The in ovo sexing of chicken eggs is a current task and a prerequisite to overcome the mass killing of male day-old chicks from laying lines. Although various methods have been developed and tested in recent years, practicable methods for sex determination are still missing which can be applicated in poultry hatcheries before the chicken embryo is capable of nociception and pain sensation. Optical spectroscopic methods enable an early determination of the sex. In this study, a novel method based on two-wavelength in ovo fluorescence excitation is described. More than 1600 eggs were examined. In ovo fluorescence was sequentially excited at 532 nm and 785 nm. The fluorescence intensities of the spectral regions behave inversely with respect to sex. It is shown that the observed sex-related differences in the fluorescence intensities are based on the embryonic hemoglobin synthesis. The accuracy of sex determination is 96% for both sexes. The hatching rate is not reduced compared to an equivalent reference group.

The concept of a self-incompatible solvent is introduced as a molecule composed of two parts (compound 1 and 2) with unfavourable interactions. A third compound will be readily dissolved in this solvent to diminish this unfavourable interaction by dilution. The more incompatible compounds 1 and 2 are, the stronger this behaviour is expected to be. In this work, ionic liquids comprising non-polar carbon chain and polar ionic group are chosen to serve as a model of self-incompatible solvent. The interactions parameters k of the ionic liquids with active ingredients are investigated to examine the effect of self-incompatibility of the ionic liquid molecule. On the other hand, phase separation between compounds 1 and 2 will reduce the positive effect of self-incompatibility. The tendency of phase separation is increasing with increasing size of the two compounds. Thus, if compounds 1 and 2 are blocks tied together into a block copolymer, one expects a decreasing ability of the block copolymer to dissolve an active ingredient with increasing block length. In this work the ability of polybutadiene-block-poly(2-vinylpyridine) (PB-b-P2VP) block copolymers to dissolve the model compound anthracene is investigated. As expected, the solubility indeed decreases with increasing block length.

In dieser Arbeit wird ein industriell genutzter Metallreiniger auf Basis nichtionischer Tenside untersucht. Dabei werden ausschließlich Messmethoden verwendet, die sich auch für eine industrielle Fertigung eignen. Zu Anfang enthält die Arbeit kurze Abrisse zum gegenwärtigen Kenntnisstand bezüglich der Inhaltstoffe industriell genutzten Reiniger, der Analytik von Tensiden in Reinigern und der Adsorption der Tenside auf Feststoffoberflächen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht neben der Charakterisierung und Analyse des Reinigers die quantitative Bestimmung der im Reiniger enthaltenen Tenside in industriellen Reinigungsbädern. Mit Hilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie mit einem Verdampfungs - Lichtstreudetektor wird die quantitative Verteilung der Tenside in Reinigungsbädern unter verschiedenen der industriellen Fertigung entsprechenden Bedingungen untersucht. Die Adsorption der im Reiniger enthaltenen Tenside auf der Metalloberfläche unter Fertigungsbedingungen wird mit Fluoreszenzspektroskopie und IR-Spektroskopie quantitativ bestimmt. Im letzten Kapitel wird auf die Umsetzung der gefundenen Ergebnisse in die industrielle Praxis eingegangen.

