The Corona® charged aerosol detector (CAD) is an aerosol-based detector first de-scribed by Dixon and Peterson in 2002. It is capable of detecting compounds inde-pendent from their physico-chemical properties presumed the analyte is sufficiently non-volatile. Consequently, the CAD is often applied to the analysis of substances that do not possess a suitable UV chromophore. Major drawbacks are however, the detector signal is non-linear and depending on the content of organic solvent in the mobile phase. This thesis tried to explore possible applications of the CAD for pharmaceutical analysis. Therefore, several substances from different compound classes were in-vestigated. Newly developed or existing methods were validated. Thus the perfor-mance of the CAD could be examined. Both assay and impurity determination were evaluated for their compliance with ICH Q2(R1) “Validation of Analytical Proce-dures” and the “Technical Guide for the Elaboration of Monographs”. In the course of the establishment of reference substances at the EDQM, a generic screening method for the identification of organic and inorganic pharmaceutical counterions was needed. An HPLC-CAD method developed by Zhang et al. was therefore investigated for its suitability for pharmacopoeial purpose. Method valida-tion was performed. It was found that 23 ions could be separated and detected. Iden-tification was achieved via retention time of an authentic standard of the corre-sponding ions. Alternatively, peak assignment was performed by determination of the exact mass using TOF-MS. Ions could be quantified as impurities or for stoichi-ometric purpose. For the impurity control in topiramate, the performance characterstics of the CAD were compared to that of an ELSD. CAD was superior to ELSD in terms of repeata-bility, sensitivity and linearity. However, impurities could be quantified with satisfac-tory accuracy with both detectors. The application of the ELSD was not feasible due to non-reproducible spike peaks eluting after the principle peak in the chromatogram of the test solution. One of the impurities, topiramate impurity A (diacetonide), gave no or a vastly diminished signal in the ELSD and the CAD, respectively. It is evapo-rated during the detection process due to its relatively high vapor pressure. The re-sponse could be enhanced by a factor of nine via post-column addition of acetoni-trile and a lower nebulizer temperature. As the response of topiramate impurity A was still about thousand-fold lower than the response of all other impurities, its quantification was not feasible. Additionally, the HPLC-CAD was successfully vali-dated as an assay procedure for topiramate. There seems to be a great potential in the application of the CAD to the analysis of excipients as most compounds do not possess a suitable UV chromophore. Here, a simple and rapid HPLC-CAD method for the determination of polidocanol (PD) was developed. The method was successfully validated as a potential assay procedure for the Ph. Eur. as none is described in either of the two PD monographs. The same method was applied to the determination of the PD release from a pharmaceutical polymer matrix. A method for the determination of the fatty acid (FA) composition of polysorbate 80 (PS80) was developed and validated. Using the CAD and mass spectrometry, we were able to identify two new FAs in 16 batches from four manufacturers. All batch-es complied with pharmacopoeial specification. Furthermore, the overall composi-tion of the different PS80 species (“fingerprinting”) and the peroxide content were determined. In addition to the chemical characterization, functionality related charac-teristics (FRCs) were determined. Correlations between chemical composition and FRCs were found. The validation data of the above mentioned methods suggests that the CAD repre-sents a viable detection technique for pharmaceutical analysis. The CAD was suffi-ciently sensitive for non-volatile analytes. Impurity control down to concentrations of 0.05 or 0.03%, as demanded by ICH Q3A (R2), is achievable. However, the response of semi-volatile compounds may be drastically diminished. It could be confirmed that the response of the CAD is linear when the range does not exceed two orders of magnitude. Exceptions may be observed depending on the actual method setup. When the measuring range is sufficiently narrow, quantification can be done using single-point calibration which is common practice in pharmaceutical anlysis. Impuri-ties may also be quantified against a single calibration solution. However, correction factors may be needed and the accuracy is considerably lower compared to an as-say method. If a compound is to be quantified over a large concentration range, log-log transformation of the calibration curve is needed and a decreased accuracy has to be accepted. / Der “Corona® charged aerosol detector” (CAD) ist ein aerosol-basierter Detektor, welcher 