Carboxylated macromolecules such as alginate and glycoproteins are abundant components of modern shallow marine sediments where they are secreted by bacteria and marine infauna. Both organic compounds are proton and metal reactive; hence, they have the potential to facilitate metal sorption and biomineralization reactions. In this study, lab experiments were coupled to field-based sampling to assess the role that these compounds play in microbial mats, with particular emphasis on the hypersaline lagoons of Los Roques, Venezuela. Here I applied a surface complexation approach to model proton and Cd adsorption behaviour of both uronic acid-rich alginate and mucin. Measured total site concentrations, available for metal adsorption, demonstrate that these compounds have the potential to induce metal partitioning in early diagenetic microenvironments. Field results from Venezuela are consistent with Mg- and trace metal- enrichment that follows a likely correlation with the degradation states of microbial biomass trapped during accretion of modern microbialites.

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Boron is an element distributed widely in environment mainly in the form of boric acid or borate salts. Boron is an element of demand because of its use in many high technology materials. Moreover boron is an essential element for growth of plants, but may also result in toxicity when present in excessive amounts. As the range between a deficient and toxic amount of boron is very narrow, imbalances in boron nutrition are well-known. For the removal of boron from aqueous solutions, various methods exist which are chemical coagulation, adsorption, solvent extraction and ion exchange processes. In this study, an alternative, energy efficient and easily scalable membrane based method, polymer enhanced ultrafiltration (PEUF) was developed for removal of boron from aqueous boron solutions. PEUF process consists of two steps: complexing boron with a water soluble polymer then removing the complex by ultrafiltration. Previously, boron removal from aqueous solutions was studied in a continuous process with a commercial ligand, polyvinyl alcohol (PVA). In our study, three newly developed polymers, which are derivatives of N-methyl-D-glucamine (P1) and iminodipropylene glycol(P2 and P2G) were used as the boron complexing ligand. P1 and P2 are linear polymers, while P2G is cross linked version of P2. The pilot scale system utilized for the PEUF process accommodates a spiral wound cellulose cartridge with 10000 Da molecular weight cutoffs (MWCO). The effects of operating parameters on performance of PEUF were investigated. The experimental parameters studied are metal/polymer ratio (loading) (0.01-1), pH (7-10). Boron analyses of the samples were made by using ICP-AES. Maximum removal (retention) was 90.1 %. The permeate flux remained constant at around 20 L/m2.hr and was not affected by the operating parameters. Decrease in loading caused the retention of boron to increase. Also at high pH values, retentions were relatively higher. Results showed that PEUF could be a successful alternative method for removal of boron.

Triacetone triperoxide has been synthesised for a range of experimental studies towards the reactivity, stability and gas phase metal complexation of the explosive. Reaction with transition metals was performed and a series of molten TATP experiments conducted at 120 °C. The effect of a molten state on the degradation, conformation and reactivity of TATP has been studied with the formation of diacetone diperoxide, acetone and acetic acid degradation products observed. The complexation of TATP with a range of metals has been studied by electrospray ionisation-mass spectrometry, yielding [M+Cat]+ ions for all of the alkali metals. The first observations of a [TATP+Ag]+ adduct have been made. The formation of [2TATP+Li+LiX]+ (X = Br, Cl) and [2TATP+Ag]+ sandwich complexes was also observed. Collision cross sections (CCS) for the lithium-containing complexes of TATP were measured by travelling wave ion mobility-mass spectrometry, comparing well to computationally determined structures.

Based on reactions with two flavanones, three flavonols, and five flavones the regioselectivities of twelve human UDP-glucuronosyltransferase (UGT) isozymes were elucidated. The various flavonoid glucuronides were differentiated based on LC-MS/MS fragmentation patterns of [Co(II)(flavonoid – H)(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)2]+ complexes generated upon post-column complexation. Glucuronide distributions were evaluated to allow a systematic assessment of the regioselectivity of each isozyme. The various UGT enzymes, including eight UGT1A and four UGT2B, displayed a remarkable range of selectivities, both in terms of the positions of glucuronidation and relative reactivity with flavanones, flavonols and flavones. The UGT1A enzyme selectivities are affected by the presence of a hydroxyl group at the 3, 6, 4’, or 3’ positions as well as by the presence of a methoxy at the 3’ position. The UGT2B enzymes show poor to no reactivity with the flavonols or flavones. This result implies that the greater planarity of the flavonols and flavones compared to structure of flavanones inhibits interaction with the UGT2 enzymes. For baicalein and scutellarein, three of the UGT1A isozymes (1A8, 1A9, and 1A10) resulted in the formation of 6-O glucuronides, enabling the fragmentation rules for the metal complexation/MS/MS strategy to be expanded. / text

Humic acids have high ability to form stable complexes with copper ions, which influences their toxicity in environment. Fluorescent properties of sodium salt of humic acid, humate, isolated from South Moravian lignite, and its complexation behaviour with copper ions were investigated using emission, excitation and synchronous fluorescence spectroscopy. Both fluorescence emission and synchronous fluorescence spectra showed that humate form complex with copper since fluorescence intensity was quenched upon addition of copper ions to the humate samples. The aim of the diploma thesis was to found applicable ion concentration to observation fluorescence quenching and to determine the main fluorophore, which is affected by complexation through the use of synchronous fluorescence spectroscopy.