Dreiwertige Actinide (An(III)) und Lanthanide (Ln(III)) stellen im Falle ihrer Inkorporation eine ernste Gefahr für die Gesundheit des Menschen dar. An(III) sind künstlich erzeugte, stark radioaktive Elemente, die insbesondere bei der nuklearen Energiegewinnung in Kernkraftwerken entstehen. Durch Störfälle oder nicht fachgerechte Lagerung radioaktiven Abfalls können sie in die Umwelt und die Nahrungskette des Menschen gelangen. Ln(III) sind hingegen nicht radioaktive Elemente, die natürlicherweise vorkommen und für vielfältige Anwendungen in Technik und Medizin abgebaut werden. Folglich kann der Mensch sowohl mit An(III) als auch Ln(III) in Kontakt kommen bzw. sie inkorporieren. Es ist daher von enormer Wichtigkeit, das Verhalten dieser Elemente im menschlichen Körper aufzuklären. Während makroskopische Vorgänge wie Verteilung, Anreicherung und Ausscheidung bereits sehr gut untersucht sind, ist das Wissen hinsichtlich der chemischen Bindungsform (Speziation) von An(III) und Ln(III) in Körperflüssigkeiten noch sehr lückenhaft. In der vorliegenden Arbeit wurde daher erstmals die chemische Bindungsform von Cm(III) und Eu(III) in natürlichem menschlichem Urin (in vitro) spektroskopisch aufgeklärt und die gebildeten Komplexe identifiziert. Hierzu wurden auch grundlegende Untersuchungen zur Komplexierung von Cm(III) und Eu(III) in synthetischem Modellurin sowie mit den urinrelevanten organischen Modellliganden Harnstoff, Alanin, Phenylalanin, Threonin und Citrat durchgeführt und die noch unbekannten Komplexbildungskonstanten bestimmt. Abschließend wurden alle experimentellen Ergebnisse mit Literaturdaten und Vorherberechnungen mittels thermodynamischer Modellierung verglichen. Auf Grund der hervorragenden Lumineszenzeigenschaften von Cm(III) und Eu(III) konnte insbesondere auch die Eignung der zeitaufgelösten laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) als Methode zur Untersuchung dieser Metallionen in unbehandelten, komplexen biologischen Flüssigkeiten demonstriert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern damit neue Erkenntnisse zu den biochemischen Reaktionen von An(III) und Ln(III) in Körperflüssigkeiten auf molekularer Ebene und tragen zu einem besseren Verständnis der bekannten, makroskopischen Effekte dieser Elemente bei. Darüber hinaus sind sie die Grundlage weiterführender in-vivo-Untersuchungen. / In case of incorporation, trivalent actinides (An(III)) and lanthanides (Ln(III)) pose a serious health risk to humans. An(III) are artificial, highly radioactive elements which are mainly produced during the nuclear fuel cycle in nuclear power plants. Via hazardous accidents or nonprofessional storage of radioactive waste, they can be released in the environment and enter the human food chain. In contrast, Ln(III) are nonradioactive, naturally occurring elements with multiple applications in technique and medicine. Consequently it is possible that humans get in contact and incorporate both, An(III) and Ln(III). Therefore, it is of particular importance to elucidate the behaviour of these elements in the human body. While macroscopic processes such as distribution, accumulation and excretion are studied quite well, knowledge about the chemical binding form (speciation) of An(III) and Ln(III) in various body fluids is still sparse. In the present work, for the first time, the speciation of Cm(III) and Eu(III) in natural human urine (in vitro) has been investigated spectroscopically and the formed complex identified. For this purpose, also basic investigations on the complex formation of Cm(III) and Eu(III) in synthetic model urine as well as with the urinary relevant, organic model ligands urea, alanine, phenylalanine, threonine and citrate have been performed and the previously unknown complex stability constants determined. Finally, all experimental results were compared to literature data and predictions calculated by thermodynamic modelling. Since both, Cm(III) and Eu(III), exhibit unique luminescence properties, particularly the suitability of time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS) could be demonstrated as a method to investigate these metal ions in untreated, complex biofluids. The results of this work provide new scientific findings on the biochemical reactions of An(III) and Ln(III) in human body fluids on a molecular scale and contribute to a better understanding of the known macroscopic effects of these elements. Furthermore, they are the basis of subsequent in vivo investigations.

Durch alternierende oder simultane Plasmapolymerisation und Farbstoffsublimation wurden Plasmapolymerschichten mit eingelagerten Farbstoffmolekülen hergestellt. Als Farbstoff wurde Rhodamin 6G verwendet. Die Absorptions- und Fluoreszenzcharakteristika der Schichten wurden untersucht und mit denen einfacher Farbstoffschichten verglichen. Dabei wurde die Menge der eingelagerten Farbstoffmoleküle variiert. Es zeigt sich, daß sich die Absorptionsbande des eingelagerten Farbstoffs bei den unterschiedlichen Schichten kaum verändert. Die Fluoreszenzspektren der Schichten mit wenigen eingelagerten Farbstoffmolekülen zeigen dasgleiche Verhalten wie Rhodamin 6G in Lösung. Mit steigender Farbstoffmenge wird die Fluoreszenzbande rotverschoben und es entsteht eine weitere Fluoreszenzbande. Diese wird mit Hilfe eines sequentiellen Energietransfers zu modifizierten Molekülen beschrieben. Mit Hilfe der zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopie konnte der zeitliche Verlauf der Fluoreszenzintensität gemessen werden. Dabei ist der Fluoreszenzzerfall deutlich nicht-exponentiell. Die Zerfallskurven wurden mit einer gestreckten Exponentialfunktion angepaßt.

