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Die Gefährdungen durch die Freisetzung von Gasen und Dämpfen infolge der Ableitung über Ausbläser aus Sicherheitsventilen, Prozess-Berstscheiben, Entlüftungs- und Entspannungsleitungen sind in einer Gefährdungsbeurteilung zu bewerten. Freisetzungen aus Druckanlagen können nach TRBS 2141 beurteilt werden. In der Fachbereich AKTUELL werden verschiedene Methoden mit ihren benötigten Eingangsdaten und Anwendungsgrenzen zur Beurteilung der Gefahren an Ausbläsern für brennbare Gase vorgestellt, um den Anwendern und Prüfern von solchen Anlagen eine Hilfestellung bei der Bewertung und Beurteilung möglicher Gefahren an den prozessbedingten Stoffauslässen ins Freie zu geben.

This thesis deals with the development of a novel optical fiber sensing scheme based on geometric phase for sensing strain and its application to seismology. Interference of two coherent frequency offset electromagnetic waves gives rise to a geometric phase in the resulting beat signal. The existence of this phase was recently reported along with requisite conditions for its existence. This thesis proposes to detect and use this geometric phase in the context of distributed and dynamic fiber optic strain sensing, also known as distributed acoustic sensing (DAS). In the first part, I devise a novel DAS hardware setup capable of detecting the geometric phase considering that its measurement methods require the measurement of beam intensities and the beat signal’s envelope. The geometric phase is a function of relative intensity and polarisation state of two interfering beams. Therefore, its measurement is verified by determining its relation on these quantities using a polarisation scrambler and a piezoelectric transducer, inline an optical fiber. It is a fundamental study that has implications in coherent optical communication and novel sensing mechanisms. The second part involves using the geometric phase in DAS for measurement of strain. I attempt to replace the traditionally measured dynamic phase in a DAS setup with the geometric phase. This is made possible by the fact that the geometric and dynamic phases are reportedly coupled over every beat period such that their sum remains constant. However, the spatial resolution for geometric phase is lower as it is measured per beat period. I determine an equivalence for the two phases empirically as well as optimum test parameters such as the required frequency offset between the interfering beams. The advantages offered by the use of geometric phase are demonstrated; geometric phase can be measured even when the two interfering beams have non-identical polarisation states, unlike the traditionally measured dynamic phase. Moreover, it does not require phase unwrapping and is therefore free from unwrapping errors. In the third and final part, the setup, after optimisation, is tested in the field to detect seismic waves travelling on the surface of the Earth in response to a set of blasts carried out at a test-site. The surface waves are used for the characterisation of the structure and material properties of the first tens of meters of the Earth with applications in earthquake monitoring, resource exploration and infrastructure planning. In short, this study is the first of its kind to measure geometric phase in beat signal of light using optical fiber medium and to measure strain with it, for which a novel hardware setup and a novel sensing mechanism is designed and tested in addition to its application in real-world seismology measurements.