2002 von Dixon und Peterson vorgestellt wurde. Damit lassen sich nicht-flüchtige Substanzen unabhängig von ihren physiko-chemischen Eigenschaften detektieren. Daraus folgt, dass der CAD oft zur Analyse von Substanzen ohne UV-Chromophor angewandt wird. Großes Manko ist jedoch, dass das Signal nicht linear und abhängig vom Anteil organischen Lösemittels in der mobilen Phase ist. Ziel dieser Arbeit war es, mögliche Anwendungen des CAD in der pharmazeuti-schen Analytik zu erschließen. Dies wurde anhand von Beispielen aus unter-schiedlichen Substanzklassen untersucht. Dabei wurden neu entwickelte oder be-stehende Methoden validiert um die Leistung des CAD beurteilen zu können. So-wohl Gehaltsbestimmungen als auch Methoden zur Erfassung von Verunreinigun-gen wurden hinsichtlich ihrer Konformität mit dem Europäischen Arzneibuch (Ph. Eur.) geprüft. Im Zuge der Charakterisierung von Referenzsubstanzen beim EDQM wurde eine Methode zur Identifikation von pharmazeutischen Gegenionen benötigt. Zu diesem Zweck wurde eine HPLC-CAD-Methode von Zhang et al. hinsichtlich ihrer Eignung für das Ph. Eur. überprüft. Mit dieser Methode ließen sich 23 pharmazeutisch rele-vante Ionen trennen und detektieren. Die Ionen wurden durch Vergleich der Re-tentionszeiten eines Standards erreicht. Zusätzlich wurde die Peakzuordnung mit-tels der Bestimmung der Präzisionsmasse des Gegenions oder des Arzneistoffes durch ein TOF-MS durchgeführt. Die Methode ließ die Quantifizierung von Ionen als Verunreinigung oder zur Bestimmung der Stöchiometrie eines Salzes zu. Bei der Bestimmung von Verunreinigungen von Topiramat wurde ein Vergleich zwischen CAD und ELSD angestellt. Es zeigte sich, dass der CAD in den Punkten Wiederholbarkeit, Empfindlichkeit und Linearität überlegen war. Mit beiden Detekto-ren wurde eine ähnlich gute Richtigkeit erzielt. Durch das Auftreten von nicht re-produzierbaren Peaks, welche nach dem Hauptpeak im Chromatogramm der Testlö-sung auftraten, war die Anwendung des ELSD hier auszuschließen. Eine der Ver-unreinigungen, Topiramat Verunreinigung A (Diacetonid) lieferte kein bzw. ein ver-ringertes Signal in ELSD und CAD. Aufgrund des relativ hohen Dampfdrucks der Substanz wurde sie während des Detektionsvorgangs verdampft. Das Signal konn-te durch Zugabe von Acetonitril nach der Säule und durch eine Verringerung der Temperatur des Vernebler um das neunfache vergrößert werden. Da aber die Emp-findlichkeit für alle anderen Verunreinigungen dennoch um das tausendfache hö-her war, war eine Quantifizierung von Topiramat Verunreinigung A nicht möglich. Die HPLC-CAD Methode wurde zusätzlich als Gehaltsbestimmungsmethode für Topiramat validiert. Die Anwendung des CAD zur Analyse von Hilfsstoffen birgt großes Potenzial, da viele Substanzen nicht über ein Chromophor verfügen. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine einfache und schnelle Methode zur Gehaltsbestimmung von Polidocanol (PD) entwickelt. Diese wurde als mögliche Methode für das Ph. Eur. validiert. Zusätzlich wurde die Methode zur Bestimmung der Freisetzung von PD aus einer pharmazeu-tischen Matrix verwendet. Es wurde eine Methode zur Bestimmung der Fettsäurezusammensetzung von Poly-sorbat 80 (PS80) entwickelt und validiert. Mittels CAD und Massenspektrometrie war es möglich zwei neue Fettsäuren in 16 Chargen von vier verschiedenen Herstellern zu identifizieren. Alle Chargen entsprachen den Anforderungen des Ph. Eur. Wei-terhin wurde die Zusammensetzung der einzelnen PS80-Spezies („fingerprinting“) sowie der Peroxidgehalt untersucht. Neben dieser chemischen Charakterisierung wurden auch funktionalitätsbezogene Eigenschaften (FRCs) bestimmt. Korrelatio-nen zwischen chemischen Zusammensetzung und FRCs wurden gefunden. Die Validierungsdaten der genannten Methoden legen nahe, dass der CAD sinn-voll zur pharmazeutischen Analytik angewendet werden kann. Für nicht-flüchtige Substanzen wurde stets eine ausreichende Empfindlichkeit erreicht. Somit können Verunreinigungen bis zu einer Konzentration von 0.05 bzw. 0.03%, wie von der ICH Richtlinie Q3A (R2) gefordert, quantifiziert werden. Jedoch kann das Detektorsignal bei halb-flüchtigen Substanzen stark erniedrigt sein. Es konnte bestätigt werden, dass sich das Detektorsignal über zwei Größenordnungen linear verhält. Abwei-chungen davon sind in Abhängigkeit der jeweiligen Methode möglich. Ist der Mess-bereich genügen klein, so kann ein Stoff mittels Einpunkt-Kalibrierung quantifiziert werden. Dieses Vorgehen sollte bei Gehaltsbestimmungen angewandt werden. Ebenfalls mittels Einpunkt-Kalibrierung können Verunreinigungen erfasst werden. Jedoch kann es notwendig sein, Korrekturfaktoren zu bestimmen. Die Richtigkeit ist hier deutlich niedriger als bei einer Gehaltsbestimmungsmethode. Über einen gro-ßen Konzentrationsbereich muss eine Ausgleichskurve mit log-log-Transformation verwendet werden. Die Richtigkeit ist hierbei ebenfalls geringer als bei einer Ge-haltsbestimmung.

