Analytische Chemie
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Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methode zur Hochdurchsatzanalyse von partikelgebundenen Split-and-Mix-Peptidbibliotheken. Dabei wurde ein System entwickelt, das Partikelbibliotheken in kurzer Zeit auf ihre Bindung zu einem Zielmolekül hin untersucht und im nächsten Schritt eine direkte „Ein-Partikel“-Sequenzierung der Peptide von der festen Phase ermöglicht. Die Analyse der Bindung eines Zielmoleküls an ein selektiv bindendes Peptid wurde dabei in einem Modellsystem simuliert. Dazu wurde FITC-markiertes Neutravidin 3 mit festphasengebundenen biotinylierten und nicht-biotinylierten Peptiden inkubiert. Die Bindung von Neutravidin-FITC an die biotinylierten Peptide konnte erfolgreich mittels eines Fluoreszenzmikroskops nachgewiesen werden, wobei diese Methode für eine Hochdurchsatzanalyse ungeeignet war. So wurde die Analyse des Fluoreszenzassays auf einen Microarrayscanner übertragen (siehe Abbildung 33). Dies gelang erfolgreich wobei die hohe Eigenfluoreszenz des Tentagel-Harzes zu falsch positiven Ergebnissen führte. Mit einem Wechsel zum längerwelligen Fluoreszenzfarbstoff ATTO-633 konnten falsch positive Ergebnisse vermieden werden. Somit wurde die zeitintensive Fluoreszenzanalyse von einem Fluoreszenzmikroskop erfolgreich auf einen Microarrayscanner übertragen, welcher in kurzer Zeit (ca. 5 min pro Objektträger) eine Vielzahl an peptidbeladenen Partikeln gleichzeitig analysieren kann.
Quo Vadis – Kurzdarstellung
Im Fokus von Quo Vadis stehen die Qualitätssicherung von Verbundwerkstoffen und die Validierung der Zentrifugentechnologie zur quantitativen Bestimmung von Festigkeitswerten in der Beanspruchung auf Zug als Mehr-Proben-Prüfverfahren unter Verwendung einer analytischen Zentrifuge (nachfolgend als „Adhesion Analyser LUMiFrac®“ bezeichnet). Zu den Festigkeiten, die mit Hilfe des LUMiFrac® unter Verwendung aufgeklebter Prüfstempel bestimmt werden, gehören die Fügefestigkeit (FF) von Klebverbindungen, die Haftfestigkeit (HF) von Beschichtungen sowie die Verbundfestigkeit (VF) von Faserverbundwerkstoffen. Aufbauend auf zwei Funktionsmustern der analytischen Zentrifuge sollen für die genannten Anwendungsszenarien (FF, HF, VF) in Anlehnung an die geltenden Normen DIN EN 15870 „Klebstoffe – Zugprüfung zur Bestimmung der Zugfestigkeit von Stumpfklebungen“ und DIN EN ISO 4624 „Beschichtungsstoffe – Abreißversuch zur Beurteilung der Haftfestigkeit“ geeignete Prüfstrategien und -abläufe sowie zum Klebprozess kompatible Aufnahmen für den Prüfkörperverbund in der Zentrifuge entwickelt werden.
Im Ergebnis des Vorhabens soll ein automatisiertes und validiertes Mehr-Proben-Prüfverfahren zur Qualitätssicherung von Verbundfestigkeiten zur Verfügung stehen, welches neben der Hardware auch eine Software für die angepassten Prüfstrategien in Form von SOPs (standard operating procedures) bereitstellt.
