This work entails efforts to understand effects of solvent choice on paracetamol crystallization. Various techniques have been developed and implemented to study aforementioned. A clear-cut, direct evidence of two-step nucleation mechanism is demonstrated using a bench top Raman spectrometer and a novel method named as OSANO. / Polymorphismus ist die Eigenschaft vieler anorganischer und insbesondere organischer Moleküle, in mehr als einer Struktur zu kristallisieren. Es ist wichtig, die Faktoren zu verstehen, die den Polymorphismus beeinflussen, da er viele physikochemische Eigenschaften wie Stabilität und Löslichkeit beeinflusst. Nahezu 80 % der vermarkteten Medikamente weisen Polymorphismus auf. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Wahl des organischen Lösungsmittels auf den Polymorphismus von Paracetamol untersucht und verschiedene Methoden entwickelt und angewandt, um den Einfluss genauer zu verstehen. Es wurde festgestellt, dass Ethanol viel stärker auf Paracetamol-Kristallisation als Methanol wirkt. Nichtgleichgewichts-Molekulardynamiksimulationen mit periodischer, simulierter Abkühlung (Simulated Annealing) wurden verwendet, um Vorläufer der metastabilen Zwischenprodukte im Kristallisationsprozess zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass die Strukturen der Bausteine der Paracetamol-Kristalle durch geometrische Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Paracetamol bestimmt werden. Die statistisch häufigsten Bausteine in der Selbstassemblierung definieren die finale Kristallstruktur. Ein speziell angefertigter akustischer Levitator hat die Proben zuverlässig gehalten, wodurch die Untersuchung des Einflusses von Lösungsmitteln ermöglicht, heterogene Keimbildung abgeschwächt und andere Umgebungsfaktoren stabilisiert wurden. Die Kristallisation wurde in diesem Aufbau mit zeitaufgelöster In-situ-Raman-Spektroskopie verfolgt und mit einer neuen Zielfunktion basierenden Methode der nichtnegativen Matrixfaktorisierung (NMF) analysiert. Orthogonale Zeitrafferfotografie wurde in Verbindung mit NMF verwendet, um eindeutige und genaue Faktoren zu erhalten, die sich auf die Spektren und Konzentrationen verschiedener Anteile der Paracetamol-Kristallisation beziehen, die als latente Komponenten in den unbehandelten Daten vorhanden sind. / Polymorphism is the property exhibited by many inorganic and organic molecules to crystallize in more than one crystal structure. There is a strong need for understanding the influencing factors on polymorphism, as it is responsible for differences in many physicochemical properties such as stability and solubility. Nearly 80 % of marketed drugs exhibit polymorphism. In this work, we took the model system of paracetamol to investigate the influence of solvent choice on its polymorphism. Different methods were developed and employed to understand the influence of small organic solvents on the crystallization of paracetamol. Non-equilibrium molecular dynamics simulations with periodic simulated annealing were used as a tool to probe the nature of precursors of the metastable intermediates occurring in the crystallization process. Using this method, it was found that the structures of the building blocks of crystals of paracetamol is governed by solvent-solute interactions. In situ Raman spectroscopy was used with a custom-made acoustic levitator to follow crystallization. This set-up is a reliable method for investigating solvent influence, attenuating heterogeneous nucleation and stabilizing other environmental factors. It was established that as a solvent, ethanol is much stronger than methanol in its effect of driving paracetamol solutions to their crystal form. The time-resolved Raman spectroscopy crystallization data was processed using a newly developed objective function based non-negative matrix factorization method (NMF). An orthogonal time-lapse photography was used in conjunction with NMF to get unique and accurate factors that pertain to the spectra and concentrations of different moieties of paracetamol crystallization existing as latent components in the untreated data.