For the quality assurance of substances for pharmaceutical use, a variety of analytical techniques are available to address specific analytical problems. In this field of application, liquid chromatography (LC) stands out as the gold standard in the pharmaceutical industry. Various detectors can be employed, which are e.g. based on UV/Vis spectroscopy for the examination of molecules with a chromophore, or mass spectrometry (MS) for structural elucidation of analytes. For the separation of enantiomers, the use of capillary electrophoresis (CE) may be more favorable due to the high separation efficiency and easy-to-use and comparatively inexpensive chiral selectors, in contrast to chiral columns for LC, which are usually very expensive and limited to a restricted number of analytes. For structure elucidation in impurity profiling, one- and multidimensional 1H NMR spectroscopy is a valuable tool as long as the analyte molecule has got nuclei that can be detected, which applies for the magnitude of organic pharmaceutical substances. For the evaluation of the amount of mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH) in various paraffin samples from different suppliers, a straightforward method based on 1H NMR spectroscopy was elaborated. The MOAH/MOSH ratio was used to indicate the amount of MOAH of paraffins and to evaluate the extent of refining. In addition, a representative paraffin sample was measured without sample solvent at high temperatures (about 340 K) to avoid the interfering residual solvent signals in the spectral regions of interest. The results of both methods were in good accordance. Moreover, the 1H NMR results were complemented with the UV measurements from the purity testing of paraffins according to the DAB 8. Correlations of the NMR and UV spectroscopic data indicated a linear relationship of both methods for the determination of MOAH in paraffins. Finally, the 1H NMR data was evaluated by principal component analysis (PCA) to explore differences within the paraffin samples and the spectral regions in the 1H NMR spectrum which are responsible for the formation of groups. It could be found that most variation is due to the MOSH of the paraffins. The PCA model was capable of differentiating between soft, liquid and solid paraffins on the one hand and between natural and synthetic liquid paraffins on the other hand. The impurity profiling of L-ascorbic acid 2-phosphate magnesium (A2PMg) was performed by means of one- and two-dimensional NMR spectroscopy. Several ethylated impurities could be detected, which were likely to be formed during synthesis of A2PMg. The structures of two of the ethylated impurities were identified as ascorbic acid 2-phosphate ethyl ester and ethanol, (residual solvent from synthesis). NMR spectroscopic studies of the fractions obtained from preparative HPLC of A2PMg revealed two additional impurities, which were identified as phosphorylated derivatives of ascorbic acid, ascorbic acid 3,5-phosphate and ascorbic acid 5-phosphate. Solid state mechanochemistry as an alternative approach for stress testing was applied on the drug substances S-Ibuprofen (Ibu) and Clopidogrel (CLP) using a ball mill, in order to study their degradation profile: First, the isomerization of S-Ibu was investigated, which was stressed in the solid state applying several milling frequencies and durations under basic, acidic and neutral conditions. For the separation of Ibu enantiomers, a chiral CE method was developed and validated according to ICH Q2(R1). It was found that S-Ibu is overall very stable to isomerization; it shows minor conversion into the R-enantiomer under basic environment applying long milling times and high frequencies. Last, the degradation profile of clopidogrel hydrogen sulfate (CLP) was investigated, which was stressed in the solid state under various oxidative conditions. An already existing HPLC-UV method was adjusted to sufficiently separate the degradation products, which were characterized by means of UV and MS/(MS) detection. Most of the degradation products identified were already reported to result from conventional CLP stress tests. The degradation profile of CLP was mainly influenced by the material of the milling jar and the type of catalyst used. / Für die Qualitätssicherung von Arznei- und Hilfsstoffen steht eine Vielzahl von analytischen Techniken für spezifische analytische Fragestellungen zur Verfügung. In der pharmazeutischen Industrie hat sich dabei die Flüssigkeitschromatographie als Goldstandard etabliert. Es können verschiedene Detektoren eingesetzt werden, die z. B. auf UV/Vis-Spektroskopie zur Untersuchung von Molekülen mit einem