Im Fokus steht die Qualitätssicherung mit Blick auf Herstellung, Modifizierung, Handling und Erprobung von PLASMA-kompatiblen Partikeln zur gepulsten in-situ Injektion von ex-situ hergestellten Partikeln für add-on Funktionen in und zur Identifikationsprüfung von BeschichTungen (PLASMA-FIT). Im Kern war zunächst zu prüfen, welche Klassen ex-situ hergestellter Partikel unterschiedlichster Materialien überhaupt bzw. unter welchen Bedingungen PLASMA-fit sind oder unter welchen Randbedingungen PLASMA-fit gemacht werden können. In den dazugehörenden Projektphasen Screening und Adaption stand dabei das komplexe Beanspruchungsszenario bestehend aus Vakuum-, Temperatur- und wenigstens kurzzeitiger Plasmabeständigkeit der ex-situ bereitgestellten Partikel im Fokus. In der Projektphase Applikation sollte dann unter Verwendung einer modifizierten Plasmaquelle (BAM-Patentanmeldung, beabsichtigte Lizenznahme durch Fa. CemeCon, Optionsvertrag) hinsichtlich der Realisierbarkeit, Prüfung und Qualitätssicherung von Plasmadispersionsschichten ein erster Praxistest zur in-situ Injektion von Partikeln in einen laufenden Beschichtungsprozess, zur Realisierung funktioneller Eigenschaften z.B. zur Identifikation oder Authentifizierung von Originalteilen, vorgenommen werden
The qualitative and quantitative investigations of historical iron-gall inks by use of μ-XRF spectrometry is a common method for analyzing the diff erences in their composition. When a fingerprint is established, it is possible to characterize the distinguishable inks used in the production of medieval manuscripts, and, in turn assist in the reconstruction of the manuscript’s history.The characterization of the primary inks in palimpsests, i.e. manuscripts written on re-used parchment, presents a serious problem as the effect of the partial removal on the inks fi ngerprint is yet known.
In this paper we explore our preliminary results concerning the effects of two removal techniques on the fingerprint of iron-gall inks on parchment.
This project aims to develop capacity to produce certified reference materials (CRMs) for environmental analysis by transferring know-how between the partners and combining their skills to focus on environmental CRM production. The production process includes good manufacturing practices for processing materials, method development, the validation and application of homogeneity, stability and characterisation tests, the calculation of individual uncertainties (between-unit inhomogeneity, long term stability, characterisation) and combination of uncertainties to determine overall uncertainty of the matrix reference materials. An inter laboratory comparison registered as a EURAMET project is set as the ultimate project outcome, confirming the partners’ capabilities in applying newly acquired skills.
This project aims to develop capacity to produce certified reference materials (CRMs) for environmental analysis by transferring know-how between the partners and combining their skills to focus on environmental CRM production. The production process includes good manufacturing practices for processing materials, method development, the validation and application of homogeneity, stability and characterisation tests, the calculation of individual uncertainties (between-unit inhomogeneity, long term stability, characterisation) and combination of uncertainties to determine overall uncertainty of the matrix reference materials. An inter laboratory comparison registered as a EURAMET project is set as the ultimate project outcome, confirming the partners’ capabilities in applying newly acquired skills.
The importance of microRNA (miRNA) dysregulation for the development and progression of diseases and the discovery of stable miRNAs in peripheral blood have made these short-sequence nucleic acids next-generation biomarkers. Here we present a fully homogeneous multiplexed miRNA FRET assay that combines careful biophotonic design with various RNA hybridization and ligation steps. The single-step, single-temperature, and amplification-free assay provides a unique combination of performance parameters compared to state-of-the-art miRNA detection technologies. Precise multiplexed quantification of miRNA-20a, -20b, and -21 at concentrations between 0.05 and 0.5 nm in a single 150 mL sample and detection limits between 0.2 and 0.9 nm in 7.5 mL serum samples demonstrate the feasibility of both highthroughput and point-of-care clinical diagnostics.
One of the most important collections of manuscripts and wall paintings from sites of the northern Silk Road, discovered at the beginning of the 20thC, are deposited in Berlin. The fragments represent a broad spectrum of scripts, languages, and painting styles depending on the region of origin and purpose of dissemination. The manufacturing material reflects the various influences in the oasis sites. Based on analyses of some pigments, examples are posed.
Sixteen Ayyubid-Mamluk glazed pottery sherds were analyzed in order to identify and characterize the elemental composition to determine their provenance. The tested sherds were collected from the historical site of Karak Castle, southern Jordan.