In dieser Arbeit wird der Aufbau eines Raumtemperatur-Nahfeldmikroskopes und die Implementation eines neuen nichtoptischen Abstandsregelmechanismus beschrieben und die Ergebnisse verschiedener Abbildungsarten dargestellt. Eine theoretische Modellierung des Scherkraft-Detektionsmechanismus erlaubt ein gezieltes Design fuer eine Nachnutzung. Der Aufbau eines Tieftemperatur-Konfokalmikroskopes, das zum Tieftemperatur-Nahfeldmikroskop erweiterbar ist, wird dargelegt. Die Abhaengigkeit des Photobleichens einzelner Terrylen-Molekuele von der Temperatur wird untersucht. Beobachtungen der spektralen Diffusion von Terrylen-Molekuelen werden dargelegt. Den Hauptteil dieser Arbeit bilden Untersuchungen am N-V Farbzentrum im Diamant. Einzelne Defektzentren wurden bei tiefen Temperaturen abgebildet und mittels Fluoreszenz-Anregungsspektroskopie untersucht, die Fluoreszenz-Emissionsdynamik wurde mit Autokorrelationsmessungen studiert. Das Temperaturverhalten der Fluoreszenzintensitaet, die Autokorrelation der Fluoreszenzintensitaet und die verzoegerte Fluoreszenz beweisen die Existenz eines metastabilen Zustandes. Durch Einstrahlen einer zweiten Wellenlaenge verkuerzt sich die Verweilzeit im metastabilen Zustand und die mittlere Fluoreszenzrate wird erhoeht (Deshelving). Die Tieftemperaturspektren widersprechen in mehreren Punkten den aus der Literatur bekannten Werten, die an hoeherkonzentrierten Proben gemessen wurden. Diese Unterschiede werden diskutiert und sind mit einer in hoeherkonzentrierten Proben verstaerkten Verspannung zu erklaeren. Ein Vergleich mit Diamant-Nanokristalliten, in denen eine erhoehte Verspannung auftritt, bestaetigt den Zusammenhang zwischen schmalen Uebergaengen und wirkender Verspannung durch das Auftreten von schmalen Emissionslinien.

Molecular dynamics of biomolecules, like proteins and nucleic acids dictate essential biological processes allowing life to function. They are involved in a vast number of cellular tasks including DNA replication, genetic recombination, transcription and translation, as well as signalling, translational motion, structure formation, biochemical synthesis, immune response, and many more. Developed over billions of years by evolution they constitute fine-tuned networks modulated by temperature and regulatory mechanisms. A better understanding of the thermodynamic fundamentals of inter- and intramolecular conformational changes can shed light on the underlying processes of diseases and enables the transfer of biological architectures, properties and compositions to nanotechnological applications. Dynamics of biomolecules occur on a wide range of timescales covering more than twelve orders of magnitude. Fluorescence spectroscopy techniques like time-correlated single photon counting (TCSPC), fluorescence correlation spectroscopy (FCS), and immobilized and freely diffusing single-molecule Förster resonance energy transfer (FRET) spectroscopy represent powerful tools monitoring the dynamics at different ranges within this large span of timescales. However, a unified approach covering all biological relevant timescales remains a goal in the field of fluorescence spectroscopy. This would comprise a methodological workflow for qualitative and quantitative analysis of biomolecular dynamics ranging from nanoseconds to hours. In this work, a custom built single-molecule fluorescence spectroscopy set-up was constructed combining confocal single-molecule FRET spectroscopy with TCSPC, FCS and fluorescence anisotropy techniques for