TY - JOUR A1 - Paul, Andrea A1 - Broszies, T. A1 - Ostermann, Markus A1 - Vogdt, F.U. A1 - Maiwald, Michael T1 - Unterscheidung von Mineralwollen mit Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) T1 - Differentiation of mineral wool by near-infrared spectroscopy (NIRS) JF - Bauingenieur N2 - Für die Rückführung von aus Rückbauprojekten anfallender künstlicher Mineralwolle in ihren Herstellungsprozess ist es notwendig, Stein- und Glaswolle zu unterscheiden und voneinander getrennt zu halten. Zu diesem Zweck wurde das Potential von NIR-Spektroskopie (NIRS) für einen werks- oder baustellenseitigen Einsatz getestet. NIRS wird aufgrund kurzer Messzeiten, minimaler Probenvorbereitung und hoher Robustheit der Spektrometer häufig in der Prozessanalytik eingesetzt. Untersucht wurden 70 verschiedene Mineralwollen, wobei sich der Probenumfang sowohl aus werksneuen Proben mit Herstellerangaben als auch unbekannten Proben ohne Spezifikation zusammensetzen, die auf verschiedenen Baustellen in den Jahren 2016–2017 entnommen oder von Deponien zur Verfügung gestellt worden waren. Als Referenzmethode wurde die Röntgenfluoreszenzanalyse verwendet, um den Mineralwolle-Typ über den Elementgehalt nach VDI 3492 zu identifizieren. Mit Hilfe eines multivariaten Datenanalyseverfahrens konnte schließlich eine Methode etabliert werden, die eine zuverlässige Identifikation von unbekannten Mineralwollen anhand deren NIR-Spektren als Stein- bzw. Glaswolle ermöglicht. N2 - For the recirculation of artificial mineral wool resulting from deconstruction projects to the production process, it is necessary to distinguish between rock wool and glass wool. For this purpose, the potential of NIR spectroscopy (NIRS) was tested for the application directly on construction site or in factory. NIRS is often used in process analytics due to short measurement times, minimal sample preparation and high robustness of the spectrometers. In this study 70 mineral wool samples were examined, including both new samples with manufacturer`s specifications and unknown samples without specifications, which were taken at various German construction sites between 2016 and 2017 or which were provided by landfills. X-ray fluorescence spectroscopy was used as a reference method to identify the mineral wool type via the element content according to VDI 3492. With the help of a multivariate data analysis method finally a method was established, which allows a reliable identification of unknown mineral wool based on its NIR spectra as rock or glass wool. KW - Recycling KW - NIR KW - Baustoffe KW - Chemometrie PY - 2020 VL - 95 IS - 12 SP - 463 EP - 472 PB - VDI Fachmedien GmbH & Co. KG CY - Düsseldorf AN - OPUS4-51851 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Paul, Andrea A1 - Broszies, T. A1 - Ostermann, Markus A1 - Vogdt, F.U. A1 - Maiwald, Michael T1 - Schnelle Identifizierung von Mineralwolle mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie N2 - Künstliche Mineralfasern (KMF) werden weltweit in vielfältiger Weise als Dämmstoffe verwendet. Jährlich fallen in Deutschland ungefähr 20 Millionen Tonnen KMF an, die nach dem Abriss auf Deponien entsorgt werden müssen. Grundsätzlich besteht jedoch die Möglichkeit der Rückführung dieser Materialien in den Produktionsprozess. Dafür ist es notwendig, anfallende KMF sowohl nach Material (Glaswolle, Steinwolle) als auch nach Alter zu sortieren. Auf der Suche nach einer Methode, die es grundsätzlich gestattet eine schnelle Untersuchung vor Ort auf einer Baustelle durchzuführen, wurde die Nah-Infrarot (NIR) Spektroskopie unter Verwendung eines Prozessspektrometers mit Reflexionssonde getestet. Anhand von Laboruntersuchungen an 70 KMF Proben, die entweder betriebsneu waren oder bundesweit auf Baustellen gesammelt wurden, konnte eine NIR-basierte Methode zur Unterscheidung in Glas- und Steinwolle entwickelt werden. Mittels Partial Least Square Diskriminanzanalyse (PLS-DA) der NIR Spektren wurde basierend auf 40 zufällig ausgewählten Proben ein chemometrisches Modell kalibriert, das erfolgreich zur Klassifizierung der verbleibenden 30 Proben eingesetzt werden konnte. Unabhängig von Farbe, Dichte oder Alter der untersuchten KMF Proben war es möglich, eine 100% korrekte Zuordnung des Materials zu erzielen. Die nötigen Referenzwerte wurden unter Nutzung eines Röntgenfluoreszenzspektroskopischen Verfahrens über