In this study, experiments and simulations were conducted to investigate ice and snow. The ice sintering force as a function of temperature, pressing force (contact load), contact duration, and particle size during the primary stage of sintering was formulated using experimental methods along with an approximate, semi-analytic, close-form solution. It was shown that the ice sintering force increases nearly linear with increasing external pressing force but best approximated as a power law for dependency on both contact duration and particle size. Moreover, the exponent of the power law for size dependence is around the value predicted by general sintering theory. The temperature dependence of the sintering force is highly nonlinear and follows the Arrhenius equation. It was observed that at temperatures closer to the melting point, a liquid bridge is observed upon these paration of the contacted ice particles. The ratio of ultimate tensile strength of ice to the axial stress concentration factor in tension is found as an important factor in determining the sintering force, and a value of nearly 1.1 MPa was estimated to best catch the sintering force of ice in different conditions. From the temperature dependency, the activation energy is calculated to be around 41.4 kJ/mol, which is close to the previously reported value. Also, the results for the sintering force suggest that smaller particles are “stickier” than larger particles. Moreover, cavitation and surface cracking is observed during the formation of the ice particles and these can be one of the sources for the variations observed in the measured ice sintering force values. The presence of a capillary bridge in contact between an ice particle and a "smooth" (or rough) Aluminum surface at relative humidity around 50% and temperatures below the melting point was experimentally demonstrated. Experiments were conducted under controlled temperature conditions and the mechanical instability of the bridge upon separation of the ice particle from the Aluminum surface with a constant speed was considered. It was observed that a liquid bridge with a more pronounced volume at temperatures near the melting point is formed. It was showen that the separation distance is proportional to the cube root of the volume of the bridge. The volume of the liquidbridge is used to estimate the thickness of the liquid layer on the ice particle and the estimated value was shown to be within the range reported in the literature. The thickness of the liquid layer decreases from nearly 56 nm at -1.7◦C to 0.2 nm at -12.7◦C. The dependence can be approximated with a power law, proportional to (TM − T)−β, where β < 2.6. We further observe that for a rough surface, the capillary bridge formation in the considered experimental conditions vanishes. The Discrete Element Method (DEM) was employed to simulate the filling behavior of dry snow. Snow as a heterogeneous, hot material which is constituted from spherical ice particles which can form bonds. The bonding behavior of ice particles is important in determining the macroscopic behavior of snow. The bond diameter of ice-ice contacts as a function of time, compressive load, and strain rate is used and a DEM for dry snow was developed and programmed in MATLAB. A beam element with implemented damage model was used in the simulation. The simulated parameters were macroscopic angle of repose, packing density, and surface conditions as a function of temperature and fillingrate. The DEM results were able to verify the existing published experimental data. The simulation results showed that angle of repose of snow decreased with decreasing the temperature, the surface became irregular due to particles rotation and re-arrangement for lower falling speeds of particles, and density increased with depth of deposition.

In dieser Arbeit wird die Transmission von hochgeladenen Ionen durch Nanokapillarfolien und makroskopische Glaskapillaren untersucht. Die systematische Analyse des übertragenen Ionenstrahls liefert Informationen zur Physik der Ionentransmission und hier insbesondere zum Einfluss des Anstellwinkels zwischen Kapillarachse und Richtung des einfallenden Ionenstrahls und zum Einfluss der kinetischen Energie des einfallenden Ionenstrahls auf den Transmissionsprozess. Es werden Ionenoptiken aus Nanokapillarfolien und makroskopischen Glaskapillaren konstruiert und deren Eigenschaften zur Ionenstrahlformierung untersucht. Der durch das Kapillartarget transportierte Ionenstrahl wird durch die Ausfallsrichtung μ, die Divergenz Γ, der Intensität N und des Anteils umgeladener Teilchen charakterisiert. Es wird die Abhängigkeit dieser charakteristischen Eigenschaften von der in die Kapillaren eingetragen Ladung untersucht. Weiterhin erfolgt eine exponentielle Annäherung an die Gleichgewichtswerte mit der Aufladungskonstante ρ. Die Aufladungskonstante wächst mit steigendem Anstellwinkel und steigender kinetischer Energie der einfallenden Teilchen, ist aber für alle oben genannten Eigenschaften des ausfallenden