Chromophor oder auf Massenspektrometrie zur Strukturaufklärung von Analyten basieren. Für die Trennung von Enantiomeren kann die Verwendung von Kapillarelektrophorese aufgrund der hohen Trenneffizienz und der einfach zu handhabenden und vergleichsweise preiswerten chiralen Selektoren gegenüber chiralen Säulen in der Flüssigchromatographie bevorzugt sein, die in der Regel sehr teuer und auf eine begrenzte Anzahl von Analyten beschränkt sind. Für die Strukturaufklärung im Rahmen der Erstellung von Verunreinigungsprofilen ist die ein- und mehrdimensionale 1H-NMR-Spektroskopie eine sehr wertvolle Methode, solange das Analytmolekül Kerne besitzt, die der NMR-Spektroskopie zugänglich sind, was für den Großteil der organischen Arznei- und Hilfsstoffe zutrifft. Um die Menge an „mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH)“ in verschiedenen Paraffinproben von unterschiedlichen Herstellern zu bestimmen, wurde eine einfache 1H-NMR-Spektroskopie-Methode erarbeitet. Das Verhältnis von MOAH zu „mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH)“ wurde dazu verwendet, um die Menge der MOAH in Paraffinen zu bestimmen und ihren Raffinationsgrad zu beurteilen. Zusätzlich wurde eine repräsentative Paraffinprobe ohne Probenlösungsmittel bei hohen Temperaturen (ca. 340 K) vermessen, um die interferierenden Restlösemittel Signale in den relevanten Spektralbereichen zu vermeiden. Die Ergebnisse beider Methoden stimmten gut überein. Weiterhin wurden die 1H-NMR-Ergebnisse durch die UV-Messungen aus der Reinheitsprüfung von Paraffinen gemäß DAB 8 ergänzt. Korrelationen der NMR- und UV-spektroskopischen Daten wiesen auf eine lineare Beziehung beider Methoden für die Bestimmung der MOAH in Paraffinen hin. Schließlich wurden die 1H-NMR-spektroskopischen Daten mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet, um Unterschiede innerhalb der Paraffinproben und die für die Gruppenbildung verantwortlichen Spektralbereiche im 1H-NMR-Spektrum zu ermitteln. Es konnte festgestellt werden, dass der Hauptanteil der Varianz auf die MOSH zurückzuführen ist. Das PCA-Modell war dazu in der Lage, zwischen weichen, flüssigen und festen Paraffinen einerseits und zwischen natürlichen und synthetischen flüssigen Paraffinen andererseits zu unterscheiden. Das Verunreinigungsprofil von L-Ascorbinsäure-2-phosphat-Magnesium (A2PMg) wurde mittels ein- und zweidimensionaler NMR-Spektroskopie untersucht. Es konnten mehrere ethylierte Verunreinigungen nachgewiesen werden, die vermutlich während des Syntheseprozesses von A2PMg gebildet wurden. Die Strukturen von zwei der ethylierten Verunreinigungen wurden als Ascorbinsäure-2-phosphat ethylester und Ethanol (Restlösungsmittel aus der Synthese) identifiziert. NMR spektroskopische Untersuchungen der aus der präparativen HPLC von A2PMg erhaltenen Fraktionen ergab zwei weitere Verunreinigungen, die als phosphorylierte Derivate von Ascorbinsäure, Ascorbinsäure-3,5-phosphat und Ascorbinsäure-5-phosphat, identifiziert wurden. Die Festkörper-Mechanochemie als alternativer Ansatz für Stresstests wurde auf die Arzneistoffe S-Ibuprofen und Clopidogrel unter Einsatz einer Kugelmühle angewandt, um deren Abbauprofil zu analysieren: Zunächst wurde die Isomerisierung von S-Ibuprofen (Ibu) untersucht, das im festen Zustand unter Anwendung verschiedener Mahlfrequenzen und -dauern unter basischen, sauren und neutralen Bedingungen gestresst wurde. Für die Trennung der Ibu-Enantiomere wurde eine chirale Kapillarelektrophorese-Methode entwickelt und gemäß ICH Q2(R1) Leitlinie validiert. Es wurde festgestellt, dass S-Ibu insgesamt sehr stabil gegenüber Isomerisierung ist, jedoch unter basischen Bedingungen und hohen Mahldauern und -frequenzen eine geringe Umwandlung in das R-Enantiomer zeigt. Zuletzt wurde das Abbauprofil von Clopidogrelhydrogensulfat (CLP) untersucht, das im festen Zustand unter oxidativen Bedingungen gestresst wurde. Eine bereits bestehende HPLC-UV Methode wurde optimiert, um die Abbauprodukte ausreichend zu trennen und anschließend mittels UV- und MS/(MS)-Detektion zu charakterisieren. Die meisten der identifizierten Abbauprodukte waren bereits aus konventionellen CLP-Stresstests bekannt. Das Abbauprofil von CLP wurde hauptsächlich durch das Material der Kugelmühle und den Typ des verwendeten Katalysators beeinflusst.