INVESTIGATIONS ON THE SOLVENT EXTRACTION AND LUMINESCENCE OF LANTHANOIDS WITH MIXTURES OF HETEROCYCLIC β- DIKETONE S AND VARIOUS NEUTRAL OXO-DONORS

The thesis entitled “ Investigations on the solvent extraction and luminescence of lanthanoids with mixtures of heterocyclic β-diketone S and various neutral oxo-donors” embodies the results of investigations carried out on the solvent extraction of trivalent lanthanoids with various heterocyclic β-diketones in the presence and absence of neutral oxo-donors and also on the luminescent studies of Eu3+-heterocyclic β-diketonate complexes with Lewis bases. The primary objective of the present work is to generate the knowledge base, especially to understand the interactions of lanthanoid-heterocyclic β-diketonates with various macrocyclic ligands such as crown ethers and neutral organophosphorus extractants , with a view to achieve better selectivity. The secondary objective of this thesis is to develop novel lanthanoid luminescent materials based on 3-phenyl-4-aroyl-5-isoxazolones and organophosphorus ligands, for use in electroluminescent devices. In the beginning it describes the need for the development of new mixed-ligand systems for the separation of lanthanoids and the development and importance of novel luminescent lanthanoid- β-diketonate complexes for display devices. The syntheses of various para substituted derivatives of 4-aroyl-5-isoxazolones and their characterization by various spectroscopic techniques are described. It also investigate the solvent extraction behaviour of trivalent lanthanoids with 4-aroyl-5-isoxazolones in the presence and absence of various crown ethers such as 18C6, DC18C6, DB18C6 and B18C6. Elemental analysis, IR and H NMR spectral studies are used to understand the interactions of crown ethers with 4-aroyl-5-isoxazolonate complexes of lanthanoids. The synergistic extraction of trivalent lanthanoids with sterically hindered 1-phenyl-3-methyl-4-pivaloyl-5-pyrazolone in the presence of various structurally related crown ethers are studied. The syntheses, characterization and photyphysical properties of Eu3+-4-aroyl-5-isoxazolonate complexes in the presence of Lewis bases like trictylphosphine oxide or triphenylphosphine oxide were studied.

Synthesis of imines from amines in aliphatic alcohols on Pd/ZrO2 catalyst under ambient conditions

Synthesis of imines from amines and aliphatic alcohols (C1–C6) in the presence of base on supported palladium nanoparticles has been achieved for the first time. The catalytic system shows high activity and selectivity in open air at room temperature. As an example of the isostructural Ln3Sb3Co2O14 (Ln: La, Pr, Nd, Sm—Ho) series with an ordered pyrochlore structure, the La variant is prepared by a citrate complex method employing stoichiometric amounts of La(NO3)3, Co(NO3)2, and Sb tartrate together with citric acid with a metal/citrate molar ratio of 1:2

SYNTHESIS AND X-RAY CRYSTAL-STRUCTURE OF THE SM-YLIDE COMPLEX, [(C5H5)3SMCH2P(ME)PH2]

The interaction of (C5H5)2SmCl.LiCl with one equivalent of Li[(CH2)(CH2) PPh2] in refluxing tetrahydrofuran gives the yellow complex [(C5H5)3SmCH2P (Me)Ph2] in 30% yield. The compound has been fully characterized by analytical, spectroscopic and X-ray diffraction methods.

Grundlegende Untersuchungen zum Verhalten ausgewählter Seltenerdelemente bei Explosionen und zur Anwendbarkeit spezieller Methoden zu deren Analyse

