Berlin, Techn. Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Techn. Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Humboldt-Universiẗat, Diss., 2000.

Bielefeld, Universiẗat, Diss., 2002.

In dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten und Grenzen für Zirkulardichroismus-Messungen mit Synchrotronstrahlung untersucht. Dazu wurde ein Messaufbau für Zirkulardichroismus-Messungen an zwei Strahlrohren am Berliner Elektronenspeicherring für Synchrotronstrahlung eingesetzt, die für Messungen im Bereich des ultravioletten Lichts geeignet sind. Eigenschaften der Strahlrohre und des Messaufbau wurden in einigen wichtigen Punkten mit kommerziellen Zirkulardichroismus-Spektrometern verglichen. Der Schwerpunkt lag auf der Ausdehnung des zugänglichen Wellenlängenbereichs unterhalb von 180 nm zur Untersuchung des Zirkulardichroismus von Proteinen in diesem Bereich. In diesem Bereich ist es nicht nur die Lichtquelle sondern vor allem die Absorption des Lichts durch Wasser, die den Messbereich bei der Messung biologischer Proben in wässriger Lösung einschränkt. Es wurden Bedingungen gefunden, unter denen der Messbereich auf etwa 160 nm, in einigen Fällen bis auf 130 nm ausgedehnt werden konnte. Dazu musste die Pfadlänge deutlich reduziert werden und verschieden Probenküvetten wurden getestet. Der Einfluss der dabei auftretenden Spannungsdoppelbrechung in den Probenküvetten auf das Messsignal konnte mit einem alternativen Messaufbau deutlich reduziert werden. Systematische Fehler im Messsignal und auftretende Strahlenschäden begrenzen jedoch die Zuverlässigkeit der gemessenen Spektren. Bei Proteinfilmen schränkt die Absorption von Wasser den Messbereich kaum ein. Es wurden jedoch meist deutliche Unterschiede zwischen den Spektren von Proteinfilmen und den Spektren von Proteinen in wässriger Lösung festgestellt. Solange diese Unterschiede nicht minimiert werden können, stellen Proteinfilme keine praktikable Alternative zu Messungen in wässriger Lösung dar. / The possibilities and limitations for synchrotron radiation circular dichroism measurements were investigated in this thesis. Therefore an experimental setup to measure circular dichroism was used at two beamlines at the “Berliner Elektronenspeicherring für Synchrotronstrahlung”(BESSY), which were suitable in the ultraviolet range of light. Properties of the beamlines and the experimental setup were compared to those of commercial circular dichroism spectrometer in some important points. The focus was on the extension of the accessible wavelength range below 180 nm, with the aim to investigate the circular dichroism of proteins in that range. It is not only the light source that limits measurements with aqueous solutions in that range, but mainly the absorption of the light by water. Conditions were found under which the wavelength range was extended to about 160 nm, in some cases even to 130 nm. To achieve this, a significant reduction of the pathlength was necessary. Several sample cells were tested for their usability. The effect of birefringence within the sample cells on the circular dichroism signal could be reduced strongly with an alternative experimental setup. However systematic errors in the circular dichroism signal and appearing radiation damage of the proteins limits the reliability of the measured spectra. By using protein films, the light absorption by water is not a problem anymore. However, significant differences between the circular dichroism spectra of protein films and proteins in aqueous solution occurred in most of the cases. Unless these differences can be eliminated, measuring protein films is not an alternative to measurements in aqueous solution.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

Water aerosols affect the climate because they have an impact on the radiation balance and cloud formation. Water is present in all forms in the atmosphere (water, ice and steam), for example as rain and hail. Water aerosols play an important role in many biological and chemical processes in the atmosphere. The most common form of water in the atmosphere is water droplets or vapor which often come from oceans and lakes and these aerosols often contain organic compounds. It is therefore interesting to study if organic compounds, in this case glycerol, will reside on the surface or inside the water droplets. The investigations were performed by using theoretical studies, molecular dynamic simulations in GROMACS, and experimental investigations; X-ray photoelectron spectroscopy with a liquid jet. The experiments were performed at BESSY II, Berlin. The concentrations of glycerol were varied from 75:1; 8:1 to 4:1 (water: glycerol molecules). The results were that the experiments and simulations indicated that when theconcentration of glycerol increased the glycerol concentration at the surface of the waterdroplet increases until a monolayer of glycerol molecules was formed at the surface. When the monolayer was formed (or close to) less and less glycerol molecules were placed at thewater surface and more and more glycerol molecules were placed in the bulk of the waterdroplet. / Vattenaerosoler påverkar klimatet eftersom de har en inverkan på strålningsbalansen och molnbildningen. Vatten finns i alla former i atmosfären (vatten, is och ånga) som bland annat regn och hagel. Vatten aerosolerna spelar en viktig roll i många kemiska och biologiska processer i atmosfären. Den vanligaste formen av vatten i atmosfären är små vattendroppar eller ånga som ofta kommer från hav och sjöar och som ofta innehar organiska föreningar. Då vattenaerosoler påverkar klimatet och organiska föreningar är vanligt förekommande i vattendroppar är det intressant att undersöka om organiska föreningar, i detta fall glycerol, hamnar på ytan eller inuti vattnet. Undersökningarna har gjorts genom att använda teoretiska perspektiv, molekylärdynamiska simuleringar i GROMACS, samt experimentella undersökningar i form av röntgen fotoelektronspektroskopi med en vätskejet. Dessa experiment utfördes i BESSY II, Berlin. Koncentrationerna av glycerol varierades från75:1; 8:1 till 4:1 (vatten: glycerolmolekyler). Resultaten från experimenten och simuleringarna indikerade att när koncentrationen av glycerol ökade så ökade glycerolkoncentrationen på ytan av vattendroppen tills det bildades ett monolager av glycerolmolekyler på vattenytan. När monolagret hade bildats så placerades mindre och mindre glycerolmolekyler på vattenytan och fler och fler glycerolmolekyler placerades inne i vattendroppen.