multiparameter fluorescence detection (MFD). The set-up allows the complementary observation of single-molecules over an extensive timescale ranging from fast reconfiguration dynamics of polymers (nanoseconds) to slow membrane protein folding (hours) without the need of molecular synchronization. Freely diffusing molecules enable high throughput measurements in heterogeneous membrane-mimetic and denaturing environments. Additionally, routines for data acquisition and processing were developed followed by the elaboration of a methodological workflow for the qualitative and quantitative analysis of biomolecular dynamics. Finally, the applicability was demonstrated on a big diversity of biological systems (DNA hairpin, Holliday junction, soluble and membrane proteins) in aqueous, membrane-mimetic and denaturing environments covering conformational dynamics from nanoseconds to hours.:Chapter 1: Introduction Chapter 2: Dynamics of Biomolecules 2.1 Dynamics of Nucleic Acids 2.1.1 DNA Hairpin Dynamics 2.1.2 Dynamics of Holliday Junctions 2.2 Dynamics of Proteins 2.2.1 Model Systems of Protein Folding Chapter 3: Fundamentals of Fluorescence Spectroscopy 3.1 Basics of Fluorescence 3.2 Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Chapter 4: Multiparameter Fluorescence Detection 4.1 Single-Molecule FRET Spectroscopy 4.1.1 Confocal Microscopy 4.1.2 Freely Diffusing Molecules 4.1.3 Fluorescence Spectroscopy 4.2 Time-Correlated Single-Photon Counting (TCSPC) 4.3 Pulsed Interleaved Excitation (PIE) 4.4 Fluorescence Anisotropy 4.5 Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) 4.6 MFD Setup 4.7 Analysis Software Chapter 5: Analysis of Molecular Dynamics 5.1 Sub-Microseconds – Peptide Chain Dynamics 5.1.1 Identification of Peptide Chain Dynamics 5.1.2 Quantification of Peptide Chain Dynamics 5.1.3 Discussion 5.2 Microseconds – Dynamics of Barrier Crossing 5.2.1 Maximum Likelihood Estimation of the Transition-Path Time 5.2.2 Quantification of the Upper Bound of the Transition-Path Time 5.2.3 Discussion 5.3 Milliseconds – Fast Protein Folding Dynamics 5.3.1 Correlation of the Relative Donor Lifetime (τD(A) / τD(0)) with FRET Efficiency (E) 5.3.2 Burst-Variance Analysis (BVA) 5.3.3 FRET-Two-Channel Kernel-Based Density Distribution Estimator (FRET-2CDE) 5.3.4 Estimation of the Conformational Relaxation Rate using Bin-Time Analysis 5.3.5 Extracting Folding Kinetics using the Three-Gaussian (3G) Approximation 5.3.6 Dynamic Probability Distribution Analysis (dPDA) 5.3.7 Folding and Unfolding Rate Estimation using a Maximum-Likelihood Estimator 5.3.8 Discussion 5.4 Milliseconds to Seconds – Stacking Dynamics of DNA 5.4.1 Identification of Dynamics on the Recurrence Timescale 5.4.2 Quantification of Dynamics on the Recurrence Timescale 5.4.3 Discussion 5.5 Minutes to Hours – Slow Protein Folding Dynamics 5.5.1 Identification of Slow Protein Folding Dynamics 5.5.2 Quantification of Slow Protein Folding Dynamics 5.5.3 Discussion Chapter 6: Conclusion and Outlook Chapter 7: Appendices 7.1 Derivation of Equation 4.6 (inspired by Daniel Nettels) 7.2 Protein sequences 7.3 Identification of dynamics on the recurrence timescale 7.4 Dependency of psame on the sample concentration 7.5 Effect of fluorescence quenching on MFD parameters Chapter 8: References / Biomoleküle, wie Proteine und Nukleinsäuren, sind essentielle Bausteine des Lebens und permanent an biologischen Prozessen beteiligt. Innerhalb der Zelle nehmen sie eine Vielzahl von Aufgaben wahr, darunter DNA-Replikation, genetische