Ionenstrahls gleich. Erstmalig werden gleichzeitig alle oben genannten Eigenschaften des transportierten Ionenstrahls in Abhängigkeit von der kinetischen Energie der einfallenden Teilchen untersucht. Die Energieabhängigkeit der Eigenschaften des übertragenen Ionenstrahls wird mit einer exponentiellen Annäherung an einen Grenzwert für hohe kinetische Energien beschrieben und durch den Parameter charakterisiert. Dieser ist für alle Eigenschaften des ausfallenden Ionenstrahls im Rahmen des Messfehlers gleich. Die in dieser Arbeit im Bereich von Ekin. = q · 630 eV bis Ekin. = q · 5600 eV gemessene exponentielle Abhängigkeit des Guiding-Prozesses von der kinetischen Energie unterscheidet sich von der in der Literatur zu findenden Abhängigkeit. Die Divergenz des ausfallenden Ionenstrahls wird gesondert betrachtet. Die Experimente zeigen eine größere Divergenz des ausfallenden Ionenstrahls in Ablenkrichtung als senkrecht zur Ablenkrichtung. Die Strahldivergenz senkrecht zur Ablenkrichtung steigt im untersuchten Energiebereich mit steigendem Anstellwinkel. In Ablenkrichtung wird in Abhängigkeit von der kinetischen Energie eine unterschiedliche Abhängigkeit der Divergenz vom Anstellwinkel gemessen. Das Verhalten wird unter Berücksichtigung des Guiding-Modells diskutiert. Untersuchungen hinsichtlich einer möglichen technischen Anwendbarkeit des Guiding-Prozesses führen zu differenzierten Ergebnissen. Die Messungen mittels einer aus einer Nanokapillarfolie geformten Linse zeigen ein geringes technischen Potenzial, da die Fokussierung des einfallenden Strahls durch die Divergenz des ausfallenden Ionenstrahls kompensiert wird. Im Gegensatz dazu zeigt die Verwendung einer makroskopischen Glaskapillare ein großes Anwendungspotenzial. Die Ionenstromdichte des einfallenden Ionenstrahls konnte mit einer konischen Glaskapillare um den Faktor 8 erhöht werden. Durch die Realisierung eines Potenzialunterschieds zwischen dem Ein- und Ausgang einer makroskopischen Kapillare wird ein Ionenstrahl innerhalb der Kapillare abgebremst. Es wird gezeigt, dass der Guiding-Effekt die Aufweitung des Ionenstrahls während der Abbremsung effektiv verhindert. Dies ermöglicht die Konstruktion einer kompakten Ionenabbremseinheit.

In dieser Arbeit wird die Transmission von hochgeladenen Ionen durch Nanokapillarfolien und makroskopische Glaskapillaren untersucht. Die systematische Analyse des übertragenen Ionenstrahls liefert Informationen zur Physik der Ionentransmission und hier insbesondere zum Einfluss des Anstellwinkels zwischen Kapillarachse und Richtung des einfallenden Ionenstrahls und zum Einfluss der kinetischen Energie des einfallenden Ionenstrahls auf den Transmissionsprozess. Es werden Ionenoptiken aus Nanokapillarfolien und makroskopischen Glaskapillaren konstruiert und deren Eigenschaften zur Ionenstrahlformierung untersucht. Der durch das Kapillartarget transportierte Ionenstrahl wird durch die Ausfallsrichtung μ, die Divergenz Γ, der Intensität N und des Anteils umgeladener Teilchen charakterisiert. Es wird die Abhängigkeit dieser charakteristischen Eigenschaften von der in die Kapillaren eingetragen Ladung untersucht. Weiterhin erfolgt eine exponentielle Annäherung an die Gleichgewichtswerte mit der Aufladungskonstante ρ. Die Aufladungskonstante wächst mit steigendem Anstellwinkel und steigender kinetischer Energie der einfallenden Teilchen, ist aber für alle oben genannten Eigenschaften des ausfallenden Ionenstrahls gleich. Erstmalig werden gleichzeitig alle oben genannten Eigenschaften des transportierten Ionenstrahls in Abhängigkeit von der kinetischen Energie der einfallenden Teilchen untersucht. Die Energieabhängigkeit der Eigenschaften des übertragenen Ionenstrahls wird mit einer exponentiellen Annäherung an einen Grenzwert für hohe kinetische Energien beschrieben und durch den Parameter charakterisiert. Dieser ist für alle Eigenschaften des ausfallenden Ionenstrahls im Rahmen des Messfehlers gleich. Die in dieser Arbeit im Bereich von Ekin. = q · 630 eV bis Ekin. = q · 5600 eV gemessene exponentielle Abhängigkeit des Guiding-Prozesses von der kinetischen Energie unterscheidet sich von der in der Literatur zu findenden Abhängigkeit. Die Divergenz des ausfallenden Ionenstrahls wird gesondert betrachtet. Die Experimente zeigen eine größere Divergenz des ausfallenden Ionenstrahls in Ablenkrichtung als senkrecht zur Ablenkrichtung. Die Strahldivergenz senkrecht zur Ablenkrichtung steigt im untersuchten Energiebereich mit steigendem Anstellwinkel. In Ablenkrichtung wird in Abhängigkeit von der kinetischen Energie eine unterschiedliche Abhängigkeit der Divergenz vom Anstellwinkel gemessen. Das Verhalten wird unter Berücksichtigung des Guiding-Modells diskutiert. Untersuchungen hinsichtlich einer möglichen technischen Anwendbarkeit des Guiding-Prozesses führen zu differenzierten Ergebnissen. Die Messungen mittels einer aus einer Nanokapillarfolie geformten Linse zeigen ein geringes technischen Potenzial, da die Fokussierung des einfallenden Strahls durch die Divergenz des ausfallenden Ionenstrahls