den Elementgehalt nach VDI 3492 ermittelt. Insgesamt ist der experimentelle Aufwand für die Durchführung und Auswertung der NIR Messungen gering und manifestiert sich vor allem in der Kalibrierphase, die in diesem Fall die Untersuchung von 8-fach aliquotierten Probestücken der 70 KMF umfasste. Nur bei deutlich feuchtem Material muss ein zusätzlicher Trocknungs-schritt berücksichtigt werden. Das vorgestellte Verfahren wurde nachfolgend zu einem Patent angemeldet. Untersuchungen zu einer weiteren Unterscheidung der KMF nach Alter sind geplant. T2 - 16. Kolloquium Prozessanalytik der GDCh & Dechema CY - Online meeting DA - 23.11.2020 KW - Mineralwolle KW - NIR KW - Chemometrie PY - 2020 AN - OPUS4-51731 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Resch-Genger, Ute A1 - Wang, Cui A1 - You, Y. A1 - Förster, C. A1 - Schubert, H. A1 - Heinze, K. A1 - Seitz, M. T1 - NIR-NIR-Aufkonvertierung in molekularen Chrom-Ytterbium-Salzen JF - Angewandte Chemie - International Edition N2 - Photonen-Aufkonvertierung in hetero-oligonuklearen, Metallkomplex-Architekturen mit organischen Liganden ist ein interessantes, aber bisher selten beobachtetes Phänomen, trotz des großen Potentials sowohl aus Sicht der Grundlagenforschung als auch aus der Anwendungsperspektive. Nun wurde ein neues photonisches Material aus molekularen Chrom(III)- und Ytterbium(III)-Komplexionen entwickelt. Dieses zeigt im Festkörper bei Raumtemperatur abhängig von der Anregungsleistungsdichte nach Anregung des 2F7/2! 2F5/2-3berganges des Ytterbiums bei ca. 980 nm eine kooperative Sensibilisierung der Chrom(III)-zentrierten 2E/2T1-Phosphoreszenz bei ca. 775 nm. Der Aufkonvertierungsprozess ist unempfindlich gegenüber Luftsauerstoff und kann in Gegenwart von Wassermolekülen im Kristallgitter beobachtet werden. KW - Crystal KW - Sensor KW - NIR KW - Yb(III) complex KW - Cr(III) KW - Upconversion PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-517217 DO - https://doi.org/10.1002/ange.202007200 VL - 132 IS - 42 SP - 18804 EP - 18808 PB - Angewandte Chemie AN - OPUS4-51721 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Resch-Genger, Ute A1 - Carl, F. A1 - Grauel, Bettina A1 - Pons, Monica A1 - Würth, Christian A1 - Haase, M. T1 - LiYF4:Yb/LiYF4 and LiYF4:Yb,Er/LiYF4 core/shell nanocrystals with luminescence decay times similar to YLF laser crystals and the upconversion quantum yield of the Yb,Er doped nanocrystals JF - Tsinghua University Press N2 - We developed a procedure to prepare luminescent LiYF4:Yb/LiYF4 and LiYF4:Yb,Er/LiYF4 core/shell nanocrystals with a size of approximately 40 nm revealing luminescence decay times of the dopant ions that approach those of high-quality laser crystals of LiYF4:Yb (Yb:YLF) and LiYF4:Yb,Er (Yb,Er:YLF) with identical doping concentrations. As the luminescence decay times of Yb3+ and Er3+ are known to be very sensitive to the presence of quenchers, the long decay times of the core/shell nanocrystals indicate a very low number of defects in the core particles and at the core/shell interfaces. This improvement in the performance was achieved by introducing two important modifications in the commonly used oleic acid based synthesis. First, the shell was prepared via anewly developed method characterized by a very low nucleation rate for particles of pure LiYF4 shell material. Second, anhydrous acetates were used as precursors and additional drying steps were applied to reduce the incorporation of OH− in the crystal lattice, known to quench the emission of Yb3+ ions. Excitation power density (P)-dependent absolute measurements of the upconversion luminescence quantum yield (Φ,UC) of LiYF4:Yb,Er/LiYF4 core/shell particles reveal a maximum value of 1.25% at P of 180 W·cm−2. Although lower than the values reported for NaYF4:18%Yb,2%Er core/shell nanocrystals with comparable sizes, these Φ, UC values are the highest reported so far for LiYF4:18%Yb,2%Er/LiYF4 nanocrystals without additional dopants. Further improvements May nevertheless be possible by optimizing the dopant concentrations in the LiYF4 nanocrystals. KW - Nano KW - Crystal KW - Quantum yield KW - LiYF4 KW - Synthesis KW - Lifetime KW - Fluorescence KW - NIR KW - Photoluminescence KW - Lanthanide KW - Upconversion nanoparticle KW - Nanomaterial PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-515395 DO - https://doi.org/10.1007/s12274-020-3116-y