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An accurate measurement of the amount fraction of hydrogen in gas mixtures is mandatory for practical applications, requiring methods that are fast, continuous, robust, and cost-effective. This study compares the performance of Raman and benchtop NMR process spectroscopy for determining the hydrogen amount fraction in gas mixtures. A setup was designed to integrate both techniques, enabling measurements of the same sample. Tests were conducted with gravimetrically prepared gas mixtures of reference quality ranging from 1.20 cmol/mol to 85.83 cmol/mol of hydrogen. The results demonstrate that Raman spectroscopy provides superior performance, with a minimal root mean square error (RMSE) of 0.22 cmol/mol and excellent linearity. In contrast, benchtop NMR spectroscopy faced challenges, such as overlapping peaks and longer measurement times, resulting in a higher RMSE of 0.71 cmol/mol. Raman spectroscopy proves to be particularly well-suited for practical applications due to its high accuracy and linearity. Meanwhile, benchtop NMR spectroscopy holds potential for future enhancements through ongoing technological advances, such as higher magnetic field strengths. In summary, the results from our study indicate that Raman spectroscopy is already a serviceable method for precise hydrogen quantification, whereas benchtop NMR spectroscopy can be attributed potential for future applications.

Das Ziel dieses Grundlagenforschungsprojektes war, die Abbaubarkeit syntheti-scher Polymere unter realitätsnahen Umweltbedingungen durch eine Mischung bzw. Blend eines Hydrolyse- mit einem Oxidations-empfindlichen Polymer zu verbessern, während er unter Nutzungsbedingungen stabil sein sollte. Die Arbeits-hypothese war, dass sich die Polymere gegenseitig in ihrem Abbau beschleunigen, wenn sie der alternierenden Wechselbeanspruchung aus UV-Strahlung und hydrolytischer Beanspruchung ausgesetzt sind. Hierfür wurden vier Blends aus Polylactid (PLA) und Polystyrol (PS) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) in unterschiedlichen Mischverhältnissen und Phasenstrukturen mittels additiver Fertigung hergestellt. Die Blends wurden über acht Wochen bei 45 °C mittels alternierender Wechselbeanspruchung aus je fünf Tagen UV-Bestrahlung und zwei Tagen hydrolytischer Beanspruchung beschleunigt gealtert. Für eine Basis-charakterisierung und als Vergleichsgrundlage wurden zusätzlich die Ausgangs-polymere PLA, PS und PMMA jeweils einzeln der hydrolytischen Beanspruchung, UV-Beanspruchung und alternierenden Wechselbeanspruchung unterzogen. Neben der Bestimmung der physiko-chemischen Effekte auf Prüfkörperoberflächen und Bulk wurden erstmalig auch die Wassermedien auf Mikroplastikgehalte und ökotoxikologische Wirkungen analysiert. Die Ergebnisse ergaben, dass reines PLA kaum degradierte, aber der PLA-Abbau sowohl durch Mischung mit PS als auch PMMA verstärkt wurde. Entgegen der Hypothese wurde dadurch allerdings sowohl die Degradation von PS als auch von PMMA gehemmt. Es konnte gezeigt werden, dass sich PS und PMMA im Blend mit PLA durch radikalische Depolymerisation abbauten und die dabei entstehenden Radikale die PLA-Hydrolyse beschleunigten, was wiederum den Abbau der PS- und PMMA-Phasen verlangsamte. Die Ergebnisse zeigten, dass bei dem PLA/PS-Schichtblend (PLA/PS-50) der höchste PS-Gehalt von 50 % den stärksten Effekt auf den PLA-Abbau hatte. Insgesamt war allerdings selbst in diesem Fall die PLA-Degradation nach achtwöchiger Beanspruchung als gering einzustufen. Der totale Masseverlust von PLA/PS-50 entsprach nach achtwöchiger Wechselbeanspruchung -2,6 ± 0,2 mg absolut bzw. ca. -1,5 ± 0,1 % der Prüfkörpermasse, wovon 0,001 % in partikuläres Mikroplastik fragmentierte (PLA: 0,2 – 2,7 μg/g; PS: 3,0 – 3,4 μg/g). Folglich war der größte Teil des Masseverlustes der Prüfkörper auf die Bildung gelöster und/oder gasförmiger Degradationsprodukte zurückzuführen. Ferner zeigten ökotoxikologische Untersuchungen der wechselbeanspruchten Wassermedien von PLA/PS-50 eine zunehmende Hemmung des Algenwachstums der Grünalge Desmodesmus subspicatus, die nach sechs Wochen Wechsel-beanspruchung zu 100 % Hemmung und nach acht Wochen zu einem Absterben der eingesetzten Algenzellen führte. Ergänzende Algenwachstumshemmungstests mit 2 Prüfkörpern der Ausgangspolymere PLA und PS zeigten, dass dies nicht auf der Bildung von partikulärem Mikroplastik, sondern gelösten PS-Degradations-produkten basierte, wie z. B. Benzaldehyd oder Benzoesäure. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nur eine geringe Beschleunigung des PLA-Abbaus bei gleichzeitiger Hemmung des PS- bzw. PMMA-Abbaus stattfand - und das auch erst bei hohen PS- bzw. PMMA-Gehalten. Weiterführende Experimente zeigten, dass dies speziell für PS höchst bedenklich und nicht empfehlenswert ist, da es abhängig von der Konzentration der gelösten PS-Degradationsprodukte zu starken ökotoxikologischen Effekten kommen kann, die von der Hemmung des Algen-wachstums bis zum Algenabsterben reichen können. Folglich konnte die Arbeits-hypothese nur sehr eingeschränkt verifiziert werden und ist mit den hier untersuchten Polymeren als nicht zielführend einzuschätzen.

