<p> When excited in the region 365-436 nm in the gas phase, 2,3-pentanedione is shown to emit fluorescence and phosphorescence. The absolute emission yields have been determined and the radiationless processes removing the excited singlet and triplet states have been considered. </p> <p> The radiationless processes removing the triplet state have been investigated in different temperatures and concentrations and are shown to be intersystem crossing to the ground state, a temperature dependent unimolecular reaction and a temperature dependent bimolecular self-quenching reaction. </p> <p> Excitation at 365 nm causes emission from vibrationally excited levels of the singlet state. The variation of the fluorescence yield with pressure at this excitation wavelength is compatible with either a strong or weak collision mechanism for vibrational deactivation within the singlet manifold. Phosphorescence yield measurements support this conclusion. </p> <p> A consistent mechanism is proposed to describe the system and is tested with fluorescence, phosphorescence, and lifetime measurements at various temperatures and concentrations. </p> <p> The interaction of the triplet state of pentanedione with various classes of substrate has been investigated. Emphasis has been placed on temperature dependence of the reaction modes. The possibility of energy transfer from the triplet pentanedione molecule has been investigated with 1,3-butadiene and cyclopentadiene at different temperatures. The butadiene quenching system is kinetically simple at all temperatures studied, whereas the cyclopentadiene is simple at high temperatures but complex at lower temperatures. This behaviour has been reconciled with reversible energy transfer in the gas phase triplet pentanedione/cyclopentadiene system at the lower temperature. A mechanism is proposed which demonstrates directly the intermediacy of the triplet cyclopentadiene species and, therefore, confirms the energy transfer nature of the interaction. The energy transfer rate constants are discussed with respect to the current models of energy transfer to dienes. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

In the medical field, the applications of ultraviolet (UV) radiation are limited to skin or reachable sites due to its low penetration depth into biological tissue. Contrary to UV radiation, X-rays can penetrate the body with almost no attenuation, but they result in toxic side effects. Inorganic scintillators absorb X-rays and convert them into UV or visible photons and are usually used for medical imaging. We propose the use of high density inorganic nanoscale scintillators with the ability to absorb externally applied ionizing radiation directly at the site of application, e.g., inside a tumor, and to convert this ionizing radiation into UV photons in situ, enabling new biomedical applications inside the body. In this thesis, two specific new biomedical applications are discussed in detail: The first application is the use of UV-B emitting nanoscale scintillators for highly localized drugs released or activation of photoactivable therapeutics using only X-rays. The second novel approach is the use of UV-C emitting nanoscale scintillators as radiation sensitizers. However, size-reduction of inorganic scintillators, and most inorganic phosphors in general, usually result in quenching of the photoluminescence properties, defects on the surface of the particles, and a decrease of radiation hardness. Colloidal solutions of nearly monodisperse LaPO4:Gd nanocrystals (5nm) were shown to strongly emit UV radiation upon excitation with X-rays or vacuum UV radiation (160nm). The UV emission of the particles consisted mainly of a single line at 311nm. This UV-B emission of the particles was used to excite the fluorescence of laser dyes dissolved in the colloids. The emission of the dyes was also observed in the case of high dye concentrations, proving that the concept of using radiation with a high penetration depth (X-rays) to excite fluorescence emission with a low penetration depth (UV-B) wavelength is feasible. Pr-doped LuPO4 emits UV-C radiation between 225 and 280nm, where DNA shows strong absorption bands. Therefore, a systematic study of the luminescence of LuPO4:Pr was performed: Different doping concentrations, particle sizes, and excitation sources were compared. Furthermore, it was found that Pr and Nd co-doped LuPO4 results in increased UV-C emission independent of excitation source due to energy transfer. The highest UV-C emission intensity was observed for LuPO4:Pr,Nd(1%,2.5%) upon X-ray irradiation. Finally, LuPO4:Pr,Nd nanoparticles were synthesized, and the biological efficacy of the combined approach (X-rays and UV-C) was assessed using the colony formation assay. Cell culture experiments confirm increased cell death compared to X-rays alone due to the formation of UV-specific DNA damages, supporting the application of the herein synthesized particles as radiation sensitizers.

Die Herstellung hochqualitativer Produkte in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie erfordert den Einsatz reproduzierbarer Reinigungsprozesse. Häufig wird die nasschemische Reinigung als Cleaning in Place Verfahren angewandt. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Optimierung von Reinigungsprozessen im nicht immergierten System insbesondere bei der Anwendung gravitationsgetriebener Flüssigkeitsfilme. Inhalte sind Untersuchungen zum Benetzungs- und Strömungsverhalten im Vergleich zur Reinigungswirkung von Flüssigkeitsfilmen. Als Modellverschmutzungen wurden zwei lebensmitteltypische Bestandteile in Kombination mit partikulären Anteilen eingesetzt. Im Ergebnis konnte nachgewiesen werden, dass sich das Reinigungsverhalten der gewählten Verschmutzungen mit der Hydrodynamik am Beispiel von Flüssigkeitsfilmen beschreiben lässt. Zusätzlich wurde ein neuartiger Ansatz zur Optimierung der Reinigungseffizienz durch die Anwendung diskontinuierlicher Flüssigkeitsfilme untersucht. Dadurch konnte gezeigt werden, dass der Ressourceneinsatz gegenüber einer kontinuierlichen Flüssigkeitsfilmströmung signifikant verringert werden kann, wobei die Reinigungszeit nur geringfügig steigt.:Danksagung ... II Inhaltsverzeichnis ... III Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen ... VI Abkürzungsverzeichnis ... XVI 1 Einleitung, Motivation und Gegenstand der Arbeit ... 1 2 Grundlagen der Reinigung ... 3 2.1 Begriffserklärung ... 3 2.2 Industrielle Reinigungsprozesse ... 3 2.2.1 Einordnung ... 3 2.2.2 Reinigungsgeräte für die Nassreinigung im nicht immergierten System ... 8 2.3 Reinigungsvorgänge im nicht immergierten System ... 10 2.3.1 Komponenten des Reinigungssystems ... 10 2.3.2 Schmutzhaftmechanismen ... 20 2.3.3 Reinigungsmechanismen und Wirkzusammenhänge ... 23 2.3.4 Reinigungskinetik ... 28 3 Methoden für Reinigungsuntersuchungen ... 32 3.1 Einordnung ... 32 3.2 Industrielle Methoden ... 33 3.3 Wissenschaftliche Methoden ... 35 4 Gravitationsgetriebene Flüssigkeitsfilmströmungen ... 37 4.1 Einteilung von Filmströmungen und Filmkennzahlen ... 37 4.2 Kennzahlen zur Oberflächenbenetzung ... 40 4.3 Filmdicke und Filmoberflächenwelligkeit ... 47 4.3.1 Modellvorstellungen und Kennzahlen ... 47 4.3.2 Experimentelle Methoden ... 50 4.4 Strömungsgeschwindigkeit ... 54 4.4.1 Modellvorstellungen und Kennzahlen ... 54 4.4.2 Experimentelle Methoden ... 58 5 Zielsetzung und Lösungsweg ... 61 5.1 Problemstellung ... 61 5.2 Arbeitshypothese ... 62 5.3 Vorgehen ... 62 5.4 Zusammenhang mit anderen Arbeiten ... 63 6 Material und Methoden ... 64 6.1 Auswahl Substrate ... 64 6.2 Topografiebestimmung ... 64 6.3 Kontaktwinkelmessung ... 66 6.4 Untersuchungsobjekt ... 68 6.5 Grundaufbau der Versuchsanlage ... 68 6.6 Auswahl der Flüssigkeit ... 70 6.7 Festlegung der Einstellparameter für die Strömungs- und Reinigungsmessungen ... 71 6.8 Charakterisierung des Stoffsystems ... 71 6.8.1 Quellverhalten ... 71 6.8.2 Bindungskräfte ... 77 6.9 Hydrodynamik ... 79 6.9.1 Oberflächenbenetzung ... 79 6.9.2 Filmdicke ... 85 6.9.3 Strömungsgeschwindigkeit ... 102 6.10 Reinigungsuntersuchungen ... 115 6.10.1 Auswahl der Modellverschmutzungen ... 115 6.10.2 Auswahl und Konzeption der Messdatenerfassung ... 117 6.10.3 Versuchsaufbau ... 119 6.10.4 Aufnahmeparameter ... 121 6.10.5 Benetzungseinfluss auf die Phosphoreszenzintensität ... 123 6.10.6 Methode zur reproduzierbaren Verschmutzung ebener Substrate ... 125 6.10.7 Überprüfung der Reproduzierbarkeit und Gleichmäßigkeit der Verschmutzungsmethode ... 128 6.10.8 Versuchsablauf ... 130 6.10.9 Messdatenaufbereitung und -auswertung ... 130 7 Versuchsauswertung und Ergebnisse ... 140 7.1 Charakterisierung der Verschmutzung ... 140 7.1.1 Quellverhalten ... 140 7.1.2 Bindungskräfte ... 144 7.1.3 Zusammenfassung der Verschmutzungscharakterisierung ... 150 7.2 Hydrodynamik gravitationsgetriebener Flüssigkeitsfilme ... 151 7.2.1 Oberflächenbenetzung ... 151 7.2.2 Filmdicke und Filmdickenverteilung ... 163 7.2.3 Strömungsgeschwindigkeit ... 171 7.2.4 Zusammenfassung der Hydrodynamik gravitationsgetriebener Flüssigkeitsfilme ... 180 7.3 Reinigungsverhalten gravitationsgetriebener Flüssigkeitsfilme ... 182 7.3.1 Reinigungskinetik ... 182 7.3.2 Gereinigte Zonen ... 185 7.3.3 Einfluss des Flächenverschmutzungsgewichtes ... 187 7.3.4 Einfluss der Betriebsparameter ... 188 7.3.5 Reinigungseffizienz ... 191 7.3.6 Einfluss der Oberfläche ... 193 7.3.7 Fehlerdiskussion ... 195 7.3.8 Zusammenfassung des Reinigungsverhaltens ... 197 8 Vergleich Reinigungsverhalten und Hydrodynamik gravitationsgetriebener Flüssigkeitsfilme ... 198 8.1 Vorbemerkungen zum Vergleich ... 198 8.2 Einfluss Strömungsparameter auf das Reinigungsverhalten ... 198 8.2.1 Einfluss der Filmdicke und Filmdickenverteilung ... 198 8.2.2 Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit ... 199 8.3 Einfluss abgeleiteter Größen auf das Reinigungsverhalten ... 201 8.3.1 Einfluss der Wandschubspannung ... 201 8.3.2 Einfluss der Grenzschichtdicke ... 202 8.4 Zusammenfassung des Vergleiches zwischen Reinigungsverhalten und Hydrodynamik ... 205 9 Optimierungsansatz: diskontinuierliche Flüssigkeitsfilme ... 207 10 Zusammenfassung und Ausblick ... 211 Literaturverzeichnis ... 214 Anhangverzeichnis ... 229