Chemical analysis for the sixteen samples has been carried out using Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Spectrometry (SR-XRF) Technique. Furthermore, the semiquantitative analysis of the elements Fe – Cu – Zn – Br – Rb – Sr – Y – Zr – Nb – Mo – Pd – Ag – Cd and Pb has been performed for the samples based on Principal Component Analysis (PCA) and hierarchical Cluster Analysis with Bray-Curtis in order to define grouping of different glazed pottery by obtaining information on their similarity and clustering. The results of chemical analysis provided persuasive evidence that the Karak Castle pottery sherds have at least three different sources of provenance.
The modeling of waveguides by means of the Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) has recently been addressed and is considered an effective procedure for the simulation of ultrasonic guided waves in plates and uniform structures, as well as their interaction with defects. This work presents the extension of the known applications like uniform concrete foundation cylinders to structures with more complex shapes and defects. The main focus is the required modeling of 3-D structures in SBFEM to solve these efficiently. Furthermore the coupling of different models is discussed. This involves models like a mainly uniform foundation cylinder with varying material behavior or geometry in certain areas which has to be modeled in 3-D SBFEM. With the presentation of numerical examples the accuracy and performance of the modeling is discussed and the advantages in improving numerical stability are shown.
Recommendations on a Revision of the EC Definition of Nanomaterial Based on Analytical Possibilities
(2015)
In October 2011 the European Commission (EC) published a "Recommendation on the definition of nanomaterial" (2011/696/EU), to promote consistency in the interpretation of the term "nanomaterial" for legislative and policy purposes in the EU. The EC NM Definition includes a commitment to its review in the light of experience and of scientific and technological developments. This review is ongoing in 2015 and as a contribution to the review the Joint Research Centre of the European Commission (JRC) has already developed a series of three scientific-technical reports with the title: “Towards a review of the EC Recommendation for a definition of the term nanomaterial” which provides to the EC policy services science-based options on how the definition could be revised or supported with additional guidance.
The overarching nature and wide scope of the EC NM Definition, as it does not exclude a priori any particulate material regardless the state, form and size, creates many analytical challenges in its imple-mentation for all stakeholders, including enterprises and regulators.
The NanoDefine project has as core objective to support the implementation of the EC NM Definition. In this report key aspects of the EC NM Definition are addressed, with the goal to improve the implement-ability of the EC NM Definition. These aspects are presented and discussed based on the results of two years of research performed within the framework of the project. As a result this report assesses how well the requirements of the EC NM Definition can be fulfilled with currently available analytical possi-bilities. It presents recommendations and options on a revision of the EC NM Definition to improve the implementability of the definition based on currently available analytical possibilities, according to the state of the art of mid-2015.
Of the technical issues considered in this report, the following seem to deserve the most attention in terms of clarification of the definition and/or provision of additional implementation guidance:
The term ‘external dimension’.
A clear definition of 'External dimension' should be included in the text of the EC NM definition and more precise guidance on what is considered as an external dimension and how to properly character-ise it should be provided.
The ‘number based particle size distribution‘.
The EC NM Definition uses a threshold related to the number based size distribution of particles. Yet most of the easily available techniques provide a mass-, volume- or scattered light intensity-based size distribution which needs to be converted into a number based distribution to be used for regulatory pur-poses. A specific guidance on the conditions under which these methods can be used to identify a na-nomaterial by employing appropriate quantity or metrics conversion should be provided.
The ‘polydispersity‘ and ‘upper size limit‘
Polydispersity is a challenge for the measurement of particle size distribution for the EC NM definition, specifically for materials with high polydispersity index and broad size distribution especially when the volume or mass of the fraction containing particles below 100 nm is very small. Therefore a dedicated guidance should be provided that allows applying an upper size limit in measurements and particle statistics.
Untergrundspeicher für Roh- und Abfallstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. Verwendet werden sie vor allem für Stoffe wie Erdgas, Wasserstoff, Erdöl und neuerdings auch für Kohlen-stoffdioxid (CO2). Diese Stoffe werden meist unter Druck in Kavernen- oder Porenspeichern einge-lagert. Die Speicher dienen einerseits zum Ausgleich von Ungleichgewichten zwischen Ange-bot/Förderung und Nachfrage/Verbrauch und zur Erhöhung der Versorgungssicherheit. Anderer-seits bestehen Konzepte Abfallstoffe oder Gefahrstoffe für die Umwelt (aktuell CO2-Speicherung) dort für lange Zeiträume einzulagern. Mit den Einlagerungsstoffen verbunden ist ein signifikantes Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt, falls es trotz aller Sicherheitsmaßnahmen zu einem unkontrollierten Austritt dieser Stoffe kommen sollte. Daher kommt dem Monitoring derartiger Untergrundspeicher und den darüber befindlichen Bodenstrukturen eine extrem hohe Bedeutung zu.