Rekombination, Transkription und Translation, sowie Signalübertragung, Transport, Strukturbildung, biochemische Synthese und Immunreaktion. In Milliarden von Jahren evolutionärer Entwicklung wurden biomolekulare Prozesse immer feiner aufeinander Abgestimmt. Um den zugrundeliegenden Mechanismus von Krankheiten besser zu Verstehen und um die einzigartigen Eigenschaften und Kompositionen biologischer Systeme auf nanotechnologische Anwendungen übertragen zu können, ist es unbedingt notwendig ein besseres Verständnis thermodynamischer Grundlagen inter- und intramolekularer Konformationsänderungen zu erlangen. Dabei finden sich Dynamiken von Biomolekülen über eine Zeitskale von mehr als zwölf Größenordnungen verteilt. Fluoreszenzspektroskopietechniken, wie zeitkorrelierte Einzel-photonenzählung (TCSPC), Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS), und Förster-Resonanzenergietransfer (FRET)–Spektroskopie von immobilisierten und frei diffundierenden Molekülen, stellen leistungsfähige Werkzeuge dar, welche es ermöglichen Dynamiken in der den Techniken entsprechenden Zeitskala aufzulösen. Dennoch, besteht der dringende Bedarf nach einer einheitlichen Methode, der in der Fluoreszenzspektroskopie alle biologisch relevanten Zeitskalen abdeckt. Dies würde einen methodischen Workflow für die qualitative und quantitative Analyse der biomolekularen Dynamik von Nanosekunden bis Stunden bedeuten. In dieser Arbeit wurde ein speziell angefertigter Multiparamter-Fluoreszenzspektroskopie-Aufbau konstruiert, welcher die konfokale Einzelmolekül-FRET-Spektroskopie mit den TCSPC-, FCS- und Fluoreszenz-Anisotropie-Techniken kombiniert. Der Aufbau ermöglicht die Beobachtung komplementärer Eigenschaften von Einzelmolekülen über eine umfangreiche Zeitskala hinweg. Dynamiken von schnell rekonfigurierenden Polymeren (Nanosekunden) bis hin zu langsam faltenden Membranproteinen (Stunden) sind ohne molekulare Synchronisation möglich. Darüber hinaus, ermöglicht der Einsatz frei diffundierender Moleküle einen hohen Messdurchsatz und die Anwendung heterogener membranmimetischer und denaturierender Lösungen. Zusätzlich wurden Routinen zur Datenerfassung und -verarbeitung entwickelt, gefolgt von der Ausarbeitung eines methodischen Workflows zur qualitativen und quantitativen Analyse von biomolekularen Dynamiken. Abschließend wurde die Anwendbarkeit an fünf biologischen Modelsystemen (DNA-Haarnadel, Holliday-Junction, lösliche und Membranproteine) in wässrigen, membranmimetischen und denaturierenden Umgebungen demonstriert und alle biologisch relevanten Zeitskalen von Nanosekunden bis Stunden abgedeckt.:Chapter 1: Introduction Chapter 2: Dynamics of Biomolecules 2.1 Dynamics of Nucleic Acids 2.1.1 DNA Hairpin Dynamics 2.1.2 Dynamics of Holliday Junctions 2.2 Dynamics of Proteins 2.2.1 Model Systems of Protein Folding Chapter 3: Fundamentals of Fluorescence Spectroscopy 3.1 Basics of Fluorescence 3.2 Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Chapter 4: Multiparameter Fluorescence Detection 4.1 Single-Molecule FRET Spectroscopy 4.1.1 Confocal Microscopy 4.1.2 Freely Diffusing Molecules 4.1.3 Fluorescence Spectroscopy 4.2 Time-Correlated Single-Photon Counting (TCSPC) 4.3 Pulsed Interleaved Excitation (PIE) 4.4 Fluorescence Anisotropy 4.5 Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) 4.6 MFD Setup 4.7 Analysis Software Chapter 5: Analysis of Molecular Dynamics 5.1 Sub-Microseconds – Peptide Chain Dynamics 5.1.1 Identification of Peptide Chain Dynamics 5.1.2 Quantification of Peptide