Immobilisierung bzw. Mobilisierung und Transport von Schadstoffen in der Umwelt, besonders in den Kompartimenten Boden und Wasser, sind von fundamentaler Bedeutung für unser (Über)Leben auf der Erde. Einer der Hauptreaktionspartner für organische und anorganische Schadstoffe (Xenobiotika) in der Umwelt sind Huminstoffe (HS). HS sind Abbauprodukte pflanzlichen und tierischen Gewebes, die durch eine Kombination von chemischen und biologischen Ab- und Umbauprozessen entstehen. Bedingt durch ihre Genese stellen HS außerordentlich heterogene Stoffsysteme dar, die eine Palette von verschiedenartigen Wechselwirkungen mit Schadstoffen zeigen. Die Untersuchung der fundamentalen Wechselwirkungsmechanismen stellt ebenso wie deren quantitative Beschreibung höchste Anforderungen an die Untersuchungsmethoden. Zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen HS und Xenobiotika werden demnach analytische Methoden benötigt, die bei der Untersuchung von extrem heterogenen Systemen aussagekräftige Daten zu liefern vermögen. Besonders spektroskopische Verfahren, wie z.B. lumineszenz-basierte Verfahren, besitzen neben der hervorragenden Selektivität und Sensitivität, auch eine Multidimensionalität (bei der Lumineszenz sind es die Beobachtungsgrößen Intensität IF, Anregungswellenlänge lex, Emissionswellenlänge lem und Fluoreszenzabklingzeit tF), die es gestattet, auch heterogene Systeme wie HS direkt zu untersuchen. Zur Charakterisierung können sowohl die intrinsischen Fluoreszenzeigenschaften der HS als auch die von speziell eingeführten Lumineszenzsonden verwendet werden. In beiden Fällen werden die zu Grunde liegenden fundamentalen Konzepte der Wechselwirkungen von HS mit Xenobiotika untersucht und charakterisiert.<br> Für die intrinsische Fluoreszenz der HS konnte gezeigt werden, dass neben molekularen Strukturen besonders die Verknüpfung der Fluorophore im Gesamt-HS-Molekül von Bedeutung ist. Konformative Freiheit und die Nachbarschaft zu als Energieakzeptor fungierenden HS-eigenen Gruppen sind wichtige Komponenten für die Charakteristik der HS-Fluoreszenz. Die Löschung der intrinsischen Fluoreszenz durch Metallkomplexierung ist demnach auch das Resultat der veränderten konformativen Freiheit der HS durch die gebundenen Metallionen. Es zeigte sich, dass abhängig vom Metallion sowohl Löschung als auch Verstärkung der intrinsischen HS-Fluoreszenz beobachtet werden kann.<br> Als extrinsische Lumineszenzsonden mit wohl-charakterisierten photophysikalischen Eigenschaften wurden polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Lanthanoid-Ionen eingesetzt. Durch Untersuchungen bei sehr niedrigen Temperaturen (10 K) konnte erstmals die Mikroumgebung von an HS gebundenen hydrophoben Xenobiotika untersucht werden. Im Vergleich mit Raumtemperaturexperimenten konnte gezeigt werden, dass hydrophobe Xenobiotika an HS-gebunden in einer Mikroumgebung, die in ihrer Polarität analog zu kurzkettigen Alkoholen ist, vorliegen. Für den Fall der Metallkomplexierung wurden Energietransferprozesse zwischen HS und Lanthanoidionen bzw. zwischen verschiedenen, gebundenen Lanthanoidionen untersucht. Basierend auf diesen Messungen können Aussagen über die beteiligten elektronischen Zustände der HS einerseits und Entfernungen von Metallbindungsstellen in HS selbst angeben werden. Es ist dabei zu beachten, dass die Experimente in Lösung bei realen Konzentrationen durchgeführt wurden. Aus Messung der Energietransferraten können direkte Aussagen über Konformationsänderungen bzw. Aggregationsprozesse von HS abgeleitet werden. / Transport and fate of xenobiotics in the environment, especially in water and soil, are of utmost importance for life on earth. A major reaction partner for xenobiotics in the environment are humic substances (HS). HS are degradation products of plant and animal tissue, which are formed in a combination of subsequent chemical and/or biochemical processes. Because of the complex history of their origin HS are extremely heterogeneous mixtures of different compounds. Consequently, they posses a great variety of interaction capabilities with various xenobiotics. The investigations of the fundamental interaction mechanisms between HS and xenobiotics make high demands on the analytical techniques used. Especially spectroscopic techniques are promising for the investigation of interaction mechanisms in complex systems. Luminescence spectroscopy has the great advantage of outstanding sensitivity and of multidimensionality, which in principle allows the investigation of HS under environmental relevant conditions. For the characterisation of interaction processes of HS with xenobiotics the intrinsic fluorescence of HS as well as the luminescence of extrinsic probes can be used.