The sequential extraction scheme BCR 701 has been applied to the upper 2 cm layer of 39 sediment samples from Inner Kingston Basin, Ontario. The samples were also been characterized by water content, loss on ignition at 550°C and 950°C and by particle size distribution. Methodological problems occurred during particle size analysis, caused by agglomerating effects, mainly driven by organic matter, which is fairly resistant against oxidation by hydrogen peroxide due to natural manganese dioxide particles in the sediments. This leads to an overestimation of the clay content. For the same reason, the digestion in step 3 of the sequential extraction was insufficient, so that typical organic bound metals were found in the residual fraction. From factor and cluster analysis of all data three main substrate element associations were derived: The carbonate group contains Ca, Sr, LOI 950°C from calcite, and in step 2 additional Mg extracted from dolomite. Secondly, the organic associations include LOI 550°C, water content and clay content, and finally the metals (except from carbonate bound metals) which are more or less linked to the organic associations. Regionalized maps using inverse distance weighting or ordinary Kriging have been judged to be less precise and informative than point data maps using a classification following equal standard deviation distances and additional statistical information, box plots and histograms. Compared to the geogenic background, all samples show a significant metal enrichment in the mobile fractions, so that they could easily be remobilized during changing environmental conditions. Higher enrichment rates have been detected around the city of Kingston, mainly the harbour region, and close to the outlet of Kingston s sewage treatment plant. Generally, local contamination can easily be detected and differentiated according to their origin from sequential extraction data.

Clamp-On-Sensoren gewinnen bei der Ultraschall-Durchflussmessung am flexiblen Schlauch aufgrund ihrer positiven Eigenschaften zunehmend an Bedeutung. Dem gegenüber stehen invasive Inline-Sensoren, die hinsichtlich der Genauigkeit überlegen sind. Für die Weiterentwicklung von Clamp-On-Sensoren ist eine höhere Genauigkeit der Laufzeitdifferenzschätzung oder eine Veränderung der Sensor-Geometrie notwendig. Letzteres wird als Ansatz im Experimentalteil gegeben. Im Hauptteil wird aus zwei schmalbandigen analytischen Signalen ein digitales Verfahren zur Schätzung der Laufzeitdifferenz im Sub-Abtastbereich mathematisch hergeleitet. Zentrales Element dabei ist die Hilbert-Transformation, die durch einen Hilbert-Transformator mit zwei nicht verschwindenden Koeffizienten approximiert wird. Simulationen und Experimente untermauern das Verfahren.

Das Handbuch umfasst ein Einführungskapitel und insgesamt fünf verschiedene Teile mit jeweils drei (im Teil 1: vier) Beiträgen von verschiedenen Autoren. Teil 1 befasst sich mit Rationalität und Entscheidungsfindung, Teil 2 mit Netzwerken und Ungleichheit, Teil 3 mit Gemeinschaften und sozialer Kohäsion, Teil 4 mit Staaten und Konflikten und schließlich Teil 5 mit Märkten und Organisationen. Die Beiträge stammen von 27 Autor- Innen, in der Mehrzahl aus der Soziologie. Die anderen Autoren sind Psychologen, Ökonomen, Politikwissenschaftler oder Statistiker und Methodiker. In erster Linie sind die AutorInnen in den Niederlanden tätig, aber auch AutorInnen aus Großbritannien und den USA sind vertreten.

Michael Hechter gilt gemeinhin als ein – wenn nicht der – Doyen der Rational Choice Theorie (im Folgenden: RCT) in der Soziologie. Da es höchst unterschiedliche Vorstellungen darüber gibt, wie sich Annahmen über die Rationalität von Akteuren in der sozialwissenschaftlichen Theoriebildung oder der empirischen Sozialforschung einsetzen lassen, liegt es nahe, sich zu fragen, welche zentralen Merkmale Michael Hechters Variante der RCT auszeichnen. Der 2019 erschienene Band „Rational Choice Sociology. Essays on Theory, Collective Action and Social Order“ bietet eine willkommene Gelegenheit, sich mit seinem Werk und insbesondere seiner Konzeption der RCT auseinanderzusetzen.

