@phdthesis{Kumke2005,
  author    = {Kumke, Michael Uwe},
  title     = {Huminstoffe und organische Modellliganden und ihre Wechselwirkung mit Metallionen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6066},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Immobilisierung bzw. Mobilisierung und Transport von Schadstoffen in der Umwelt, besonders in den Kompartimenten Boden und Wasser, sind von fundamentaler Bedeutung f{\"u}r unser ({\"U}ber)Leben auf der Erde. Einer der Hauptreaktionspartner f{\"u}r organische und anorganische Schadstoffe (Xenobiotika) in der Umwelt sind Huminstoffe (HS). HS sind Abbauprodukte pflanzlichen und tierischen Gewebes, die durch eine Kombination von chemischen und biologischen Ab- und Umbauprozessen entstehen. Bedingt durch ihre Genese stellen HS außerordentlich heterogene Stoffsysteme dar, die eine Palette von verschiedenartigen Wechselwirkungen mit Schadstoffen zeigen. Die Untersuchung der fundamentalen Wechselwirkungsmechanismen stellt ebenso wie deren quantitative Beschreibung h{\"o}chste Anforderungen an die Untersuchungsmethoden. Zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen HS und Xenobiotika werden demnach analytische Methoden ben{\"o}tigt, die bei der Untersuchung von extrem heterogenen Systemen aussagekr{\"a}ftige Daten zu liefern verm{\"o}gen. Besonders spektroskopische Verfahren, wie z.B. lumineszenz-basierte Verfahren, besitzen neben der hervorragenden Selektivit{\"a}t und Sensitivit{\"a}t, auch eine Multidimensionalit{\"a}t (bei der Lumineszenz sind es die Beobachtungsgr{\"o}ßen Intensit{\"a}t IF, Anregungswellenl{\"a}nge lex, Emissionswellenl{\"a}nge lem und Fluoreszenzabklingzeit tF), die es gestattet, auch heterogene Systeme wie HS direkt zu untersuchen. Zur Charakterisierung k{\"o}nnen sowohl die intrinsischen Fluoreszenzeigenschaften der HS als auch die von speziell eingef{\"u}hrten Lumineszenzsonden verwendet werden. In beiden F{\"a}llen werden die zu Grunde liegenden fundamentalen Konzepte der Wechselwirkungen von HS mit Xenobiotika untersucht und charakterisiert. F{\"u}r die intrinsische Fluoreszenz der HS konnte gezeigt werden, dass neben molekularen Strukturen besonders die Verkn{\"u}pfung der Fluorophore im Gesamt-HS-Molek{\"u}l von Bedeutung ist. Konformative Freiheit und die Nachbarschaft zu als Energieakzeptor fungierenden HS-eigenen Gruppen sind wichtige Komponenten f{\"u}r die Charakteristik der HS-Fluoreszenz. Die L{\"o}schung der intrinsischen Fluoreszenz durch Metallkomplexierung ist demnach auch das Resultat der ver{\"a}nderten konformativen Freiheit der HS durch die gebundenen Metallionen. Es zeigte sich, dass abh{\"a}ngig vom Metallion sowohl L{\"o}schung als auch Verst{\"a}rkung der intrinsischen HS-Fluoreszenz beobachtet werden kann. Als extrinsische Lumineszenzsonden mit wohl-charakterisierten photophysikalischen Eigenschaften wurden polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Lanthanoid-Ionen eingesetzt. Durch Untersuchungen bei sehr niedrigen Temperaturen (10 K) konnte erstmals die Mikroumgebung von an HS gebundenen hydrophoben Xenobiotika untersucht werden. Im Vergleich mit Raumtemperaturexperimenten konnte gezeigt werden, dass hydrophobe Xenobiotika an HS-gebunden in einer Mikroumgebung, die in ihrer Polarit{\"a}t analog zu kurzkettigen Alkoholen ist, vorliegen. F{\"u}r den Fall der Metallkomplexierung wurden Energietransferprozesse zwischen HS und Lanthanoidionen bzw. zwischen verschiedenen, gebundenen Lanthanoidionen untersucht. Basierend auf diesen Messungen k{\"o}nnen Aussagen {\"u}ber die beteiligten elektronischen Zust{\"a}nde der HS einerseits und Entfernungen von Metallbindungsstellen in HS selbst angeben werden. Es ist dabei zu beachten, dass die Experimente in L{\"o}sung bei realen Konzentrationen durchgef{\"u}hrt wurden. Aus Messung der Energietransferraten k{\"o}nnen direkte Aussagen {\"u}ber Konformations{\"a}nderungen bzw. Aggregationsprozesse von HS abgeleitet werden.},
  subject      = {Fluoreszenz},
  language  = {de}
}
@misc{KumkeEidner2005,
  author    = {Kumke, Michael Uwe and Eidner, Sascha},
  title     = {Fluorescence and energy transfer processes of humic substances and related model compounds in terbium complexes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-12255},
  year      = {2005},
  abstract  = {The fluorescence properties and the fluorescence quenching by Tb3+ of substituted benzoic acid were investigated in solution at different pH. The substituted benzoic acids were used as simple model compounds for chromophores present in humic substances (HS). It is shown that the fluorescence properties of the model compounds resemble fluorescence of HS quite well. A major factor determining the fluorescence of model compounds are proton transfer reactions in the electronically excited state. It is intriguing that the fluorescence of the model compounds was almost not quenched by Tb3+ while the HS fluorescence was decreased very effectively. From our results we concluded that proton transfer reactions as well as conformational reorientation processes play an important role in the fluorescence of HS. The luminescence of bound Tb3+ was sensitized by an energy transfer step upon excitation of the model compounds and of HS, respectively. For HS the observed sensitization was dependent on its origin indicating differences 1) in the connection between chromophores and binding sites and 2) in the energy levels of the chromophore triplet states. Hence, the observed sensitization of the Tb3+ luminescence could be useful to characterize structural differences of HS in solution. Interlanthanide energy transfer between Tb3+ and Nd3+ was used to determine the average distance R between both ions using the well-known formalism of luminescence resonance energy transfer. R was dependent on the origin of the HS reflecting the difference in structure. The value of Rmin seemed to be a unique feature of the HS. It was further found that upon variation of the pH R also changed. This demonstrates that the measurement of interlanthanide energy transfer can be used as a direct method to monitor conformational changes in HS.},
  language  = {en}
}
@article{KumkeEidnerKrueger2005,
  author    = {Kumke, Michael Uwe and Eidner, Sascha and Kr{\"u}ger, Tobias},
  title     = {Fluorescence quenching and luminescence sensitization in complexes of Tb3+ and Eu3+ with humic substances},
  year      = {2005},
  abstract  = {Intrinsic fluorescence quenching of humic substances (HS) and the sensitization of Ln(3+) luminescence (Ln3+ Tb3+, Eu3+) in HS complexes were investigated. Both measurements yielded complementary information on the complexation of metals by HS. Large differences between fulvic acids(FA)and humic acids (HA) were found. From time-resolved luminescence measurements it is concluded that a combination of energy transfer and energy back transfer between HS and Ln(3+) is responsible for the observed luminescence decay characteristics. In the case of Eu3+, an additional participation of charge-transfer states is suggested. A new concept for the evaluation of the sensitized luminescence decays of Ln(3+) was adapted},
  language  = {en}
}
@misc{LoehmannsroebenKantorKumkeetal.2005,
  author    = {L{\"o}hmannsr{\"o}ben, Hans-Gerd and Kantor, Zoltan and Kumke, Michael Uwe and Schm{\"a}lzlin, Elmar and Reich, Oliver},
  title     = {OPQS - optische Prozess- und Qualit{\"a}ts-Sensorik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13205},
  year      = {2005},
  abstract  = {Im vorliegenden Beitrag wird an Hand dreier Beispiele der Einsatz von optischer Sensorik zur Produktcharakterisierung dargestellt, n{\"a}mlich Untersuchungen zum O2-Gehalt in Fruchts{\"a}ften, zur Isotopiesignatur von CO2 in Mineralw{\"a}ssern und zu Lichtstreueigenschaften eines Sonnenschutzmittels. Inhalt: Bestimmung von O2 mit Lumineszenzsonden Isotopenselektive Bestimmung von CO2 mit TDLAS Optische Charakterisierung stark streuender Materialien mit Photonendichtewellen},
  language  = {de}
}
@article{SchulerLipmanSteinbachetal.2005,
  author    = {Schuler, Benjamin and Lipman, Everett A. and Steinbach, P. J. and Kumke, Michael Uwe and Eaton, W. A.},
  title     = {Polyproline and the "spectroscopic ruler" revisited with single-molecule fluorescence},
  issn      = {0027-8424},
  year      = {2005},
  abstract  = {To determine whether Forster resonance energy transfer (FRET) measurements can provide quantitative distance information in single-molecule fluorescence experiments on polypeptides, we measured FRET efficiency distributions for donor and acceptor dyes attached to the ends of freely diffusing polyproline molecules of various lengths. The observed mean FRET efficiencies agree with those determined from ensemble lifetime measurements but differ considerably from the values expected from Forster theory, with polyproline treated as a rigid rod. At donor-acceptor distances much less than the Forster radius R-o, the observed efficiencies are lower than predicted, whereas at distances comparable to and greater than R-0, they are much higher. Two possible contributions to the former are incomplete orientational averaging during the donor lifetime and, because of the large size of the dyes, breakdown of the point-dipole approximation assumed in Forster theory. End-to-end distance distributions and correlation times obtained from Langevin molecular dynamics simulations suggest that the differences for the longer polyproline peptides can be explained by chain bending, which considerably shortens the donor-acceptor distances},
  language  = {en}
}
@misc{SchulerLipmanSteinbachetal.2005,
  author    = {Schuler, Benjamin and Lipman, Everett A. and Steinbach, Peter J. and Kumke, Michael Uwe and Eaton, William A.},
  title     = {Polyproline and the "spectroscopic ruler" revisited with single-molecule fluorescence},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-12229},
  year      = {2005},
  abstract  = {To determine whether F{\"o}rster resonance energy transfer (FRET) measurements can provide quantitative distance information in single-molecule fluorescence experiments on polypeptides, we measured FRET efficiency distributions for donor and acceptor dyes attached to the ends of freely diffusing polyproline molecules of various lengths. The observed mean FRET efficiencies agree with those determined from ensemble lifetime measurements but differ considerably from the values expected from F{\"o}rster theory, with polyproline treated as a rigid rod. At donor-acceptor distances much less than the F{\"o}rster radius R0, the observed efficiencies are lower than predicted, whereas at distances comparable to and greater than R0, they are much higher. Two possible contributions to the former are incomplete orientational averaging during the donor lifetime and, because of the large size of the dyes, breakdown of the point-dipole approximation assumed in F{\"o}rster theory. End-to-end distance distributions and correlation times obtained from Langevin molecular dynamics simulations suggest that the differences for the longer polyproline peptides can be explained by chain bending, which considerably shortens the donor-acceptor distances.},
  language  = {en}
}