Die vorliegende Arbeit behandelt die radiometrische Nutzung von Wellenlängenschiebern an Elektronenspeicherringen. Die grundsätzlichen Aspekte der Radiometrie, der technischen Voraussetzungen und des Einflusses von Wellenlängenschiebern auf den Speicherring werden am Beispiel eines bei BESSY installierten Gerätes aufgezeigt. Ein Großteil der Rechnungen wurden mit dem Programm WAVE durchgeführt, das im Rahmen der Arbeit entwickelt wurde. WAVE erlaubt die Berechnung der Synchrotronstrahlung von Wellenlängenschiebern mit einer relativen Unsicherheit von 1/100000. Maschinenphysikalische Eigenschaften eines Wellenlängenschiebers und eine Erzeugenden-Funktion für symplektische Tracking-Rechnungen können ebenfalls mit WAVE berechnet werden. Letztere wurden in den Tracking-Code BETA implementiert. Damit lassen sich die Einflüsse von Insertion Devices auf die dynamische Apertur und die Emittanz des Speicherringes untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studien führten zum Konzept alternierender High- und Low-Beta-Sektionen, die den Betrieb supraleitender Insertion Devices bei BESSY-II ohne signifikante Störung der Speicherringoptik ermöglichen. Um auch die experimentelle Seite der Radiometrie an Wellenlängenschiebern zu untersuchen, wurde ein Programm auf der Basis des Monte-Carlo-Codes GEANT4 entwickelt. Es erlaubt die Simulation der radiometrischen Messung und der Absorptionseigenschaften des Detektors. Mit den entwickelten Programmen wurden erste radiometrische Messungen der PTB analysiert. Ein Vergleich zwischen Messungen und Rechnung zeigt eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit Abweichungen von ca. fünf Prozent für Messungen im Energiebereich zwischen 40 keV und 120 keV hinter einem 1-mm-Kupferfilter. Eine bessere Übereinstimmung wurde im Bereich von 20 - 80 keV ohne Kupferfilter erzielt. In diesem Fall stimmen die gemessenen Daten im Rahmen der systematischen Unsicherheiten von zwei Prozent mit den Rechnungen überein. / Subject of this thesis are the operation of wave-length shifters at electron storage rings and their use in radiometry. The basic aspects of the radiometry, the technical requirements, the influence of wave-length shifters on the storage ring, and results of first measurements are presented for a device installed at BESSY. Most of the calculations are carried out by the program WAVE, which has been developed within this thesis. WAVE allows to calculate the synchrotron radiation spectra of wave-length shifters within an relative uncertainty of 1/100000. The properties of wave-length shifters in terms of accelerator physics as well as a generating function for symplectic tracking calculations can also be calculated by WAVE. The later was implemented in the tracking code BETA to investigate the influence of insertion devices on the dynamic aperture and emittance of the storage ring. These studies led to the concept of alternating low- and high-beta-sections at BESSY-II, which allow to operate superconducting insertion devices without a significant distortion of the magnetic optics. To investigate the experimentel aspects of the radiometry at wave-length shifters, a program based on the Monte-Carlo-code GEANT4 has been developed. It allows to simulate the radiometrical measurements and the absorption properties of detektors. With the developed codes first radiometrical measurements by the PTB have been analysed. A comparision of measurements and calculations show a reasonable agreement with deviations of about five percent in the spectral range of 40 - 60 keV behind a 1-mm-Cu filter. A better agreement was found between 20 keV and 80 keV without Cu filter. In this case the measured data agreed within a systematic uncertainty of two percent with the results of the calculations.

Clusters/nanoparticles are aggregates of a “small” number of building blocks, atoms or molecules, ranging from two up to millions of atoms. Two main groups of clusters have been studied using photoelectron spectroscopy based on synchrotron radiation. They are dry/wet alkali-halide clusters, including pure water clusters, and metal-based nanoparticles. For the dry alkali halide clusters, analysis of the data and theoretical modeling has allowed us insights into the local electronic properties at nanoscale: a change of polarizability of ions in the alkali-halide clusters due to the varying environment has been suggested. The study of the wet salt clusters shows that the alkali-halides are already solvated at the nanoscale reached by water clusters doped with salt vapor. The photoelectron angular distribution of water cluster shows lower anisotropy parameters as compared to the separate monomers. A model based on intracluster scattering has been built to partly explain the reduction. In the last part of the thesis, metal-based multi-component nanoparticles have been produced by self-assembly processes using reactive magnetron sputtering. Depending on the specific metal element, oxidation processes have been applied before or after the aggregation. Clearly radial distributions such as core-shell and “sandwich-like” structures have unambiguously determined by photoelectron spectroscopy.

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