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden kapillarelektrophoretische Methoden entwickelt, mit denen es möglich ist, Gentamicinsulfat in Haupt- und Nebenkomponenten zu trennen. Ausgelöst wurden die Untersuchungen im Jahr 2000, da in den USA über 60 Patienten durch Gentamicin starben. Es wurde vermutet, dass dies auf Verunreinigungen in gewissen Chargen zurückzuführen ist. Gentamicin wird fermentativ aus Micromonospora purpurea gewonnen. Durch leichte Abweichungen im Herstellungsprozess können Produkte entstehen, die mit den bisher angewendeten Analysenmethoden nicht nachzuweisen sind. In der momentanen Arzneibuch-Monographie von Gentamicinsulfat wird zur Prüfung der verwandten Substanzen eine HPLC-Methode beschrieben, die Gentamicin ohne Derivatisierung mit einem gepulsten amperometrischen Detektor detektiert. Vorteil dieser Methode ist, dass Gentamicin nicht derivatisiert werden muss. Der große Nachteil dieser Methode ist aber, dass die einzelnen Peaks sehr lange Migrationszeiten haben (bis über 10 Minuten) und somit Verunreinigungen überdeckt werden können. Außerdem sind viele Bestandteile nicht von den Hauptkomponenten abgetrennt. Weiterhin ist diese Methode nicht sehr robust, da der Detektor sehr empfindlich ist. Eigene HPLC-Messungen an mehreren Gentamicin-Chargen zeigten die Probleme auf. Da Gentamicin kein chromophores System hat, kann es nicht mit einem UV/VIS-Detektor detektiert werden. Um dies dennoch zu ermöglichen, kann Gentamicin mit verschiedenen Reagenzien derivatisiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden alle Aminoglykoside mit ortho-Phthaldialdehyd und 2-Mercaptoessigsäure derivatisiert. Somit war eine Detektion bei 330 nm bzw. 340 nm möglich. Zur Trennung von Gentamicinsulfat wurde eine spezielle kapillarelektrophoretische Methode entwickelt. Die mizellare elektrokinetische Chromatographie (MEKC) ist nach Derivatisierung in der Lage, nahezu alle in der Monographie beschriebenen aber auch einige nicht aufgeführte Verunreinigungen zu trennen. Die Trennung erfolgt in einer Kieselgelkapillare mit einer Gesamtlänge von 33.0 cm, einer effektiven Länge von 24.5 cm und einem Innendurchmesser von 50 µm. Als Hintergrundelektrolyt wird ein Natriumtetraborat-Puffer verwendet (100 mM, pH 10.0), zu dem Desoxycholsäure-Natrium als mizellbildendes Reagenz in einer Konzentration von 20 mM und weiterhin beta-Cyclodextrin in einer Konzentration von 15 mM zugegeben wird. Die Proben werden hydrodynamisch bei 5000 Pa innerhalb 5 Sekunden auf der Anodenseite injiziert. Die Trennung erfolgt bei einer Kapillartemperatur von 25 °C und einer Trennspannung von +12 kV. Pikrinsäure wird als Interner Standard benutzt. Die Detektion erfolgt UV-spektroskopisch bei 340 nm. Die Hauptpeaks konnten durch „spiken“ mit den Einzelkomponenten, die u.a. säulenchromatographisch gewonnen wurden, identifiziert werden. Die vier Hauptkomponenten Gentamicin-C1, C1a, C2 und C2a sind basisliniengetrennt ebenso wie Gentamicin-C2b, die Verunreinigungen Garamin, Desoxystreptamin und Sisomicin. Bei den Untersuchungen von über 40 Gentamicin-Chargen verschiedener Hersteller und Händler fielen sowohl deutliche Unterschiede bezüglich der einzelnen Gehalte der Hauptkomponenten auf, als auch verschiedene Grade der Verunreinigungen. Anhand der Menge der Verunreinigungen konnten die Chargen in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Die Verunreinigung Sisomicin kann als Leitsubstanz der Verunreinigungen bezeichnet werden, da bei allen stärker verunreinigten Chargen Sisomicin in beträchtlichen Mengen vorhanden ist. Unter den untersuchten Proben befanden sich auch die Proben, die in den USA die eingangs erwähnten Todesfälle verursacht haben. Diese Proben konnten der Gruppe der stärker verunreinigten Gentamicin-Chargen eindeutig zugewiesen werden. Die Richtigkeit aller Messungen wurde durch 1H-NMR-Messungen bestätigt. Die Anwendbarkeit der entwickelten MEKC-Methode wurde auch an weiteren Aminoglykosiden untersucht. Die Methode ist ohne Änderung auf Sisomicin übertragbar. Der Sisomicin-Peak ist deutlich abgetrennt vom OPA-Reagenzpeak. Selbst kleine Verunreinigungen der CRS-Substanz können mit dieser Methode erkannt werden. Netilmicin und Amikacin können nicht ohne Änderungen mit der Methode vermessen werden, da sie unter diesen Bedingungen mit dem OPA-Peak komigrieren. Eine Anhebung der Trennspannung von +12 kV auf +14 kV lassen die Peaks hervortreten. Eine Unterscheidung der beiden Substanzen ist im Elektropherogramm nicht möglich, allerdings können sie durch 1H-NMR-spektroskopische Messungen identifiziert und unterschieden werden. Netilmicin wurde in vielen Gentamicin-Proben nachgewiesen. Bei Kanamycin liegen mit dieser Methode im Elektropherogramm sehr viele kleine Peaks sehr nahe beieinander. Durch Absenkung der Kapillartemperatur auf 20 °C können diese Peaks etwas besser getrennt werden... / The aim of this study was to separate gentamicin sulfate into its major and minor components by means of capillary electrophoresis. In May 2000 the death of 17 people and 60 