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Capillary trapping plays a central role in the geological storage of CO2, oil recovery, and water soil infiltration. The key aim of this study is to investigate the impact of surface properties (wettability, roughness, heterogeneous mineral composition) on the dynamics of quasi-static fluid displacement process and capillary trapping efficiency in porous medium. We concluded that for homogeneous wet smooth glass beads surfaces, a transition in fluid displacement pattern occurs from a compact (for θ < 90°; imbibition process) to a fractal front-pattern (for θ > 90°; drainage process) leading to a crossover in capillary trapping efficiency from zero to maximum. The impact of surface roughness on capillary trapping efficiency was also studied, and an opposite trends in terms of wettability dependency was observed. Rough natural sands surfaces depicts a non-monotonous wettability dependency, i.e. a transition from maximal trapping (for θ < 90°) to no-trapping occurs (at θ = 90°), followed by an increase to medium trapping (for θ > 90°). For a fractional-wet media, the percolating cluster of hydrophobic sediments (connected hydrophobic pathways) characterize the fluid displacement pattern and trapping efficiency.

In dieser Habilitationsschrift werden elf ausgewählte Zeitschriftenartikel vorgestellt. Alle Artikel zielen darauf ab, die Heterogenität der Betriebe des Agrarsektors durch eine bessere Auflösung der Angebotsmodelle zu berücksichtigen. Der erste Abschnitt konzentriert sich auf die Anwendungen mit dem partiellen Gleichgewichtsmodell CAPRI. Der Abschnitt deckt ein breites Spektrum politischer Fragen ab, zum Beispiel, Kopplung bzw. Konvergenz der Direktzahlungen, Ökologisierung, Verringerung der Treibhausgasemissionen und Kohlenstoffsequestrierung. Ich zeige, dass betriebsbezogene Angebotsmodelle eine detailliertere Analyse politischer Auswirkungen ermöglichen. Zudem erlauben diese Angebotsmodelle eine Verknüpfung mit Modellen höherer räumlicher Auflösung. Der zweite Abschnitt befasst sich mit methodischen Fragen zur Schätzung struktureller Veränderungen auf der Ebene der Betriebstypen in einem EU-weiten Ansatz. Der entwickelte Ansatz hilft, Faktoren, die den landwirtschaftlichen Strukturwandel beeinflussen, besser zu bestimmen und bietet die Möglichkeit einer umfassenden Analyse des landwirtschaftlichen Strukturwandels in der EU. Es wird gezeigt, dass die Ergebnisse zum Strukturwandel auch in der Modellierung berücksichtigt werden können. Dafür wurden Methoden entwickelt, die die Wahrung der Konsistenz der regionalen Ebene und die Berücksichtigung von betriebstypspezifischen Bilanzen, Indikatoren und Veränderungen in der Zahl der landwirtschaftlichen Betriebe gewähren. Der letzte Abschnitt befasst sich mit Methoden zur Rückschätzung von zensierten Daten. Ich untersuche verschiedene Datenaggregationsansätze, wie zum Beispiel, ein lokales gewichtetes Durchschnittsverfahren und ein bayesianisches Schätzverfahren, um Parameter für die zensierten Daten zu ermitteln, die der Realität so weit wie möglich entsprechen. / In this habilitation thesis, eleven selected journal articles were presented. All articles aimed to improve the resolution and thus reduce aggregation error to better account for farm heterogeneity in the agricultural sector models. The first section focused on model application with the partial equilibrium model CAPRI at the farm-type level. It covered many policy issues, such as coupling, convergence, greening, GHG mitigation, and carbon sequestration. I demonstrate that the farm-type supply models enable a detailed analysis of various policy impacts. It was demonstrated that the EU's supply models could improve model linkage with higher spatial resolution models, thus further closing the gap with spatial land-use models. The second section addressed significant methodological queries about estimating structural changes at the farm-type level in an EU-wide approach. A regional approach helps to identify better factors affecting agricultural structural change. The approach offers the opportunity for a comprehensive and previously unachievable analysis of agricultural structural change in the EU. Integrating the development into the CAPRI farm-type model poses challenges with the top-down approach. It requires maintaining consistency with the regional NUTS2 level and considering farm-type-specific balances, indicators, and changes in the number of farms from the structural change estimation. The last section addressed methods for back-estimating censored data. I explored different data aggregation approaches, such as a local weighted average method and a Bayesian estimation procedure, to establish parameters for the censored data that match reality as closely as possible.