In den letzten Jahrzehnten wurde das Konzept der grünen und nachhaltigen analytischen Chemie immer wichtiger. Ein wesentlicher Bestandteil besteht darin Chemikalien zu reduzieren und analytische Prozesse zu miniaturisieren. Das Ergebnis ist die Nutzung von kleinen Probenvolumina, welche oft zu Problemen in der Handhabung führen können. Besonders physikalische oder chemische Oberflächeneffekte und Kontaminationen stellen eine Herausforderung dar. Die akustische Levitation ist eine Möglichkeit der berührungslosen Probenhandhabung, d.h. Verunreinigungen und Oberflächenreaktionen sind ausgeschlossen, da die Probe nur mit der umgegebenen Gasphase interagiert. Hier ist eine Kopplung mit analytischen Methoden besonders erstrebenswert. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Implementierung von akustischer Levitation in die massenspektrometrische Analyse. Eine Kombination aus einem akustischen Levitator als kontaktloser Probengeber, Infrarot-Laser Desorption und Ionisierung mittels chemischer Ionisation bei Atmosphärendruck (APCI) ermöglichte die quantitative Analyse von verschiedensten pharmazeutischen Wirkstoffen im nanomolaren Bereich. Dieser grundlegende Aufbau wurde in der Folge weiterentwickelt und optimiert, sodass am Ende ein breites Spektrum an Analyten detektiert werden konnte. Zusätzlich wurde ein Trypsin Verdau miniaturisiert und kontaktlos im akustischen Levitator durchgeführt und massenspektrometrisch analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Trypsinverbrauch gesenkt werden konnte bei gleichzeitiger Verringerung der Reaktionszeit und Verbesserung der Ausbeuten im Vergleich zum Standard-Verfahren. / In recent decades, the concept of green and sustainable analytical chemistry has become increasingly relevant. The main idea is reducing chemicals and miniaturizing analytical processes. The result is the utilization of small sample volumes, which can often lead to handling problems. Especially physical or chemical surface effects and corresponding contaminations are a major challenge. Acoustic levitation is a possibility for non-contact sample handling, i.e. contamination and surface reactions are excluded, since the sample interacts only with the surrounding gas phase. Here, coupling with analytical methods is particularly desirable. The present work describes the implementation of acoustic levitation in mass spectrometric analyses. A combination of an acoustic levitator as a contactless sample supply, infrared laser desorption and post-ionization via atmospheric pressure chemical ionization (APCI) enabled the quantitative analysis of a wide variety of pharmaceutical agents in the nanomolar range. This basic setup was subsequently further developed and optimized so that a wide range of analytes could be detected. Additionally, a trypsin digestion was miniaturized and performed contactless in the acoustic levitator and analyzed by mass spectrometry. The results demonstrated that trypsin consumption could be reduced while simultaneously reaction time decreased and reaction yields increased compared to the tube method.

Die Proteinhülle von Pflanzenviren besteht aus Protein-Untereinheiten, die das Genom des Virus verkapseln und transportieren. Der zugrunde liegende self-assembly-Mechanismus kann für nanotechnologische Anwendungen genutzt werden, indem Fremdmoleküle in den Viren verkapselt werden. Diese sogenannten Virus-ähnlichen Partikel (VLP) können zum Wirkstofftransport in der Krebstherapie, für Gentherapie oder als Kontrastmittel bei bildgebenden Verfahren verwendet werden. Auch die Oberfläche der Proteinhülle kann chemisch oder molekularbiologisch funktionalisiert werden. Ein großer Vorteil von Pflanzenviren ist, dass sie keine Gefahr für den Menschen darstellen und einfach in natürlichen Wirtspflanzen hergestellt werden können. In dieser Arbeit wird am Beispiel des Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV) gezeigt, wie diese Nanomaterialien effizient hergestellt und nutzbar gemacht werden können. Im ersten Kapitel wurde eine Affinitätsextraktion basierend auf einem neuen Peptid-Aptamer entwickelt, um das CCMV selektiv aus dem Extrakt der infizierten Pflanze zu isolieren. Das Reinigungsprotokoll wurde validiert und eine finale Reinheit von 98,4% mittels Umkehrphasen-HPLC bestimmt. Im zweiten Kapitel wurden CCMV-VLPs durch rekombinante Expression und anschließende in vitro Assemblierung der Kapsidproteine hergestellt. Die Monodispersität der VLPs wurde durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bestätigt. Zusätzlich wurde eine Mutante der CCMV-VLPs hergestellt, die physiologischen Bedingungen standhält und für den Einsatz in vivo geeignet ist. Im dritten Kapitel wurden CCMV und dessen VLPs für nanotechnologische Anwendungen genutzt. Gold-Nanopartikel wurden in CCMV-VLPs verkapselt und im TEM sichtbar gemacht. Das CCMV-Kapsid wurde mit einem Modellpeptid funktionalisiert, um das Potenzial dieses Nanomaterials als chemische Plattform zu demonstrieren. / The protein shell of plant viruses consists of protein subunits that encapsulate and transport the viral genome. The underlying self-assembly mechanism can be utilized for nanotechnological applications by encapsulating foreign molecules within the viruses. These so-called virus-like particles (VLPs) can be used for drug delivery in cancer therapy, gene therapy, or as contrast agents in imaging techniques. Additionally, the surface of the protein shell can be functionalized chemically or via molecular biology techniques. A significant advantage of plant viruses is that they pose no threat to humans and can be easily produced in natural host plants. This work demonstrates how these nanomaterials can be efficiently produced and utilized using the example of Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV). In the first chapter, an affinity extraction based on a novel peptide aptamer was developed to selectively isolate CCMV from the extract of the infected plant. The purification protocol was validated, achieving a final purity of 98.4% using reverse-phase HPLC. In the second chapter, CCMV-VLPs were produced through recombinant expression and subsequent in vitro assembly of the capsid proteins. The monodispersity of the VLPs was confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Additionally, a mutant of the CCMV-VLPs was produced that withstands physiological conditions and is suitable for in vivo applications. In the third chapter, CCMV and its VLPs were used for nanotechnological applications. Gold nanoparticles were encapsulated within CCMV-VLPs and visualized using TEM. The CCMV capsid was also functionalized with a model peptide to demonstrate the potential of this nanomaterial as a chemical platform.