Ein hochaktuelles Beispiel, das die Überwachung entsprechender Bodenflächen fordert, ist die unterirdische CO2-Speicherung im Rahmen der CO2-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS). CCS gilt als wichtige Brückentechnologie der Energiewirtschaft und wird weltweit vorangetrieben, während die Sicherheit von Bevölkerung und Biosphäre noch kont-rovers diskutiert wird. Auch die EU setzt auf CCS und gibt in der EU-Richtlinie 2009/31 als Ziel-setzung bis 2015 vor, 15 Pilotanlagen zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Als Bedingung für die Genehmigung der CO2-Speicherung ist explizit die Überwachung der Speicheranlagen durch Monito-ring vorgeschrieben, wobei die technisch besten Lösungen zum Einsatz kommen sollen.
Das zu entwickelnde Messsystem adressiert neben den o.g. Anwendungsfeldern weitere, bei denen insbesondere die Emission von Gasen ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellt oder wirt-schaftlichen Schaden verursachen kann. Hierzu zählen die Überwachung von Abfalldeponien, Ge-fahrgutlagerstätten, kontaminierten Altlastengebieten, Moor-, Torf-, Kohleflözen (präventive Branderkennung) und geodynamisch aktiven Regionen. Auch moderne Fördertechnologien, wie das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) zur Energiegewinnung durch Einpressen von überkritischem CO2 in den Erdkörper, das die Beweglichkeit eines Gases mit der Dichte einer Flüssigkeit kombiniert und Wärmeaustausch im Erdinneren bewirkt, bergen das Risiko unkontrollierter Gasemissionen und bedürfen der umfassenden Überwachung.
Interfaces provide the structural basis for function as, for example, encountered in nature in the membrane-embedded photosystem or in technology in solar cells. Synthetic functional multilayers of molecules cooperating in a coupled manner can be fabricated on surfaces through layer-by-layer self-assembly. Ordered arrays of stimuli-responsive rotaxanes undergoing well-controlled axle shuttling are excellent candidates for coupled mechanical motion. Such stimuli-responsive surfaces may help integrating synthetic molecular machines in larger systems exhibiting even macroscopic effects or generating mechanical work from chemical energy through cooperative action. The present work demonstrates the successful deposition of ordered mono- and multilayers of chemically switchable rotaxanes on gold surfaces. For the first time, rotaxane mono- and multilayers are shown to reversibly switch in a coupled manner between two ordered states as revealed by linear dichroism effects in angle-resolved NEXAFS spectra. Such a concerted switching process is observed only when the surfaces are well packed, while less densely packed surfaces lacking lateral order do not exhibit such effects.
Globalisierung und die beschleunigte technologische Entwicklung bringen heute für die Industrieländer Herausforderungen im Hinblick auf Wachstum, Beschäftigung und Strukturwandel mit sich, denen nur mit einer entsprechenden Innovationsdynamik und -dichte begegnet werden kann. Grundvoraussetzung hierfür ist eine leistungsfähige Forschung und Entwicklung ebenso wie Wissens- und Technologietransfer zur Umsetzung von Forschungsergebnissen in marktfähige Produkte und Dienstleistungen. Europa hat sich im Rahmen des Lissabon-Prozesses zum Ziel gesetzt, den Anteil der Forschungsausgaben am Bruttoinlandsprodukt auf 3 % zu steigern. Um die Forschungsinfrastruktur in der Bundesrepublik zu stärken und global wettbewerbsfähig zu bleiben, hat die Bundesregierung mit der Hightech-Strategie einen weiteren wichtigen Schritt zur Förderung des wissenschaftlich-technischen Fortschritts in Deutschland getan.
