In der Arbeit wird der Einsatz kalorimetrischer Methoden zur Bestimmung der katalytischen Aktivität von Enzymimmobilisaten gezeigt. Für die Untersuchung sphärischer Immobilisate wurde ein Strömungskalorimeter eingesetzt. Es wurde ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die kinetischen Parameter des immobilisierten Enzyms aus der gemessenen Temperaturdifferenz berechnet werden können. Durch Untersuchungen an Modellimmobilisaten wurde gezeigt, dass das Strömungskalorimeter im Impulsbetrieb zum schnellen Screening der Aktivität geeignet ist. Am Beispiel der Enzymimmobilisierung in Sol-Gel-Schichten wurde der Einsatz der Impulsmethode für die Optimierung von Immobilisierungsvorschriften gezeigt. Zur Untersuchung flächiger Immobilisate wurde ein IC-Kalorimeter eingesetzt. Um kinetische Aussagen zu erzielen, wurde das IC-Kalorimeter hinsichtlich Empfindlichkeit und dynamischen Verhaltens charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die kalorimetrisch und photometrisch bestimmten Geschwindigkeitskonstanten für die Immobilisate übereinstimmen.

Gegenstand dieser Arbeit sind systematische Untersuchungen zu den Anwendungsmöglichkeiten der am Institut für Physikalische Chemie entwickelten IC-Kalorimeter im Bereich flüssiger Reaktionssysteme, mit Schwerpunkt auf enzymkatalysierten Reaktionen. Dazu kamen IC-Durchfluss- und IC-Batch-Kalorimeter zum Einsatz, mit denen durch Zusammenführung zweier Lösungen initiierte Mischungs- und Reaktionsprozesse untersucht werden können. Anhand einer Vielzahl untersuchter Reaktionssysteme wird unter stofflichen und methodischen Gesichtspunkten aufgezeigt, unter welchen Bedingungen ein Einsatz der IC-Kalorimeter sinnvoll erscheint. Außerdem werden für die miniaturisierten kalorimetrischen Anordnungen spezifische Aspekte diskutiert; u. a. Probleme bei der elektrischen Kalibrierung und die Nachweisgrenzen bzgl. der bei einem zu detektierenden Prozess mindestens zu generierenden Wärme bzw. Wärmeleistung. Beide IC-Kalorimeter konnten durch konstruktive Veränderungen gegenüber vorhandenen Anordnungen in ihrer Leistungsfähigkeit verbessert werden.

The Liquid Argon calorimeter of the ATLAS detector at CERN near Geneva is equipped with improved readout and trigger electronics for the operation at higher luminosity LHC in the frame of several upgrades (Phase-0, I, and II). Special attention is given to an early digitisation of detector raw data and their following digital data transmission and processing via FPGAs already for the Level-1 trigger. The upgrades additionally foresee to provide higher spatial granularity information for the Level-1 trigger in order to improve its performance for low momentum single particles at increased collision rates. The first part of this dissertation contains the development and implementation of a modular detector simulation framework, AREUS, which allows to analyse different filter algorithms for the energy reconstruction as well as their performance with respect to the expected digitised detector raw data. In this detector simulation framework the detailed algorithmic functionality of the FPGAs has been taken into account. Various filter algorithms, especially the Optimal Filter and a Wiener Filter with Forward Correction, are discussed with regard to their performance in energy reconstruction of the future Liquid Argon calorimeter trigger system. In the second part of this thesis, the high-speed data transfer for the acquisition of the trigger data is being developed. For this purpose, a generic 10 Gigabit Ethernet UDP stack is designed in VHDL, that is currently applied in an ALTERA® Stratix-IV FPGA as part of the readout electronics of a demonstrator setup in the context of the Phase-0 Upgrade. After implementation in a prototype electronics board, data transfer from the detector front-end is realised. A successful test in the demonstrator setup installed in the ATLAS detector verifying the correct transmission of the Liquid Argon calorimeter trigger signals concludes this work. / Das Flüssig-Argon-Kalorimeter des ATLAS-Detektors am CERN bei Genf wird für den Betrieb am LHC mit erhöhter Luminosität im Rahmen mehrerer Upgrades (Phase-0, I und II) mit verbesserter Auslese- und Triggerelektronik ausgestattet. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der frühzeitigen Digitalisierung der Detektorrohdaten und deren folgende digitale Übertragung sowie Verarbeitung mittels FPGAs bereits für den Level-1 Trigger. Die Upgrades sehen zusätzlich vor, dem Level-1 Trigger eine höhere Ortsauflösung bereitzustellen um seine Leistungsfähigkeit der Energierekonstruktion von niedrigenergetischen Teilchen bei erhöhter Kollisionsrate zu verbessern. Der erste Teil dieser Dissertation beinhaltet die Entwicklung und Umsetzung einer modularen Detektorsimulationsumgebung, AREUS, mit der verschiedene Filteralgorithmen zur Energierekonstruktion sowie deren Performanz in Abhängigkeit der erwarteten digitalisierten Detektorrohdaten analysiert werden können. Dabei wurde in der Simulationsumgebung die Funktionalität der Rechenarithmetik der später verwendeten FPGAs berücksichtigt. Verschiedener Filteralgorithmen, im Besonderen der Optimal Filter und ein Wiener Filter mit Korrekturglied, werden im Hinblick auf ihre Performanz der Energierekonstruktion für das zukünftige Triggersystem des Flüssig-Argon-Kalorimeters diskutiert. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung zur Erfassung von Triggerdaten. Zu diesem Zweck wird ein generischer 10 Gigabit Ethernet UDP Stack in VHDL entworfen, der als Teil der Ausleseelektronik eines Demonstrator-Testaufbaus im Rahmen des Phase-0 Upgrades in einem ALTERA® Stratix-IV FPGA aktuell zum Einsatz kommt. Nach Implementierung in einem Prototypen einer Auslesekarte konnte ein Transfer von Detektordaten realisiert werden. Eine Überprüfung am Demonstrator-Testaufbau, welcher im ATLAS Detektor installiert ist, schließt diese Dissertation ab. Sie hat eine korrekte Übertragung von Triggersignalen des Flüssig-Argon-Kalorimeters erfolgreich bestätitgt.