in solche auf der Basis von Phosphoniumtensiden. Die Dynamik auf einer Nanosekundenzeitskala und die Struktur der Tensidschicht wurden mittels ortsspezifisch spinmarkierter Tensidsonden unter Nutzung von Dauerstrich- (CW) und Puls-Methoden der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie (EPR) untersucht. Zus��tzlich wurde die statische 2H-Kernmagnetresonanz (NMR) an spezifisch deuterierten Tensiden angewendet, um die Tensiddynamik auf einer komplement��ren Zeitskala zwischen Mikrosekunden und Millisekunden zu erfassen. Sowohl die CW-EPR- als auch die 2H-NMR-Ergebnisse zeigen eine Beschleunigung der Tensiddynamik durch Interkalation von Polycaprolacton auf, w��hrend sich in den nichtinterkalierten Mikrokompositen mit Polystyrol die Tensiddynamik verlangsamt. Die Rotationskorrelationszeiten und Aktivierungsenergien offenbaren verschiedene Regime der Tensiddynamik. In Polystyrol-Mikrokompositen entspricht die ��bergangstemperatur zwischen den Regimen der Glas��bergangstemperatur von Polystyrol, w��hrend sie in Polycaprolacton-Nanokompositen bei der Schmelztemperatur von Polycaprolacton liegt. Durch die erhebliche Verl��ngerung der Elektronenspin-Relaxationszeiten bei Verwendung von eisenfreiem Magadiit k��nnen Messdaten hoher Qualit��t mit Puls-EPR-Experimenten erhalten werden. Insebsondere wurden die Vier-Puls-Elektron-Elektron-Doppelresonanz (DEER), die Elektronenspinechoenveloppenmodulation (ESEEM) und die Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) an spinmarkierten sowie spezifisch deuterierten Tensiden angewandt. Die ENDOR-Ergebnisse legen ein Model der Tensidschicht nahe, in dem zus��tzlich zu den Oberfl��chenlagen auf dem Silikat eine wohldefinierte mittlere Lage existiert. Dieses Modell erkl��rt auch Verd��nnungseffekte durch das Polymer in Kompositen mit Polycaprolacton und Polystyrol. Die umfangreiche Information aus den Magnetresonanztechniken erg��nzt die Information aus konventionellen Charakterisierungstechniken wie R��ntgendiffraktion und Transmissionselektronenmikroskopie und f��hrt so zu einem detaillierteren Bild der Struktur und Dynamik der Tensidschicht in Nanokompositen aus Polymeren und Schichtsilikaten.

Eine kontinuierliche Lyman-alpha-Quelle basierend auf Festk��rperlasersystemen

In dieser Arbeit wird eine schmalbandige kontinuierliche koh��rente Lyman-��-Quelle basierend auf Festk��rperlasersystemen zur zuk��nftigen K��hlung von Antiwasserstoff vorgestellt. Die fundamentalen Festk��rperlasersysteme erm��glichen es im Vier-Wellen-Misch-Prozess zur Erzeugung der Lyman-��-Strahlung nicht nur die 6^1S ��� 7^1S-Zwei-Photonen-Resonanz des Quecksilbers sondern erstmals auch die 6^1S ��� 6^3P-Ein-Photonen-Resonanz zur Erh��hung der Konversionseffizienz optimal zu nutzen. In ersten Messungen wurden 0,063nW Leistung bei Lyman-�� erzeugt. Mit dieser Lyman-��-Quelle war es, durch die N��he des ersten fundamentalen Lasers zur Ein-Photonen-Resonanz, erstmals m��glich den kompletten Verlauf der Phasenanpassungskurve des Vier-Wellen- Misch-Prozesses aufzunehmen. Neben den fundamentalen Lasersystemen und der Lyman-alpha-Erzeugung selbst, wird in dieser Arbeit die Detektion der produzierten Lyman-��-Strahlung mit einem Photomultiplier vorgestellt, die soweit optimiert wurde, dass eine zuverl��ssige Absch��tzung der erzeugten Leistung m��glich ist. F��r diesen Zweck wurde zudem ein Teststand aufgebaut, mit dem die Transmissivit��t der Optiken, welche in der Lyman-��-Apparatur verwendet werden, bei 121,56nm gemessen wurde. Des Weiteren wird hier eine vielseitige Rechnung vorgestellt, mit der die erzeugte Leistung bei Lyman-��, unter anderem in Abh��ngigkeit von der Temperatur, der Absorption des ersten fundamentalen Laserstrahls, dem Dichteprofil des Quecksilberdampfes und unter dem Einfluss eines Puffergases, bestimmt wird.

