Das Überschussproton (H+) in wässriger Umgebung, schwer fassbar in seiner Struktur und seinem lokalen Umfeld, wurde seit mehr als zwei Jahrhunderten intensiv studiert und wird oft in Bezug auf zwei limitierende Strukturen diskutiert, dem Eigen-Kation (H9O4+) und dem Zundel-Kation (H5O2+). Die vorherrschende Hydratisierungsstruktur und der ultraschnelle fluktuierende Charakter des Überschussprotons in Lösung bei Raumtemperatur bleiben jedoch diskutiert. Die vorliegende Dissertation klärt eine dominante Hydratisierungsstruktur von Überschussprotonen in Lösung unter thermischen Gleichgewichtsbedingungen auf. Zundel-Kationen, selektiv präpariert im Lösungsmittel Acetonitril, wurden mittels ultraschneller zweidimensionaler Infrarot (2D-IR) und Zweifarben-Anrege-Abtastspektroskopie untersucht. Intramolekulare Lebensdauern liegen im sub-100 fs Bereich, viel kürzer als in reinem flüssigen Wasser. Das ,,Zundel-Kontinuum" erklärt sich durch Lösungsmittel getriebene Feldfluktuationen, die das Doppelminimumpotential des Protons in H5O2+ auf der Femtosekundenzeitskala modulieren. Zusammen mit stochastische Besetzungen niederfrequenter Moden, führen beide Effekte zu einer starken Frequenzverschiebung der Fundamentalschwingung der Protonbewegung und ihrer Ober- und Kombinationstöne. Der einzigartige Schwingungscharakter der Protontransfermode wurde ausgenutzt, um zeitaufgelöste Daten von Zundel-Kationen in Acetonitril mit denen von Überschussprotonen in flüssigem Wasser zu vergleichen. Die nahezu identische Schwingungsantwort beider Proben in 2D-IR und Zweifarben-Anrege-Abtastexperimenten identifiziert die (H5O2+)-Gruppierung als eine vorherrschende Hydratisierungsstruktur für Protonen in Wasser. / The excess proton (H+) in aqueous environment, elusive in its structure and local surrounding, has been intensively studied for more than two centuries and is often discussed in terms of two limiting structures, the Eigen cation (H9O4+) and the Zundel cation (H5O2+). However, the prevailing solvation structure and ultrafast fluctuating character of the hydrated proton in solution at room temperature is debated. The present thesis elucidates a predominant solvation structure of excess protons in solution under thermal equilibrium conditions. Zundel cations selectively prepared in acetonitrile solution are investigated by ultrafast two-dimensional infrared (2D-IR) and two-color pump-probe spectroscopy. Intramolecular lifetimes are found in the sub-100 fs range, much shorter than for neat liquid water. The "Zundel continuum" is explained by solvent driven field fluctuations that modulate the double minimum proton potential in H5O2+ on the femtosecond time scale. Together with stochastic populations of low frequency modes, both effects lead to strong frequency excursions of the proton transfer fundamental and its overtone and combination tone transitions. Utilizing the distinct vibrational character of the proton transfer mode, time-resolved data of Zundel cations in acetonitrile are compared to those obtained for excess protons in bulk liquid water. The nearly identical vibrational response of both samples found in 2D-IR and two-color pump-probe experiments identifies the H5O2+ moiety as a predominant solvation structure of protons in water.

