Universiẗat, Diss., 1999--Marburg.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Dresden.

Universiẗat, Diss., 2003--Frankfurt (Main).

Techn. University, Diss., 2004--Dresden.

University, Diss., 2005--Jena.

Concentrations of harmful airborne substances are much higher in indoor air than outdoors. Furniture, cleansing agents, paints, solvents, carpets and floors release numerous volatile organic compounds (VOCs), which can only be reduced through adequate ventilation. The present investigation considered data of 463 participants in the fourth year of age within a project of the Helmholtz Centre for Environmental Research. 39 of them developed wheezing symptoms, 148 bronchitis and 397 infections. A novel model, based on logistic regression, was used to find associations between certain VOC concentrations and the outcome of airway diseases. The analysis involved gender, contact with cats, environmental tobacco smoke (ETS), and the prevalence of atopy in both parents. The aim was to find threshold concentrations of VOCs and to give recommendations for the abatement of environmentally caused diseases. The present research proved findings of other studies, for instance, that “wheezing ever” appeared when high concentrations of hexane, benzene, ethylbenzene, and chlorbenzene were reported. Such relationships were observed for “wheezing ever” in the past year. The number of wheezing participants was low (39) and, therefore, also some other airway diseases (infection, bronchitis and asthma) were tested for their relationship to VOC concentrations.

In dieser Arbeit wurde untersucht, wie gut bestimmte aliphatische Verbindungen, die selbstorganisierende Monolagen bilden, als Dielektrikum für organische Transistoren geeignet sind. Die auf Silicium- und Aluminiumoberflächen adsorbierten Verbindungen wurden mittels Ellipsometrie, AFM, STM und XPS charakterisiert, und die Packungsdichte, Ordnung und Oberflächenbelegung der Monolagen ermittelt. Zwischen den experimentellen Ergebnissen und denen von Computersimulationen der räumlichen Anordnung der Moleküle ergab sich eine gute Übereinstimmung. Alle untersuchten Monolagen zeigen keine Fernordnung. Der Grad der Nahordnung hängt von der Wahl der Anker- und Endgruppe ab. Die größte Packungsdichte wurde für die Verbindungen mit Phosphonsäure-Ankergruppe und Methyl-Endgruppe festgestellt. Für Monolagen der Verbindung n-Octadecylphosphonsäure auf Aluminium wurde ein Molekülabstand von 0.35 nm ermittelt. Mit dieser Verbindung als Gate-Dielektrikum wurden funktionsfähige organische Transistoren und integrierte Schaltungen demonstriert.

Flüchtige organische Verbindungen (Volatile organic compounds (VOC)) sind ubiquitär vorkommende kohlenstoffhaltige Substanzen. Untersuchungen haben relevante VOC-Konzentrationen im Inneren von Gebäuden nachgewiesen. Da der Innenraum zum typischen Aufenthaltsort des modernen Menschen geworden ist, sind diese Schadstoffe in das Interesse der Forschung gerückt. Kinder reagieren unter Schadstoffexposition besonders sensibel, denn viele wichtige Organsysteme befinden sich noch in ihrer Entwicklung. In der vorliegenden Arbeit wurden Leipziger Daten der LISA-Studie („Einfluss von Lebensbedingungen und Verhaltensweisen auf die Entwicklung von Immunsystem und Allergien im Ost-West-Vergleich“) hinsichtlich möglicher Effekte einer VOC-Exposition auf Erkrankungen der Kinder im 4. Lebensjahr analysiert. Bei der LISA-Studie handelt es sich um eine multizentrische prospektive Geburts-Kohortenstudie, in die von November 1997 bis Januar 1999 insgesamt 3097 gesunde und reife Neugeborene deutscher Herkunft mit einem Geburtsgewicht > 2500 g rekrutiert wurden. Die Berechnungen der vorliegenden Arbeit erfolgten mit VOC-Messwerten um den 3. Geburtstag der Kinder. Die jeweiligen logistischen Regressionsmodelle wurden auf das Geschlecht, die atopische Familienanamnese, eine passive Tabakrauchexposition, das Aufstellen neuer Möbel im Kinderzimmer, Renovierungen und die Erneuerung des Fußbodenbelags in der Wohnung adjustiert. Es ließen sich VOC bestimmen, die bei Konzentrationserhöhungen eine erhöhte Chance für eine akute Bronchitis zur Folge hatten. Als Risikofaktor einer akuten Bronchitis ließ sich außerdem die Erneuerung des Fußbodenbelags in der Wohnung ermitteln. Während sich für eine akute Bronchitis in Abhängigkeit der VOC-Konzentration erstmals eine Dosis-Wirkungs-Kurve ableiten ließ, war dies für allergische Erkrankungen nicht möglich. Weitere Untersuchungen sind notwendig um Pathomechanismen der VOC-Einwirkungen auf den kindlichen Organismus aufzuklären.