Die Erforschung des Proteoms, der Gesamtheit der Proteine eines Lebewesens, ist von großer Bedeutung für das Verständnis biologischer Systeme. Aufgrund dessen ist die Proteomik ist eines der bedeutendsten aktuellen Forschungsfelder der Biowissenschaften. In der Bottom-Up-Proteomik werden die Proteine einer Probe vor ihrer Analyse einem enzymatischen Verdau mit Proteasen unterzogen, was eine erleichterte Analyse mit hohem Durchsatz ermöglicht. Aufgrund seiner hohen Aktivität und Effektivität hat sich die Serinprotease Trypsin als Standard-Enzym der Proteomik etabliert. Die weitere Verbesserung ihrer Enzymcharakteristika, wie Thermostabilität und Aktivität, ist unter anderem durch Immobilisierung an ein Trägermaterial oder genetische Modifikation möglich. In der vorliegenden Arbeit wurde eine von Xiao et al. 2023 entwickelte thermostabile Trypsin-Variante mit erhöhter Oberflächen-Hydrophobizität rekombinant in E. coli hergestellt und sowohl immobilisiert als auch in Lösung hinsichtlich ihrer Enzymaktivität und Thermostabilität im Vergleich zum Wildtyp charakterisiert. Die vorliegende Arbeit stellt dabei eine Erstbeschreibung der Immobilisierung einer thermostabilen Trypsin-Spezies an ein Trägermaterial dar und untersucht somit erstmalig das Zusammenspiel der beiden Optimierungsstrategien Immobilisierung und genetische Modifikation. Das thermostabile Trypsin und sein Wildtyp wurden rekombinant als Zymogene hergestellt, wobei trotz verschiedener Strategien zum Erhalt der nativen Konformation, wie der Fusion mit dem Chaperon-ähnlichen Maltose-bindenden Protein (MBP), eine starke Aggregation in Einschlusskörperchen (inclusion bodies, IB) erfolgte. Im Zuge der Rückfaltung der fehlgefalteten Proteine wurden verschiedene Rückfaltungsbedingungen untersucht, wobei die Vorteile einer langsamen Absenkung des Gehalts der Denaturierungsreagenz in Kombination mit einem Cystein-Cystine- Redoxsystem dargelegt werden konnten. Es konnte keine Verbesserung der Aktivität und Thermostabilität des genetisch modifizierten Enzyms in freier Form festgestellt werden, jedoch eine erhöhte Substrataffinität. Durch Immobilisierung an Magnetbeads mit tosylfunktionalisierter Oberfläche konnte die Enzymaktivität der genetisch modifizierten Trypsin-Variante bei 80 °C vollständig erhalten werden, während die Aktivität des Wildtyps verringert wurde. Dies legt nahe, dass die erhöhte Oberflächen-Hydrophobizität der modifizierten Trypsin-Variante zu einer erhöhten Bindung an das Trägermaterial beiträgt, was eine Verbesserung der Stabilität bei thermischer Erhitzung bewirkt.

The digitalization of quality control processes and the use of digital data infrastructures is a novel idea that can be applied for ensuring the operational safety and reliability of pressure vessels, particularly in the context of hydrogen storage at high pressure. Despite the critical role these pressure vessels play, current safety regulations lack an established concept for Structural Health Monitoring (SHM). This research addresses this gap by presenting a study on the application of ultrasonic guided waves (GWs) for SHM of Type IV Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPVs). The study focuses on the development of a reliable measurement system to transition from conventional periodic inspections to SHM and predictive maintenance, prolonging the remaining lifetime of the vessels. A sensor network is employed, consisting of fifteen piezoelectric wafers arranged in three rings, which are mounted on the outer surface of the COPV. Deploying GWs, known for their long-distance propagation and ability to cover complex structures, the study explores GW behavior under different environmental and operational conditions, including periodic pressure fluctuations and temperature loadings. Meticulous analysis of GW signals by utilizing various features and damage indices, underscores their suitability for an effective SHM under realistic working conditions. The project aims to localize defects by considering temperature, and internal pressure. Mimicking the continuous monitoring of Type IV COPVs in H2 refueling gas stations under authentic operational conditions, the COPV underwent thousands of pressure load cycles in our special test facility. The implemented methodology facilitates early damage detection, showcasing the efficacy of the designed method in effective safety assurance.

These data sets serve as models for calculating the specific surface area (BET method) using gas sorption in accordance with ISO 9277. The present measurements were carried out with nitrogen at 77 Kelvin and argon at 87 Kelvin. It is recommended to use the following requirements for the molecular cross-sectional area: Nitrogen: 0.1620 nm² Argon: 0.1420 nm² Expected specific surface area for nitrogen (BET): 24 to 25 m²/g Expected specific surface area for argon (BET): 20 m²/g Titanium dioxides certified with nitrogen sorption and additionally measured with argon for research purposes were used as sample material. The resulting data sets are intended to serve as comparative data for own measurements and show the differences in sorption behaviour and evaluations between nitrogen and argon. These data are stored in the universal AIF format (adsorption information format), which allows flexible use of the data.