Um hochsensitive räumliche Auflösung zu erreichen, wurden oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) und spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie (TERS) weiterentwickelt. Das grundlegende Funktionsprinzip ist jedoch noch nicht vollständig verstanden und auch Experimente dazu fehlen teilweise. In dieser Arbeit habe ich zuerst Gap-mode TERS eingesetzt, bei welcher ein starkes elektromagnetisches Feld es ermöglicht, dünne Schichten von sehr schwach streuenden Molekülen zu untersuchen. Mit der Nanometerauflösung von TERS konnte ein auf der Goldoberfläche spontan phasen-getrennten, gemischtes Thiolsystem räumlich aufgelöst werden, während STM die Nanodomänen nicht über ihre Höhenunterschiede erkennen konnte. Neue Studien deuten auf eine Raman-Verstärkung durch Graphen und Flachgold aufgrund eines chemischen Mechanismus hin. Kupfer Phthalocyanin (CuPc)-Moleküle zwischen Graphen und einer flachen Goldoberfläche erlauben Elektronenübertragungen in beide Richtungen und damit stellt sich die Frage, ob chemische Verstärkungen von SERS zueinander addiert werden können. Die Ergebnisse deuten auf eine Kopplung von den zwei einzelnen Oberflächen hin. Es wurde eine 68-fache Verstärkung von geschichtetem CuPc zwischen Graphen und Gold beobachtet, jeweils bezogen auf CuPc auf Glimmer. Zuletzt wurde mittels TERS diese Schichtstruktur untersucht. Moleküle, die sich auf der Goldoberfläche selbstanordnen und mit Graphen bedeckt worden sind, fungieren als optische Sensoren, bei welchen die Graphenverkapselung die Moleküle beschützt. Außerdem kann eine sehr hohe Raman-Verstärkung mit großer lokaler Auflösung aufgrund der kombinierten Effekte von SERS und TERS herbeigeführt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Spitze, die Graphen-verstärkte Raman-Streuung (GERS) zusätzlich um vier Größenordnungen verbessern kann, aber Gap-mode TERS abschirmt. / The quest to achieve ultrahigh sensitivity, surface specificity and high spatial resolution has led to the development of plasmon- and chemically- enhanced Raman spectroscopy, including techniques such as surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS). However, a lack of fundamentally experimental demonstrations still remains. In this thesis, I firstly used gap-mode TERS, which allows studying even molecularly thin layers of very weakly scattering molecules. With the nanoscale spatial resolution provided by TERS, the spontaneous segregation in a mixed thiol system on a gold surface could be resolved, while scanning tunneling microscopy (STM) could not discern the nanodomains via their apparent height difference. Furthermore, since graphene and a flat gold surface both were known to provide some Raman enhancement through mainly a chemical mechanism, sandwiching copper phthalocyanine (CuPc) molecules between graphene and a flat gold surface allowed electrons to be transferred in both directions, and thereby to address the question whether chemical enhancements with different origins in SERS can add to each other. The results suggest that the chemical enhancements were influenced by the two individual surfaces, and a 68-fold enhancement of sandwiched CuPc between graphene and gold was observed, as compared to CuPc on mica. Last, TERS was applied to study this sandwiched structure. Molecules self-assembled on a gold surface and covered by transferred graphene acted as optical probes. Such an arrangement has interesting properties in the sense that molecules are protected and encapsulated by graphene. Also, a possible ultrahigh Raman enhancement together with localized spatial resolution may be achieved due to the combined effects from SERS and TERS. The results showed that a tip can improve graphene-enhanced Raman scattering (GERS) further by 4 orders of magnitude, but graphene exerts some shielding effect to gap-mode TERS.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Analytik eines monoklonalen Antikörpers, der spezifisch auf Cisplatin-behandelte DNA reagiert und bereits routinemäßig zu diagnostischen Zwecken bei der Krebstherapie mit ebendiesem Zytostatikum eingesetzt wird. Zu diesem Zweck wurden vor allem massenspektrometrische Methoden eingesetzt, um einerseits den genauen Aufbau sowie die Zusammensetzung des Antikörpers zu untersuchen und andererseits die Antigenspezifität einer genaueren Betrachtung zu unterziehen. Mit Hilfe von nano-ESI-MS konnte der Antikörper unter Erhalt der nativen Struktur in der Gasphase analysiert werden. Tandem-MS-Experimente lieferten nicht nur einen Einblick in typische Fragmentierungs-muster, sondern generierten z. T. auch Informationen über die Primärsequenz einiger Bereiche des Antikörpers. Die im Fc-Teil gebundenen Glycanstrukturen, die sowohl für die Struktur als auch die Funktionalität des Antikörpers eine entscheidende Rolle spielen, wurden nach enzymatischer Abspaltung separat mit Hilfe von MALDI-MS analysiert. Die vollständige Antikörpersequenz wurde durch proteolytische Spaltung des Antikörpers, Analytik mittels hochaufgelöster Tandem-MS und anschließendem Vergleich mit Daten aus der