people, respectively, was reported, following the administration of the commonly used broad spectrum antibiotic gentamicin sulfate. In addition hundreds of patients suffering from severe side effects were reported. Since this could not be explained by the pharmacological and toxicological properties of gentamicin, it was assumed that the side effects were related to impurities. Due to the fact that gentamicin is a fermentation product of Micromonospora purpurea, minor variations in the fermentation procedure may cause products, that cannot be detected by the analytical methods applied thus far. The current European Pharmacopoeia limits for related substance of gentamicin by means of an HPLC-method in combination with a pulsed amperometric detector. The advantage of this method is the fact, that it is not necessary to derivatize gentamicin. However, a major disadvantage of the method is the broadness of the main peaks (>10 minutes/peak). Hence, minor products could be covered by the main peaks. Furthermore, various peaks are not baseline separated and the method is not very robust owing to the highly sensitive detector. Due to the lack of a chromophore, gentamicin needs to be derivatized to allow detection by means of an UV-detector. In this study all aminoglycosides were labeled with orthophthaldialdehyde (OPA) in combination with 2-mercaptoacetic acid, which enabled detection at a wavelength of 340 nm. To separate gentamicin as OPA derivative, a method based on micellar electrokinetic chromatography (MEKC) was developed. This technique makes it possible to separate most of the impurities specified in the gentamicin monograph (garamine, deoxystreptamine, and sisomicin) and some additional, not further specified impurities such as paromamine and unknown products. The separation is carried out in a fused-silica capillary with a total length of 33.0 cm, an effective length of 24.5 cm and an inner diameter of 50 µm. Using sodium tetraborate buffer (100 mM, pH 10.0) as background electrolyte (BGE), deoxycholic acid sodium in a concentration of 20 mM as micelle forming agent and beta-cyclodextrin in a concentration of 15 mM are added. The samples are loaded hydrodynamically at 5000 Pa for 5 seconds on the anode side of the capillary and the separation is carried out at +12 kV and 25 °C. Picric acid is used as an internal standard and UV-detection is performed at 340 nm. Spiking experiments were performed using reference substances, obtained by column chromatography and commercially purchased reference substances for the impurities. The four major components gentamicin C1, C1a, C2, and C2a as well as the minor component C2b and the impurities garamine, deoxystreptamine, and sisomicin are baseline separated. Over 40 gentamicin batches of different pharmaceutical companies and producers were analyzed with respect to the content of the major components as well as the amount of the impurities. Varying levels of the major compounds as well as the impurities were identified, which allowed the grouping of the samples. All samples exhibiting a high amount of impurities were found to a high sisomicin concentration. Hence, sisomicin can be referred to as an impurity indicator. Some of the batches under scrutiny were responsible for the deaths found in the US. All these samples could be unambiguously assigned to the group which is characterized by a high number and a relatively high quantity of most unspecified impurities. All CE-measurements were verified by 1H NMR measurements. To investigate the applicability of the developed MEKC method, other aminoglycosides were also investigated. For sisomicin the standard method can be used without modification, since the sisomicin peak is separated from the OPA reagent peak and even small amounts of impurities of the CRS-substance can be detected with this method. For netilmicin and amikacin the developed method has to be modified. Under standard conditions the peaks of both substances co-migrates with the OPA reagent peak. Raising the voltage from +12 kV to +14 kV both peaks are separated. All Gentamicin samples were measured again using these new conditions. Netilmicin was often found in gentamicin samples. However, for these new conditions the migration time of netilmicin and amikacin are similar. Hence, they cannot be differentiated from each other in the same sample. Nevertheless, this differentiation can be carried out with 1H NMR measurements. Kanamycin samples show many peaks in a small zone of the electropherogram using the MEKC standard method. A slightly better separation can be obtained by using a lower temperature of the capillary of 20 °C instead of 25 °C...