Chain Dynamics 5.1.3 Discussion 5.2 Microseconds – Dynamics of Barrier Crossing 5.2.1 Maximum Likelihood Estimation of the Transition-Path Time 5.2.2 Quantification of the Upper Bound of the Transition-Path Time 5.2.3 Discussion 5.3 Milliseconds – Fast Protein Folding Dynamics 5.3.1 Correlation of the Relative Donor Lifetime (τD(A) / τD(0)) with FRET Efficiency (E) 5.3.2 Burst-Variance Analysis (BVA) 5.3.3 FRET-Two-Channel Kernel-Based Density Distribution Estimator (FRET-2CDE) 5.3.4 Estimation of the Conformational Relaxation Rate using Bin-Time Analysis 5.3.5 Extracting Folding Kinetics using the Three-Gaussian (3G) Approximation 5.3.6 Dynamic Probability Distribution Analysis (dPDA) 5.3.7 Folding and Unfolding Rate Estimation using a Maximum-Likelihood Estimator 5.3.8 Discussion 5.4 Milliseconds to Seconds – Stacking Dynamics of DNA 5.4.1 Identification of Dynamics on the Recurrence Timescale 5.4.2 Quantification of Dynamics on the Recurrence Timescale 5.4.3 Discussion 5.5 Minutes to Hours – Slow Protein Folding Dynamics 5.5.1 Identification of Slow Protein Folding Dynamics 5.5.2 Quantification of Slow Protein Folding Dynamics 5.5.3 Discussion Chapter 6: Conclusion and Outlook Chapter 7: Appendices 7.1 Derivation of Equation 4.6 (inspired by Daniel Nettels) 7.2 Protein sequences 7.3 Identification of dynamics on the recurrence timescale 7.4 Dependency of psame on the sample concentration 7.5 Effect of fluorescence quenching on MFD parameters Chapter 8: References

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die selektive Funktionalisierung von Siliziumoxidnanostrukturen auf alkyl-passivierten Siliziumoberflächen welche durch rasterkraftmikroskopisch induzierte lokale anodische Oxidation (LAO) erzeugt werden. Bei der gezielten Immobilisierung von funktionalen Molekülen auf den Strukturen werden zwei verschiedene Routen verfolgt – Anbindung von ionischen Farbstoffen über elektrostatische Wechselwirkungen sowie stufenweise kovalente chemische Anbindung von bi-funktionalen Verbindermolekülen und Farbstoffen. Eine Untersuchung der hergestellten funktionalen Strukturen erfolgt mittels Rasterkraftmikroskopie, Raster-Kelvin-Mikroskopie sowie zeitaufgelöster Fluoreszenzmikroskopie und-spektroskopie. Durch zwei unabhängige Methoden kann gezeigt werden dass die Ladungen im lokalen Oxide vergleichsweise stabil sind und die elektrostatische Anbindung somit auch noch nach Tagen möglich sein sollte. Das Verhalten der elektrostatisch angebundenen Farbstoffe hängt stark von deren Art ab. Während es bei Rhodamin 6G nur zu einer minimalen spektralen Änderung im Vergleich zur Lösung kommt so zeigen spermin-funktionalisierte Perylenbisimidfarbstoffe eine deutliche H-Aggregation und Ausbildung von Excimerzuständen. Diese Zustände sind eindeutig thermisch aktiviert und zeigen eine wesentlich höhere Aktivierungsenergie als bei allen anderen bisher untersuchten Perylenaggregaten sowie eine Hysterese bei Temperaturveränderung. Die physikalische Ursache für dieses Phänomen liegt allem Anschein nach in der elektrostatischen Anbindung selbst welche ein instabiles Gleichgewicht mit der Wechselwirkung der Moleküle untereinander bildet. Eine geordnete kovalente Anbindung von funktionalen Silanmolekülen an die mittels LAO erzeugten Strukturen erfordert sehr definierte Prozessparameter. Die spektroskopische Untersuchung von an die funktionalen Silane chemisch angebundenen Fluoresceinfarbstoffen lässt indirekte Schlüsse auf deren Belegungsdichte und damit die Qualität der Silanmonolage zu.