Auf molekular geprägten Polymeren (MIP) basierende Sonden, insbesondere fluoreszierende MIPs, die eine spezifische Erkennung mit Fluoreszenzsignalen kombinieren, wurden aufgrund der vorteilhaften Spezifität und Selektivität von MIPs und der hohen Empfindlichkeit und schnellen Erfassungszeiten der Fluoreszenz für den Nachweis von Analyten aus verschiedenen chemischen Klassen entwickelt. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von dual-fluoreszierenden Kern-Schale-MIPs als Erkennungselement für den empfindlichen Nachweis von Carbonsäure-haltigen Verbindungen, Chlorogensäure und Sialinsäure-Derivaten, die während des Prägeprozesses als sogenanntes Template dienen und als Zielanalyten in den analytischen Rückbindungsassays fungieren. Zunächst wurden fluoreszierende Siliziumdioxid-Nanopartikel synthetisiert, die Kohlenstoff-Nanopunkte (Carbon Nanodots) und Seltenerdmetall-Ionen enthalten und als emittierender Kern der dual-fluoreszierenden MIPs dienen. Es wurden spektroskopische Untersuchungen über die Wechselwirkung zwischen den Templaten und den fluoreszierenden Monomeren durchgeführt, die in eine dünne fluoreszierende MIP-Schale eingebaut wurden, die auf die Oberfläche der fluoreszierenden Siliziumdioxid-Nanopartikel aufgewachsen wurde und die interne Referenz der dual fluoreszierenden MIPs darstellt. Die zweifach fluoreszierenden MIPs wurden auf ihr optisches Ansprechen, ihre Empfindlichkeit und Selektivität in Küvetten-basierten, durchflusszytometrischen und fluoreszenzmikroskopischen Assays untersucht. Diese Systeme eignen sich für den empfindlichen, schnellen und zuverlässigen (bio)chemischen Nachweis einer potenziell breiten Palette von Analyten. Neben den beiden oxoanionischen Templaten wurde auch ein MIP-System für Triphenylphosphin (TPP) entwickelt, das zeigt, dass der Ansatz der Fluoreszenzmonomer-vermittelten MIP-Detektion auch auf neutrale nukleophile Template ausgeweitet werden kann. / Molecularly imprinted polymer (MIP)-based probes, especially fluorescent MIPs, which combine specific recognition with fluorescence signalling, have been developed for the detection of analytes from different chemical classes, due to the favourable specificity and selectivity of MIPs and the high sensitivity and fast acquisition times of fluorescence. This thesis aimed at the development of core-shell dual-fluorescent MIPs as recognition element for the sensitive detection of carboxylate-containing compounds, chlorogenic acid and sialic acid derivatives, which serve as the so-called template during the imprinting process and are the target analytes in the analytical rebinding assays. Fluorescent silica nanoparticles were firstly synthesized, incorporating carbon nanodots and rare-earth metal ions and serving as the emitting core of dual-fluorescent MIPs. Spectroscopic studies were performed on the interaction between the templates and the fluorescent monomers, which were incorporated into a thin fluorescent MIP shell grown from the surface of the fluorescent silica nanoparticles that provide the internal reference for the resulting dual-fluorescent MIPs. The dual-fluorescent MIPs were investigated for their optical response, sensitivity, and selectivity in cuvette-based, flow cytometric and fluorescence microscopic assays. These systems are applicable for sensitive, fast, and reliable (bio)chemical analysis of a potentially wide range of analytes. Besides the oxoanionic templates, a MIP system was also developed for triphenylphosphine (TPP), revealing that the approach of fluorescent monomer-mediated MIP detection can also be expanded to neutral nucleophilic templates.

Die verlässliche Vorhersage der Wärmeentzugsleistungen als auch der Soletemperaturen in den Sonden sind wichtig für deren Auslegung und Betriebsoptimierung. Es ist ebenso wichtig für die Auslegung und Optimierung der Anlagen im versorgten Gebäude. In der vorliegenden Dissertation wurde versucht, durch eine mathematische Weiterentwicklung von Greenschen Funktionen (g-Funktionen) eine präzisere Lösung für Temperaturverteilung im Erdreich infolge des von einer oder mehreren Sonden verursachten Wärmeentzuges mit verschiedenen Randbedingungen im geologischen Untergrund zu erreichen. Hierzu wurden sechs „neue“ g-Funktionen entwickelt, die vertikal variable Wärmeentzüge einzelner Sonden und Sondenfelder, eine Asymmetrie des Wärmeentzuges der Sonde, den Einfluss einer zusätzlichen Grundwasserströmung und den realen, geschichteten Untergrund berücksichtigen. Die mathematischen Modelle des Erdreichs wurden mit Modellen für die Soleströmung und Wärmeübergabe in der Hinterfüllung der Sonde gekoppelt und anschließend auf ein praktisches Betriebsbeispiel angewendet. Die Arbeit enthält ebenfalls umfangreiche Sichtung existierender Modelle sowie deren Anwendung und vergleichende Bewertung der teilweise komplexen Modellansätze.:Formelzeichen und Abkürzungen 1 Einführung 2 Energiequellen und Aufbau der Erdwärmeübertrager 2.1 Quellen der geothermalen Energie 2.2 Aufbau der Erdwärmeübertrager 2.3 Betriebsverhalten von Erdwärmesonden 2.4 Auslegung der Sonden 3 Vorhandene Modelle 3.1 Soleströmung 3.2 Wärmeübergang in den Rohren der Sonde 3.3 Wärmeleitung in der Hinterfüllung 3.4 Erdreichmodellierung – numerisch 3.5 Erdreichmodellierung mit g-Funktionen 4 Weiterentwicklung der analytischen Modelle 5 Anwendungsbeispiele 185 5.1 Ein praktisches Beispiel 5.2 Auswirkung auf die Jahresarbeitszahl 6 Zusammenfassung Literatur A Ableitung der Bohrlochwiderstände B Ableitung der Funktionen für Randbedingungen C Eidesstattliche Erklärung / The design of the ground heat exchangers (GHE) systems demands the precise prediction of their heat output and the brine temperature. The same information is needed for design and optimization of the HVAC systems coupled to GHEs. In the thesis at hand the Green’s functions (g-Functions) have been used to develop the more accurate solutions for the temperature distribution in soil resulting from the heat extraction from one GHE or a field of GHEs. These solutions consist of six novel g-functions that take account of the vertical variation of the extracted heat flux in one GHE or field of GHEs, of the horizontal ground water flow and of the horizontal variation of the soil properties. The models for prediction of the soil temperature have been coupled with models for brine flow and heat transfer in the GHE’s grout and eventually applied to the simulation of the real world object. Additionally, the thesis contains broad review of the known models and their applications as well as the comparative analysis of the complex modelling assumptions.:Formelzeichen und Abkürzungen 1 Einführung 2 Energiequellen und Aufbau der Erdwärmeübertrager 2.1 Quellen der geothermalen Energie 2.2 Aufbau der Erdwärmeübertrager 2.3 Betriebsverhalten von Erdwärmesonden 2.4 Auslegung der Sonden 3 Vorhandene Modelle 3.1 Soleströmung 3.2 Wärmeübergang in den Rohren der Sonde 3.3 Wärmeleitung in der Hinterfüllung 3.4 Erdreichmodellierung – numerisch 3.5 Erdreichmodellierung mit g-Funktionen 4 Weiterentwicklung der analytischen Modelle 5 Anwendungsbeispiele 185 5.1 Ein praktisches Beispiel 5.2 Auswirkung auf die Jahresarbeitszahl 6 Zusammenfassung Literatur A Ableitung der Bohrlochwiderstände B Ableitung der Funktionen für Randbedingungen C Eidesstattliche Erklärung