<br> The intrinsic HS fluorescence is determined by the molecular structure as well as the connection of the basic fluorophores. Conformational freedom as well as the presence of energy accepting groups in the neighbourhood of the fluorophores are highly important for the overall intrinsic HS fluorescence. The presence of metal ions can either quench or enhance the intrinsic HS fluorescence, which depends on the metal ion as well as on the origin of the HS investigated. While in most cases Al3+ ions enhance the intrinsic HS fluorescence, Ln3+ ions induce a fluorescence quenching.<br> Polycyclic aromatic hydrocarbons were used as extrinsic fluorescence probes in order to characterize the interaction of HS and hydrophobic organic xenobiotics. In investigations at ultra-low temperatures (10 K) it could be shown that pyrene is bound in a HS microenvironment with an polarity which resembles that of small alcohols (e.g., butanol).<br> In case of metal complexation, the lanthanide ions Eu3+ and Tb3+ were used as luminescence probes. Due to the outstanding luminescence properties of those ions, information about metal binding sites in HS were obtained. Based on the measurements of intramolecular and intermolecular energy transfer processes average distances of metal binding sites were deduced.

La cavitation acoustique (formation, croissance et effondrement de bulles de gaz dans un liquide soumis aux ultrasons) est à l'origine de réactions chimiques (sonochimie) via la génération de conditions extrêmes lors de l'effondrement des bulles. Des températures de 103-104K et des pressions de l'ordre de 1000 atm sont atteintes au cœur des bulles [1]. Dans ces conditions, les liaisons chimiques des molécules volatiles présentes dans les bulles peuvent être rompues, formant, dans le cas de solutions aqueuses, des radicaux OH et H. Par ailleurs, l'effondrement violent des bulles de cavitation peut être accompagné par l'émission de lumière, sonoluminescence (SL), qui est le sujet d'étude de ce travail. Cette émission lumineuse est formée d'un continuum, de l'UV au proche IR, similaire à l'émission d'un corps noir, sur lequel peuvent se superposer des lignes d'émission atomiques ou moléculaires.On distingue deux types de SL: la SL mono-bulle (SBSL) et la SL multibulle (MBSL). En général, les spectres de MBSL se différencient de ceux de SBSL par la présence de lignes d'émission (d'atomes alcalins, de radicaux hydroxy… [2]), si bien que les mécanismes d'émission ainsi que la nature des conditions à l'intérieur des bulles lors de leur effondrement ont longtemps été considérés comme différents pour les systèmes mono- et multi-bulles. Un pont a été érigé entre les deux systèmes par le travail de Liang et al. [3] qui mit en évidence les conditions expérimentales permettant l'apparition de lignes dans le spectre de SBSL. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail était de comparer les émissions de SBSL (27 kHz) et MBSL à haute et basse fréquences (20, 203, 607 kHz) pour différentes solutions aqueuses. Un sonoréacteur monobulle a été développé, dans lequel la température, la nature et la pression de gaz dissous ainsi que la pression acoustique sont contrôlés. Les électrolytes étudiés étaient : NaCl et les chlorures de lanthanides luminescents Ce3+, Tb3+, Eu3+ et Gd3+. Ces derniers peuvent être excités soit par absorption de photons dans l'UV soit par collisions avec des particules énergétiques [4].Dans la première partie de ce travail, les conditions à l'intérieur d'une monobulle lors de son effondrement ont été estimées via un fit du continuum par l'équation de Planck du corps noir. Les températures du corps noir obtenues sont de l'ordre de 104K, en accord avec des études précédentes. Elles sont indépendantes de la présence de NaCl et de la pression acoustique alors que l'intensité de SL y est très sensible. Les résultats obtenus remettent en question l'utilisation du modèle du corps noir en SL. Des lignes d'émission atomique et moléculaire se superposent parfois au continuum de SL : en MBSL, et en SBSL dans certaines conditions particulières (pression d'argon suffisante, faible pression acoustique) [3, 5]. Ce travail met en évidence la similarité entre la forme de l'émission de OH en SBSL et en MBSL à 20kHz, ce qui indique des conditions intrabulles très proches dans les conditions expérimentales étudiées [6]. En SBSL sous 70mbar d'Ar, l'intensité des lignes diminue lorsque la pression acoustique augmente, jusqu'à leur disparition dans le continuum. Cette évolution peut apparaître comme un lien entre SBSL et MBSL.Par ailleurs, cette étude confirme que la concentration en sodium à l'interface bulle-liquide, qui peut être enrichie par l'utilisation d'un contre-ion tensioactif, est le paramètre clé de l'observation de l'émission du sodium en SBSL, suggérant que l'excitation du sodium a lieu soit à l'interface de la bulle, soit en son cœur, après injection de gouttelettes. La seconde partie de cette étude concerne l'effet de la fréquence ultrasonore et de la puissance acoustique sur l'intensité de luminescence des ions lanthanides en MBSL. La luminescence des ions Tb3+, Ce3+ et Eu3+ est ainsi observée. La comparaison des rendements de SL et de photoluminescence indique qu'à l'exception de Ce3+, l'excitation par photons est min / The importance of acoustic cavitation, i.e., the formation, growth and collapse of gaseous cavities in liquid exposed to ultrasound, in sonochemistry is based on the generation of extreme conditions upon bubble collapse. Temperatures and pressures inside the collapsing bubble are approximated to reach 104 K and 1000 atm, respectively [suslick-1999]. Under such conditions chemical bonds of the solvent vapour or volatile solutes present in the bubble core are easily cleaved, which in the case of aqueous systems, leads to the formation of chemically reactive OH and H radicals. These primary radicals either recombine leading to chemiluminescence, or diffuse into solution, where they are liable to react with other species. Of particular importance in this work is the light emission that accompanies cavitation, termed sonoluminescence (SL). This emission is a broad continuum ranging from 200nm to 900 nm, resembling the emission of a blackbody, which can be superimposed with atomic or molecular emission lines comparable to bremsstrahlung. It is necessary to distinguish two forms of SL, single-bubble (SBSL) and multibubble (MBSL). In general, MBSL spectra differ from SBSL spectra in that they contain emission lines, e.g., from alkali atoms or hydroxyl radicals [matula-1995]. Consequently, it was, until recently considered that the mechanisms of light emission, and the nature of the bubble interior upon collapse were fundamentally different for the single and multibubble systems. Considering that MBSL is a cloud of single bubbles a bridging theory is desired.With this background the objective of the present work was to conduct a comparative spectroscopic analysis of SBSL, driven at 27 kHz, and MBSL generated from low and high ultrasonic frequencies (20, 203 and 607 kHz) of aqueous electrolyte solutions. Therefore a single bubble sonoreactor was developed, where the temperature, gas content and type, as well as the acoustic pressure could be controlled. The electrolytes of choice were: sodium chloride and chlorides of the luminescent lanthanide ions, Ce3+, Tb3+, Eu3+ and Gd3+, which can be excited by UV light absorption and collisions with energetic particles [kulmala-1995]. In the first part of this work the conditions upon bubble collapse were approximated by fitting the broad-band continuum of SBSL spectra of water with 70 mbar of argon and a 0.5 M NaCl solution with 70 mbar of argon using Planck's law of blackbody radiation. The obtained blackbody temperatures are in the range of 104 K, which is in good agreement with previous studies, but with the discrepancy of being independent of the presence of NaCl and the acoustic pressure, whereas the SL intensity increased by a factor of more than 10 upon increased acoustic pressure. The different trends followed by SL intensity and blackbody temperatures question the blackbody model. Another observation questioning the blackbody model is the appearance of atomic and molecular emission lines in MBSL and as recently observed also in SBSL [liang-2007, young-2001]. The present work proofed that the key factors for line emission in SBSL are small amounts of argon and low acoustic pressure. Moreover, the work revealed that the shape of the OH• radical emission is very similar to that in MBSL spectra, indicating the strong similarity of intrabubble conditions in MBSL and SBSL under certain experimental conditions [schneider-2011]. An increase of the acoustic pressure caused the continuum to overlap the lines until they become indistinguishable giving the usually in SBSL observed featureless continuum. This advance is a big step toward bridging the gap between SBSL and MBSL. Furthermore this study reveals that the concentration of the sodium ion at the interface of a single bubble can be enriched with a surface active counterion and the concentration is crucial for the observation of the sodium line in SBSL, suggesting that excitation of sodium either takes place at the interface of the