kompensiert wird. Im Gegensatz dazu zeigt die Verwendung einer makroskopischen Glaskapillare ein großes Anwendungspotenzial. Die Ionenstromdichte des einfallenden Ionenstrahls konnte mit einer konischen Glaskapillare um den Faktor 8 erhöht werden. Durch die Realisierung eines Potenzialunterschieds zwischen dem Ein- und Ausgang einer makroskopischen Kapillare wird ein Ionenstrahl innerhalb der Kapillare abgebremst. Es wird gezeigt, dass der Guiding-Effekt die Aufweitung des Ionenstrahls während der Abbremsung effektiv verhindert. Dies ermöglicht die Konstruktion einer kompakten Ionenabbremseinheit.:1 Transport hochgeladener Ionen durch Mikro- und Nanokapillaren 2 Methodische Grundlagen der Ionentransmissionsexperimente 3 Transmission durch Nanokapillarfolien 4 Transmission durch eine makroskopische Glaskapillare 5 Zusammenfassung und Ausblick

A vitamina C e a vitamina E são antioxidantes naturais encontrados em diversas frutas e verduras frescas, em óleos vegetais e germem de trigo. Produtos cosméticos, contendo essas vitaminas em forma de ésteres, têm sido desenvolvidos e disponibilizados comercialmente, ressaltando-se que o aspecto natural dessas induz seu uso em cremes e loções. Por isso, torna-se necessário a validação de metodologias analíticas para identificar essas vitaminas em preparações cosméticas, tanto para o controle da qualidade do produto como para a segurança do consumidor. O presente trabalho tem como objetivo a validação das metodologias analíticas para determinação e quantificação do derivado do ácido ascórbico, tetraisopalmitato de ascorbila e o princípio ativo acetato de tocoferila que estão associados nas formulações cosméticas. A técnica de espectrofotometria no ultravioleta (UV) e a análise térmica foram empregadas na caracterização desses princípios ativos. Para a quantificação dos ativos foram desenvolvidas metodologias analíticas empregando as seguintes técnicas: espectrofotometria derivada no UV; eletroforese capilar e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A metodologia desenvolvida por espectrofotometria derivada no UV não demonstrou ser aplicável devido à interferência dos excipientes presentes na formulação. Para determinação dos ativos tetraisopalmitato de ascorbila e acetato de tocoferila, foi validado um método por CLAE em fase reversa, empregando-se a coluna Synergi Hidro® C18, fase móvel metanol:2-propanol (25:75), vazão 1,0 mL/min e detecçao UV à 222 nm. As amostras foram extraídas sem grande complexidade e os ativos puderam ser determinados em 3 min e 6 min, para o acetato de tocoferila e o tetraisopalmitato de ascorbila respectivamente. O desenvolvimento da metodologia por eletroforese capilar utilizando-se a técnica de MEEKC (Cromatografia Eletrocinética em Microemulsão) usando a microemulsão óleo-aquosa não demonstrou ser adequada para determinação dos princípios ativos em estudo, sendo que o trabalho terá como perspectivas a tentativa da MEEKC usando a microemulsão aquosa-oleosa. / Vitamin C and vitamin E are natural antioxidants found in many fruits and fresh vegetables, vegetable oils and seed wheat. Cosmetics containing these vitamins in the form of esters have been developed and made available commercially, highlighting the fact that the \"natural\" induces its use in these creams and lotions. Than, it is necessary the validation of analytical methodologies to identify these vitamins in cosmetic preparations, both for the control of product quality and for the safety of consumers. The present work aims the validation of analytical methodologies for determining and quantifying the derivative of ascorbic acid, ascorbyl tetraisopalmitate and the active tocopheryl acetate that are associated in cosmetic formulations. The techniques of UV spectrophotometry and the thermal analysis were used in the characterization of these active ingredients. For the quantification of the actives, analytical methodologies were developed using the following techniques: the UV first-derivative spectrophotometry (UVD), high performance liquid chromatography (HPLC) and capillary electrophoresis (CE). The methodology developed by UV first-derivative spectrophotometry do not showed to be applicable due to the interference of excipients in the formulation. To determine the actives ascorbyl tetraisopalmitate and tocopheryl acetate, a method has been validated by reverse-phase HPLC, using the column Synergi Hidro ® C18, mobile phase methanol :2-propanol (25:75), flow rate 1.0 mL / min and UV detection 222 nm. The samples were extracted without great complexity and the actives could be determined in 3 min and 6 min, for the tocopheryl acetate and ascorbyl tetraisopalmitate respectively. The development of methodology for capillary electrophoresis using the technique of MEEKC (Microemulsion Electrokinetic Chromatography) using the oil-in-water (o/w) microemulsion do not showed to be suitable for determination of active ingredients in the study, and that the work will attempt the prospects of using MEEKC the water-in-oil (w/o) microemulsion.