In den letzten Jahren ist das Interesse an freien und quelloffenen Softwaretools für die analytische Wissenschaft stark gestiegen. Dies hat zu einer Fülle von Innovationen, Kooperationen und Lösungen im Bereich der Datenanalyse geführt. Die Massenspektrometrie ist in dieser Hinsicht ein besonderer Schwerpunkt; moderne HRMS-Instrumente sind leistungsstarke Analysewerkzeuge, die in der Lage sind, eine enorme Menge an detaillierten Informationen in einem einzigen Experiment zu erzeugen. Häufig enthalten diese Datensätze Muster oder „Fingerabdrücke“ von Molekülen, die für den Analytiker mit herkömmlichen Visualisierungstools oder proprietärer Software nicht sichtbar sind. Bei „untargeted“ Experimenten kann das Ziel darin bestehen, neue und neuartige Metaboliten oder molekulare Variationen zu entdecken. In jedem Fall hat die Open-Source-Softwaregemeinschaft auf diese Herausforderungen reagiert, und es gibt jetzt eine große Vielfalt an Lösungen für die Datenverarbeitung, die Musterfindung, die Entdeckung von Molekülen und mehr. In dieser Arbeit wird die Entwicklung mehrerer Software-Tools und Algorithmen beschrieben, die darauf abzielen, aussagekräftige Informationen in HRMS-Datensätzen sowohl bei „targeted“ als auch bei „untargeted“ Analysen nach der Transformation in den Massendefektraum zu finden. Dazu gehört die Erkennung von Mustern, die sich wiederholenden Einheiten von polymeren Analyten entsprechen, und die Zuordnung von Molekülformeln zu diesen wechselnden Einheiten. Diese Methoden werden veröffentlicht und als Open-Source-Software freigegeben und dann angewandt, um Unterschiede zwischen einer Vielzahl von Ligninproben aus verschiedenen Quellen und Behandlungsprozessen zu charakterisieren und um optimale Probenvorbereitungsbedingungen für jedes Lignin für die HRMS-Analyse vorzuschlagen. Es ist zu hoffen, dass die hier vorgestellte Arbeit den Weg für künftige Analysen ebnet, die das Verständnis komplexer natürlicher Gemische mithilfe von HRMS maximieren sollen. / In recent years, there has been a dramatic rise of interest in free and open-source software tools aimed at the analytical science community. This has led to a plethora of innovations, collaborations, and solutions in the data analysis space. Mass spectrometry has been a particular area of focus in this regard; modern high-resolution MS instruments are powerful analytical tools capable of generating an enormous quantity of detailed information in a single experiment. Often these datasets contain patterns or "fingerprints" of molecules that may not be visible to the analyst using conventional visualization tools or proprietary software. In “untargeted” experiments, the goal might be to discover new and novel metabolites or molecular variations. In either case, the open-source software community has responded to these challenges, and there are now a great variety of solutions for data processing, pattern-finding, molecular discovery, and more. This thesis describes the development of several software tools and algorithms aimed at finding meaningful information in HRMS datasets in both targeted and untargeted analyses after transformation into the mass defect space. This includes recognition of patterns corresponding to repeating units of polymeric analytes and assignment of molecular formulae to these changing units. These methods are published and released as open-source software and then applied to characterize differences between a variety of lignin samples from various sources and treatment processes, and to suggest optimal sample preparation conditions for each lignin for API-HRMS analysis. It is hoped that the work presented here helps pave the way for future analyses seeking to maximize the understanding of complex natural mixtures using HRMS, and the author encourages further modification and development of the algorithms and techniques developed here to facilitate future discoveries in this ever-evolving area of research.

Georg Karl von Hevesy war einer der bedeutendsten Gelehrten des 20. Jahrhunderts. Er erhielt den Nobelpreis für Chemie für das Jahr 1943, entdeckte das Hafnium und begründete die Radioanalytische Chemie und die Nuklearmedizin. In dieser Arbeit wird besonders sein Wirken in Freiburg i. Br. beschrieben, wo er 1906 – 1908 studierte, 1926- 1934 das Institut für Physikalische Chemie leitete und nach dem Krieg jedes Jahr einige Wochen verbrachte. Seine Arbeiten in Physik, Chemie, Biologie , Geologie und Medizin sind stark von Interdiszipinarität geprägt.