In dieser Arbeit wurde untersucht, wie gut bestimmte aliphatische Verbindungen, die selbstorganisierende Monolagen bilden, als Dielektrikum für organische Transistoren geeignet sind. Die auf Silicium- und Aluminiumoberflächen adsorbierten Verbindungen wurden mittels Ellipsometrie, AFM, STM und XPS charakterisiert, und die Packungsdichte, Ordnung und Oberflächenbelegung der Monolagen ermittelt. Zwischen den experimentellen Ergebnissen und denen von Computersimulationen der räumlichen Anordnung der Moleküle ergab sich eine gute Übereinstimmung. Alle untersuchten Monolagen zeigen keine Fernordnung. Der Grad der Nahordnung hängt von der Wahl der Anker- und Endgruppe ab. Die größte Packungsdichte wurde für die Verbindungen mit Phosphonsäure-Ankergruppe und Methyl-Endgruppe festgestellt. Für Monolagen der Verbindung n-Octadecylphosphonsäure auf Aluminium wurde ein Molekülabstand von 0.35 nm ermittelt. Mit dieser Verbindung als Gate-Dielektrikum wurden funktionsfähige organische Transistoren und integrierte Schaltungen demonstriert.

Das Verfahren zur Bestimmung von Koc-Werten nach OECD Richtlinie 121 ist zur Abschätzung der Sorptionskoeffizienten einzelner Stoffklassen gut geeignet. Die komplexen Wechselwirkungen eines Stoffes mit einer Matrix bei dem Sorptionsprozess konnten durch die Erweiterung des Kalibrierdatensatzes und den zusätzlichen stationären Phasen besser dargestellt werden. Die empirische Annahme der Kapazitätsfaktorensumme aus Cyano-Phase, Diol-Phase und Amino-Phase berücksichtigt die Wechselwirkungen von polaren Stoffen mit polaren Phasen und kann zur Bestimmung des Sorptionskoeffizienten weiterer Stoffklassen (z.B.: Amine, Alkohole) unter OECD-Bedingungen angewendet werden. Der Vorteil dieser Bestimmungsmethode ist, dass der Sorptionskoeffizient Koc unter umweltrelevanten Versuchsbedingungen ermittelt wurde und weitere Parameter wie zum Beispiel die pH-Wert-Abhängigkeit untersucht werden können. Auch eine hohe Reproduzierbarkeit des Verfahrens ist gewährleistet, da die verschiedenen HPLC-Säulen kommerziell erhältlich sind. Ein großer Nachteil der Bestimmungsmethode ist die einfache Struktur der Sorbensmatrizes, welche die Komplexität der Umwelt- bzw. Bodenmatrix nur bedingt wiedergeben können. Weiterhin ist die Bestimmung des Sorptionskoeffizienten mittels der drei unterschiedlichen HPLC-Säulen zeitaufwendiger als Sorptionsversuche mit einem Sorbensmaterial. Aus diesem Grund wurde in weiteren Sorptionsversuchen ein Sorbens gesucht, welches die natürlichen Sorptionsprozesse besser abbildet. Für das Beurteilen des Sorptionsverhaltens von organischen Verbindungen an natürlichen Sorbentien wurden in Batchversuchen die Sorptionskoeffizienten bestimmt. Mit dem Festlegen der Sorptionsparameter (z.B.: Sorptionskinetik, Sorbensmenge, Extraktionszeit) liegt ein valides Verfahren zur Aufnahme von Sorptionsisothermen vor. Von den verschiedenen Sorptionsmatrizes bilden die Huminsäuren den Sorptionsprozess von organischen Stoffen an natürlichen Böden am besten ab. Die Aldrich-Huminsäure wurde als Sorbens für die Durchführung von Säulenversuchen ausgewählt, da für diese Sorptionsmatrix die Sorptionskoeffizienten mit Literaturdaten am besten übereinstimmen. Für die Anwendung eines weiteren Analysenverfahrens wurde die Säulenmethode mit einer immobilisierten Aldrich-Huminsäure-Silikagel-HPLC-Säule durchgeführt. Die Aldrich-Huminsäure-immobilisierte-stationäre-Phase wurde durch eine mehrstufige organische Synthese unter inerten Bedingungen hergestellt. Zur Verifizierung der eingesetzten Huminsäure-Säule wurden die Stabilität der Matrix mit der theoretischen Bodenzahl N, des Säulendrucks und der Kapazitätsfaktor eines Kontrollstoffes erfolgreich überprüft. Die Porösität der Säulenmatrix, der organische Anteil des Sorbens und die Leitfähigkeit der mobilen Phase wurden als weitere Versuchsparameter überprüft, und es wurde darauf geachtet, dass umweltrelevante Bedingungen bei den Sorptionsversuchen vorliegen. Das HPLC-Verfahren wurde durch die hohe Übereinstimmung zwischen experimentellen Koc-Werten der Aldrich-Huminsäure und den Koc-Literaturwerten aus Batchversuchen mit Böden für neutrale organische Stoffe verifiziert. Auch beim Vergleich der Sorptionsergebnisse von verschiedenen Huminstoff-Matrizes besitzt die Aldrich-Huminsäure die Koc-Werte mit der größten Übereinstimmung mit Literaturdaten. Zur Beurteilung des Sorptionsverhaltens eines Stoffes in der Umwelt wurde die Einteilung von Höltig erweitert. Zum Treffen einer Aussage über das Sorptionsverhaltens eines Stoffes wurde neben dem log Kow auch der log Koc verwendet und für ionische Stoffe in Sorptionsklassen eingeteilt. Für 30 umweltrelevante und toxische Stoffe ohne Sorptionskoeffizient wurde ein Koc-Wert ermittelt und das Sorptionsverhalten nach dem erweiterten Hölting-Modell abgeschätzt. Dabei zeigten 2,6-Di-t-butyl-p-benzochinon, Epoxiconazol und Chalconepoxid nach dem Modell ein relevantes Sorptionsverhalten (log Koc= 2,39 bis 3,18). Für einen Koc-Datensatz von 85 Stoffen wurde mit dem Aldrich-Huminsäure-Säulenverfahrens ein Abraham-Modell aufgestellt. Das Modell liefert die signifikanten Phasenparameter e, s, b, v und und hohe Regressionskoeffizienten (r2=0,91, q2cv= 0,89). Demnach ist das aufgestellte Abraham-Modell für 16 Stoffklassen sehr gut geeignet, die Sorptionskoeffizienten vorherzusagen. Auch der Vergleich mit dem Abraham-Modell von Nyguyen (2005) zeigt, dass die Aldrich-Huminsäure die Sorptionseigenschaften von Böden sehr gut abbilden kann. Für eine Vielzahl an Stoffen lagen keine Literaturwerte vor, so dass mit Hilfe der HPLC-Säulenmethode zeitnah weitere Stoffklassen in das Abraham-Modell implementiert werden können. Für 40 organische Basen mit einem pKs-Bereich von 0,50 bis 10,69 und einem logKow- Bereich von -0,02 bis 5,51 wurde der Sorptionskoeffizient bei 3 pH-Werten ermittelt. Für 9 organische Basen, welche im untersuchten pH-Wertbereich ausschließlich neutral vorliegen, wurde kein signifikanter Einfluss des pH-Werts auf den Sorptionskoeffizienten ermittelt. Für kationisch vorliegende organische Basen wurde mit steigendem pH-Wert ein zunehmender Sorptionskoeffizient bestimmt. Eine Erhöhung des Sorptionskoeffizienten bei pH 5 und pH 7 beruht auf zusätzlichen ionischen Molekül-Matrix-Wechselwirkungen zwischen organischen Basen und Sorbens. Auch für die organischen Basen, welche im pH-Bereich von 3 bis 7 mit beiden Spezies vorliegen, konnte bei dem pH-Wert 5 oder pH-Wert 7 die größten Sorptionskoeffizienten ermittelt werden. Die starke Zunahme der Sorptionskoeffizienten kann neben hydrophoben Wechselwirkungen auf dem Maximum an ionischen Bindungen bei pH 5 oder pH 7 zwischen der kationischen Spezies der Base und den anionischen Carboxyl-Gruppen der Aldrich-Huminsäure basieren. Für 16 organische Basen, welche im pH-Wertbereich bei pH 7 neutral und bei pH 3 ionisch vorliegen, wurde ein linearer Zusammenhang zwischen log Koc.n und log Koc.ion aufgestellt. Für die Annahme, das für einen Stoff der Sorptionskoeffizient einer Spezies ermittelt wurde, gilt die Näherung dass mindestens 90 Prozent der Spezies vorliegen müssen. Das Modell zur Berechnung des pH-abhängigen Sorptionskoeffizienten beruht auf 55 log Koc(pH)-Werten von organischen Basen. Für die Anwendung des Modells muss eine organische Base im untersuchten pH-Wertbereich als neutrale Spezies vorliegen. Bei einem Vergleich der experimentellen Sorptionskoeffizienten mit den berechneten Werten von Franco stellte sich heraus, dass das Literaturmodell zur Vorhersage des Koc(pH) nur bedingt geeignet ist. In zukünftigen Arbeiten kann das erstellte Abraham-Modell für eine noch bessere praxisbezogene Anwendung auf weitere umweltrelevante Stoffklassen erweitert werden. Zur Erstellung eines Gesamtmodells für ionisch und neutral vorliegende organische Basen müssen pH-abhängige Sorptionskoeffizienten weiterer Basen ermittelt werden.