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Imaginary spaces in Wilhelm Raabe‘s Pfister‘s Mill: A study of thedescription of different spaces in Pfister‘s MillThis essay has examined how the rural space and the urban space differs intheir shaping and description in Wilhelm Raabe’s book Pfister´s Mill: Notes from a Summer Vacation.The analyzed places are the creek and the water worlds with its fauna,buildings and premisses, the industrial space, the study, and the living room.The descriptions of these places can be attributed to aspects such asenvironmental destruction, tradition, feeling and family relations.The result shows that the rural space with its descriptions is an idyll fromwhich that positive originates, sustainable and undamaged, attributed with words like “majestic” and “crystal clear” significate this space as idyllic. It isalso referred to as a familiar space where recreation also can be found. Therural space is described as a sustainable place. In contrast to this, the urban space appears as a threat, aimed against its idyllic and peaceful contrariety.The reason for this upcoming threat is found in the new industrialdevelopment. The urban space is however not only a threat, but also anecessity, when the rural counterpart on the other hand is referred to as thevital in life.

The subject of the present thesis are some aspects of impurities affecting mesoscopic systems with regard to their topological properties and related effects like Majorana fermions and quantized conductance. A focus is on two-dimensional systems including both topological insulators and superconductors. First, the question of whether individual nonmagnetic impurities can induce zero-energy states in time-reversal invariant superconductors from Altland-Zirnbauer (AZ) symmetry class DIII is addressed, and a class of symmetries which guarantee the existence of such states for a specific value of the impurity strength is defined. These general results are applied to the time-reversal invariant p-wave phase of the doped Kitaev-Heisenberg model, where it is also demonstrated how a lattice of impurities can drive a topologically trivial system into the nontrivial phase. Second, the result about the existence of zero-energy impurity states is generalized to all AZ symmetry classes. This is achieved by considering, for general Hamiltonians H from the respective symmetry classes, the “generalized roots of det H”, which subsequently are used to further explore the opportunities that lattices of nonmagnetic impurities provide for the realization of topologically nontrivial phases. The 1d Kitaev chain model, the 2d px + ipy superconductor, and the 2d Chern insulator are considered to show that impurity lattices generically enable topological phase transitions and, in the case of the 2d models, even provide access to a number of phases with large Chern numbers. Third, elastic backscattering in helical edge modes caused by a magnetic impurity with spin S and random Rashba spin-orbit coupling is investigated. In a finite bias steady state, the impurity induced resistance is found to slightly increase with decreasing temperature for S > 1/2. Since the underlying backscattering mechanism is elastic, interference between different scatterers can explain reproducible conductance fluctuations. Thus, the model is in agreement with central experimental results on edge transport in 2d topological insulators.

Fe und Cu wurden als Schlüsselspezies für die Betrachtung von Oberflächenkontamination in der Prozessierung von c-Si-Solarzellen identifiziert. Studien mit gezielt aufgebrachten Metallkonzentrationen vor verschiedenen Passivierungs- und Diffusionsprozessschritten ergaben relativ hohe kritische Werte für Cu, außer bei thermischer Oxidation. Niedrige Werte wurden für beide Elemente vor Hochtemperaturschritten im n-Typ-Hocheffizienzprozess beobachtet, wobei sich die B-Diffusion als etwas weniger empfindlich darstellte. Temporäre Gettereffekte für Fe (in p-Typ-Si) und Cu (in n-Typ-Si) wurden beobachtet. Es zeigte sich, dass As-Cut-Wafer, unabhängig von der Sägeart (SiC-slurry oder Diamantdraht) sehr hohe Metallverunreinigungen (im Bereich 1*1011 – 5*1014 cm-2) in den Prozess einbringen. Das alkalische Ätzen verringert diese Menge kaum, was hohe Anforderungen an die anschließende Reinigung ergibt. Die Optimierung von HF/O3-Reinigungslösung für diese Flächen ergab beste Reinigungsergebnisse bei niedrigen HF-Konzentrationen, abhängig vom alkalischen Ätzschritt und anschließendem HCl/HF-Dip.