Sequenzierung auf DNA-Ebene bzw. bekannten Antikörpersequenzen aus Proteindatenbanken aufgeklärt. Im selben Zug konnten auf Peptidebene eine Vielzahl verschiedener posttranslationaler Modifikationen nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der Antikörper unter Erhalt seiner Struktur und der antigenbindenden Eigenschaften an den Zuckerstrukturen mit einem eigens synthetisierten Metallkomplex markiert werden kann. Die für die Spezifitätsstudie des Antikörpers notwendigen Antigene wurden durch Inkubation synthetischer einzel- und doppelsträngiger DNA-Oligomere mit Cisplatin erzeugt und analysiert. Anschließend wurden die verschiedenen Antikörper-Antigen-Komplexe unter nativen Bedingungen hergestellt und massenspektrometrisch charakterisiert. Um einen Eindruck von der Komplexstabilität zu erhalten wurden zusätzlich MS/MS-Untersuchungen des Komplexes mit der platinierten doppelsträngigen DNA durchgeführt. Wie bei der Analytik des freien Antikörpers konnten auch hier spezifische Fragmente detektiert werden. / The focus of the thesis was the characterization of a monoclonal antibody, which binds specifically to cisplatin-treated DNA and is already used for diagnostic purposes in cancer therapy. The structure and composition of the antibody, as well, as the antigen specificity were investigated by mass spectrometry. Using nano-ESI-MS it was possible to analyse the antibody in its native state. Tandem-MS experiments revealed not only specific antibody fragments but also gave information on the primary structure of the antibody. The Fc-bound glycans that are responsible for antibody structure and functionality, were cleaved enzymatically and studied with MALDI-MS. For a detailed determination of the primary structure, the antibody was proteolysed with different enzymes and analyzed via high resolution Tandem-MS. The data was evaluated by comparism with results from sequence analysis on DNA level and known antibody sequences from protein databases. Simultaneously many different posttranslational modifications were identified. Furthermore, the antibody was successfully labelled with a metal complex at its sugar structures without loss of its structure and function. For investigation of the antibody specificity antigens were generated by incubation of well-defined single and double stranded DNA oligomers with cisplatin. Antibody-antigen-complexes were synthesized and analyzed by mass spectrometry under native conditions. The stability of the complex with double stranded DNA was also investigated by MS/MS-experiments. Thus, it was also possible to determine the specific fragmentation behavior for the complex just as for the free antibody.

<p>Denna studie avser att ur en positivistisk ansats analysera hur marknadsförare bättre kan nå ut till invandrarbefolkningen, inte minst i anslutning till de större utländska högtiderna. Syftet är att försöka få handlarna att förbättra marknadsföringen mot denna målgrupp och nå ut med ett budskap som de kan identifiera sig med. Undersökningen belyser ur ett nytt, innovativt och explorativt perspektiv de faktorer som kan tänkas inverka på marknadsföringen och ägnar särskilt uppmärksamhet åt Parsons teori, Homophily teorin och nischmarknadsföring. Undersökningen är uppdelad i en förstudie där kontakt tagits med reklambyråer för livsmedelskedjor och belyser forskningsproblemet ur deras synvinkel. Huvudstudien genomfördes via en enkätundersökning och syftar till att belysa problemet ur målgruppens synvinkel. Resultatet påvisar att huvuddelen av marknadsförarna saknade tillräckliga kunskaper om invandrargruppen, samtidigt som invandrargruppen visat sig vara mottaglig för olika influenser. Därför föreslår vi att marknadsförarna till större del beaktar invandrarna som målgrupp i sina framtida kampanjer och i större grad försöker tillgodose de behov som de har i egenskap av outnyttjad köpkraft.</p>

Denna studie avser att ur en positivistisk ansats analysera hur marknadsförare bättre kan nå ut till invandrarbefolkningen, inte minst i anslutning till de större utländska högtiderna. Syftet är att försöka få handlarna att förbättra marknadsföringen mot denna målgrupp och nå ut med ett budskap som de kan identifiera sig med. Undersökningen belyser ur ett nytt, innovativt och explorativt perspektiv de faktorer som kan tänkas inverka på marknadsföringen och ägnar särskilt uppmärksamhet åt Parsons teori, Homophily teorin och nischmarknadsföring. Undersökningen är uppdelad i en förstudie där kontakt tagits med reklambyråer för livsmedelskedjor och belyser forskningsproblemet ur deras synvinkel. Huvudstudien genomfördes via en enkätundersökning och syftar till att belysa problemet ur målgruppens synvinkel. Resultatet påvisar att huvuddelen av marknadsförarna saknade tillräckliga kunskaper om invandrargruppen, samtidigt som invandrargruppen visat sig vara mottaglig för olika influenser. Därför föreslår vi att marknadsförarna till större del beaktar invandrarna som målgrupp i sina framtida kampanjer och i större grad försöker tillgodose de behov som de har i egenskap av outnyttjad köpkraft.