Bisher ist bei forensischen Untersuchungen von Explosionen die Rückverfolgung der verwendeten Sprengstoffe begrenzt, da das Material in aller Regel bei der Explosion zerstört wird. Die Rückverfolgung von Sprengstoffen soll mit Hilfe von Identifikations-Markierungssubstanzen erleichtert werden. Diese stellen einen einzigartigen Code dar, der auch nach einer Sprengung wiedergefunden und identifiziert werden kann. Die dem Code zugeordneten, eindeutigen Informationen können somit ausgelesen werden und liefern der Polizei bei der Aufklärung weitere Ansätze.rnZiel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verhalten von ausgewählten Seltenerdelementen (SEE) bei Explosion zu untersuchen. Ein auf Lanthanoidphosphaten basierender Identifikations-Markierungsstoff bietet die Möglichkeit, verschiedene Lanthanoide innerhalb eines einzelnen Partikels zu kombinieren, wodurch eine Vielzahl von Codes generiert werden kann. Somit kann eine Veränderung der Ausgangszusammensetzung des Codes auch nach einer Explosion durch die Analyse eines einzelnen Partikels sehr gut nachvollzogen und somit die Eignung des Markierungsstoffes untersucht werden. Eine weitere Zielsetzung ist die Überprüfung der Anwendbarkeit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) und Partikelanalyse mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) für die Analyse der versprengten Identifikations-Markierungssubstanzen. rnDie Ergebnisbetrachtungen der ICP-MS-Analyse und REM-Partikelanalyse deuten zusammenfassend auf eine Fraktionierung der untersuchten Lanthanoide oder deren Umsetzungsprodukte nach Explosion in Abhängigkeit ihrer thermischen Belastbarkeit. Die Befunde zeigen eine Anreicherung der Lanthanoide mit höherer Temperaturbeständigkeit in größeren Partikeln, was eine Anreicherung von Lanthanoiden mit niedrigerer Temperaturbeständigkeit in kleineren Partikeln impliziert. Dies lässt sich in Ansätzen durch einen Fraktionierungsprozess in Abhängigkeit der Temperaturstabilität der Lanthanoide oder deren Umsetzungsprodukten erklären. Die der Fraktionierung zugrunde liegenden Mechanismen und deren gegenseitige Beeinflussung bei einer Explosion konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend geklärt werden.rnDie generelle Anwendbarkeit und unter Umständen notwendige, komplementäre Verwendung der zwei Methoden ICP-MS und REM-Partikelanalyse wird in dieser Arbeit gezeigt. Die ICP-MS stellt mit großer untersuchter Probenfläche und hoher Genauigkeit eine gute Methode zur Charakterisierung der Konzentrationsverhältnisse der untersuchten Lanthanoide dar. Die REM-Partikelanalyse hingegen ermöglicht im Falle von Kontamination der Proben mit anderen Lanthanoid-haltigen Partikeln eine eindeutige Differenzierung der Elementvergesellschaftung pro Partikel. Sie kann somit im Gegensatz zur ICP-MS Aufschluss über die Art und Zusammensetzung der Kontamination geben. rnInnerhalb der vorgenommenen Untersuchungen stellte die bei der ICP-MS angewandte Probennahmetechnik eine ideale Art der Probennahme dar. Bei anderen Oberflächen könnte diese jedoch in Folge der in verschiedenen Partikelgrößen resultierenden Fraktionierung zu systematisch verfälschten Ergebnissen führen. Um die generelle Anwendbarkeit der ICP-MS im Hinblick auf die Analyse versprengter Lanthanoide zu gewährleisten, sollte eine Durchführung weiterer Sprengungen auf unterschiedlichen Probenoberflächen erfolgen und gegebenenfalls weitere Probennahme-, Aufschluss- und Anreicherungsverfahren evaluiert werden.rn

Copper complexes as a source of redox active MRI contrast agents

The study reports an advance in designing copper-based redox sensing MRI contrast agents. Although the data demonstrate that copper(II) complexes are not able to compete with lanthanoids species in terms of contrast, the redox-dependent switch between diamagnetic copper(I) and paramagnetic copper(II) yields a novel redox-sensitive contrast moiety with potential for reversibility.

Geochemistry of crustal formation and evolution

Terrestrial planets produce crusts as they differentiate. The Earth’s bi-modal crust, with a high-standing granitic continental crust and a low-standing basaltic oceanic crust, is unique in our solar system and links the evolution of the interior and exterior of this planet. Here I present geochemical observations to constrain processes accompanying crustal formation and evolution. My approach includes geochemical analyses, quantitative modeling, and experimental studies. The Archean crustal evolution project represents my perspective on when Earth’s continental crust began forming. In this project, I utilized critical element ratios in sedimentary records to track the evolution of the MgO content in the upper continental crust as a function time. The early Archean subaerial crust had >11 wt. % MgO, whereas by the end of Archean its composition had evolved to about 4 wt. % MgO, suggesting a transition of the upper crust from a basalt-like to a more granite-like bulk composition. Driving this fundamental change of the upper crustal composition is the widespread operation of subduction processes, suggesting the onset of global plate tectonics at ~ 3 Ga (Abstract figure). Three of the chapters in this dissertation leverage the use of Eu anomalies to track the recycling of crustal materials back into the mantle, where Eu anomaly is a sensitive measure of the element’s behavior relative to neighboring lanthanoids (Sm and Gd) during crustal differentiation. My compilation of Sm-Eu-Gd data for the continental crust shows that the average crust has a net negative Eu anomaly. This result requires recycling of Eu-enriched lower continental crust to the mantle. Mass balance calculations require that about three times the mass of the modern continental crust was returned into the mantle over Earth history, possibly via density-driven recycling. High precision measurements of Eu/Eu* in selected primitive glasses of mid-ocean ridge basalt (MORB) from global MORs, combined with numerical modeling, suggests that the recycled lower crustal materials are not found within the MORB source and may have at least partially sank into the lower mantle where they can be sampled by hot spot volcanoes. The Lesser Antilles Li isotope project provides insights into the Li systematics of this young island arc, a representative section of proto-continental crust. Martinique Island lavas, to my knowledge, represent the only clear case in which crustal Li is recycled back into their mantle source, as documented by the isotopically light Li isotopes in Lesser Antilles sediments that feed into the fore arc subduction trench. By corollary, the mantle-like Li signal in global arc lavas is likely the result of broadly similar Li isotopic compositions between the upper mantle and bulk subducting sediments in most arcs. My PhD project on Li diffusion mechanism in zircon is being carried out in extensive collaboration with multiple institutes and employs analytical, experimental and modeling studies. This ongoing project, finds that REE and Y play an important role in controlling Li diffusion in natural zircons, with Li partially coupling to REE and Y to maintain charge balance. Access to state-of-art instrumentation presented critical opportunities to identify the mechanisms that cause elemental fractionation during laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) analysis. My work here elucidates the elemental fractionation associated with plasma plume condensation during laser ablation and particle-ion conversion in the ICP.