The usage of more inexpensive silicon feedstock for the crystallization of multicrystalline silicon blocks promises cost reduction for the photovoltaic industry. Less expensive substrates made out of metallurgical silicon (MG-Si) are used as a mechanical support for the epitaxial solar cell. Moreover, conventional inert solar cells can be produced from up-graded metallurgical silicon (UMG-Si). This feedstock has higher content of impurities which influences cell performance and mechanical strength of the wafers. Thus, it is of importance to know these effects in order to know which impurities should be preferentially removed or prevented during the crystallization process. Solar cell processing steps can also exert a change in the values of mechanical strength of processed multicrystalline silicon wafers until the fabrication of a solar cell. Bending tests, fracture toughness and dynamic elastic modulus measurements are performed in this work in order to research the mechanical behavior of multicrystalline silicon crystallized with different qualities of silicon feedstock. Bending tests and residual stress measurements allows the quantification of the mechanical strength of the wafers after every solar cell processing step. The experimental results are compared with theoretical models found in the classical literature about the mechanical properties of ceramics. The influence of second phase particles and thermal processes on the mechanical strength of silicon wafers can be predicted and analyzed with the theoretical models. Metals like Al and Cu can decrease the mechanical strength due to micro-cracking of the silicon matrix and introduction of high values of thermal residual stress. Additionally, amorphous silicon oxide particles (SiOx) lower the mechanical strength of multicrystalline silicon due to thermal residual stresses and elastic mismatch with silicon. Silicon nitride particles (Si3N4) reduce fracture toughness and cause failure by radial cracking in its surroundings due to its thermal mismatch with silicon. Finally, silicon carbide (SiC) and crystalline silicon oxide (SiOx) introduce thermal residual stresses but can have a toughening effect on the silicon matrix and hence, increase the mechanical strength of silicon wafers if the particles are smaller than a certain size. The surface of as-cut wafers after multi-wire sawing presents sharp micro-cracks that control their mechanical behavior. Subsequent removal of these micro-cracks by texture or damage etching approximately doubles the mechanical strength of silicon wafers. The mechanical behavior of the wafers is then governed by defects like cracks and particles formed during the crystallization of multicrystalline silicon blocks. Further thermal processing steps have a minor impact on the mechanical strength of the wafers compared to as-cut wafers. Finally, the mechanical strength of final solar cells is comparable to the mechanical strength of as-cut wafers due to the high residual thermal stress introduced after the formation of the metallic contacts which makes silicon prone to crack.

The subject of the present thesis are some aspects of impurities affecting mesoscopic systems with regard to their topological properties and related effects like Majorana fermions and quantized conductance. A focus is on two-dimensional systems including both topological insulators and superconductors. First, the question of whether individual nonmagnetic impurities can induce zero-energy states in time-reversal invariant superconductors from Altland-Zirnbauer (AZ) symmetry class DIII is addressed, and a class of symmetries which guarantee the existence of such states for a specific value of the impurity strength is defined. These general results are applied to the time-reversal invariant p-wave phase of the doped Kitaev-Heisenberg model, where it is also demonstrated how a lattice of impurities can drive a topologically trivial system into the nontrivial phase. Second, the result about the existence of zero-energy impurity states is generalized to all AZ symmetry classes. This is achieved by considering, for general Hamiltonians H from the respective symmetry classes, the “generalized roots of det H”, which subsequently are used to further explore the opportunities that lattices of nonmagnetic impurities provide for the realization of topologically nontrivial phases. The 1d Kitaev chain model, the 2d px + ipy superconductor, and the 2d Chern insulator are considered to show that impurity lattices generically enable topological phase transitions and, in the case of the 2d models, even provide access to a number of phases with large Chern numbers. Third, elastic backscattering in helical edge modes caused by a magnetic impurity with spin S and random Rashba spin-orbit coupling is investigated. In a finite bias steady state, the impurity induced resistance is found to slightly increase with decreasing temperature for S > 1/2. Since the underlying backscattering mechanism is elastic, interference between different scatterers can explain reproducible conductance fluctuations. Thus, the model is in agreement with central experimental results on edge transport in 2d topological insulators.

Fe und Cu wurden als Schlüsselspezies für die Betrachtung von Oberflächenkontamination in der Prozessierung von c-Si-Solarzellen identifiziert. Studien mit gezielt aufgebrachten Metallkonzentrationen vor verschiedenen Passivierungs- und Diffusionsprozessschritten ergaben relativ hohe kritische Werte für Cu, außer bei thermischer Oxidation. Niedrige Werte wurden für beide Elemente vor Hochtemperaturschritten im n-Typ-Hocheffizienzprozess beobachtet, wobei sich die B-Diffusion als etwas weniger empfindlich darstellte. Temporäre Gettereffekte für Fe (in p-Typ-Si) und Cu (in n-Typ-Si) wurden beobachtet. Es zeigte sich, dass As-Cut-Wafer, unabhängig von der Sägeart (SiC-slurry oder Diamantdraht) sehr hohe Metallverunreinigungen (im Bereich 1*1011 – 5*1014 cm-2) in den Prozess einbringen. Das alkalische Ätzen verringert diese Menge kaum, was hohe Anforderungen an die anschließende Reinigung ergibt. Die Optimierung von HF/O3-Reinigungslösung für diese Flächen ergab beste Reinigungsergebnisse bei niedrigen HF-Konzentrationen, abhängig vom alkalischen Ätzschritt und anschließendem HCl/HF-Dip.