High-Speed Laser Processing of Thin Single and Multi-Layer Films

Theoretical models are developed for the continuous-wave and pulsed laser incision and cut of thin single and multi-layer films. A one-dimensional steady-state model establishes the theoretical foundations of the problem by combining a power-balance integral with heat flow in the direction of laser motion. In this approach, classical modelling methods for laser processing are extended by introducing multi-layer optical absorption and thermal properties. The calculation domain is consequently divided in correspondence with the progressive removal of individual layers. A second, time-domain numerical model for the short-pulse laser ablation of metals accounts for changes in optical and thermal properties during a single laser pulse. With sufficient fluence, the target surface is heated towards its critical temperature and homogeneous boiling or "phase explosion" takes place. Improvements are seen over previous works with the more accurate calculation of optical absorption and shielding of the incident beam by the ablation products. A third, general time-domain numerical laser processing model combines ablation depth and energy absorption data from the short-pulse model with two-dimensional heat flow in an arbitrary multi-layer structure. Layer removal is the result of both progressive short-pulse ablation and classical vaporisation due to long-term heating of the sample. At low velocity, pulsed laser exposure of multi-layer films comprising aluminium-plastic and aluminium-paper are found to be characterised by short-pulse ablation of the metallic layer and vaporisation or degradation of the others due to thermal conduction from the former. At high velocity, all layers of the two films are ultimately removed by vaporisation or degradation as the average beam power is increased to achieve a complete cut. The transition velocity between the two characteristic removal types is shown to be a function of the pulse repetition rate. An experimental investigation validates the simulation results and provides new laser processing data for some typical packaging materials.

Aufbau und Charakterisierung eines flugzeuggetragenen Einzelpartikel-Massenspektrometers