Forschungsprogramme sind sowohl für Forschungseinrichtungen als auch für Mittelgeber ein wichtiges Instrument für die Darstellung und Steuerung ihrer Aktivitäten. Dies gilt auch für die Bundeseinrichtungen mit Forschungs- und Entwicklungsaufgaben, zu denen die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) zählt. Die BAM verfügt über einen klaren gesetzlichen Auftrag für die Sicherheit in Technik und Chemie. Ihre Forschung ist mit der Wahrnehmung öffentlicher Aufgaben verbunden. Das Forschungsprogramm zeigt Perspektiven im Bereich ihres Aufgabenfeldes sowie ihrer damit verbundenen Forschungsaktivitäten transparent und politisch nutzbar auf und dient darüber hinaus der Koordinierung der Ressortforschung. Das Forschungsprogramm der BAM wird alle zwei Jahre aktualisiert. Es gibt einen Überblick über die aktuellen und zukünftigen Forschungsthemen und die hierfür erforderlichen Rahmenbedingungen.
Supplementary cementitious materials (SCMs) are largely used all over the world. The leading SCMs are fly ash (FA) and slag. However, such materials originate from industries that are not well established in sub-Saharan Africa (SSA). Therefore, it becomes extremely challenging and expensive to build up sustainable cement and concrete. For SSA, agriculture is one of the leading economic sectors. Agricultural by-products such as rice husk ash (RHA), can be a potential binder material beneficial for use in a cementitious system. RHA combined with limestone filler (LSF) is an option that can be practised for rice producing countries in Africa.
The concreting of prefabricated concrete structures can lead to insufficient bonding or even to remaining cavities. Honeycombs (aggregate clusters without cement) represent potential weakening of the structure and need to be detected non-destructively. In our study we tested the capability of ground penetrating radar (GPR) techniques for this purpose. We applied GPR in reflection mode and zero-offset profiling (ZOP) transmission mode on a precast concrete twin wall with built-in honeycombs. GPR measurements were performed as two channel measurement with ground coupled antennas with centre frequencies of 1.5 GHz and 2.6 GHz mounted to an automated scanner system.
Our findings show that ZOP transmission measurements are a more efficient method to detect voids in reinforced concrete structures compared to reflection mode measurements. This holds for both the effort needed for the measurement and the evaluation as well as the validity of the data. Honeycombs (basically representing voids) are usually characterized by strongly reduced amplitudes and earlier arrivals of the transmitted wave.
The concreting of prefabricated concrete structures can lead to insufficient bonding or even to remaining cavities. Honeycombs (aggregate clusters without cement) represent potential weakening of the structure and need to be detected non-destructively. In our study we tested the capability of ground penetrating radar (GPR)techniques for this purpose. We applied GPR in reflection mode and zero-offset profiling (ZOP) Transmission mode on a precast concrete twin wall with built-in honeycombs. GPR measurements were performed as twochannel measurement with ground coupled antennas with centre frequencies of 1.5 GHz and 2.6 GHz mounted to an automated scanner system.
Our findings show that ZOP transmission measurements are a more efficient method to detect voids in reinforced concrete structures compared to reflection mode measurements. This holds for both the effort needed for the measurement and the evaluation as well as the validity of the data. Honeycombs (basically representing voids) are usually characterized by strongly reduced amplitudes and earlier arrivals of the transmitted wave.
Amplitudes variation of GPR rebar reflection due to the influence of concrete aggregate scattering
(2015)
Dense GPR measurements of rebar reflection amplitudes Show relative variations, which can be in the order of more than 10% - 20%. Former investigations demonstrated that these variations are caused by the heterogeneity of concrete, i.e. due to the inclusion of aggregates in concrete. These amplitude variations make it difficult to analyse single reflection amplitudes in order to determine the rebar diameter or to estimate the concrete deterioration state. In a systematic study we have quantified the statistical variation of the rebar reflection amplitude for concrete covers of 6 cm, 9 cm, 12 cm, 15 cm and 18 cm, for two different grading curves and for the rebar diameters 12 mm and 28 mm. Also the influence of the wavelength has been investigated by using antennas with different centre frequencies in relation to the aggregate size. The results are discussed with regard to a quantitative amplitude evaluation of GPR measurements and also the potential of using these variations for a characterization of concrete material properties.