In dieser Arbeit wird ein industriell genutzter Metallreiniger auf Basis nichtionischer Tenside untersucht. Dabei werden ausschließlich Messmethoden verwendet, die sich auch für eine industrielle Fertigung eignen. Zu Anfang enthält die Arbeit kurze Abrisse zum gegenwärtigen Kenntnisstand bezüglich der Inhaltstoffe industriell genutzten Reiniger, der Analytik von Tensiden in Reinigern und der Adsorption der Tenside auf Feststoffoberflächen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht neben der Charakterisierung und Analyse des Reinigers die quantitative Bestimmung der im Reiniger enthaltenen Tenside in industriellen Reinigungsbädern. Mit Hilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie mit einem Verdampfungs - Lichtstreudetektor wird die quantitative Verteilung der Tenside in Reinigungsbädern unter verschiedenen der industriellen Fertigung entsprechenden Bedingungen untersucht. Die Adsorption der im Reiniger enthaltenen Tenside auf der Metalloberfläche unter Fertigungsbedingungen wird mit Fluoreszenzspektroskopie und IR-Spektroskopie quantitativ bestimmt. Im letzten Kapitel wird auf die Umsetzung der gefundenen Ergebnisse in die industrielle Praxis eingegangen.

Dreiwertige Actinide (An(III)) und Lanthanide (Ln(III)) stellen im Falle ihrer Inkorporation eine ernste Gefahr für die Gesundheit des Menschen dar. An(III) sind künstlich erzeugte, stark radioaktive Elemente, die insbesondere bei der nuklearen Energiegewinnung in Kernkraftwerken entstehen. Durch Störfälle oder nicht fachgerechte Lagerung radioaktiven Abfalls können sie in die Umwelt und die Nahrungskette des Menschen gelangen. Ln(III) sind hingegen nicht radioaktive Elemente, die natürlicherweise vorkommen und für vielfältige Anwendungen in Technik und Medizin abgebaut werden. Folglich kann der Mensch sowohl mit An(III) als auch Ln(III) in Kontakt kommen bzw. sie inkorporieren. Es ist daher von enormer Wichtigkeit, das Verhalten dieser Elemente im menschlichen Körper aufzuklären. Während makroskopische Vorgänge wie Verteilung, Anreicherung und Ausscheidung bereits sehr gut untersucht sind, ist das Wissen hinsichtlich der chemischen Bindungsform (Speziation) von An(III) und Ln(III) in Körperflüssigkeiten noch sehr lückenhaft. In der vorliegenden Arbeit wurde daher erstmals die chemische Bindungsform von Cm(III) und Eu(III) in natürlichem menschlichem Urin (in vitro) spektroskopisch aufgeklärt und die gebildeten Komplexe identifiziert. Hierzu wurden auch grundlegende Untersuchungen zur Komplexierung von Cm(III) und Eu(III) in synthetischem Modellurin sowie mit den urinrelevanten organischen Modellliganden Harnstoff, Alanin, Phenylalanin, Threonin und Citrat durchgeführt und die noch unbekannten Komplexbildungskonstanten bestimmt. Abschließend wurden alle experimentellen Ergebnisse mit Literaturdaten und Vorherberechnungen mittels thermodynamischer Modellierung verglichen. Auf Grund der hervorragenden Lumineszenzeigenschaften von Cm(III) und Eu(III) konnte insbesondere auch die Eignung der zeitaufgelösten laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) als Methode zur Untersuchung dieser Metallionen in unbehandelten, komplexen biologischen Flüssigkeiten demonstriert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern damit neue Erkenntnisse zu den biochemischen Reaktionen von An(III) und Ln(III) in Körperflüssigkeiten auf molekularer Ebene und tragen zu einem besseren Verständnis der bekannten, makroskopischen Effekte dieser Elemente bei. Darüber hinaus sind sie die Grundlage weiterführender in-vivo-Untersuchungen.:1 Motivation und Zielstellung 2 Speziationsbestimmung exogener Schwermetalle in Biofluiden 2.1 Actinide und Lanthanide 2.2 Biochemisches Verhalten exogener Schwermetalle im Menschen 2.3 Speziationsbestimmung von Metallen 3 Komplexbildung von Curium(III) und Europium(III) mit organischen Modellliganden 3.1 Lumineszenzspektroskopische Eigenschaften von Curium(III) und