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein flugzeuggetragenes Laserablations-Einzelpartikel-Massenspektrometer von Grund auf entworfen, gebaut, charakterisiert und auf verschiedenen Feldmesskampagnen eingesetzt. Das ALABAMA (Aircraft-based Laser ABlation Aerosol MAss Spectrometer) ist in der Lage die chemische Zusammensetzung und Gr����e von einzelnen Aerosolpartikeln im submikrometer-Bereich (135 ��� 900 nm) zu untersuchen.rnNach dem Fokussieren in einer aerodynamischen Linse wird daf��r zun��chst derrnaerodynamische Durchmesser der einzelnen Partikel mit Hilfe einer Flugzeitmessung zwischen zwei Dauerstrichlasern bestimmt. Anschlie��end werden die zuvor detektierten und klassifizierten Partikel durch einen gezielten Laserpuls einzeln verdampft und ionisiert. Die Ionen werden in einem bipolaren Flugzeit-Massenspektrometer entsprechend ihrem Masse zu- Ladungs Verh��ltnisses getrennt und detektiert. Die entstehenden Massenspektren bieten einen detaillierten Einblick in die chemische Struktur der einzelnen Partikel.rnDas gesamte Instrument wurde so konzipiert, dass es auf dem neuen H��henforschungsflugzeug HALO und anderen mobilen Plattformen eingesetzt werden kann. Um dies zu erm��glichen wurden alle Komponenten in einem Rahmen mit weniger als 0.45 m�� Volumen untergebracht. Das gesamte Instrument inklusive Rahmen wiegt weniger als 150 kg und erf��llt die strengen sicherheitsvorschriften f��r den Betrieb an Bord von Forschungsflugzeugen. Damit ist ALABAMA das kleinste und leichteste Instrument seiner Art.rnNach dem Aufbau wurden die Eigenschaften und Grenzen aller Komponenten detailliert im Labor und auf Messkampagnen charakterisiert. Daf��r wurden zun��chst die Eigenschaften des Partikelstrahls, wie beispielsweise Strahlbreite und ���divergenz, ausf��hrlich untersucht. Die Ergebnisse waren wichtig, um die sp��teren Messungen der Detektions- und Ablationseffizienz zu validieren.rnBei den anschlie��enden Effizienzmessungen wurde gezeigt, dass abh��ngig von ihrer Gr����e und Beschaffenheit, bis zu 86 % der vorhandenen Aerosolpartikel erfolgreich detektiert und gr����enklassifiziert werden. Bis zu 99.5 % der detektierten Partikel konnten ionisiert und somit chemisch untersucht werden. Diese sehr hohen Effizienzen sind insbesondere f��r Messungen in gro��er H��he entscheidend, da dort zum Teil nur sehr geringe Partikelkonzentrationen vorliegen.rnDas bipolare Massenspektrometer erzielt durchschnittliche Massenaufl��sungen von bis zu R=331. W��hrend Labor- und Feldmessungen konnten dadurch Elemente wie Au, Rb, Co, Ni, Si, Ti und Pb eindeutig anhand ihres Isotopenmusters zugeordnet werden.rnErste Messungen an Bord eines ATR-42 Forschungsflugzeuges w��hrend der MEGAPOLI Kampagne in Paris ergaben einen umfassenden Datensatz von Aerosolpartikeln innerhalb der planetaren Grenzschicht. Das ALABAMA konnte unter harten physischen Bedingungen (Temperaturen > 40��C, Beschleunigungen +/- 2 g) verl��sslich und pr��zise betrieben werden. Anhand von charakteristischen Signalen in den Massenspektren konnten die Partikel zuverl��ssig in 8 chemische Klassen unterteilt werden. Einzelne Klassen konnten dabei bestimmten Quellen zugeordnet werden. So lie��en sich beispielsweise Partikel mit starkerrnNatrium- und Kaliumsignatur eindeutig auf die Verbrennung von Biomasse zur��ckf��hren.rnALABAMA ist damit ein wertvolles Instrument um Partikel in-situ zu charakterisieren und somit verschiedenste wissenschaftliche Fragestellungen, insbesondere im Bereich der Atmosph��renforschung, zu untersuchen.

Assessing the functional structure of molecular transporters by EPR spectroscopy

In this thesis, the self-assembled functional structure of a broad range of amphiphilic molecular transporters is studied. By employing paramagnetic probe molecules and ions, continuous-wave and pulse electron paramagnetic resonance spectroscopy reveal information about the local structure of these materials from the perspective of incorporated guest molecules. First, the transport function of human serum albumin for fatty acids is in the focus. As suggested by the crystal structure, the anchor points for the fatty acids are distributed asymmetrically in the protein. In contrast to the crystallographic findings, a remarkably symmetric entry point distribution of the fatty acid binding channels is found, which may facilitate the uptake and release of the guest molecules. Further, the metal binding of 1,2,3-triazole modified star-shaped cholic acid oligomers is studied. These biomimetic molecules are able to include and transport molecules in solvents of different polarity. A pre-arrangement of the triazole groups induces a strong chelate-like binding and close contact between guest molecule and metal ion. In absence of a preordering, each triazole moiety acts as a single entity and the binding affinity for metal ions is strongly decreased. Hydrogels based on N-isopropylacrylamide phase separate from water above a certain temperature. The macroscopic thermal collapse of these hydrogels is utilized as a tool for dynamic nuclear polarization. It is shown that a radical-free hyperpolarized solution can be achieved with a spin-labeled gel as separable matrix. On the nanoscale, these hydrogels form static heterogeneities in both structure and function. Collapsed regions protect the spin probes from a chemical decay while open, water-swollen regions act as catalytic centers. Similarly, thermoresponsive dendronized polymers form structural heterogeneities, which are, however, highly dynamic. At the critical temperature, they trigger the aggregation of the polymer into mesoglobules. The dehydration of these aggregates is a molecularly controlled non-equilibrium process that is facilitated by a hydrophobic dendritic core. Further, a slow heating rate results in a kinetically entrapped non-equilibrium state due to the formation of an impermeable dense polymeric layer at the periphery of the mesoglobule.