Electron-beam-induced conversion of materials in a transmission electron microscope uses the high power density of a localized electron beam of acceleration voltages above 100 kV as an energy source to transform matter at the sub-micron scale. Here, the e-beam-induced transformation of precursor microparticles employing a low-energy e-beam with an acceleration voltage of 30 kV in a scanning electron microscope is developed to increase the versatility and efficiency of the technique. Under these conditions, the technique can be classified between e-beam lithography, where the e-beam is used to mill holes in or grow some different material onto a substrate, and e-beam welding, where matter can be welded together when overcoming the melting phase. Modifying gold microparticles on an amorphous SiOx substrate reveals the dominant role of inelastic electron-matter interaction and subsequent localized heating for the observed melting and vaporization of the precursor microparticles under the electron beam. Monte-Carlo scattering simulations and thermodynamic modeling further support the findings.

In addition to sensitivity, selectivity, and portability, chemical sensing systems must generate reliable signals and offer modular configurability to address various small molecule targets, particularly in environmental applications. We present a versatile, modular strategy utilizing ratiometric molecularly imprinted particle probes based on BODIPY indicators and dyes for recognition and internal referencing. Our approach employs polystyrene core particles doped with a red fluorescent BODIPY as an internal standard, providing built-in reference for environmental influences. A molecularly imprinted polymer (MIP) recognition shell, incorporating a green-fluorescent BODIPY indicator monomer with a thiourea binding site for carboxylate containing analytes, is grafted from the core particles in the presence of the analyte as the template. The dual-fluorescent MIP probe detects fexofenadine as the model analyte with a change in green emission signal referenced against a stable red signal, achieving a detection limit of 0.13 μM and a broad dynamic range from 0.16 μM to 1.2 mM, with good discrimination against other antibiotics in acetonitrile. By selecting a versatile dye scaffold and recognition element, this approach can be extended to other carboxylate-containing analytes and/or wavelength combinations, potentially serving as a robust multiplexing platform.

The chemical reaction between CO2 and a blended Portland cement concrete, referred to as carbonation, can lead to reduced performance, particularly when concrete is exposed to elevated levels of CO2 (i.e., accelerated carbonation conditions). When slight changes in concrete mix designs or testing conditions are adopted, conflicting carbonation results are often reported. The RILEM TC 281-CCC ‘Carbonation of Concrete with Supplementary Cementitious Materials’ has conducted a critical analysis of the standardised testing methodologies that are currently applied to determine carbonation resistance of concrete in different regions. There are at least 17 different standards or recommendations being actively used for this purpose, with significant differences in sample curing, pre-conditioning, carbonation exposure conditions, and methods used for determination of carbonation depth after exposure. These differences strongly influence the carbonation depths recorded and the carbonation coefficient values calculated. Considering the importance of accurately determining carbonation potential of concrete, not just for predicting their durability performance, but also for determining the amount of CO2 that concrete can re-absorb during or after its service life, it is imperative to recognise the applicability and limitations of the results obtained from different tests. This will enable researchers and practitioners to adopt the most appropriate testing methodologies to evaluate carbonation resistance, depending on the purpose of the conclusions derived from such testing (e. g. materials selection, service life prediction, CO2 capture potential).