Europium(III) in Wasser 3.2 Harnstoff – Hauptbestandteil des menschlichen Urins 3.3 Citronensäure – ubiquitäres Biomolekül0 3.4 Aminosäuren – Grundbausteine des Lebens 4 Speziation von Curium(III) und Europium(III) in menschlichen Urinproben 4.1 Charakterisierung und Analyse der natürlichen menschlichen Urinproben 4.2 Bestimmung der Speziation von Curium(III) und Europium(III) in Modellurin 4.3 Bestimmung der Speziation von Curium(III) und Europium(III) in menschlichem Urin 5 Diskussion 5.1 Vergleich der Komplexbildungseigenschaften von Curium(III) und Europium(III) 5.2 Thermodynamische Modellierung der Speziation von Curium(III) und Europium(III) in menschlichem Urin 5.3 Ausblick 6 Experimentelles / In case of incorporation, trivalent actinides (An(III)) and lanthanides (Ln(III)) pose a serious health risk to humans. An(III) are artificial, highly radioactive elements which are mainly produced during the nuclear fuel cycle in nuclear power plants. Via hazardous accidents or nonprofessional storage of radioactive waste, they can be released in the environment and enter the human food chain. In contrast, Ln(III) are nonradioactive, naturally occurring elements with multiple applications in technique and medicine. Consequently it is possible that humans get in contact and incorporate both, An(III) and Ln(III). Therefore, it is of particular importance to elucidate the behaviour of these elements in the human body. While macroscopic processes such as distribution, accumulation and excretion are studied quite well, knowledge about the chemical binding form (speciation) of An(III) and Ln(III) in various body fluids is still sparse. In the present work, for the first time, the speciation of Cm(III) and Eu(III) in natural human urine (in vitro) has been investigated spectroscopically and the formed complex identified. For this purpose, also basic investigations on the complex formation of Cm(III) and Eu(III) in synthetic model urine as well as with the urinary relevant, organic model ligands urea, alanine, phenylalanine, threonine and citrate have been performed and the previously unknown complex stability constants determined. Finally, all experimental results were compared to literature data and predictions calculated by thermodynamic modelling. Since both, Cm(III) and Eu(III), exhibit unique luminescence properties, particularly the suitability of time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS) could be demonstrated as a method to investigate these metal ions in untreated, complex biofluids. The results of this work provide new scientific findings on the biochemical reactions of An(III) and Ln(III) in human body fluids on a molecular scale and contribute to a better understanding of the known macroscopic effects of these elements. Furthermore, they are the basis of subsequent in vivo investigations.:1 Motivation und Zielstellung 2 Speziationsbestimmung exogener Schwermetalle in Biofluiden 2.1 Actinide und Lanthanide 2.2 Biochemisches Verhalten exogener Schwermetalle im Menschen 2.3 Speziationsbestimmung von Metallen 3 Komplexbildung von Curium(III) und Europium(III) mit organischen Modellliganden 3.1 Lumineszenzspektroskopische Eigenschaften von Curium(III) und Europium(III) in Wasser 3.2 Harnstoff – Hauptbestandteil des menschlichen Urins 3.3 Citronensäure – ubiquitäres Biomolekül0 3.4 Aminosäuren – Grundbausteine des Lebens 4 Speziation von Curium(III) und Europium(III) in menschlichen Urinproben 4.1 Charakterisierung und Analyse der natürlichen menschlichen Urinproben 4.2 Bestimmung der Speziation von Curium(III) und Europium(III) in Modellurin 4.3 Bestimmung der Speziation von Curium(III) und Europium(III) in menschlichem Urin 5 Diskussion 5.1 Vergleich der Komplexbildungseigenschaften von Curium(III) und Europium(III) 5.2 Thermodynamische Modellierung der Speziation von Curium(III) und Europium(III) in menschlichem Urin 5.3 Ausblick 6 Experimentelles