A vitamina C e a vitamina E são antioxidantes naturais encontrados em diversas frutas e verduras frescas, em óleos vegetais e germem de trigo. Produtos cosméticos, contendo essas vitaminas em forma de ésteres, têm sido desenvolvidos e disponibilizados comercialmente, ressaltando-se que o aspecto natural dessas induz seu uso em cremes e loções. Por isso, torna-se necessário a validação de metodologias analíticas para identificar essas vitaminas em preparações cosméticas, tanto para o controle da qualidade do produto como para a segurança do consumidor. O presente trabalho tem como objetivo a validação das metodologias analíticas para determinação e quantificação do derivado do ácido ascórbico, tetraisopalmitato de ascorbila e o princípio ativo acetato de tocoferila que estão associados nas formulações cosméticas. A técnica de espectrofotometria no ultravioleta (UV) e a análise térmica foram empregadas na caracterização desses princípios ativos. Para a quantificação dos ativos foram desenvolvidas metodologias analíticas empregando as seguintes técnicas: espectrofotometria derivada no UV; eletroforese capilar e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A metodologia desenvolvida por espectrofotometria derivada no UV não demonstrou ser aplicável devido à interferência dos excipientes presentes na formulação. Para determinação dos ativos tetraisopalmitato de ascorbila e acetato de tocoferila, foi validado um método por CLAE em fase reversa, empregando-se a coluna Synergi Hidro® C18, fase móvel metanol:2-propanol (25:75), vazão 1,0 mL/min e detecçao UV à 222 nm. As amostras foram extraídas sem grande complexidade e os ativos puderam ser determinados em 3 min e 6 min, para o acetato de tocoferila e o tetraisopalmitato de ascorbila respectivamente. O desenvolvimento da metodologia por eletroforese capilar utilizando-se a técnica de MEEKC (Cromatografia Eletrocinética em Microemulsão) usando a microemulsão óleo-aquosa não demonstrou ser adequada para determinação dos princípios ativos em estudo, sendo que o trabalho terá como perspectivas a tentativa da MEEKC usando a microemulsão aquosa-oleosa. / Vitamin C and vitamin E are natural antioxidants found in many fruits and fresh vegetables, vegetable oils and seed wheat. Cosmetics containing these vitamins in the form of esters have been developed and made available commercially, highlighting the fact that the \"natural\" induces its use in these creams and lotions. Than, it is necessary the validation of analytical methodologies to identify these vitamins in cosmetic preparations, both for the control of product quality and for the safety of consumers. The present work aims the validation of analytical methodologies for determining and quantifying the derivative of ascorbic acid, ascorbyl tetraisopalmitate and the active tocopheryl acetate that are associated in cosmetic formulations. The techniques of UV spectrophotometry and the thermal analysis were used in the characterization of these active ingredients. For the quantification of the actives, analytical methodologies were developed using the following techniques: the UV first-derivative spectrophotometry (UVD), high performance liquid chromatography (HPLC) and capillary electrophoresis (CE). The methodology developed by UV first-derivative spectrophotometry do not showed to be applicable due to the interference of excipients in the formulation. To determine the actives ascorbyl tetraisopalmitate and tocopheryl acetate, a method has been validated by reverse-phase HPLC, using the column Synergi Hidro ® C18, mobile phase methanol :2-propanol (25:75), flow rate 1.0 mL / min and UV detection 222 nm. The samples were extracted without great complexity and the actives could be determined in 3 min and 6 min, for the tocopheryl acetate and ascorbyl tetraisopalmitate respectively. The development of methodology for capillary electrophoresis using the technique of MEEKC (Microemulsion Electrokinetic Chromatography) using the oil-in-water (o/w) microemulsion do not showed to be suitable for determination of active ingredients in the study, and that the work will attempt the prospects of using MEEKC the water-in-oil (w/o) microemulsion.