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Diese Arbeit widmet sich der Analyse von Pollenkörnern und einzelnen Pollenkomponenten mit Hilfe der Raman-Spektroskopie, ergänzt wurden diese Untersuchungen durch den Einsatz der Massenspektrometrie, ESEM-Technik, Hochleistungs-Dünnschicht- Chromatographie, IR- und NMR-Spektroskopie. Die Klassifizierung der Pollenspezies erfolgte durch eine Clusteranalyse der Raman- Spektren. Diese Methode kann die Grundlage für eine automatische On-line-Detektion zur Erstellung von Pollenflugwarnungen für Allergiker bilden. Es gelang die Pollenarten zu unterscheiden, darüber hinaus spiegeln die resultierenden Dendrogramme den phylogenetischen Ursprung der Pollenspezies wider. Eine Ursache für falsche Zuordnungen der Pollen stellten hohe Gehalte an Carotinoiden dar. Durch das Bestrahlen der Proben mit 633 nm wurden die Carotinoide abgebaut und der Einfluss der Carotinoide auf die Clusteranalyse reduziert. Die Aufnahmen von resonanten Raman-Spektren der mittels HPTLC aufgetrennten Carotinoide belegten Unterschiede in der Zusammensetzung der Carotinoide in Abhängigkeit von der Pollenspezies. Die Konzentrationen der Carotinoide in den Pollen konnten mit Hilfe der UV-Vis Absorptions- Spektroskopie bestimmt werden. Des Weiteren konnte belegt werden, dass die in-situ Spektren ganzer Pollenkörner die typischen Carotinoidsignaturen einer Pollenspezies widergeben. Die in-situ Spektren sind von Vorteil, weil sie ohne Präparation aufgenommen wurden. Außerdem wurde der Einfluss der biologischen Matrix berücksichtigt. Weitere Bestandteile der Pollenkörner wurden isoliert und mit Hilfe der Raman-, IR- und NMR-Spek- troskopie untersucht. So konnten Veränderungen der chemischen Struktur durch die Aufreinigungsprozeduren nachgewiesen werden. Von besonderem Interesse ist die Analyse des Biomakromoleküls Sporopollen in, welches für die Langlebigkeit und chemischen Stabilität der Pollenkörner verantwortlich ist. Es wurden Aminosäuren, Phosphorlipide, Cellulose und Coumarinsäure in den Pollenkörnern gefunden. Die Verteilung dieser Substanzen in den Pollenkörnern konnte via 2D Raman-Experimente dargestellt werden. Die Signale der Coumarinsäure konnten ebenfalls in den Raman-Spektren keimender Pollenkörner entdeckt werden. Die Pollenschläuche bestehen überwiegend aus Cellulose. Neben diesen Gemeinsamkeiten wurden speziesspezifische Unterschiede der chemischen Zusammensetzung festgestellt.
Raman microscopy allows a non-destructive characterisation of inorganic and organic painting materials such as pigments and organic dyestuffs. The objectives of this study are the more recent organic pigments typically present in paintings and other art works from the 20th century. More than 20 organic synthetic pigments from different chemical classes could be identified by Raman spectroscopy using different excitation wavelengths (457.9, 476.5, 487.9, 514.5, 632.8, and 1064 nm). To evaluate the performance for real paint samples, varying paint mixtures of the Hansa Yellow pigment PY 3 and the binding medium Mowilith, a polyvinyl acetate (PVAC) compound, were characterised; PY 3 was determined at a 1 wt% level in the binder. In addition, commercial tube paints containing the quinacridone violet PV 19 were studied. The pigment was clearly identified in all of these more complex oil and acrylic paints. Finally, alizarin (PR 83) and a green copper phthalocyanine pigment (PG 7) could unambiguously be identified by Raman microscopy in the painting Woman with mandolin in yellow and red of Max Beckmann dating 1950. The discovery of a red naphthol AS pigment by Raman spectroscopy in a sample from the Three field workers by Georg Baselitz (1964/1965) demonstrated that in some cases complementary chromatographic methods are needed for a comprehensive identification of the organic pigments.
Raman signatures of the carotenoid component are studied in individual pollen grains from different species of trees. The information is obtained as differences in the strong pre-resonant Raman spectra measured before and after photodepletion of the carotenoid molecules. The results provide the first in situ evidence of interspecies differences in pollen carotenoid content, structure, and/or assembly between plant species without prior purification. The analysis of carotenoids in situ is confirmed by high-performance thin-layer chromatography (HPTLC)-supported resonance Raman data measured directly on the HPTLC plates after separation of carotenoids in pollen extracts. Utilization of the in situ, extraction-free procedure in carotenoid analysis will improve sensitivity and structural selectivity and provides insight into carotenoid structure and composition in single pollen grains.
We report on the in situ characterization of tree pollen molecular composition based on Raman spectroscopy. Different from purification-based analysis, the nondestructive approach allows (i) to analyze various classes of molecules simultaneously at microscopic resolution and (ii) to acquire fingerprint-like chemical information that was used for the classification of pollen from different species. Hierarchical cluster analysis of spectra from fresh pollen samples of 15 species partly related at the genus level and family level indicates separation of species based on the complete Raman spectral signature and yields classification in accord with biological systematics. The results have implications for the further elucidation of pollen biochemistry and also for the development of chemistry-based online pollen identification methods.