Doctor of Philosophy (PhD) / This thesis mainly builds on the Variance Gamma (VG) model for financial assets over time of Madan & Seneta (1990) and Madan, Carr & Chang (1998), although the model based on the t distribution championed in Heyde & Leonenko (2005) is also given attention. The primary contribution of the thesis is the development of VG models, and the extension of t models, which accommodate a dependence structure in asset price returns. In particular it has become increasingly clear that while returns (log price increments) of historical financial asset time series appear as a reasonable approximation of independent and identically distributed data, squared and absolute returns do not. In fact squared and absolute returns show evidence of being long range dependent through time, with autocorrelation functions that are still significant after 50 to 100 lags. Given this evidence against the assumption of independent returns, it is important that models for financial assets be able to accommodate a dependence structure.

Doctor of Philosophy (PhD) / This thesis mainly builds on the Variance Gamma (VG) model for financial assets over time of Madan & Seneta (1990) and Madan, Carr & Chang (1998), although the model based on the t distribution championed in Heyde & Leonenko (2005) is also given attention. The primary contribution of the thesis is the development of VG models, and the extension of t models, which accommodate a dependence structure in asset price returns. In particular it has become increasingly clear that while returns (log price increments) of historical financial asset time series appear as a reasonable approximation of independent and identically distributed data, squared and absolute returns do not. In fact squared and absolute returns show evidence of being long range dependent through time, with autocorrelation functions that are still significant after 50 to 100 lags. Given this evidence against the assumption of independent returns, it is important that models for financial assets be able to accommodate a dependence structure.

Schnelltests sind eine weit verbreitete Analysemethode, um vor Ort schnelle analytische Aussagen treffen zu können. Ein möglicher Zugang zu Schnelltests für Analyten in geringer Konzentration könnten Messung von Oberflächenverstärkten Raman-Spektren sein. In der vorliegenden Arbeit wird insbesondere auf drei Aspekte der SERS-Messungen (= Oberflächenverstärkte Raman-Streuung) eingegangen: die Reproduzierbarkeit der SERS-Signalintensität, die Interpretation der Konzentrationskurven und die Analyse von Probengemischen. Für die Untersuchung der Reproduzierbarkeit wurden verschiedene Auftragungsmethoden und Messsysteme getestet und es wurde untersucht, wie reproduzierbar die Signalintensitäten über einen längeren Zeitraum sind. Dabei wurde festgestellt, dass die Kombination von einer homogenen Auftragung der Nanopartikelsuspensionen auf dem Papier und ein großer Durchmesser des Laser- und Detektionspunktes auf der Probe zu einer stabileren Signalintensität führen. Die bei einem Labormessaufbau eine Stabilität des Messsignals von ca. 20 % relativer Standardabweichung über einen Zeitraum von ca. 2,5 Monaten lieferte. Für die Analyse und Auswertung der Abhängigkeiten der SERS-Signalintensität von der Konzentration des Analyten wurden Konzentrationsreihen von verschiedenen Verbindungen aufgenommen. Die Messdaten konnten mit einer Langmuir-Isotherme beschrieben und mit dem Langmuir-SERS-Modell erklärt werden. Für die gemessenen Thiolverbindungen wurde zudem noch eine weitere Möglichkeit der quantitativen Analyse gefunden, die auf der Auswertung der Verschiebung von bestimmten SERS-Banden im Spektrum in Abhängigkeit von der Analytkonzentration beruht. Für die Analysen der Mehrkomponenten-Lösungen wurden die Papierbasierten Mikrofluidik-Analysesysteme (µPADs) eingesetzt. Hier konnte beobachtet werden, dass Analyten aus einer Lösung auf Grund ihrer hohen Affinität zu den Nanopartikeln abgetrennt werden können und es so möglich ist, diese zu analysieren. / Rapid tests are widely used analytical methods for obtaining analytical information immediately on site. Surface enhanced Raman scattering (SERS) is a possible