Giunzione mediante laser di materiali difficili, ibridi ed a struttura cellulare

Lo studio presentato in questa sede concerne applicazioni di saldatura LASER caratterizzate da aspetti di non-convenzionalit�� ed �� costituito da tre filoni principali. Nel primo ambito di intervento �� stata valutata la possibilit�� di effettuare saldature per fusione, con LASER ad emissione continua, su pannelli Aluminum Foam Sandwich e su tubi riempiti in schiuma di alluminio. Lo studio ha messo in evidenza numerose linee operative riguardanti le problematiche relative alla saldatura delle pelli esterne dei componenti ed ha dimostrato la fattibilit�� relativa ad un approccio di giunzione LASER integrato (saldatura seguita da un post trattamento termico) per la realizzazione della giunzione completa di particolari tubolari riempiti in schiuma con ripristino della struttura cellulare all���interfaccia di giunzione. Il secondo ambito di intervento �� caratterizzato dall���applicazione di una sorgente LASER di bassissima potenza, operante in regime ad impulsi corti, nella saldatura di acciaio ad elevato contenuto di carbonio. Lo studio ha messo in evidenza come questo tipo di sorgente, solitamente applicata per lavorazioni di ablazione e marcatura, possa essere applicata anche alla saldatura di spessori sub-millimetrici. In questa fase �� stato messo in evidenza il ruolo dei parametri di lavoro sulla conformazione del giunto ed �� stata definita l���area di fattibilit�� del processo. Lo studio �� stato completato investigando la possibilit�� di applicare un trattamento LASER dopo saldatura per addolcire le eventuali zone indurite. In merito all���ultimo ambito di intervento l���attivit�� di studio si �� focalizzata sull���utilizzo di sorgenti ad elevata densit�� di potenza (60 MW/cm^2) nella saldatura a profonda penetrazione di acciai da costruzione. L���attivit�� sperimentale e di analisi dei risultati �� stata condotta mediante tecniche di Design of Experiment per la valutazione del ruolo preciso di tutti i parametri di processo e numerose considerazioni relative alla formazione di cricche a caldo sono state suggerite.

Effizientes Vierwellenmischen durch Ausnutzen von Resonanzen in Quecksilber

In dieser Arbeit wird eine koh��rente, kontinuierliche Strahlungsquelle im vakuum-ultravioletten (VUV) Spektrum vorgestellt. Sie basiert auf einem Vierwellenmischprozess in Quecksilberdampf mit Fundamentalstrahlen bei 253,7 nm, 407,9 nm und 545,5 nm Wellenl��nge. Diese fundamentalen Strahlen werden durch frequenzverdoppelte bzw. frequenzvervierfachte Festk��rperlasersysteme bereit gestellt. Durch das Ausnutzen der 6^1S-7^1S Zweiphotonenresonanz und zus��tzlich der 6^1S-6^3P Einphotonenresonanz kann der Vierwellenmischprozess deutlich effizienter betrieben werden als zuvor. Eine nahe Einphotonenresonanz verringert die optimale Phasenanpassungstemperatur des Vierwellenmischprozesses, wodurch Druck- und Sto��verbreiterungen des Quecksilbers verkleinert und damit der nichtlineare Prozess effizienter wird. So k��nnen Leistungen bis zu 0,3 nW bei 121,56 nm, dem 1S-2P Lyman-alpha ��bergang von Wasserstoff, erzeugt werden. Diese Lyman-alpha Quelle soll f��r die zuk��nftige Laserk��hlung von Antiwasserstoff genutzt werden. rnrnNeben der Generierung von Strahlung bei Lyman-alpha kann, durch Ver��nderung der dritten Fundamentalwellenl��nge, auch Strahlung in der N��he zu einer Einphotonresonanz im VUV bei dem 6^1S-12^1P ��bergang in Quecksilber durch Vierwellenmischen erzeugt werden. Durch diese weitere Einphotonresonanz kann die nichtlineare Suszeptibilit��t, verantwortlich f��r das Vierwellenmischen, stark vergr����ert werden, ohne Einfluss auf die Phasenanpassung zu haben. Damit l��sst sich der Mischprozess um drei Gr����enordnungen effizienter gestalten und Leistungen von 6 ��W im VUV konnten realisiert werden. Dies entspricht einer Leistungsteigerung um einen Faktor 30 im Vergleich zu fr��heren Quellen. rnrnDar��berhinaus konnte die Zweiphotonenresonanz in Quecksilber ausf��hrlich untersucht werden. Man erh��lt bei kleinen Rabifrequenzen der Fundamentalstrahlen eine geschwindigkeitsselektive Doppelresonanz, die den gleichen Ursprung wie Dunkelresonanzen in Lambda-Systemen hat. Bei hohen Rabifrequenzen kann die Anregung in das Zweiphotonenniveau so stark werden, dass auf dem 7^1S-6^1P ��bergang ein Laserprozess initiiert wird. Dieser Prozess wurde hier zum ersten Mal mit kontinuierlichen Fundamentallasern nachgewiesen. Es wird gezeigt, dass der zus��tzliche Laserprozess das Vierwellenmischen nicht beeintr��chtigt.

Spurenanalyse von Aktiniden in der Umwelt mittels Resonanzionisations-Massenspektrometrie

In dieser Arbeit wurde die Methode der resonanten Ionisation von neutralen Atomen mittels Laserstrahlung auf die leichten Aktinide Thorium, Uran, Neptunium und Plutonium angewendet und f��r die Ultraspurenanalyse optimiert. Der empfindliche Nachweis dieser Aktinide stellt eine Herausforderung f��r die Beobachtung und Bestimmung von radioaktiven Verunreinigungen aus kerntechnischen Anlagen in der Umwelt dar. In einem f��r diese Untersuchungen entwickelten Quadrupolmassenspektrometer konnte durch Resonanzionisationsspektroskopie jeweils eine Reihe unbekannter Energiezust��nde in der Elektronenh��lle des neutralen Atoms der oben genannten Aktinide identifiziert, sowie effiziente Anregungsschemata f��r die resonante Ionisation entwickelt und charakterisiert werden. Durch die verwendete in-source-Ionisation, die aufgrund der guten ��berlagerung von Laserstrahlung und Atomstrahl eine hohe Nachweiseffizienz gew��hrleistet, konnten diese Untersuchungen bereits mit einem, f��r Radionuklide notwendigen, geringen Probeneintrag erfolgen. Die resonante Ionisation erlaubt durch die selektiven resonanten Prozesse eine Unterdr��ckung unerw��nschter Kontaminationen und wurde auf den analytischen Nachweis von Ultraspurengehalten in Umweltproben, sowie die Bestimmung der entsprechenden Isotopenzusammensetzung optimiert. Durch die effiziente in-source-Ionisation mit leistungsstarker gepulster Laserstrahlung, konnten Nachweiseffizienzen im Bereich von bis zu 1% erreicht werden. Dabei wurden f��r Plutonium in synthetischen Proben, aber auch in ersten Umweltproben, Nachweisgrenzen von 10^4-10^5 Atomen erzielt. Die Verwendung spektral schmalbandiger Dauerstrichlaser und eine Ionisation transversal zum frei propagierenden Atomstrahl erm��glicht durch Aufl��sung der Isotopieverschiebung eine hohe Selektivit��t gegen��ber dominanten Nachbarisotopen, wohingegen die Ionisationseffizienz deutlich abnimmt. Hiermit konnte f��r das Ultraspurenisotop U-236 eine Nachweisgrenze bis hinab zu 10^-9 f��r das Isotopenverh��ltnis N(U-236)/N(U-238) bestimmt werden.