SN - 1998-0124 VL - 14 IS - 3 SP - 797 EP - 806 PB - Springer AN - OPUS4-51539 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Paul, Andrea A1 - Wander, Lukas A1 - Braun, Ulrike T1 - Multivariate approaches in the evaluation of (hyper)spectral data for microplastics analysis - options and limitations N2 - Die zunehmende Anreicherung von Gewässern und Böden mit Plastikmüll führt zur Anhäufung von mikroskopisch kleinen Plastikpartikeln, sogenannter Mikroplastik (MP). Es werden dringend analytische Methoden benötigt, die helfen MP zu identifizieren und zu quantifizieren. Gegenwärtig kommen dafür hauptsächlich thermoanalytische und mikro¬skopische Verfahren, wie Mikro-Infrarotspektroskopie oder Mikro-Raman zum Einsatz. Letztere sind in der Regel an zeitaufwendige Probenanreicherungen und -aufbereitungen gebunden, es können nur kleine Probenmengen (Mikrogramm) untersucht werden und die Auswertung der erzielten Spektren kann anspruchsvoll sein. Im Rahmen dieser Präsentation werden zwei Ansätze vorgestellt, die über die multi-variate Analyse spektroskopischer Daten i) einen neuen methodischen Ansatz zum Screening von MP in belasteten Böden sowie ii) eine alternative Auswertung großer (Mikro)-spektroskopischer Datensätze ermöglichen. Zunächst wird ein NIR-spektroskopisches Verfahrens vorgestellt, das es gestattet MP bestehend aus Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polypropylen und Polystyrol im Bereich bis zu 0,5 Massenprozent zu detektieren. Aufgrund kurzer Messzeiten und robuster Technik besitzt dieser Ansatz das Potenzial, im Gegensatz zu den thermoanalytischen und mikrospektroskopischen Methoden, größere Probenmengen mit minimaler Vor¬behandlung zu untersuchen. Der zweite Ansatz befasst sich mit der Auswertung großen Datensätze, wie sie typischerweise als Resultat der Mikro-FTIR unter Nutzung moderner FPA-Detektoren erhalten werden. Die Mikro-FTIR-Technik beruht auf der spektralen Aufnahme, Abbildung und an¬schließenden Identifizierung von Schwingungsbanden, die für synthetische Polymere typisch sind. Die Bilddatensätze sind groß und enthalten Spektren von unzähligen Partikeln natürlichen und synthetischen Ursprungs. Zur Ergänzung bestehender Ansätze, die z.B. auf Recherchen von Spektren¬bibliotheken basieren, wurde die explorative multivariate Datenanalyse getestet. Als Kernkonzept wurde hierbei die Dimensionalitäts¬reduktion verwendet. Die Ergebnisse stellen nicht nur eine orthogonale Methode zur Kontrolle der Ergebnisse dar, die auf Grundlage einer automatisierten Bibliothekssuche erzielt wurden, sondern ergaben darüber hinaus eine Gruppe von Spektren, die nicht in den vorhandenen Spektrenbibliotheken erfasst wurden. N2 - The increasing enrichment of water bodies and soils with plastic waste leads to the accumulation of microscopic plastic particles, so-called microplastics (MP). There is an urgent need for analytical methods that help to identify and quantify MP. At present, mainly thermo-analytical and microscopic methods such as micro-infrared spectroscopy or micro-Raman are used for this purpose. The latter are usually tied to time-consuming sample enrichment and preparation, only small sample quantities (micrograms) can be examined and the evaluation of the obtained spectra can be demanding. In the context of this presentation, two approaches are presented which, via the multi-variate analysis of spectroscopic data, allow i) a new methodological approach to screening MP in contaminated soils and ii) an alternative evaluation of large (micro)-spectroscopic data sets. First, a NIR spectroscopic method is presented which allows MP consisting of polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene and polystyrene to be detected in the range of up to 0.5 mass percent. Due to short measurement times and robust technology, this approach has the potential, in contrast to thermo-analytical and micro-spectroscopic methods, to examine larger sample quantities with minimal pre-treatment. The second approach deals with the evaluation of large data sets, as typically obtained as a result of micro-FTIR using modern FPA detectors. The micro-FTIR technique is based on the spectral recording, imaging and subsequent identification of vibration bands typical of synthetic polymers. The image data sets are large and contain spectra of numerous particles of natural and synthetic origin. Exploratory