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.

Isoporous membranes are attractive for the regulation and detection of transport at the molecular level. A well-defined asymmetric membranes from diblock copolymers with an ordered nanoporous membrane morphologies were fabricated by the combination of block copolymer self-assembly and non-solvent-induced phase separation (NIPS) technique. This is a straightforward and fast one step procedure to develop integrally anisotropic (“asymmetric”) membranes having isoporous top selective layer. Membranes prepared via this method exhibit an anisotropic cross section with a thin separation layer supported from underneath a macroporous support. These membrane poses cylindrical pore structure with ordered nanopores across the entire membrane surfaces with pore size in the range from 20 to 40 nm. Tuning the pore morphology of the block copolymer membranes before and after fabrication are of great interest. In this thesis, we first investigated the pore morphology tuning of asymmetric block copolymer membrane by complexing with small organic molecules. We found that the occurrence of hydrogen-bond formation between PS-b-P4VP block copolymer and –OH/ –COOH functionalized organic molecules significantly tunes the pore morphology of asymmetric nanoporous membranes. In addition, we studied the complexation behavior of ionic liquids with PS-b-P4VP block copolymer in solutions and investigated their effect on final membrane morphology during the non-solvent induced phase separation process. We found that non-protic ionic liquids facilitate the formation of hexagonal nanoporous block copolymer structure, while protic ionic liquids led to a lamella-structured membrane. Secondly, we demonstrated the catalytic activity of the gold nanoparticle-enhanced hollow fiber membranes by the reduction of nitrophenol. Also, we systematically investigated the pore morphology of isoporous PS-b-P4VP using 3D imaging technique. Thirdly, we developed well-distributed silver nanoparticles on the surface and pore walls of PS-b-P4VP block copolymer membranes and then investigated the biocidal activity of the silver nanoparticles grown membranes. Finally, a novel photoresponsive nanostructured triblock copolymer membranes were developed by phase inversion technique. In addition, the photoresponsive behavior on irradiation with light and their membrane flux and retention properties were studied.

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.

Cette étude est divisée en deux parties: l'analyse des propriétés optiques non linéaires (NLO) de nouveaux dérivés pi-conjugués d’Azobenzène Iminopyridine et les hétérogénéités dynamiques (DH) des mélanges eau/méthanol. La première partie a été réalisée en utilisant la technique Z-scan ainsi que les techniques de génération de deuxième et troisième harmoniques (SHG/THG). Communément, l'optique non linéaire est le domaine de l'optique qui étudie l'interaction de la lumière avec un système matériel et les changements induits dans les propriétés optiques des matériaux parun champ électromagnétique intense. La non-linéarité réside dans le fait que la réponse du matériau ne dépend pas linéairement de l'intensité du champ électrique. Les matériaux qui possèdent une forte réponse non linéaire sont très utiles pour la photonique et l'optoélectronique. Ils peuvent être utilisés comme limiteurs optiques pour protéger les détecteurs de faisceaux laser de haute intensité, également comme commutateurs optiques, portes optiques logiques, etc., avec un objectif ultime qui est le traitement de signal optique et la fabrication d'ordinateurs optiques. La deuxième partie a été réalisée au moyen de calculs informatiques et plus particulièrement de simulations de dynamiques moléculaires dans l'eau, dans le méthanol et dans des mélanges eau/méthanol à différentes températures. La simulation par ordinateur est un outil très approprié pour explorer les liquides, également dans la plage de régime en surfusion, sans les limitations du processus de nucléation qui a lieu dans l'expérience réelle. Lorsque la température diminue les liquides surfondus subissent a minima une augmentation exponentielle de leur viscosité (Arrhenius). Cette grande modification des propriétés detransport apparaît bien que la structure ne change que légèrement avec la température. / This study is divided into two parts: the investigation of the nonlinear optical (NLO) properties of new (pi)- conjugated Azobenzene Iminopyridine derivatives and the Dynamic Heterogeneities (DH) of water/methanol mixtures. The first part was achieved employing Z-scan, Second and Third Harmonic Generation (SHG/THG) techniques. Generally, nonlinear optics is the domain of optics that studies the interaction of light with a material system and the changes resulted in the optical properties of the materials by an intense electromagnetic field. The nonlinearity lies in the fact that the material response does not depend linearly on the intensity of the electric field. Materials with significant nonlinear response are very useful for photonics and optoelectronics. They can be used as optical limiters to protect sensitive detectors of high-intensity laser beams, as well as optical switches, optical logic gates and etc., with an ultimate objective the processing of optical signal and manufacture of optical computers. The second part was done via computer calculationsand more specifically Molecular Dynamic Simulations in water, methanol and water/methanol mixtures at different temperatures. Computer simulation is a very suitable tool for exploring liquids, also in the range of the supercooled regime, without the limitations of the nucleation process, which takes place in the real experiment. Supercooled liquids undergo an exponential (Arrhenius) or even larger increase of their viscosity, when the temperature decreases. This large modification of the transport properties appear while the structure only slightly changes with temperature.