detection method for compounds in diluted samples. This thesis focuses mainly on three aspects: reproducibility of SERS signal intensity, interpretation of concentration curves and analysis of sample mixtures. The signal reproducibility was investigated using different deposition methods and measurement systems and the reproducibility of measurements was tested over longer periods of time. It was found that the most stable signal intensity was obtained using a combination of homogeneous deposition of a nanoparticle suspension on paper and a detection configuration that involves large diameters of both, the laser and the detection spot on the sample. It was shown with a laboratory setup, that comparatively stable measurements are possible with a relative standard deviation of approx. 20 % over a period of approx. 2.5 months. For the analysis and interpretation of the dependence of the SERS signal intensity on the concentration of the analyte, concentration series of different compounds were measured. The measurement data could be fitted with a Langmuir isotherm and explained with the Langmuir SERS model. For the measured thiol compounds an alternative option for quantification was found: the shift of certain SERS bands in the Raman spectrum as a function of analyte concentration. For the analysis of compound mixture in solution microfluidic paper-based analytical devices (µPADs) were used. It was observed that certain analytes which have a high affinity for the nanoparticles can be separated from the solution and thereby analyzed.

Die oxidative Transformation der Thiol-Gruppe des Cysteins in verschiedene andere funktionelle Gruppen wird als sehr wichtige posttranslationale Modifikation (PTM) angesehen. Cysteinsulfensäure (SA) ist eine Zwischenstufe der Thiol-Oxidation: Sie kann entweder mit freien Thiolen reagieren, um Disulfide zu bilden oder durch reaktive Sauerstoffspezies (reactiveoxygenspecies, ROS) weiter oxidiert werden. Jede Störung des zellulären Redox-Haushalts wird mit altersbedingten Erkrankungen , daher stellt die Überwachung des SA-Spiegels einen vielversprechenden Wegdar, den Status dieses Redox-Haushalts festzustellen. Da bereits kleinste Änderungen der Proteinmengen und PTMs tiefe Einblicke in den Zustand des biologischen Systems liefern können, ist eine quantitative Bestimmung von großer Bedeutung.Technologische Fortschritte im Bereich der Trennungsmethoden und Massenspektrometrie (MS) erlaubten die Entwicklung umfassender Möglichkeiten in der Protein-Analytik. In dieser Arbeit wurde eine neue, hochsensitive und selektive Methode zur Detektion von SA entwickelt. Dafür wurde ein Alkin-β-Ketoester (KE) an einen Lanthanid-haltigen (Ln) Chelatkomplex. Zum Nachweis des Funktionsprinzips wurden, mittels H2O2, Sulfensäuren in verschiedenen Peptidsequenzen erzeugt, um die in biologischen Systemen durch ROS hervorgerufenen Oxidationen nachzustellen. Diese Sulfensäuren wurden anschließend durch den Ln-DOTA-KE-Komplex gebunden. Die Bildung dieser SA-Ln-DOTA-KE-Einheit wurde mittels (Elektronenspray-Ionisation/ ESI-MS) und (induktiv gekoppeltem Plasma/ICP-MS) nachverfolgt. Die entwickelte Methode wurde weiterhin auf die Bestimmung von SA-Bildung in humanem Serum angewandt, humanes Serumalbumin wurde angereichert via Affinitätschromatographie. ICP-MS diente der Bestimmung der SA-Ln-DOTA-KE-Einheit, durch Kombination mit einer Isotopenverdünnungsanalyse (IDA) wurde eine absolute Quantifizierung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen oxidative Schäden bis zu 40 % des vorhandenen Albumins. / Oxidative transformation of cysteine thiol group into different functional groups is considered a significant posttranslational modification (PTM) of great importance. Cysteine sulfenic acid (SA) is the transient state for thiol group oxidation; it can react with free thiols to form disulfide bonds or can be further oxidized with reactive oxygen species (ROS) to form sulfinic and sulfonic acids. As any disturbance in the cellular reduction-oxidation (redox) balance is correlated to age-related diseases, the detection of SA transient state formed a sensor for such redox-mediated events. Whereas only any small change in the quantity of proteins, as well as the formed PTMs, can provide deeper insights into the status of the biological system, quantitative analysis should be carried out to reveal the status of the system. On the other hand, the technological advances, in particular the separation techniques and mass spectrometry (MS), allowed the development of several approaches for the comprehensive assessment of proteome analysis. Herein, we provide a new strategy for the highly sensitive and specific detection of SA using alkyne β-ketoester (KE) previously linked to a lanthanide (Ln)-containing chelator (Ln-DOTA. SA was generated by hydrogen peroxide (H2O2) in different peptide sequences by ROS and was detected by the prepared compound Ln-DOTA-KE. Molecular mass spectrometry (electrospray/ ESI-MS) and (Inductively coupled plasma mass spectrometry /ICP-MS) have been used to monitor the formation of SA linked to Ln-DOTA-KE. The developed strategy has been further applied to the determination of SA-induced formation in human serum by using affinity chromatography for purification of albumin followed by ICP-MS to monitor the formed SA linked to Ln-DOTA-KE in combination with isotope dilution analysis (IDA) for the absolute quantification. Quantitative results showed levels of oxidative damage regarding SA formation in human serum up to 40% of the albumin present.

Mit dem Ziel stabile und photomodulierbare Fluorophore für ihre direkte Anwendung in der hochaufgelösten Mikroskopie, wurde die Synthese und Charakterisierung von neuen fern Rot emittierender photoschaltbarer Fluorophore erreicht. Hierbei wurde die elektronische Kopplung zwischen den Komponenten tiefgreifend untersucht, und die Struktur Eigenschafts Beziehung etabliert. Durch die Wechselwirkung der photochromen Einheit mit dem Fluorophor, konnte die Fluoreszenzemission ein- und ausgeschaltet werden. Zusätzlich wurden Einkapselungs Experimente in Micellen durchgeführt, um die Wasserlöslichkeit der synthetisierten Verbindungen zu untersuchen. Letzlich, wurden mögliche Anwendungen mittels Fluoreszenzmikroskopie geprüft. Mit dem Ziel hochaufgelöste Bilder unter biologischen Bedingungen zu erhalten, wurde die Verkapselung der Dyaden in riesige unilamellare Vesikel erprobt. Unter Ausnutzung der Vorteile nichtlinearer Prozesse wurde die Synthese und Charakterisierung von photochromen Verbindungen, die in der Lage indirekt durch einen anfänglichen sensibilisierten Prozess geschaltet werden, untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein Triarylamin Chromophor als Zwei-Photonenabsorber kovalent an einen Azobenzol verbunden. Die Charakterisierung der angeregten Zustandsdynamik wurde ausgeführt und die zwei Photonen induzierte Isomerisierung der Dyade bestätigt. Eine detaillierte Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften wurde durchgeführt und Richtlinien zur Verbesserung des Systems wurden kurz genannt. / With the purpose of designing stable and photomodulable fluorophores for their direct application in subdiffraction microscopy techniques, the synthesis and characterization of new far-red emitting photoswitchable fluorophores was accomplished. Fluorescence emission was efficiently modulated or switched On and Off by the interaction of the photochromic unit with the fluorescent-unit. Additionally, encapsulation experiments in micelles were performed to investigate the water solubility of the synthesized compounds. Finally, potential applications were examined with fluorescence microscopy, encapsulating the dyads in giant uni-lamellar vesicles under biological conditions to explore the feasibility to obtain highly resolved subdiffraction images. Exploiting the advantages of nonlinear processes, the synthesis and characterization of photochromes which are able to be switched indirectly through an initial sensitized event were studied. With this determination a two-photon absorbing triarylamine chromophore was covalently linked to an electron poor azobenzene. In-depth characterization of the excited state dynamics was performed and two photon induced isomerization of the dyad was confirmed. A detailed study of the electrochemical properties was set and guidelines towards the improvement of the system were succinctly mentioned.