multivariate data analysis has been tested to complement existing approaches based on e.g. spectrum library searches. The core concept used was dimensionality reduction. The results not only represent an orthogonal method for checking the results obtained by an automated library search, but also revealed a group of spectra that were not recorded in the existing spectrum libraries. T2 - analytica conference 2020 CY - Online meeting DA - 19.10.2020 KW - Microplastics KW - Multivariate Datenanalyse KW - NIR KW - Hyperspectral data PY - 2020 AN - OPUS4-51516 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhao, J. A1 - Hu, Y. A1 - wei Lin, S. A1 - Resch-Genger, Ute A1 - Zhang, R. A1 - Wen, J. A1 - Kong, X. A1 - Qin, A. A1 - Ou, J. T1 - Enhanced luminescence intensity of near-infraredsensitized sensitized upconversion nanoparticles via Ca²+ doping for a nitric oxide release platform JF - Royal Society of Chemistry N2 - Light-induced NO release based on exogenous NO donors has attracted substantial attention in clinical applications; the induction light source usually converts near-infrared light to blue or ultraviolet light. However, the low efficiency of near-infrared light-assisted chemical light energy conversion remains a challenge, especially for NaYF4:Yb3+/Tm3+ photoconverting near-infrared light to ultraviolet (UV) and blue light. In this paper, a luminescence-enhanced strategy is reported by doping Ca2+ into NaYF4:Yb3+/Tm3+ and coating it with NaGdF4 through a two-step solvothermal method. Then, UCNPs modified with methyl-b-cyclodextrin (M-b-CD) are loaded on a ruthenium nitrosyl complex [(3)Ru(NO)(Cl)] as nitric oxide release-molecules (NORMs). X-ray diffraction (XRD) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) data demonstrated that Ca2+ was successfully doped into NaYF4:Yb3+/Tm3+ nanoparticles as the core, and a pure hexagonal phase, NaYF4, was obtained from the doping of Ca2+. TEM revealed that the crystallinity was significantly improved after Ca2+ doping, and the core–shell structure was successfully synthesized, with NaGdF4 directionally grown on the NaYF4:Ca/Yb/Tm core. Fluorescence tests showed that, especially in the ultraviolet and blue light excitation wavelength regions, the UC emission intensity of the Ca-doped NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaGdF4 core–shell UCNPs increased by 302.95 times vs. NaYF4:Yb3+/Tm3+ UCNPs. Finally, the release of NO was tested by the Griess method. Under 980 nm irradiation, the cell viability distinctly decreased with increasing UCNPs@M-b-CD-NORMs concentration. This study Shows that NORM release of NO is triggered by enhanced up-converted UV and blue light, which can be used for the development of UV photo-sensitive drugs. KW - Nano KW - Nanomaterial KW - Upconversion nanoparticle KW - Lanthanide KW - Photoluminescence KW - Quantum yield KW - Photophysics KW - Lifetime KW - Sensor KW - Surface chemistry KW - Single particle KW - Brightness KW - NIR KW - PDT PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1039/d0tb00088d VL - 8 IS - 30 SP - 6481 EP - 6489 PB - Journal of Materials Chemistry B AN - OPUS4-51262 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kalmbach, J. A1 - Wang, Cui A1 - You, Yi A1 - Förster, C. A1 - Schubert, H. A1 - Heinze, K. A1 - Resch-Genger, Ute A1 - Seitz, M. T1 - Near-IR to near-IR upconversion luminescence in molecular chromium ytterbium salts JF - Angewandte Chemie - International Edition N2 - Upconversion photoluminescence in hetero-oligonuclear metal complex architectures featuring organic ligands is an interesting but still rarely observed phenomenon, despite its great potential from a basic research and application perspective. In this context, a new photonic material consisting of molecular chromium(III) and ytterbium(III) complex Ions was developed that exhibits excitation-power density-dependent cooperative sensitization of the chromium-centered 2E/2T1 phosphorescence at approximately 775 nm after excitation of the ytterbium band 2F7/2!2F5/2 at approximately 980 nm in the solid state at ambient temperature. The upconversion process is insensitive to atmospheric oxygen and can be observed in the presence of water molecules in the crystal lattice. KW - Upconversion KW - Lanthanide KW - Photoluminescence KW - Quantum yield KW - Photophysics KW - Lifetime KW - Sensor KW - NIR KW - Cr(III) KW - Yb(III) complex KW - Crystal KW - Triplet-triplet annihilation KW - Sensitization KW - Light harvesting PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512619 DO - https://doi.org/10.1002/anie.202007200 SN - 1433-7851 SN - 1521-3773 VL - 59 IS - 42 SP - 18804 EP - 18808 PB - Wiley CY - Weinheim AN - OPUS4-51261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hoffmann, Katrin A1 - Nirmalananthan-Budau, Nithiya A1 - Resch-Genger, Ute T1 - Fluorescence calibration standards made from broadband emitters encapsulated in polymer beads for fluorescence microscopy and flow cytometry JF - Analytical and Bioanalytical Chemistry N2 - We present here the design and characterization of a set of spectral calibration beads. These calibration beads are intended for the determination and regular control of the spectral characteristics of fluorescence microscopes and other fluorescence measuring devices for the readout of bead-based assays. This set consists of micrometer-sized polymer beads loaded with dyes from the liquid Calibration Kit Spectral Fluorescence Standards developed and certified by BAM for the wavelength-dependent Determination of the spectral responsivity of fluorescencemeasuring devices like spectrofluorometers. To cover the wavelength Region from 400 to 800 nm, two new near-infrared emissive dyes were included, which were spectroscopically characterized in solution and encapsulated in the beads. The resulting set of beads presents the first step towards a new platform of spectral calibration beads for the determination of the spectral characteristics of fluorescence instruments like fluorescence microscopes, FCM setups, and microtiter plate readers, thereby meeting the increasing demand for reliable and comparable fluorescence data especially in strongly regulated areas, e.g., medical diagnostics. This will eventually provide the basis for standardized calibration procedures for imaging systems as an alternative to microchannel slides containing dye solutions previously reported by us. KW - Fluorescence standard KW - Fluorescence KW - Dye KW - Microscopy KW - Bead KW - Particle KW - NIR KW - calibration KW - Quality assurance KW - Traceability PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-508117 DO - https://doi.org/10.1007/s00216-020-02664-y SN - 1618-2642 VL - 412 IS - 24 SP - 6499 EP - 6507 PB - Springer AN - OPUS4-50811 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Yu, Z. A1 - Musnier, B. A1 - Wegner, Karl David A1 - Henry, M. A1 - Chovelon, B. A1 - Desroches-Castan, A. A1 - Fertin, A. A1 - Resch-Genger, Ute A1 - Bailly, S. A1 - Coll, J.-L. A1 - Usson, Y, A1 - Josserand, V. A1 - Le Gúevel, X. T1 - High-Resolution Shortwave Infrared Imaging of Vascular Disorders Using Gold Nanoclusters JF - American Chemical Society N2 - We synthesized a generation of water-soluble, atomically precise gold nanoclusters (Au NCs) with anisotropic Surface containing a short dithiol pegylated chain (AuMHA/TDT). The AuMHA/TDT exhibit a high brightness (QY ∼ 6%) in the shortwave infrared (SWIR) spectrum with a detection above 1250 nm. Furthermore, they show an extended half-life in blood (t1/2ß = 19.54 ± 0.05 h) and a very weak accumulation in organs. We also developed a non-invasive, whole-body vascular imaging system in the SWIR window with high-resolution, benefiting from a series of Monte Carlo image processing. The imaging process enabled to improve contrast by 1 order of magnitude and enhance the spatial Resolution by 59%. After systemic administration of these nanoprobes in mice, we can quantify vessel complexity in depth (>4 mm), allowing to detect very subtle vascular disorders non-invasively in bone morphogenetic protein 9 (Bmp9)-deficient mice. The combination of these anisotropic surface charged Au NCs plus an improved SWIR imaging device allows a precise mapping at high-resolution and an in depth understanding of the organization of the vascular network in live animals. KW - Nanoparticle KW - Nanosensor KW - Fluorescence KW - Metal cluster KW - NIR KW - SWIR KW - Photophysics KW - Ligand KW - Size KW - Surface chemistry KW - Quantum yield KW - Mechanism KW - Lifetime KW - Decay kinetics PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01174 VL - 14 IS - 4 SP - 4973 EP - 4981 PB - ACS Publication AN - OPUS4-50671 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -