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<p dir="ltr">As people in the U.S. spend 90% of their time indoors, their exposure to indoor air pollutants released during the use of household consumer products cannot be overlooked. Studies have shown that consumer products such as disinfectants, cleaning agents, and personal care products (PCPs) contain complex mixtures of volatile organic compounds (VOCs). Monoterpenes, added as active ingredients in cleaning agents and fragrances, are commonly detected in these products. Monoterpenes can react with ozone (O₃) and initiate the formation of secondary organic aerosol (SOA). Siloxanes, another category of compounds commonly found in PCPs, can bioaccumulate and may adversely impact the environment and human health.</p><p><br></p><p dir="ltr">Most prior studies have evaluated chemical emissions from these products using offline techniques, such as sorbent tube sampling followed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Few studies have been conducted during real-life use of these products in indoor environments. Considering that many indoor activities are often transient, the composition of indoor air can be rapidly altered. Real-time monitoring of indoor VOCs and aerosols is necessary to capture the temporal variations in emissions during indoor activities and to evaluate their impact on indoor air chemistry, human exposure, and outdoor air quality. In addition, O₃also plays an important role in indoor chemistry. Indoor O₃concentrations are strongly linked to ventilation system operation and occupancy patterns, as the ventilation from outdoors is the major source of indoor O₃ and occupants are a major sink of indoor O₃. However, studies on how ventilation modes and occupancy impact spatiotemporal distributions of indoor O₃are limited.</p><p><br></p><p dir="ltr">Hazardous chemical incidents can potentially be another unexpected source of indoor pollutants, releasing volatile chemicals which can be transported to indoor environments via building ventilation. Evaluation of air, water, and soil contamination and human exposure risks is critical in the emergency response to hazardous chemical incidents, to develop effective remediation strategies. An effective and reliable approach to assess air, water, and soil contamination, and subsequent human exposures, is urgently needed.</p><p dir="ltr">To fill these research gaps, this dissertation aims to: (1.) characterize gas- and particle-phase emissions in real-time during common indoor activities, including surface disinfection, cleaning, and hair styling; (2.) evaluate the impact of indoor emissions on human health and the atmospheric environment; (3.) map the spatiotemporal distribution of O₃ and CO₂ concentrations throughout a building ventilation system; (4.) develop a methodology for rapid screening of VOCs in surface water samples collected from a chemical disaster site.</p><p><br></p><p dir="ltr">To achieve research goals (1.) and (2.), a field campaign was conducted at the Indiana University Research and Teaching Preserve (IURTP) field laboratory in summer 2019 and two field campaigns were conducted at the Purdue zero Energy Design Guidance for Engineers (zEDGE) Tiny House in fall 2020 and summer 2021 to characterize emissions from the use of cleaning agents, disinfectants, and hair care products in indoor environments, respectively. A proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer (PTR-TOF-MS) was used to monitor the mixing ratios of VOCs in real-time. To achieve research goal (3.), a multi-point sampling system was created at the Herrick Living Laboratories and its ventilation system in spring and summer 2019 to monitor spatiotemporal trends in O₃concentrations. To achieve goal (4.), a controlled static headspace sampling system, in conjunction with a high-resolution PTR-TOF-MS was developed to analyze surface water samples collected from East Palestine, Ohio, U.S. in the weeks after a train derailment and subsequent chemical spill and burn.</p>

Eine mit Polyethylen abgeschirmte Americium-Beryllium-Quelle wurde bzgl. ihres schnellen und thermischen Neutronenfeldes sowie Photonenfeldes durch Messungen und Simulationen quantifiziert. Dafür wurden Strahlungsfeldgrößen wie spektrale Teilchenflussdichten, Teilchenflussdichten, UmgebungsÄquivalentdosisleistungen und Richtungs-Äquivalentdosisleistungen für die jeweiligen Felder in unterschiedlichen Abständen der Strahlungsquelle bestimmt. Die ermittelten Ergebnisse werden verwendet, um einen neuen Bestrahlungsstand als Referenzfeld für Neutronen und Photonen zu errichten.:Einleitung 1. Theoretische Grundlagen 1.1. Strahlungsfeldgrößen 1.1.1. Radiometrische Größen 1.1.2. Interaktionskoeffizienten 1.1.3. Dosimetrische Größen 1.1.4. Fluenz-zu-Dosis-Konversionskoeffizienten 1.2. Photonen 1.2.1. Wechselwirkung mit Materie 1.2.2. Nachweis durch Szintillationsdetektoren 1.3. Neutronen 1.3.1. Klassifizierung 1.3.2. Wechselwirkung mit Materie 1.3.3. Nachweis schneller Neutronen durch organische Szintillationsdetektoren 1.3.4. Nachweis thermischer Neutronen durch ³He-Zählrohre 1.4. Americium-Beryllium-Quellen 1.4.1. Neutronenerzeugung 1.4.2. Abschirmung 1.5. Detektoren 1.5.1. Szintillationsdetektoren 1.5.2. ³He-Zählrohre 1.6. Digitale Pulsverarbeitung 1.6.1. Pulsformdiskriminierung mit organischen Szintillationsdetektoren 1.7. Monte-Carlo-Strahlungstransportsimulationen 2. Geräte und Materialien 3. Methoden 3.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes 3.1.1. PFD-unterstützte Flugzeitmethode 3.1.2. Einfache Entfaltungstechnik 3.2. Quantifizierung des thermischen Neutronenfeldes 3.3. Quantifizierung des Photonenfeldes 4. Messungen 4.1. Messung 1 4.2. Messung 2 4.3. Messung 3 4.4. Messung 4 4.5. Messung 5 4.6. Messung 6 4.7. Messung 7 4.8. Messung 8 4.9. Messung 9 4.10. Messung 10 5. Simulationen mit FLUKA 5.1. Nachmodellierung der Versuchsaufbauten 5.2. Nachbildung der Strahlungsfelder 5.2.1. Bestimmung der Korrekturfaktoren 5.3. Simulierte Größen 6. Ergebnisse 6.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes 6.1.1. Strahlungsfeldgrößen mittels des Stilbendetektors 6.1.2. Strahlungsfeldgrößen mittels der Plausibilitätsmessungen 6.1.3. Strahlungsfeldgrößen mittels der FLUKA-Simulationen 6.2. Quantifizierung des thermischen Neutronenfeldes 6.2.1. Strahlungsfeldgrößen mittels des ³He-Zählrohrs 6.2.2. Strahlungsfeldgrößen mittels der FLUKA-Simulationen 6.3. Quantifizierung des Photonenfeldes 6.3.1. Strahlungsfeldgrößen mittels des CeBr₃-Detektors 6.3.2. Strahlungsfeldgrößen mittels der Plausibilitätsmessungen 6.3.3. Strahlungsfeldgrößen mittels der FLUKA-Simulationen 7. Diskussion 7.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes 7.1.1. Spektrale Teilchenflussdichten 7.1.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen 7.2. Quantifizierung des thermischen Neutronenfeldes 7.2.1. Teilchenflussdichten 7.3. Quantifizierung des Photonenfeldes 7.3.1. Teilchenflussdichten der Photonen mit den Energien 511 keV, 2,2 MeV und 4,4 MeV 7.3.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen 7.3.3. Richtungs-Äquivalentdosisleistungen 8. Zusammenfassung A. Bestimmte Strahlungsfeldgrößen A.1. Schnelles Neutronenfeld A.1.1. Spektrale Teilchenflussdichten A.1.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen A.2. Thermisches Neutronenfeld A.2.1. Teilchenflussdichten A.3. Photonenfeld A.3.1. Teilchenflussdichten der Photonen mit den Energien 511 keV, 2,2 MeV und 4,4 MeV A.3.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen A.3.3. Richtungs-Äquivalentdosisleistungen B. Zwischenergebnisse B.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes B.1.1. Pulsladungshistogramme des Stilbendetektors für n₁-Neutronen B.1.2. Anzahlen der Rückstoßprotonen B.2. Quantifizierung des Photonenfeldes B.2.1. Simulierte und gemessene Größen zur Bestimmung der Teilchenflussdichten der Photonen mit den Energien 511 keV, 2,2 MeV und 4,4 MeV / An americium-beryllium source shielded with polyethylene was quantified in regards to its fast and thermal neutron field, as well as its photon field via measurements and simulations. Therefore, radiation field quantities like spectral fluence rates, fluence rates, ambient dose rate equivalents and directional dose rate equivalents of the respective fields were determined in different distances from the radiation source. The produced results will be used for establishing a new irradiation workbench as reference field for neutrons and photons.:Einleitung 1. Theoretische Grundlagen 1.1. Strahlungsfeldgrößen 1.1.1. Radiometrische Größen 1.1.2. Interaktionskoeffizienten 1.1.3. Dosimetrische Größen 1.1.4. Fluenz-zu-Dosis-Konversionskoeffizienten 1.2. Photonen 1.2.1. Wechselwirkung mit Materie 1.2.2. Nachweis durch Szintillationsdetektoren 1.3. Neutronen 1.3.1. Klassifizierung 1.3.2. Wechselwirkung mit Materie 1.3.3. Nachweis schneller Neutronen durch organische Szintillationsdetektoren 1.3.4. Nachweis thermischer Neutronen durch ³He-Zählrohre 1.4. Americium-Beryllium-Quellen 1.4.1. Neutronenerzeugung 1.4.2. Abschirmung 1.5. Detektoren 1.5.1. Szintillationsdetektoren 1.5.2. ³He-Zählrohre 1.6. Digitale Pulsverarbeitung 1.6.1. Pulsformdiskriminierung mit organischen Szintillationsdetektoren 1.7. Monte-Carlo-Strahlungstransportsimulationen 2. Geräte und Materialien 3. Methoden 3.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes 3.1.1. PFD-unterstützte Flugzeitmethode 3.1.2. Einfache Entfaltungstechnik 3.2. Quantifizierung des thermischen Neutronenfeldes 3.3. Quantifizierung des Photonenfeldes 4. Messungen 4.1. Messung 1 4.2. Messung 2 4.3. Messung 3 4.4. Messung 4 4.5. Messung 5 4.6. Messung 6 4.7. Messung 7 4.8. Messung 8 4.9. Messung 9 4.10. Messung 10 5. Simulationen mit FLUKA 5.1. Nachmodellierung der Versuchsaufbauten 5.2. Nachbildung der Strahlungsfelder 5.2.1. Bestimmung der Korrekturfaktoren 5.3. Simulierte Größen 6. Ergebnisse 6.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes 6.1.1. Strahlungsfeldgrößen mittels des Stilbendetektors 6.1.2. Strahlungsfeldgrößen mittels der Plausibilitätsmessungen 6.1.3. Strahlungsfeldgrößen mittels der FLUKA-Simulationen 6.2. Quantifizierung des thermischen Neutronenfeldes 6.2.1. Strahlungsfeldgrößen mittels des ³He-Zählrohrs 6.2.2. Strahlungsfeldgrößen mittels der FLUKA-Simulationen 6.3. Quantifizierung des Photonenfeldes 6.3.1. Strahlungsfeldgrößen mittels des CeBr₃-Detektors 6.3.2. Strahlungsfeldgrößen mittels der Plausibilitätsmessungen 6.3.3. Strahlungsfeldgrößen mittels der FLUKA-Simulationen 7. Diskussion 7.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes 7.1.1. Spektrale Teilchenflussdichten 7.1.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen 7.2. Quantifizierung des thermischen Neutronenfeldes 7.2.1. Teilchenflussdichten 7.3. Quantifizierung des Photonenfeldes 7.3.1. Teilchenflussdichten der Photonen mit den Energien 511 keV, 2,2 MeV und 4,4 MeV 7.3.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen 7.3.3. Richtungs-Äquivalentdosisleistungen 8. Zusammenfassung A. Bestimmte Strahlungsfeldgrößen A.1. Schnelles Neutronenfeld A.1.1. Spektrale Teilchenflussdichten A.1.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen A.2. Thermisches Neutronenfeld A.2.1. Teilchenflussdichten A.3. Photonenfeld A.3.1. Teilchenflussdichten der Photonen mit den Energien 511 keV, 2,2 MeV und 4,4 MeV A.3.2. Umgebungs-Äquivalentdosisleistungen A.3.3. Richtungs-Äquivalentdosisleistungen B. Zwischenergebnisse B.1. Quantifizierung des schnellen Neutronenfeldes B.1.1. Pulsladungshistogramme des Stilbendetektors für n₁-Neutronen B.1.2. Anzahlen der Rückstoßprotonen B.2. Quantifizierung des Photonenfeldes B.2.1. Simulierte und gemessene Größen zur Bestimmung der Teilchenflussdichten der Photonen mit den Energien 511 keV, 2,2 MeV und 4,4 MeV

No / Two-dimensional gel electrophoresis-separated and excised haptoglobin alpha2-chain protein spots were subjected to in-gel digestion with trypsin. Previously unassigned peptide ion signals observed in mass spectrometric fingerprinting experiments were sequenced using the matrix-assisted laser desorption/ionization-quadrupole ion trap-time of flight (MALDI-QIT-TOF) mass spectrometer and showed that the haptoglobin alpha-chain derivative under study was cleaved by trypsin unspecifically. Abundant cleavages occurred C-terminal to histidine residues at H23, H28, and H87. In addition, mild acidic hydrolysis leading to cleavage after aspartic acid residues at D13 was observed. The uninterpreted tandem mass spectrometry (MS/MS) spectrum of the peptide with ion signal at 2620.19 was submitted to database search and yielded the identification of the corresponding peptide sequence comprising amino acids (aa) aa65-87 from the haptoglobin alpha-chain protein. Also, the presence of a mixture of two tryptic peptides (mass to charge ratio m/z 1708.8; aa40-54, and aa99-113, respectively), that is caused by a tiny sequence variation between the two repeats in the haptoglobin alpha2-chain protein was resolved by MS/MS fragmentation using the MALDI-QIT-TOF mass spectrometer instrument. Advantageous features such as (i) easy parent ion creation, (ii) minimal sample consumption, and (iii) real collision induced dissociation conditions, were combined successfully to determine the amino acid sequences of the previously unassigned peptides. Hence, the novel mass spectrometric sequencing method applied here has proven effective for identification of distinct molecular protein structures.

<p>This dissertation focused on the development of mass spectrometric methodologies, separation techniques, and engineered devices for the optimal analysis of complex mixtures relevant to the energy sector, such as alternative fuels, petroleum-based fuels, crude oils, and processed base oils. Mass spectrometry (MS) has been widely recognized as a powerful tool for the analysis of complex mixtures. In complex energy samples, such as petroleum-based fuels, alternative fuels, and oils, high-resolution MS alone may not be sufficient to elucidate chemical composition information. Separation before MS analysis is often necessary for such highly complex energy samples. For volatile samples, in-line two-dimensional gas chromatography (GC×GC) can be used to separate complex mixtures prior to ionization. This technique allows for a more accurate determination of the compounds in a mixture, by simplifying the mixture into its components prior to ionization, separation based on mass-to-charge ratio (<i>m/z</i>), and detection. A GC×GC coupled to a high-resolution time-of-flight MS was utilized in this research to determine the chemical composition of alternative aviation fuels, a petroleum-based aviation fuel, and alternative aviation fuel candidates and blending components as well as processed base oils.</p> Additionally, as the cutting edge of science and technology evolve, methods and equipment must be updated and adapted for new samples or new sector demands. One such case, explored in this dissertation, was the validation of an updated standardized method, ASTM D2425 2019. This updated standardized method was investigated for a new instrument and new sample type for a quadrupole MS to analyze a renewable aviation fuel. Lastly, the development and evaluation of a miniaturized coreflood device for analyzing candidate chemically enhanced oil recovery (cEOR) formulations of brine, surfactant(s), and polymer(s) was conducted. The miniaturized device was used in the evaluation of two different cEOR formulations to determine if the components of the recovered oil changed.

Being able to keep track of ones assets is a very useful thing, from avoiding losing ones keys or phone to being able to find the needed equipment in a busy hospital or on a construction site. The area of localization is actively evolving to find the best ways to accurately track objects and devices in an energy efficient manner, at any range, and in any type of environment. This thesis focuses on the last aspect of maintaining accurate localization regardless of environment. For radio frequency based systems, challenging environments containing many obstacles, e.g., indoor or urban areas, have a detrimental effect on the measurements used for positioning, making them deceptive. In this work, a method for correcting range measurements is proposed for a narrowband sub-GHz radio frequency based localization system using Received Signal Strength Indicator (RSSI) and Time-of-Flight (ToF) measurements for positioning. Three different machine learning models were implemented: a linear regressor, a least squares support vector machine regressor and a gaussian process regressor. They were compared in their ability to predict the true range between devices based on raw range measurements. Achieved was a 69.96 % increase in accuracy compared to uncorrected ToF estimates and a 88.74 % increase in accuracy compared to RSSI estimates. When the corrected range estimates were used for positioning with a trilateration algorithm using least squares estimation, a 67.84 % increase in accuracy was attained compared to positioning with uncorrected range estimates. This shows that this is an effective method of improving range estimates to facilitate more accurate positioning. / Att kunna hålla reda på var ens tillgångar befinner sig kan vara mycket användbart, från att undvika att ens nycklar eller telefon tappas bort till att kunna hitta utrustningen man behöver i ett myllrande sjukhus eller på en byggarbetsplats. Området av lokalisering utvecklas aktivt för att hitta de bästa metoderna och teknologierna för att med precision kunna spåra fysiska objekt på ett energieffektivt sätt, på vilken räckvidd som helst, och i vilken miljö som helst. Detta arbete fokuserar på den sista aspekten av att uppnå precis positionering oavsett miljö. För radiofrekvensbaserade system har utmanande miljöer med många fysiska hinder som till exempel inomhus och stadsområden en negativ effekt på de mätningar som används för positionering, vilket gör dem vilseledande. I detta arbete föreslås en metod för att korrigera avståndsmätningar i ett narrowband sub-GHz radiofrekvensbaserat lokaliseringssystem som använder Received Signal Strength Indicator (RSSI)- och Time-of-Flight (ToF)-mätningar för positionering. Tre olika maskininlärningsmodeller har implementerats: en linear regressor, en least squares support vector machine regressor och en gaussian process regressor. Dessa jämfördes i sin förmåga att förutspå det sanna avståndet mellan enheter baserat på råa avståndsmätningar. De korrigerade avståndsmätningarna uppnådde 69.96 % högre nogrannhet jämfört med okorrigerade ToF-uppskattningar och 88.74 % högre nogrannhet jämfört med RSSI-uppskattningar. Avståndsuppskattningarna användes för positionering med trilateration och minsta kvadratmetoden. De korrigerade uppskattningarna gav 67.84 % mer precis positionering jämfört med de okorrigerde uppskattningarna. Detta visar att detta är en effektiv metod förbättra avståndsuppskattningarna för att i sin tur bidra till mer exakt positionering.

Zwischen 10 und 1000 s nach dem Urknall bildeten sich während der Big Bang Nukleosynthese (BBN) die ersten leichten Elemente aus Protonen und Neutronen. Die primordialen Häufigkeiten dieser Elemente hingen von denWirkungsquerschnitten der beteiligten Kernreaktionen ab. Vergleiche zwischen den Ergebnissen nuklearer Netzwerkrechnungen mit astronomischen Beobachtungen bieten eine einzigartige Möglichkeit, etwas über das Universum zu dieser Zeit zu erfahren. Da es für die p(n,g)d-Reaktion, die eine Schlüsselreaktion der BBN ist, kaum Messungen im relevanten Energiebereich gibt, beruht deren Reaktionsrate in Netzwerkrechnungen auf theoretischen Berechnungen. Darin fließen auch experimentelle Daten der Nukleon-Nukleon-Streuung, des Einfangquerschnitts für thermische Neutronen sowie (nach Anwendung des Prinzips des detaillierten Gleichgewichts) der d(g,n)p-Reaktion mit ein. Diese Reaktion, die Photodissoziation des Deuterons, ist bei BBN-Energien (Tcm = 20–200 keV) ebenfalls kaum vermessen. Die großen experimentelle Unsicherheiten machen Vergleiche mit den präzisen theoretischen Berechnungen schwierig. In den letzten Jahren wurde die d(g,n)p-Reaktion und insbesondere der M1-Anteil des Wirkungsquerschnitts mit quasi-monoenergetischen g-Strahlen aus Laser-Compton-Streuung oder durch Elektrodesintegration untersucht. Üblicherweise verwendete man für Messungen des d(g,n)p-Wirkungsquerschnitts entweder die auf wenige diskrete Energien beschränkte Strahlung des g-Zerfalls oder Bremsstrahlung, für die aber eine genaue Photonenflussbestimmung sowie der Nachweis von einem der Reaktionsprodukte und dessen Energie nötig ist. Da diese Energie im Bereich der BBN relativ gering ist, gab es bisher noch keine absoluten Messung des d(g,n)p-Wirkungsquerschnitts bei Tcm < 5 MeV mit Bremsstrahlung. Das Ziel dieser Dissertation ist eine solche Messung mit einer Unsicherheit von 5 % im für die BBN relevanten Energiebereich und darüber hinaus bis Tcm ~ 2,5 MeV unter Verwendung gepulster Bremsstrahlung an der Strahlungsquelle ELBE. Dieser supraleitende Elektronenbeschleuniger befindet sich am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und stellte einen Elektronenstrahl hoher Intensität bereit. Die kinetische Elektronenenergie von 5 MeV wurde mit einem Browne-Buechner-Spektrometer präzise gemessen. Die Energieverteilung der in einer Niob-Folie erzeugten Bremsstrahlungsphotonen wurde berechnet. Die Photonenflussbestimmung nutzte die Kernresonanzstreuung an 27Al, das sich mit deuteriertem Polyethylen in einem mehrschichtigen Target befand. Die 27Al-Abregungen wurden mit abgeschirmten, hochreinen Germanium-Detektoren nachgewiesen, deren Effektivität mit GEANT4 simuliert und durch Quellmessungen normiert wurde. Die Messung der Energie der Neutronen aus der d(g,n)p-Reaktion erfolgte mittels deren Flugzeit in Plastikszintillatoren, die an zwei Seiten von Photoelektronenvervielfachern mit hoher Verstärkung ausgelesen wurden. Die Nachweiseffektivität dieser Detektoren wurde in einem eigenen Experiment in den Referenz-Neutronenfeldern der PTB Braunschweig kalibriert. Die Nachweisschwelle lag bei etwa 10 keV kinetischer Neutronenenergie.Wegen der guten Zeitauflösung der Neutronendetektoren und des ELBE-Beschleunigers genügte eine Flugstrecke von nur 1 m. Die Energieauflösung betrug im d(g,n)p-Experiment 1–2 %. Leider gingen viele Neutronen bereits durch Streuung in dem großen Target verloren oder sie wurden erst durch Teile des kompakten Experimentaufbaus in die Detektoren gestreut. Beide Effekte wurden mit Hilfe von FLUKA simuliert um einen Korrekturfaktor zu bestimmen, der aber bei niedrigen Energien relativ groß war. Der d(g,n)p-Wirkungsquerschnitts wurde daher nur im Bereich 0.7 MeV < Tcm < 2.5 MeV bestimmt. Die Ergebnisse stimmen mit anderen Messungen, Daten-Evaluierungen sowie theoretischen Rechnungen überein. Die Gesamtunsicherheit beträgt circa 6.5 % und kommt zu fast gleichen Teilen von den statistischen und systematischen Unsicherheiten. Die statistische Unsicherheit könnte durch eine längere FLUKA Simulation noch von 3–5 % auf 1 % verringert werden. Die systematische Unsicherheit von 4.5 % ist vorrangig auf die Photonenflussbestimmung, die Neutronen-Nachweiseffektivität und die Target-Zusammensetzung zurückzuführen.

This thesis presents HELIOS, an in-house laboratory for time-resolved pump-probe spectroscopy with extreme-ultraviolet (XUV) probe radiation. A wide span of pump wavelengths can be generated using commercial laser equipment while XUV probe radiation is generated via a high harmonic generation process in a noble gas delivering probe photons with energies between 20 eV and 72 eV. The XUV beam path features a time-preserving monochromator and was constructed and built in-house. HELIOS features an overall time resolution of about 50 fs when using 800 nm pump and 41 eV probe photons. An energy resolution of 110 meV at 41 eV photon energy can be achieved. HELIOS features two beamlines. One µ-focus beamline with an XUV focal size of about 20 µm can be used with experiments that require such a small XUV focal size as well as with different end stations. The other beamline features a semi-permanently mounted end station for angle-resolved photoelectron spectroscopy under ultra-high vacuum conditions. Experiments demonstrating the usability of HELIOS and the two beamlines are presented. A pump-probe measurement on graphene demonstrates the capability of determining a large part of the k-space in only one measurement due to the use of an ARTOF angle-resolved time-of-flight electron spectrometer. A non-angle-resolved pump-probe measurement on the conducting polymer PCPDTBT demonstrates the high signal-to-noise ratio achievable at this beamline in non-angle-resolved photoelectron-spectroscopy pump-probe measurements. The usability of the µ-focus beamline is demonstrated with time-resolved measurements on magnetic samples employing an in-house-designed spectrometer. These experiments allow the retrieval of element-specific information on the magnetization within a sample employing the transversal magneto-optical Kerr effect (T-MOKE). Additionally, a Fourier transform spectrometer for the XUV is presented, the concept was tested at a synchrotron and it was used to determine the longitudinal coherence of the XUV radiation at HELIOS.

In this dissertation, different approaches have been employed to address the quest of understanding the formation and growth mechanisms of carbon-containing molecular ions with relevance to astrochemistry. Ion mobility mass spectrometry and DFT computations were used to investigate how a second nitrogen in the pyrimidine ring will affect the formation of a covalent bond between the benzene radical cation and the neutral pyrimidine molecule, after it was shown that a stable covalent adduct can be formed between benzene radical cation and the neutral pyridine. Evidence for the formation of a more stable covalent adduct between the benzene radical cation and the pyrimidine is reported here. The effect of substituents on substituted-benzene cations on their solvation by an HCN solvent was also investigated using ion mobility mass spectrometry and DFT computations were also investigated. We looked at the effect of the presence of electron-withdrawing substituents in fluorobenzene, 1,4 di- fluorobenzene, and benzonitrile on their solvation by up to four HCN ligands, and compared it to previous work done to determine the solvation chemistry of benzene and phenylacetylene by HCN. We report here the observed increase in the binding of the HCN molecule to the aromatic ring as the electronegativity of the substituent increased. We also show in this dissertation, DFT calculations that reveal the formation of both hydrogen-bonded and electrostatic isomers, of similar energies for each addition to the ions respectively. The catalytic activity of the 1st and 2nd row TM ions towards the polymerization of acetylene done using the reflectron time of flight mass spectrometry and DFT calculations is also reported in this dissertation. We explain the variation in the observed trend in C-H/C-C activity of these ions. We also report the formation of carbide complexes by Zr+, Nb+, and Mo+, with the acetylene ligands, and show the thermodynamic considerations that influence the formation of these dehydrogenated ion-ligand complexes. Finally, we show in this dissertation, a novel ionization technique that we employed to generate ions that could be relevant to the interstellar and circumstellar media using the reflectron time of flight mass spectrometry.

In this thesis, multiple ionisation processes of free atoms and molecules upon single photon absorption are studied by means of a versatile multi-electron-ion coincidence spectroscopy method based on a magnetic bottle, primarily in combination with synchrotron radiation. The latter offered the possibility to access not only valence but also core levels, revealing processes, which promote the target systems into different charge states. One study focuses on double and triple ionisation processes of acetaldehyde (ethanal) in the valence region as well as single and double Auger decay of initial 1s core vacancies. The latter are investigated site-selectively for the two chemically different carbon atoms of acetaldehyde, scrutinising theoretical predictions specifically made for that system. A related study concentrates on core-valence double ionisation spectra of acetaldehyde, which have been investigated in the light of a previously established empirical model, and which have been used as test cases for analysing this kind of spectra by means of quantum chemical electronic structure methods of increasing sophistication. A third study investigates site-specific fragmentation upon 1s photoionisation of acetaldehyde using a magnetic bottle augmented with an in-line ion time-of-flight mass spectrometer. Experimental evidence is presented that bond rupture occurs with highest probability in the vicinity of the initial charge localisation and possible mechanisms are discussed. A site-specificity parameter P∆ is introduced to show that differences in fragmentation behavior between initial ionisations at chemically different carbon atoms probably persist even for identical internal energy contents in the nascent dications. In another study where both electrons and ions from Auger decay of core-excited and core-ionised states of CO2 are detected in coincidence, it is confirmed that O2+ is formed specifically in Auger decay from the C1s → π* and O1s → π* resonances, suggesting a decisive role of the π* orbital in the molecular rearrangement. Also, the molecular rearrangement is found to occur by bending in the resonant states, and O2+ is produced by both single and double Auger decay. A new version of the multi-electron-ion coincidence method, where the ion time-of-flight spectrometer is mounted perpendicularly to the electron flight tube, which affects less the electron resolution and which allows for position sensitive detection of the ions, is employed in combination with tunable soft X-rays to reveal the branching ratios to final Xen+ states with 2 &lt; n &lt; 9 from pure 4d-1, 4p-1, 4s-1, 3d-1 and 3p-1 Xe+ hole states. The coincident electron spectra give information on the Auger cascade pathways. / <p>Byte av lokal vid disputation till Polhemssalen.</p>